Sistema de distribución inalámbrica basado en guía de onda y procedimiento de operación.

Un sistema de distribución inalámbrica (10) que comprende:

una guía de onda hueca (11) con una superficie interna altamente conductora (204) que está configurada para soportar la transmisión de energía de señal inalámbrica de una fuente de señal inalámbrica a una localización próxima a una localización de receptor inalámbrico;

un puerto de salida (32) acoplado a la guía de onda hueca (11) para la inyección y extracción de energía de señal inalámbrica; y un dispositivo de acoplamiento de señal (52) acoplado a la guía de onda hueca (12), el dispositivo de acoplamiento de señal (52) incluye:

un puerto coaxial de salida (48) para la introducción y extracción de energía de señal inalámbrica;

un manguito de puesta a tierra (186, 188);

un conductor central coaxial hueco (192) dispuesto dentro del manguito de puesta a tierra;

un tornillo (210) dispuesto dentro del conductor central coaxial hueco;

caracterizado por

un espaciador (194) para retener el tornillo, el espaciador es metal y está en contacto eléctrico y mecánico con una superficie interna del conductor central coaxial hueco; en el que

el espaciador está roscado en su centro para permitir que el tornillo suba o baje sobre las roscas para ajustar la porción del tornillo expuesta en la guía de onda y el espaciador es móvil dentro del conductor central coaxial hueco para ajustar la porción del tornillo dispuesto entre la guía de onda y el espaciador;

una red de adaptación de impedancias que transforma la impedancia presentada en la porción del tornillo extendido en la guía de onda en una impedancia en el puerto coaxial de salida, en el que la red de adaptación comprende el manguito de puesta a tierra, el conductor central coaxial hueco, el tornillo y el espaciador; en el que

la porción del tornillo dentro del conductor central hueco, el espaciador y una superficie interna del conductor central hueco forman una línea de transmisión coaxial cortocircuitada que presenta una reactancia de anulación para la reactancia presentada por la porción del tornillo extendido en la guía de onda.

Sistema de distribución inalámbrica basado en guía de onda y procedimiento de operación

REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES DE PATENTE RELACIONADAS

La presente solicitud de patente reivindica el beneficio de la solicitud de patente provisional de EE.UU. nº 60/718.419 titulada “Sistema de distribución inalámbrica de guía de onda” y presentada el 19 de septiembre de 2005.

CAMPO

La presente divulgación se refiere a sistemas de distribución inalámbrica (de radio) , y más particularmente a sistemas para distribuir y recoger señales inalámbricas en edificios tales como oficinas, fábricas, almacenes, escuelas, hogares e instalaciones gubernamentales, y en sitios abiertos tales como estadios deportivos, parques, autopistas y vías férreas.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA

Se proporciona información base en el contexto de un problema específico para el que es aplicable la materia desvelada en uno o más de sus aspectos: la distribución eficiente de señales inalámbricas dentro y fuera de oficinas u otros edificios en los que distancias e impedimentos estructurales, u otros objetos, pueden reducir de otro modo la intensidad y calidad de señales inalámbricas, y para la distribución eficiente de señales inalámbricas en áreas abiertas.

Ahora son habituales las unidades de comunicación portátiles y otros dispositivos de usuario tales como ordenadores portátiles, asistentes digitales personales, buscas, teléfonos móviles, receptores de audio y vídeos portátiles e instrumentación telemétrica que emplean comunicaciones inalámbricas a frecuencias en el intervalo de 1000 MHz y superiores. La demanda de servicios de comunicaciones inalámbricas fácilmente disponibles para estos tipos de dispositivos ha aumentado significativamente, junto con la esperanza por los usuarios de que esté disponible conectividad inalámbrica fidedigna ubicua dentro de los edificios y otros sitios interiores y exteriores que son frecuentados. El uso rápidamente creciente de tanto dispositivos de comunicaciones inalámbricas portátiles como fijos requiere iluminación de señales de radio más eficiente y precisa de áreas específicas dentro y fuera de estructuras de edificios para utilizar completamente las asignaciones del espectro de radiofrecuencia limitadas por el gobierno que están actualmente disponibles.

La utilización de información de datos, voz y vídeo de velocidad cada vez mayor codificada en señales inalámbricas digitales y analógicas está aumentando la demanda del diseño de sistemas de antena en edificios y otros centros en los que obstrucciones, distancias o reglamentaciones pueden limitar el intervalo de transmisiones de radio. Esto es particularmente el caso en el que las reglamentaciones gubernamentales y los patrones de la industria limiten transmitir potencia a bajos niveles. También hay una necesidad simultánea de limitar la potencia de transmisión de dispositivos inalámbricos personales portátiles para disminuir la merma de fuentes de alimentación portátiles tales como baterías, y también de reducir la interferencia con sistemas próximos en el mismo canal.

