Antena de haz conmutado de dos polarizaciones para sistemas de comunicación inalámbrica.

Dispositivo de antena (10, 40, 60) que comprende:

• un primer conjunto de antena (11,

41, 62) configurado para recibir primeras señales de radiofrecuencia polarizadas según una primera polarización;

• un segundo conjunto de antena (12, 42, 65) configurado para recibir segundas señales de radiofrecuencia polarizadas según una segunda polarización ortogonal a la primera polarización; y

• un conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia acoplado con los conjuntos de antena primero (11, 41, 62) y segundo (12, 42, 65), y configurado para tratar las primeras señales de radiofrecuencia recibidas por separado de las segundas señales de radiofrecuencia recibidas,

en el que el primer conjunto de antena (62) comprende una pluralidad de elementos de antena impresa direccional (63), y caracterizado porque el segundo conjunto de antena (65) comprende una pluralidad de elementos de antena impresa omnidireccional de metamateriales (66).

Antena de haz conmutado de dos polarizaciones para sistemas de comunicación inalámbrica 5 CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

[1] La presente invención se refiere en general a sistemas de comunicación inalámbrica, y más específicamente a antenas usadas en dispositivos de comunicación inalámbrica para emitir/recibir señales de radiofrecuencia (RF). Algunos ejemplos de dispositivos de comunicación inalámbrica pueden ser sistemas de

protección de copia conectables en bus en serie universal (USB, Universal Serial Bus), miniconcentradores portátiles para redes locales inalámbricas (LAN, Local Area Networks) (por ejemplo, basados en las normas IEEE 82.11 a/b/g/n) y/o redes celulares (por ejemplo, basados en la norma High Speed Downlink Packet Access (HSDPA, acceso de paquetes del enlace descendente en alta velocidad) o en la norma Long Term Evolution (LTE, evolución a largo plazo), consolas para juegos, dispositivos de control, ordenadores personales, ordenadores portátiles, etc.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA

[2] Como es conocido, las antenas usadas actualmente en dispositivos de radiocomunicación, tales como sistemas de protección de copia conectables en USB, se caracterizan por diagramas de radiación casi

omnidireccionales (es decir, tienen ganancias bajas) lo que limita seriamente los rendimientos que pueden alcanzarse en términos de velocidad de datos.

[3] En general, una ganancia de antena baja limita el ámbito de cobertura en escenarios tales como zonas rurales, en los que el efecto de ruido térmico predomina sobre la interferencia entre células.

[4] Así pues, es beneficiosa una ganancia de antena mayor para reducir la brecha digital dado que

permite potencialmente proporcionar conexiones de alta velocidad de datos en áreas a las que no llegan las líneas de abonado digital (DSL, Digital Subscriber Lines, o xDSL) fijas.

[5] Por otra parte, una ventaja del uso de antenas direccionales de alta ganancia se refiere a la posibilidad de realizar rechazo de interferencias en el dominio espacial mediante la remodelación electrónica del diagrama de radiación de la antena. Este aspecto es muy importante en zonas urbanas caracterizadas por un alto tráfico de voz/datos en las que el principal factor limitante para la velocidad de datos que puede alcanzarse es la interferencia entre células.

[6] Los rendimientos de los dispositivos de radiocomunicación pueden mejorarse proporcionándoles

múltiples antenas que pueden aprovecharse de diferentes formas dependiendo de sus características, tales como direccionalidad, polarización, separación relativa, etc.

[7] En particular, la forma más sencilla de mejorar los rendimientos de los dispositivos de radiocomunicación consiste en usar múltiples antenas omnidireccionales separadas suficientemente con el fin de conseguir un cierto nivel de diversidad espacial en lo que respecta al desvanecimiento. Pueden combinarse las señales de las diferentes antenas omnidireccionales en el nivel de banda de base usando un número de receptores de RF igual al número de antenas receptoras.

[8] Un inconveniente de esta solución es que se requiere un receptor de RF para cada antena y así el número de antenas omnidireccionales que pueden usarse en la práctica es bastante limitado.

