dialnet.unirioja.es · panel de control en labview figura 6. uno de los mezcladores del sistema de...

6
Ingeniería 55 Vol. 10 No. 1 RESUMEN El sistema de alimentación que se analiza en el presente artículo, muestra como un desfase en una señal de alta frecuencia se puede lograr mediante modulación de señales. Consiste en dos etapas, la primera se trata de una etapa de modulación de fase a baja frecuencia en donde se logra el desfase de manera relativamente fácil. Esta señal de baja frecuencia se traslada a una señal de alta frecuen- cia por medio de un modulador balanceado y fil- trando la banda lateral superior resultante. Final- mente, se verifica que el desfase obtenido cumple con propiedades de linealidad. Palabras clave: AMDE, Antena Inteligente, Arreglo de fase progresiva, Sistema de desfase, Sistema de traslación. FEEDING SYSTEM FOR A PHASED ARRAY ABSTRACT The feeding system, analyzed in this paper, shows how a certain phase angle in a signal of high frequency can be obtained by modulation of signals. It consists in two stages, the first one is about a phase modulation system in low frequency where the angular movement is obtained relatively easy. This signal in low frequency is translate to another signal in high frequency with a balanced modulator and a filter which eliminates the lower side band. Finally, the obtained phase angle is into the properties of linearity. Key words: SDMA, Smart Antenna, Phased Array, Phased System, Frequency Traslation System 1. INTRODUCTION El reciente aumento de usuarios en los siste- mas de comunicación inalámbrica, sobretodo de la red de telefonía móvil celular ha llevado a la búsqueda y creación de nuevas tecnologías que aumenten la capacidad del sistema para sopor- tar un mayor tráfico prestando el mejor servicio Sistema de alimentación para una antena de haz de seguimiento Cristina Suesca Díaz 1 Ignacio Castañeda 2 1 Miembro Grupo de Investigación en Telecomunicaciones de la Uni- versidad Distrital GITUD. 2 Miembro Grupo de Investigación en Telecomunicaciones de la Uni- versidad Distrital GITUD C i e n c i a I n v e s t i g a c n A c a d e m i a D e s a r r o l l o Artículo recibido en Febrero de 2005 Aceptado en Abril de 2005 posible al usuario. Debido a esto, se crea una nueva forma de multiplexación en el envío de la información: SDMA [14], que en español signi- fica Acceso Múltiple por División de Espacio, la cual es compatible con las ya existentes CDMA, TDMA y FDMA [11]. Esta nueva téc- nica proporciona cierta cantidad de canales los cuales se reutilizan al cambiar la zona que cobija en su área de cobertura total. Para la implementación de ésta técnica se requiere de Antenas Inteligentes, las cuales no son antenas convencionales como las que se utilizan en Co- lombia en la actualidad. Su característica más relevante es la movilidad y adaptación de sus haces de radiación de acuerdo a la posición en la que se encuentra el usuario con el que se quiere comunicar, esto desde el punto de vista de una estación base de una red de telefonía celular. Las Antenas Inteligentes se organizan en tres clases [14]: antenas de haz conmutado, antenas de haz de seguimiento y antenas de haz adaptativo. Cada una de estas requiere alimentación independiente en cada uno de los elementos de antena que la conforman. Las primeras tienen un conjunto de haces predefinidos los cuales al sobreponerse uno con otro realizan una cobertura total del área, generalmente el principio de funcionamien- to se basa en la conmutación de líneas de trans- misión de diferente longitud. Las antenas de haz de seguimiento requieren de un corrimiento an- gular progresivo en la señales de alimentación de cada elemento, manteniendo la amplitud de la portadora constante. Es también esencial que esta variación de fase se produzca de manera suave y continua para que el lóbulo de radiación producido no presente perturbaciones que pue- dan hacer perder el sincronismo del sistema. Las antenas de haz adaptativo, cambian el valor de fase y amplitud en cada elemento para generar los nulos y máximos del haz de radiación. 2. ARREGLOS DE ANTENAS DE HAZ DE SEGUIMIENTO Las antenas de haz de seguimiento presentan un movimiento angular continuo del haz princi-

Upload: hakhue

Post on 29-Sep-2018

214 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

��������������������������

��������/�� ���������� ������ ������������ ��������

�����������)����������������������������������.������������������� �������������������� ����������� �������.�����(�� �������������������� ������������������������������������ �������������+���������� ������������������������������������������ ����������� ���/����.��������+��������� �������������������.������������������&� ��������� �������������������������������� �&���������������������������� ��������������4 ���&������������ � �������������������� ����������������� ���������� ���� ����

)���*���������*�89�/��8������1���� ������8�������������������� ����: ��������������: �������������� ���

9�� �����4����9����.J��� �����4

�����>������� ������������������ ���� ����������?