Reflexiones múltiples inducidas por la estructura y objetos de señales de radio que llegan simultáneamente de dos o más direcciones a una antena receptora y pueden producir distorsión en el tiempo y debilitamiento de datos codificados a radiofrecuencias que se presentan a un receptor. Se requieren señales de alta intensidad y de alta calidad con debilitamiento mínimo y distorsión del tiempo de llegada para la transmisión y la recepción de alta velocidad a bajo coste fidedigna de información radiotransmitida. Por ejemplo, radios de punto de acceso inalámbrico basados en las actuales normas IEEE 802.11a/b/g normalmente usan antenas omnidireccionales simples, o antenas con directividad moderada, para cubrir un área en un edificio. Una instalación de radio de punto de acceso estándar puede emplear una, o quizás hasta tres, antenas que se disponen sobre una pared en una única localización específica en una estructura del edificio. Entonces se intentará radiar señales en la medida de lo posible a través de, y alrededor de, las obstrucciones y contenidos del edificio para alcanzar un dispositivo inalámbrico de usuario. El procesamiento de señales por software basado en receptor de múltiples antenas receptoras colocalizadas ofrece alguna mejora en la calidad de la señal, pero solo obtiene recuperación moderadamente mejor de una señal transmitida que ya ha sufrido una distorsión significativa que se propaga de retardo en el tiempo, y distorsión de la amplitud, en una vía físicamente saturada reflectante tomada por una señal.

Se está volviendo cada vez más difícil proporcionar comunicaciones fidedignas a los usuarios de servicios de datos, voz y vídeo inalámbricos de mayor velocidad cuando se emplean antenas centralizadas debido a que la atenuación de la amplitud y los retardos de la reflexión sufridos por señales inalámbricas que pasan a través de paredes, particiones, suelos, cajas de escalera y otras estructuras y objetos normalmente encontrados en edificios.

Hay un reto continuo (y creciente) de cubrir todas las áreas requeridas en una instalación con intensidad y calidad de señal suficiente y predecible que proporcionará comunicaciones fidedignas en un entorno de reglamentaciones gubernamentales que limitan la máxima potencia de salida de transmisores inalámbricos. En particular, velocidades de datos cada vez mayores en sistemas inalámbricos digitales, con sus mayores niveles asociados de codificación, están demandando mayores relaciones de señal con respecto a ruido y mayor calidad de señal para soportar la operación fidedigna a velocidad completa.

La solución de estos problemas de comunicaciones inalámbricas mediante mejoras en la sensibilidad de receptores inalámbricos en el intervalo de frecuencia citado es cada vez más desafiante, ya que la tecnología de receptores está cerca de alcanzar su límite teórico de sensibilidad en los presentes diseños de sistemas. El uso de procesadores de señales digitales de alta velocidad está mejorando algo la recuperación de datos, pero al precio de mayor merma de la fuente de potencia, que produce menor vida de la batería en sistemas portátiles, software complejo y coste elevado. Con potencia de salida del transmisor restringida y sensibilidad del receptor limitada, los sistemas que emplean mayores velocidades de datos y los actuales diseños de sistemas están limitados al intervalo de operación más corto, requiriendo así más transceptores de radio para cubrir un área dada, que provoca mayores costes del sistema y un mayor riesgo de interferencia entre radios en áreas próximas que deben compartir una frecuencia de canal común.

Además de las comunicaciones IEEE 802.11a/b/g, otros tipos de sistemas inalámbricos que operan en los intervalos de 2, 4 GHz y mayor frecuencia tales como sistemas Bluetooth, ZigBee y RFID necesitan sistemas de distribución de señales más eficiente. Las normas para estas tecnologías especifican formatos de codificación más simples, menores velocidades de datos, menor potencia de transmisión y menores sensibilidades del receptor con el fin de miniaturizar componentes, reducir el coste por función y reducir la merma global del dispositivo de una fuente de potencia. Se combinan varios de estos factores para limitar el intervalo de comunicaciones o utilización económica de estos tipos de sistemas. Aunque en algunos casos se desea intervalo limitado, la mayoría de los sistemas inalámbricos sufren cobertura limitada y/o la capacidad para cubrir áreas deseadas con intensidad y calidad de señal definida.