[9] Además, las pequeñas dimensiones de los dispositivos de radiocomunicación actuales, especialmente 5 en el caso de dispositivos de radiocomunicación portátiles tales como sistemas de protección de copia conectables

en USB o miniconcentradores, limitan aún más el número de, y la distancia relativa entre, las antenas que pueden integrarse conjuntamente. En particular, un efecto no deseado originado por la pequeña distancia entre las antenas es el aumento de la correlación del desvanecimiento que limita el nivel de diversidad que puede conseguirse y, en el caso de transmisión Múltiple Input Múltiple Output (MIMO, múltiples entradas y múltiples salidas), no hace posible 55 una multiplexación espacial paralela de múltiples trenes de datos.

[1] Se proporciona una solución al problema de tener múltiples receptores de RF en la solicitud de patente internacional WO-28/64.696 del solicitante.

[11] En particular, el documento WO-28/64.696 devela un sistema de comunicación inalámbrica que está equipado con una antena de haz conmutado que comprende un cierto número de elementos de antena direccional y en el que un subconjunto de señales de RF recibidas desde elementos de antena correspondientes se seleccionan y se combinan en una única señal de RF que es procesada y desmodulada en una única cadena de

procesamiento.

[12] En particular, el sistema de comunicación inalámbrica desvelado por el documento WO-28/64.696 comprende una red de puesta en fase de RF para la puesta en fase en común de las señales de RF seleccionadas antes de combinarlas, y un procesador para controlar la combinación y la puesta en fase de las señales de RF con el

fin de obtener una única señal de RF que tenga un Indicador de Rendimiento Radioeléctrico (RPI, Radio Performance Indicator) que satisface condiciones predeterminadas. La combinación de las señales de RF recibidas se realiza en radiofrecuencia usando un conjunto de pesos de combinación tomados a partir de un conjunto o libro de códigos predefinido. Según el documento WO-28/64.696, el número mínimo de receptores de RF es justamente igual al número de trenes de datos transmitidos con independencia de cuál sea el número de antenas 15 receptoras.

OBJETO Y RESUMEN DE LA INVENCIÓN

[13] Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo de antena que pueda 2 resolver al menos una de las cuestiones citadas anteriormente.

[14] En particular, los solicitantes han abordado el problema de la correlación de desvanecimiento entre las antenas receptoras. Otro problema al que se enfrenta el solicitante es el de reducir el tamaño de las antenas específicamente para aplicaciones en dispositivos de radiocomunicación portátiles.

[15] Este objetivo se consigue mediante la presente invención que se refiere a un dispositivo de antena y un dispositivo de comunicación, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

[16] En particular, la presente invención consigue el objetivo mencionado anteriormente mediante un 3 dispositivo de antena que comprende:

un primer conjunto de antena configurado para recibir primeras señales de radiofrecuencia polarizadas según una primera polarización;

un segundo conjunto de antena configurado para recibir segundas señales de radiofrecuencia polarizadas según 35 una segunda polarización ortogonal a la primera polarización; y

un conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia acoplado con los conjuntos de antena primero y segundo, y configurado para tratar las primeras señales de radiofrecuencia recibidas por separado desde las segundas señales de radiofrecuencia recibidas.

[17] Dicho dispositivo de antena según la presente invención permite resolver el problema de la correlación de desvanecimiento mediante los conjuntos de dos antenas optimizados para recibir polarizaciones ortogonales y por el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia configurado para tratar por separado las señales de radiofrecuencia recibidas por los conjuntos de dos antenas. Esta característica hace adecuado el dispositivo de antena propuesto también para aplicaciones MIMO en las que múltiples trenes de datos son transmitidos en paralelo 45 a través de multiplexación espacial.

[18] Preferentemente, al menos uno de los conjuntos de antena incluye una pluralidad de elementos de antena impresa, y/o elementos de antena basados en metamateriales, y/o una pluralidad de elementos de antena, ya sea omnidireccional o direccional.

[19] Más preferentemente, el primer conjunto de antena comprende una pluralidad de elementos de antena impresa direccional y el segundo conjunto de antena comprende una pluralidad de elementos de antena impresa omnidireccional de metamateriales. En particular, los conjuntos de dos antenas basados en diferentes tecnologías permiten resolver el problema del espacio limitado en los dispositivos de radiocomunicación actuales.