��?�������� ������������� ���� ��������� ���������������������� �������������� ����� ������1����� �� ���?������������� ������� �������������������� �������� ����?���������?�������������������������� ����� ��������� ���������>� � ����� ����?���������� �������������������� ����� ��� ������������? ������������������������������ �����?� ����� � �����������?�� ���������4 ��������������� ��������������� � �������������� ������ ���� ���

+����,���*�:�98��:�����8�������������8������������:������4��������>����� ��:����

�� ���� ����/����� �������������������� �������� ��&

����������� ��� ��� ������� ��������������������������������)����� ��������������������������0������������ ��������������������)��������������������� �������� ��������������&����������������� �����������������+������ � �

��"��&��������&������/��'���%�������������@�:����"��%�&�����

%�� ����3�� ���.���

������ %� ��;���

1 Miembro Grupo de Investigaciónen Telecomunicaciones de la Uni-versidad Distrital GITUD.

2 Miembro Grupo de Investigaciónen Telecomunicaciones de la Uni-versidad Distrital GITUD

�������

�����

��

����

����������������

������

&������ �����'�� ������'��� ����((��&��!��� ����&'�������((�

�� ����������� ������ ��������������������������������������� ���-�� ������������)������� ������� ��*�:�98�B'FC�����������.��� �� &� ���8�����90�� ��������� � ������/��� ����� ����� �� ������ ���� ���� ��� ��� �- �����(�98��>�98���4�98�B''C��/������������&� ���������� ����� ��������� ���������������������������� � ����������� ����������������� +���� �� ����� ��� ���������� ������� ����� �� ���������� �������������� �������� ������8������1���� ����������������������������������� ��������������������� � �������(�&���� �������������� �����:����������)� ����������������������� � ������������� ������������������ �� ��������������������� � ������������������������������ ��������������� �������� ��������������������������� ������������� ����������������������������)�����������"�8������1���� ������������� ���������������B'FC*��������������������������������������������� � ���������������������������� ����(����������������� ������ ������ ��� ������� ���������������������������������������������������������"���� ������ �����������+������������������ � ������������������������������������������ ��������������������������������������������������� �� � ��������� ���� ��&����������������������� �������)�����������&� ������� ������������ �����"��������������������� � �������� ��������������� � �������&������������ ����������.��������� ������ �������������������������� ������������ �����������������������������/����� ������� ������������ �� ����������������������������������������� ���������������������������� �� �������� ����������������������� ����������&�������������������� ����� ������� ������"���������������������� �������� ������������������������ ���������������������������������������������- ����������������� �� ���

%� ��������� �������� ��J�=� ������������

"���������������������� � ������������������� � ����������������� �������������� �� &

Page 2: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

�����������) ��������������

Figura 2. Haz de seguimiento

Figura 1. Fases de alimentación de un Pashed Array.

������������������������������� �����������.�&����������������������������������������������������� �������������� �������������� ���� ������ ����������������������������&�������/���������������� ���������4 �����'������������ ����������� ����������������������������������������/.����������BHC�

"��� ���� ������ ������������� � ����������������� �����������-��� ������������������&����������� �� ���������� ������������������ &������ ����̀ ����������������������� ������������ �������������������� ������ ������������������������������������ ���������� ����������� � ������������� ����������������� �������

/�������������������������������������34��9 ��������������������*

D �������������������� ������������ ������� ������� ����

D ������������ ����������������� ����������������������� ������)������������ ������ ������������ ����������������������������� ����� ����������������������)����������� �������������������� ������������������� ���� ����B'#C������)���������������������- ������������������ ������ � &�����)������� ����������� ���B'C��B#C�

D ��������� �������������9��� �����N�������������������������������� �����BFC��B'$C��B#C�

D �������������������� ��� ��� ���������������������������� �����������9��� ����N���������� ������������������� ����������.����B'$C�

D ��������� ����������������� �����������������������.������������������� ����������.��������+���������� ������������������������ �����������BGC��BLC�d

�*�* ��"+�"�����"�������'���&��%����/�

/�������������������������.������ �����������I��+���������� �J�������������������BEC�����&����������������� �����������������������.�����I������������� �J�BLC��8)����� ���������� �����&� ����������������#������������������������

,� ������� ������������������������������������ � �������� ���

������������ ����������.�������������������� ������B%C�BHC����������������������������������������������.������������������� ������� ����������������������������������34��� ���������������������������������������������������������2��� �������������� �������������������������� ��� ������ ���������� ������ ��� ���������+����� �������������������&����� ������������������ ���� ������ �������������������� ����)������ ��� ���

Figura 3. Sistema de alimentación

Sistema de

traslación

φ Dir.

