DISPOSITIVO DESFASADOR RECONFIGURABLE DE RADIOFRECUENCIA PARA BANDA KU.

Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku,

de dos puertas y con desfase controlado por tensión, que comprende un acoplador híbrido (10) de cuatro puertas, de 3dB y 90º, con una puerta de entrada RF A y una puerta de salida RF D, en el cual se conectan cada una de las puertas intermedias B y C, con un circuito sintonizador (11) de sintonía variable de tipo circuito impreso, con tramos de línea de alta impedancia, en sustitución de elementos concentrados, obteniendo un desfase entre 0º y 300º controlable electrónicamente

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802212.

Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: MADRID.

Inventor/es: SIERRA CASTAER,MANUEL, PADILLA DE LA TORRE,PABLO, FERNANDEZ GONZALEZ,JOSE MANUEL, MUOZ ACEVEDO,ALFONSO.

Fecha de Solicitud: 24 de Julio de 2008.

Fecha de Publicación: 24 de Febrero de 2010.

Fecha de Concesión: 11 de Febrero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

H01P1/185 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01P GUIAS DE ONDAS; RESONADORES, LINEAS, U OTROS DISPOSITIVOS DEL TIPO DE GUIA DE ONDAS (que funcionan con frecuencias ópticas G02B). › H01P 1/00 Dispositivos auxiliares (dispositivos de acoplamiento del tipo guía de ondas H01P 5/00). › que utilizan un diodo o un tubo de descarga lleno de gas.

Clasificación PCT:

H01P1/185 H01P 1/00 […] › que utilizan un diodo o un tubo de descarga lleno de gas.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku.

Sector técnico

El sector tecnológico al que pertenece la presente invención se corresponde con el sector de tecnología de radiofrecuencia: Comunicación vía satélite, Comunicaciones móviles, componentes para dispositivos para comunicación en productos aeronáuticos, etc. En particular, el dispositivo sería industrialmente aplicable en el caso de empresas dedicadas a la elaboración de dispositivos de RF para integración en sistemas de telecomunicación.

Antecedentes de la invención

Son conocidos los sistemas desfasadores de señal utilizados generalmente en circuitos de radiofrecuencia, sistemas de transmisión y recepción y en la elaboración de antenas. Dichos dispositivos desfasadores introducen un cierto retardo en la señal de RF, debido generalmente a la "longitud eléctrica" del circuito (longitud del circuito en relación a la longitud de onda de la señal de RF). Los modos de realizar un desfasador de este tipo son diversos, y tecnológicamente bien resueltos para frecuencias hasta los 4 GHz. Para frecuencias más altas (en especial el margen de frecuencias que nos ocupa: microondas) existen limitaciones tecnológicas que hacen inviables algunos de estos modos de realización. A continuación se detallan algunos de los distintos modos de desarrollo de este tipo de dispositivos, haciendo especial hincapié en el modo de desarrollo escogido y desarrollado en la presente invención, con las variaciones oportunas.

A) Circuito desfasador por conmutación de caminos: es uno de los métodos más empleados para la elaboración de desfasadores. Su principio de funcionamiento implica la conmutación mediante interruptores de diferentes caminos para la señal de RF; el mayor o menor camino recorrido establecerá el mayor o menor desfase. Para la elaboración de los elementos conmutadores tradicionalmente se han empleado diodos PIN, con el importante inconveniente, de las elevadas pérdidas provocadas por cada elemento conmutador (del orden de 0.4 dB por diodo PIN) [Pin Diode Circuit Designers' Handbook, Microsemi-Watertown, 1998]. Una alternativa reciente es la utilización de dispositivos microelectro-mecánicos (MEMs); tecnológicamente se encuentran todavía en una fase incipiente de desarrollo y su aplicación para dispositivos a frecuencias elevadas es inviable [V. K. Varadan et al., "RF MEMs and Their Application", Ed. Wiley, 2003].
B) Circuito desfasador por variación de permitividad del dispositivo: es la alternativa más antigua y también con más limitaciones. El dispositivo, a grandes rasgos, consta de una línea de transmisión (o conjunto de estas) en las que se produce la variación de fase. El cambio de fase en la señal de RF se debe al cambio de la longitud de onda efectiva en la línea de transmisión, debido, a su vez, al cambio en la permitividad efectiva del medio. Este cambio se realiza mecánicamente, por desplazamiento físico de los elementos dieléctricos que constituyen el sustrato sobre el que se sitúa la línea de transmisión. Su uso es totalmente inviable en un dispositivo controlado electrónicamente.
C) Circuito desfasador mediante circulador de tres o más puertas. El principio de funcionamiento de este tipo de dispositivos es sencillo: tomemos como ejemplo un circulador de tres puertas. Por la puerta A entra la señal de RF que se ve dirigida a la puerta B; en dicha puerta se sitúa una línea de transmisión acabada en circuito abierto. La señal se ve reflejada a la puerta B y de ahí, dirigida a la puerta C. La variación de fase en la señal de RF se debe a la longitud de la línea de transmisión de la puerta B. La elaboración de circuladores a frecuencias elevadas no es un asunto baladí, por lo que se recurre a otros dispositivos de RF que, conjuntamente, reproducen el comportamiento de un circulador, con ciertas limitaciones. Es esta la alternativa escogida para la presente invención.

Las aplicaciones más importantes de estos dispositivos se han centrado tradicionalmente en la elaboración de sistemas radiantes reconfigurables, para radioenlaces entre estaciones terrenas, Comunicación vía satélite, RADAR, etc.