[2] Más preferentemente todavía, el primer conjunto de antena comprende una pluralidad de primeros elementos de antena configurados para recibir las primeras señales de radiofrecuencia, el segundo conjunto de antena comprende una pluralidad de segundos elementos de antena operativos para recibir las segundas señales de radiofrecuencia y el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia está configurado para proporcionar

bien una señal de radiofrecuencia de salida... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de antena (1, 4, 6) que comprende:

un primer conjunto de antena (11, 41, 62) configurado para recibir primeras señales de radiofrecuencia polarizadas según una primera polarización;

un segundo conjunto de antena (12, 42, 65) configurado para recibir segundas señales de radiofrecuencia polarizadas según una segunda polarización ortogonal a la primera polarización; y

un conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia acoplado con los conjuntos de antena primero (11, 41, 1 62) y segundo (12, 42, 65), y configurado para tratar las primeras señales de radiofrecuencia recibidas por separado

de las segundas señales de radiofrecuencia recibidas,

en el que el primer conjunto de antena (62) comprende una pluralidad de elementos de antena impresa direccional (63), y caracterizado porque el segundo conjunto de antena (65) comprende una pluralidad de elementos de 15 antena impresa omnidireccional de metamateriales (66).

2. El dispositivo de antena según la reivindicación 1, en el que el primer conjunto de antena (11, 41, 62) comprende una pluralidad de primeros elementos de antena configurados para recibir las primeras señales de radiofrecuencia, en el que el segundo conjunto de antena (12, 42, 65) comprende una pluralidad de segundos

elementos de antena operativos para recibir las segundas señales de radiofrecuencia, y en el que el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia está configurado para proporcionar bien una señal de radiofrecuencia de salida única (R) basándose en al menos una primera señal de radiofrecuencia recibida y al menos una segunda señal de radiofrecuencia recibida, o bien una primera señal de radiofrecuencia de salida (Y) basándose en al menos una primera señal de radiofrecuencia recibida y una segunda señal de radiofrecuencia de salida (Z) basándose en al 25 menos una segunda señal de radiofrecuencia recibida.

3. El dispositivo de antena según la reivindicación 2, en el que el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia comprende:

una primera red de conmutación (13) acoplada con el primer conjunto de antena (11), y operativa para seleccionar un subconjunto de las primeras señales de radiofrecuencia recibidas por los primeros elementos de antena;

una segunda red de conmutación (14) acoplada con el segundo conjunto de antena (12), y operativa para seleccionar un subconjunto de las segundas señales de radiofrecuencia recibidas por los segundos elementos de antena; y

una red de combinación única (15) que está acoplada con las redes de conmutación primera (13) y segunda (14) para recibir, como señales de entrada, las señales de radiofrecuencia primeras y segundas seleccionadas, respectivamente, por dicha primera red de conmutación (13) y por dicha segunda red de conmutación (14), y está operativa para ponderar las señales de entrada y para combinar las señales de entrada ponderadas en la señal de radiofrecuencia de salida única (R).

4. El dispositivo de antena según la reivindicación 3, que comprende además una unidad de control (18) que está acoplada con las redes de conmutación primera (13) y segunda (14) y la red de combinación única (15) para controlar la selección realizada por dichas redes de conmutación primera (13) y segunda (14) y la ponderación realizada por dicha red de combinación única (15) con base en uno o más indicadores de rendimiento radioeléctrico

basándose en una o más señales de radiofrecuencia de salida única (R) proporcionadas anteriormente.

5. El dispositivo de antena según la reivindicación 2, en el que el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia comprende:

una primera red de conmutación (43) acoplada con el primer conjunto de antena (41), y operativa para seleccionar un subconjunto de las primeras señales de radiofrecuencia recibidas por los primeros elementos de antena;

una primera red de combinación (45) acoplada con la primera red de conmutación (43) para recibir, como primeras señales de entrada, las primeras señales de radiofrecuencia seleccionadas por dicha primera red de conmutación (43), y operativa para ponderar las primeras señales de entrada y para combinar las primeras señales de entrada

ponderadas en la primera señal de radiofrecuencia de salida (Y)\

una segunda red de conmutación (44) acoplada con el segundo conjunto de antena (42), y operativa para seleccionar un subconjunto de las segundas señales de radiofrecuencia recibidas por los segundos elementos de antena; y

una segunda red de combinación (46) acoplada con la segunda red de conmutación (44) para recibir, como

segundas señales de entrada, las segundas señales de radiofrecuencia seleccionadas por dicha segunda red de conmutación (44), y operativa para ponderar las segundas señales de entrada y para combinar las segundas señales de entrada ponderadas en la segunda señal de radiofrecuencia de salida (Z).