1 2 3 4 5 6

n

8 7

Señal desfasada a Portadora desfasada

0º 0º �

Sistema de

desfase

"�� �� ����� ������ �� �������� ��� ��5������������:R���������������������� ����������������������� ��������������������������������������������������������������� ��������.��������������� ������������ ������ ����������� ���������������.��������� ������

���� *������������#����"�������� � #'�����+�������� ��

�#'�? �����!��������� ������

!�������������!��)����� �

��������

Page 3: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

�����������*��������������

� �����������������������������������������&��� ���������������������������) �������!�����

��������� �������������� ������������� ������� ���������������� ���� ������ ����������������� � � �������������������������������������� ��������� ��� ��������������������� ������&���������������� ����������� � ����������������� �����������������������.��������� &���������������� ���������������������&����������������������� ��������� ������� �����������������������I�;���<=;����� �����������&������� ������������ ����������BEC��/������&����������� ��������������� ����� �.������"��W �?����������������� ������������������� � �����������������������+�������������������&����� ����������� �����B%C���������������� ��������������*

φλλπδ cos

2 k−= @'A

������'�������� ���� ����������� ������������&������φ ������� ���� ������ ����������� ���� � � ������������������������������ ���

"������������������.�����������������+��������� ������� ����������������������������&����*�) �������3������ ���@4 �����%A��/��� ��&������������������������������������������BEC���B'EC�������������� ������������ ���������&����� ���������������������������.������ �������������+���������� ��������.����������������� ����������������

/�������������� ������ ������������������������������������������ �� ������������������� ��������������B'EC�

Figura 4. Uno de los moduladores PSK del Sistema de Desfase

Dirección (deg)

Señal desfasada I Q

Modulador Balanceado

Osc.

Modulador Balanceado

-90º

Sumador Lineal

Conversor de grados a radianes

Cálculo de δ

PC

( )tS

/������������� ���� ����� �����������������������������@4 �����GA��������������������� ������ ����� ���������������������������� ��� ���-������������������������������I�J���I=J��/&�������������� � ����������������� ����������&���������� ��� ������ ���������������������� &� ������������������������������������ ��������.��������������������� �������������� ����:R�^���0�� ��������� ��������������������6 ������������������������������ �������������������- ���'$�93��BKC�������������������������&��� �������������������� ������������������ &� ������������ ������������ ����� ����������

Figura 5. Panel de control en LabView

Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de Traslación

( )tL

( )tS )(tR

Filtro )(tT

/������ �� ������������������������������� &� ���������������������������������������������+�����������������������������������������&����� ���������������������� ����������� �� ���������������.����� �������������������������������������BEC���B'EC��/����������������������������������������.�������������������� ���������.��������+���������� ��������&�������������� ������ ������������� �����������.�����������������.�������������

"���.�������������������� ���������������:@�A��������������� ���������� ���������������������������"@�A�����������������*

)cos()( 11 δω += AtS @#A

( ) ( )22cos δω += tBtL @EA

���� *������������!��)����� �

�������������"����������������(����

������������������������ ��

���!���� ����!�� ������

Page 4: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

�����������+ ��������������

8������ ����������� �� ��������� ������� �� �����.��*

)()()( tLtSKtR m= @FA

: ���������������������� ����#���E����F������ ���*

( )[ ] ( )[ ]221 coscos)( δωδω +⋅+= tBtAKtR tm @GA

�� � ��������� ���� ������ �������� ��*

[ ])cos()cos(2

1coscos yxyxyx −++= @%A

����� �������2@�A������������ ���G��� ������*

( ) ( )[ ] ++++= 2121{cos2

)( δδωω ttABK

tR m

( ) ( )[ ]}cos 2121 δδωω −+− tt @HA

: ������������������������ � ������������������� �������������������� ����#���������������������������������������� �������� ��$e��2�&���������� º02 =δ ������������ ���H����� ���*

( )[ ] +++= 121{cos2

)( δωω ttAB

KtR m

( )[ ]121cos δωω +− tt d @KA

>�������������+��������������.��������+�����&����� �������#$$�93��������.��������������&����� �����'H$$�93�������������������K��� ������*