No se conocen dispositivos como el desarrollado en la banda de frecuencias Ku y con las características posteriormente descritas.

Existen una serie de limitaciones y complejidades existentes en la elaboración de dispositivos electrónicamente reconfigurables de tipo desfasador en microondas (en el caso que nos ocupa, para banda Ku). Otra limitación existente en la elaboración de este tipo de dispositivos son las dimensiones del dispositivo, debido al escaso espacio disponible para la integración de este tipo de dispositivos en sistemas transmisores o receptores de radiofrecuencia (la longitud de onda de 2 mm para el vacío, a 15GHz, da idea de las dimensiones disponibles para este tipo de dispositivos).

El presente dispositivo supone una mejora en coste, funcionalidad, diseño y prestaciones con respecto a otros dispositivos existentes en la misma banda de frecuencias de trabajo.

Descripción de la invención

La invención se refiere a un dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku, de dos puertas y con desfase controlado por tensión, de acuerdo con la reivindicación 1. Realizaciones preferidas de dicho dispositivo se definen en las reivindicaciones dependientes.

El dispositivo comprende un acoplador híbrido de cuatro puertas, de 3dB y 90º, con una puerta de entrada RF A y una puerta de salida RF D, en el cual se conectan cada una de las puertas intermedias B y C, con un circuito sintonizador de sintonía variable de tipo circuito impreso, con tramos de línea de alta impedancia, en sustitución de elementos concentrados, obteniendo un desfase entre 0º y 300º controlable electrónicamente.

El dispositivo está preferiblemente realizado en cualquiera de las siguientes tecnologías: microstrip, stripline, coplanar. Está preferentemente desarrollado en estructura impresa sobre sustratos comerciales de teflón, fabricable mediante procesos fotolitográficos de bajo coste.

El circuito sintonizador comprende:

- una capacidad de desacoplo, conectada a la puerta intermedia correspondiente (B,C) del acoplador híbrido;

- una línea de transmisión intermedia conectada en serie con la capacidad de desacoplo;

- una inductancia del circuito LC, inductancia equivalente mediante línea de alta impedancia, conectado en serie con la línea de transmisión intermedia;

- una línea de circuito abierto conectada en serie con dicha inductancia;

- un circuito de choque y un varactor, conectados entre la línea de transmisión intermedia y la inductancia del circuito LC.

Breve descripción de los dibujos

Para completar la descripción de la invención que nos ocupa y con la intención de favorecer la comprensión del funcionamiento y de los fundamentos de trabajo del dispositivo, se adjuntan una serie de dibujos descriptivos.

La Figura 1 representa el modelo completo del dispositivo objeto de la presente descripción.

La Figura 2 muestra el diagrama de flujo de señal en el dispositivo completo.

Descripción de una realización preferida

Para la descripción de la invención, distinguiremos dos bloques dentro del diseño del desfasador:

Bloque B1

Circuitería impresa

Uño de los elementos esenciales del desfasador que nos ocupa es lo que en tecnología de radiofrecuencia se conoce como "Acoplador híbrido de 3 dB y 90º" con ciertas modificaciones ya que de las cuatro puertas que genéricamente presenta un dispositivo convencional de este tipo dos de ellas se verán modificadas por el circuito de control y no serán accesibles desde el exterior del dispositivo desfasador desarrollado. Así mismo, el diseño convencional de este tipo de dispositivos híbridos de cuatro puertas se verá afectado por la dimensión máxima admisible para el dispositivo final, lo que implicará serias modificaciones en las dimensiones del diseño dispositivo híbrido, ya que el dispositivo no funcionará de modo convencional, sino como elemento constitutivo de un dispositivo final de dos puertas.

Bloque B2

Circuitería activa

Una línea de transmisión convencional presenta un comportamiento L-C distribuido (en realidad LR-CG en un modelo más aproximado), como se refleja ampliamente en la literatura al respecto. La combinación...

Reivindicaciones:

1. Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku, de dos puertas y con desfase controlado por tensión, caracterizado porque comprende un acoplador híbrido (10) de cuatro puertas, de 3dB y 90º, con una puerta de entrada RF A y una puerta de salida RF D, en el cual se conectan cada una de las puertas intermedias B y C, con un circuito sintonizador (11) de sintonía variable de tipo circuito impreso, con tramos de línea de alta impedancia, en sustitución de elementos concentrados, obteniendo un desfase entre 0º y 300º controlable electrónicamente.

2. Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku según la reivindicación 1, caracterizado porque está realizado en cualquiera de las siguientes tecnologías: microstrip, stripline, coplanar.

3. Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku según la reivindicación 3, caracterizado porque está desarrollado en estructura impresa sobre sustratos comerciales de teflón, fabricable mediante procesos fotolitográficos de bajo coste.

4. Dispositivo desfasador reconfigurable de radiofrecuencia para banda Ku según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el circuito sintonizador 11 comprende:

- una capacidad de desacoplo (1), conectada a la puerta intermedia correspondiente (B,C) del acoplador híbrido (10);

- una línea de transmisión intermedia (6) conectada en serie con la capacidad de desacoplo (1);

- una inductancia (4) del circuito LC, inductancia equivalente mediante línea de alta impedancia; conectado en serie con la línea de transmisión intermedia (6);

- una línea de circuito abierto (3) conectada en serie con dicha inductancia (4);

- un circuito de choque (2) y un varactor (5), conectados entre la línea de transmisión intermedia (6) y la inductancia (4) del circuito LC.

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