6. El dispositivo de antena según la reivindicación 2, en el que el conjunto de tratamiento de señales de

radiofrecuencia comprende:

una red de conmutación (121) acoplada con el primer conjunto de antena (62), y operativa para seleccionar una de la primera señal de radiofrecuencia recibida por los primeros elementos de antena (63) y para proporcionar dicha

primera señal de radiofrecuencia seleccionada como la primera señal de radiofrecuencia de salida (Y); y

una red de combinación (123) acoplada con el segundo conjunto de antena (65) para recibir, como señales de entrada, las segundas señales de radiofrecuencia recibidas por los segundos elementos de antena (66), y operativa para ponderar las señales de entrada y para combinar las señales de entrada ponderadas en la segunda señal de radiofrecuencia de salida (Z).

7. El dispositivo de antena según la reivindicación 5 ó 6, que comprende además una unidad de control (5, 126) que está acoplada con la red o las redes de conmutación (43, 44, 121) y la red o las redes de combinación (45, 46, 123) para controlar la selección realizada por dicha red o dichas redes de conmutación (43, 44, 121) y la ponderación realizada por dicha red o dichas redes de combinación (45, 46, 123) con base en uno o más

indicadores de rendimiento radioeléctrico basándose en una o más primeras señales de radiofrecuencia de salida (Y) proporcionadas anteriormente y una o más segundas señales de radiofrecuencia (Z) proporcionadas anteriormente.

8. El dispositivo de antena según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que cada red de 25 combinación (15, 45, 46, 123) está configurada para ponderar las señales de entrada respectivas aplicando a cada

señal de entrada respectiva un desplazamiento de fase correspondiente.

9. El dispositivo de antena según la reivindicación 8, en el que los desplazamientos de fase se aplican por medio de una pluralidad de líneas de retardo conmutadas selectivamente (21, 31).

1. El dispositivo de antena según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además una caja de antena (61) que aloja el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia; y en el que el primer conjunto de antena (62) y el segundo conjunto de antena (65) están dispuestos en la caja de antena (61) de manera que reciben, respectivamente, las señales de radiofrecuencia primeras y segundas.

11. El dispositivo de antena según la reivindicación 1, en el que al menos uno de los conjuntos de antena comprende una pluralidad de elementos de antena dispuestos en la caja de antena (61) de manera que la distancia entre cada par de elementos de antena adyacentes es menor que, o igual a, la mitad de la longitud de onda de servicio del dispositivo de antena.

12. El dispositivo de antena según la reivindicación 1 u 11, en el que el segundo conjunto de antena (65) está montado con capacidad de rotación en la caja de antena (61) y está operativo para poder girar de manera que recibe las segundas señales de radiofrecuencia cuando el dispositivo de antena (6) está en marcha, o cuando existe una comunicación en curso.

13. El dispositivo de antena según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la caja de antena (61) tiene una forma cilindrica, y en el que el primer conjunto de antena (62) está dispuesto en una primera base (61a) de la caja de antena (61) y el segundo conjunto de antena (65) está dispuesto bien en una segunda base (61b), o bien en una superficie lateral (61c), de la caja de antena (61).

14. Dispositivo de comunicación (14) que comprende el dispositivo de antena (1, 4, 6, 141) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

15. Dispositivo de comunicación (14) que comprende:

el dispositivo de antena (1, 4, 6, 141) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13; y

al menos un conjunto de recepción acoplado con el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia para recibir y procesar la o las señales de radiofrecuencia de salida.

16. Dispositivo de comunicación (14) que comprende:

el dispositivo de antena (1, 4, 6, 141) según la reivindicación 4 ó 7; y

al menos un conjunto de recepción que está acoplado con el conjunto de tratamiento de señales de radiofrecuencia 5 para recibir y procesar la o las señales de radiofrecuencia de salida, está configurado para determinar el o los

indicadores de rendimiento radioeléctrico con base en la o las señales de radiofrecuencia de salida procesadas, y está acoplado con la unidad de control (18, 5, 126) para proporcionarle el o los indicadores de rendimiento radioeléctrico determinados.