�� ( )[ ] +++⋅⋅= 117002002{cos2

)( δπ MHztABK

tR m

����� ( )[ ]117002002cos δπ +−⋅⋅ MHzt d��@LA

������*

[ ] ++⋅⋅= 119002{cos2

)( δπ MHztABK

tR m

[ ]115002cos δπ +⋅⋅− MHzt d @'$A

(���

������������������� ( ) ( )θθ coscos =− @''A

�������������� �������������� ���'$��*

[ ]115002cos δπ +⋅⋅− MHzt

������� ( )[ ]( )[ ]1

1

15002cos

15002cos

δπδπ

−⋅⋅=−⋅⋅−=

MHzt

MHzt @'#A

2����������������������������������� ���'#��������������������������R���8���N� �������'��������� ���'$�������)*

[ ] ++⋅⋅= 119002{cos2

1)( δπ MHzttR

[ ]115002cos δπ −⋅⋅ MHzt d @'EA

������������������.������ ������������������� � ������������ �������������+���������� ������ ������� ���������� � �������������������'G$$93����� ������������ �� �������� ��������������������.��������+���������� ���8�����.�������������������������>@�A�

[ ]119002cos2

1)( δπ +⋅⋅= MHzttT @'FA

"����������� �������� ���� ��������������

�*�* ��&%����/�����0� 3�-

���������������������� ����� ���������������������� � ������� ���������������� ������������������������� �������������������� �������� &� �������������.������� �����������������������G�Q3�������������.��������G$�Q3���������������������������������� ����� ��������'H$$93����#$$�93������������� ������������������������������������������ �������������������.������G$�Q3�����������������.������������������ ������������.�������G�Q3�����������������.���������+���������� ���(��������������.���������+���������� ��@G�Q3�A���������������� � ������������� �������������������������&� �������� �������������$]������������������&�������L$]���'K$]��������������������� �����L$]��������������������E����������

/���� �������������������� �������������&� ����������� �� ��� ����������������������.�&������G�Q3����������.������G$�Q3�����)����� ������������������������������������&����������� ���� ������FG�Q3��@G$�Q3��;�G�Q3�A����������������������� ������GG�Q3��@G$�Q3��;�GQ3�A��/�����4 �����%���������������������������������������� ���������������� ����

"������������ ����������� �� ��� ������������������������ ����������+��������������������������GG�Q3���/������ �����K��������������������������� ��������� �����412��������� �������98>"8N�������������� � ��������������������������������/��������������������� ����&�����������������������4 �����H���������� ��������������� ������ ��������������������������� ����/����������������������� �������������G$O���� ��������������� �� ������� ���&����������������������������

�����!��������������� ��

��� ����������#�� ���

!�����!����� ������ ���������$#����� ���

�� �����:!����������

Page 5: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

�����������,��������������

8����� ���� �������������������������������������������.������������������

"��4 �����L���'$���''������������������������� ����"���� �������������������.��������+��������� �������� ������G�Q3�������������������&

Figura 7. Espectro de frecuencias de las señalesmultiplicadas (los dos picos mayores en cada gráfica)

y las señales filtradas (pico de menor tamaño a laderecha en cada gráfica).

Figura 8. Respuesta del filtro pasabanda

Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal de 55kHz.

Figura 10. Traslado de la fase de 90º a la señal de 55 kHz.

Figura 11. Traslado de la fase de 180º a la señal de 55kHz.

���������� � ������������� � ���,��������������&� ��������������������.������������������������������ ��@G$�Q3�A��������������������� � ��&����������� ������������ ����������������,��������������� ��������������.���������������������� �� ��� �������������������,������������������� ����������������.���� ����������GG�Q3��

4 ��������������.�������� ������ �����������������������.��������+���������� �������� &�� ������ ����������������������������.���� �������������4 �����'$���''����������������&��� ���������������.���� �������������� �����L�

: ��������������� ������� ������ � �����������&��������������� ��������.���������)������ ������������� ����� ���������� �� ������ ����������&��������������������.����������4 �����'$��''����������������������L$]���'K$]������� ��&�������������������� ������� �������������

������� ���# ���)������������

������������������6����1 ������

Page 6: dialnet.unirioja.es · Panel de control en LabView Figura 6. Uno de los mezcladores del Sistema de ... Respuesta del filtro pasabanda Figura 9. Traslado de la fase de 0º a la señal