Las incompatibilidades entre diferentes tipos de dispositivos de radio que operan en la misma banda de frecuencia también son un problema creciente, especialmente cuando deben localizarse antenas unitarias base para cada uno en estrecha proximidad; y transmisores de radio próximos que comparten el mismo espectro son operados a elevada potencia para poder obtener un intervalo de comunicaciones máximo a través de estructuras y otros objetos.

Un procedimiento que se ha empleado en un intento por vencer la atenuación y/o distorsión de retardo producida por obstrucciones estructurales es distribuir señales en una parte de una instalación usando un radiador “de fuga”. Este tipo de radiador está normalmente en forma de un tipo especial de cable coaxial que emplea agujeros o ranuras en su conductor externo que permiten que “se fugue” una cantidad controlada de radiación, es decir, radie, a través de la longitud del cable. Sin embargo, este tipo de radiador lineal de fuga tiene varias desventajas a mayores frecuencias debido... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de distribución inalámbrica (10) que comprende:

una guía de onda hueca (11) con una superficie interna altamente conductora (204) que está configurada para soportar la transmisión de energía de señal inalámbrica de una fuente de señal inalámbrica a una localización próxima a una localización de receptor inalámbrico; un puerto de salida (32) acoplado a la guía de onda hueca (11) para la inyección y extracción de energía de señal inalámbrica; y un dispositivo de acoplamiento de señal (52) acoplado a la guía de onda hueca (12) , el dispositivo de acoplamiento de señal (52) incluye:

un puerto coaxial de salida (48) para la introducción y extracción de energía de señal inalámbrica; un manguito de puesta a tierra (186, 188) ; un conductor central coaxial hueco (192) dispuesto dentro del manguito de puesta a tierra; un tornillo (210) dispuesto dentro del conductor central coaxial hueco;

caracterizado por

un espaciador (194) para retener el tornillo, el espaciador es metal y está en contacto eléctrico y mecánico con una superficie interna del conductor central coaxial hueco; en el que el espaciador está roscado en su centro para permitir que el tornillo suba o baje sobre las roscas para ajustar la porción del tornillo expuesta en la guía de onda y el espaciador es móvil dentro del conductor central coaxial hueco para ajustar la porción del tornillo dispuesto entre la guía de onda y el espaciador; una red de adaptación de impedancias que transforma la impedancia presentada en la porción del tornillo extendido en la guía de onda en una impedancia en el puerto coaxial de salida, en el que la red de adaptación comprende el manguito de puesta a tierra, el conductor central coaxial hueco, el tornillo y el espaciador; en el que la porción del tornillo dentro del conductor central hueco, el espaciador y una superficie interna del conductor central hueco forman una línea de transmisión coaxial cortocircuitada que presenta una reactancia de anulación para la reactancia presentada por la porción del tornillo extendido en la guía de onda.

2. Un sistema de distribución inalámbrica (10) que comprende:

una guía de onda hueca (11) con una superficie interna altamente conductora (204) que está configurada para soportar la transmisión de energía de señal inalámbrica de una fuente de señal inalámbrica a una localización próxima a una localización de receptor inalámbrico; un puerto de salida (32) acoplado a la guía de onda hueca (11) para la inyección y extracción de energía de señal inalámbrica; y una dispositivo de acoplamiento de señal (34) acoplado a la guía de onda hueca (12) , el dispositivo de acoplamiento de señal (34) incluye:

un puerto coaxial de salida (49) para la introducción y extracción de energía de señal inalámbrica; un manguito de puesta a tierra (242, 248) ; un conductor central coaxial hueco (254) dispuesto dentro del manguito de puesta a tierra; un tornillo (262) dispuesto dentro del conductor central coaxial hueco; caracterizado por una sonda en forma de bucle (268) conectada entre el tornillo (262) y un punto (266) sobre el manguito de puesta a tierra (248) y que se extiende en la guía de onda; un espaciador (250) para retener el tornillo, el espaciador es metal y está en contacto eléctrico y mecánico con una superficie interna del conductor central coaxial hueco; en el que el espaciador está roscado en su centro para permitir que el tornillo suba o baje sobre las roscas para ajustar la porción de la sonda en forma de bucle (268) expuesta en la guía de onda y el espaciador es móvil dentro del conductor central coaxial hueco para ajustar la porción del tornillo dispuesto intermedio de la guía de onda y el espaciador; una red de adaptación de impedancias que transforma la impedancia presentada en la porción de la sonda en forma de bucle en una impedancia en el puerto coaxial de salida, en el que la red de adaptación comprende el manguito de puesta a tierra, el conductor central coaxial hueco, el tornillo y el espaciador; en el que la porción del tornillo dentro del conductor central hueco, el espaciador y una superficie interna del conductor central hueco forman una línea de transmisión coaxial cortocircuitada que presenta una reactancia de anulación para la reactancia presentada por la sonda en forma de bucle.

3. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) opera en uno o más modos de propagación de la guía de onda.

4. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dos o más señales de

frecuencias predeterminadas se multiplexan en la guía de onda hueca (11) usando uno o más modos de propagación dentro de la guía de onda hueca (11) .

5. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) es metal.

6. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el sistema de distribución inalámbrica (10) está fabricado con materiales adecuados para cumplir con reglamentaciones de seguridad contra incendios relevantes referentes a la instalación del sistema de distribución inalámbrica en el espacio de aire de retorno de calefacción, ventilación y aire acondicionado en un edificio.

7. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que una estructura en sección transversal de la guía de onda hueca (11) es sustancialmente elíptica (11) , circular, rectangular, o de cualquier forma longitudinal con una sección transversal coherente.

8. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que una estructura en sección transversal de la guía de onda hueca (11) es cualquier forma que soportará la propagación de energía electromagnética en un intervalo de frecuencia deseado.

9. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que una posición del tornillo (210) puede ajustarse para variar la cantidad de energía de señal inalámbrica extraída de la guía de onda (11) .

10. El sistema de distribución inalámbrica (10) de la reivindicación 9, en el que la posición del tornillo (210, 352) puede ajustarse remotamente.

11. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que una posición del espaciador (194, 250) puede ajustarse para variar la cantidad de energía de señal inalámbrica extraída de la guía de onda hueca (11) .

12. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2 que comprende además:

una abertura de ranura (334) en la guía de onda hueca (11) ; y un ensamblaje por deslizamiento (351) sobre una superficie externa de la guía de onda hueca (11) , en el que el sistema de distribución inalámbrica (10) está configurado para variar remotamente la oclusión de la abertura de ranura (334) por movimiento traslacional del ensamblaje por deslizamiento (351) .

13. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además al menos una abertura previamente posicionada (24, 28, 54) localizada en un lado de la guía de onda hueca (11) .

14. El sistema de distribución inalámbrica (10) de la reivindicación 13, en el que la abertura previamente posicionada

(28) es un radiador directo de la guía de onda hueca (11) al espacio libre.

15. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) comprende dos o más secciones físicamente separadas (12) que se unen juntas para formar la guía de onda hueca (11) .

16. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que se usan procedimientos de formación (376) y punzonado (374) para fabricar la guía de onda hueca (11) a partir de una hoja de metal (372) inicial.

17. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) se fabrica por un procedimiento de extrusión.

18. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) se fabrica por un procedimiento de revestimiento del interior de una forma longitudinal con un material altamente conductor.

19. El sistema de distribución inalámbrica (10) de la reivindicación 1, en el que el tornillo (210) es excitado por un campo eléctrico dentro de la guía de onda (11) .

20. El acoplador de señal magnética de la reivindicación 2, en el que una cantidad variable de energía de señal se acopla de la guía de onda hueca (11) variando el tamaño de la sonda en forma de bucle (268) .

21. El acoplador de señal magnética de la reivindicación 2, en el que una cantidad variable de energía de señal se acopla de la guía de onda hueca (11) girando la sonda en forma de bucle (268) alrededor de un eje del dispositivo de acoplamiento de señal.

22. El sistema de distribución inalámbrica (10) de la reivindicación 2, en el que la sonda en forma de bucle (268) es excitada por un campo magnético dentro de la guía de onda (11) .

23. El sistema de distribución inalámbrica (10) de la reivindicación 1 o reivindicación 2 que comprende además un indicador que muestra una posición de ajuste de un dispositivo de acoplamiento de señal (34, 52) .

24. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2 que comprende además un detector de radiofrecuencia (342) acoplado a la guía de onda hueca (11) para monitorizar características de señal en al menos un punto predeterminado en el sistema de guía de onda (10) .

25. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2 que comprende además una guía de onda hueca adicional (11, 150, 152) con una superficie interna altamente conductora que soporta la transmisión de energía de señal inalámbrica de un puerto de salida (32) a una localización próxima a una localización de receptor inalámbrico.

26. El sistema de distribución inalámbrica (10) de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la guía de onda hueca (11) se integra en una estructura (131, 133) de una bandeja portadora (135) para soportar cables, tuberías o conductos en espacios superiores en oficinas y sitios industriales.