����������)( ��������������

Figura 12. Señales con frecuencia de55 kHz y sus respectivas fases

Figura 13. Señales con frecuencia de45 kHz y sus respectivas fases

3� ����������/���������������������� � ��������������

�����.������������������� ���������� ��������������������������� ������������������������������ ���� ������ ������������������&�������������������������������� ������������������ �� �����������������������������������&��������������� � ������� ���������� ���������������������� ������������ ����� �������- ��������� �����������0�� ����/������������������������ ��������������������������.��������+���������� ������������.�������������������� �������������������������&������������ ��������� ���������� �������������� ���

/�������������������������������������� ��&�������� ������ ������ ��������������������&�������������������������� �������������.����������������.������������������� ����������&������������� ��������.������ ���������������&�� ��� ���������������������������������������������.����������������������������������&���������+�������������� ������� �������� ������� ���� ������������������� �����������������.������������������ ��������� � ����������������

� �����������.��������+���������� ������������� &�������� ���������� � �������������������� ���� ����������������.������������ ��������������&������������������ ���� ����� ������ ��������������� �������������.������������ ��������������������������� ������� ����� ���������������� � �������������������.���

��9����������������-9���[1] CORRAL,J.L., MARTÍ, J. y FUSTER , J.M. Optical beamforming

network based on chirped fiber gratings continuously variabletrue-time-delay lines. ETSI Telecomunicación. Camí de Vera S/N, 46071. Valencia España.

[2] CORRAL,J.L., MARTÍ, J., VIDAL, B. y POLO, V. Multibeamoptical beamforming Architectures for Broadband WirelessAccess Networks. Universidad Politécnica de Valencia, Fiber Ra-dio Group (FRG). Valencia España.

[3] COUCH, Leon W. Digital and analog communications systems.6 ed. Estados Unidos, Prentice Hall, 2000. 758 p.

[4] DERNERYD, Anders y JOHANNISSON, Björn. Sistemasadaptativos para antennas de estaciones base. Ericsson Review,No. 3, 1999. pág. 132 – 137.

[5] Dispositivos de Microondas. Modulación en Microondas.Portalgsm, Telecomunicaciones online Spain, versión 002 Ene-ro de 2003. http://portalgsm.com/documentacion_extendida/104_0_17_0_C/

[6] KRAUS, John D. Antennas. Ed McGraw Hill. Págs. 118 – 150.

[7] MORENO, Oscar, FRANCO, Ignacio y MIRANDA, Jose Luis.Introducción a la tecnología de antenas inteligentes. Aplicacióna UMTS. Comunicaciones de Telefónica I+D, No. 21, Junio 2001.pág. 43 – 56.

[8] NATIONAL SEMICONDUCTORS. Analog Products Databook.Estados Unidos, Edición 2004.

[9] NISHIO, Takahide., WANG, Yuanxun., y ITOH, Tatsuo. AFrequency – Controlled Beam – Steering Array with MixingFrequency Compensation for Multichannel Applications. IEEETransactions on Antennas and Propagation, Vol. 32, No. 4, Abril2004.

[10] OHIRA,Takashi. Analog Smart Antennas: An Overview. ATRAdaptive Communications Research Laboratories. 2-2-2Hikaridai, Keihanna Science City, Kyoto 619-0288 Japan. IEEE.2002

[11] PAULRAJ, A. J., GESBERT, D. y PAPADIAS, C. Smart Antennasfor Mobile Communications. Encyclopedia for ElectricalEngineering. John Wiley Publishing CO., 2000. Pág. 11

[12] SANTA ANA ALVAREZ, Javier Alejandro. Diseño, construccióny evaluación de una antena microstrip paced array para confor-mación de Haz de Banda de 6.5 GHz. Universidad Técnica Fe-derico Santa María. Noviembre 2003.

[13] TOMASI, Wayne. Electronics communications systems. EdiciónEstados Unidos, Prentice Hall, 1992. 414 págs.

[14] USECHE, Juan Carlos y ZABARAIN Hernan. Estudio preliminarsobre antenas inteligentes en acceso múltiple por división deespacio S.D.M.A. Bogotá D.C., Universidad Distrital, 2000

� 4������� �%� ��;���������; Ingeniero Electrónico Universidad Distrital. Especialista en Teleco-municaciones Móviles. Docente de la Especialización en Telecomu-nicaciones Móviles, Universidad [email protected]

%�� �����3� ���.���Ingeniera Electrónica, Universidad Distrital Francisco José de Cal-das [email protected]