ES2218700T3 - Radio terrestre compacta de microondas que utiliza circuitos integrados monoliticos de microondas. - Google Patents
Radio terrestre compacta de microondas que utiliza circuitos integrados monoliticos de microondas.Info
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Abstract
UNA UNIDAD/ANTENA DE FRECUENCIAS DE RADIO DE MICROONDAS PUNTO A PUNTO INTEGRADA (60) TIENE UN CUERPO (62), UNA ANTENA DE MICROONDAS (68) FIJADA EN LA PARTE FRONTAL DEL CUERPO (62) Y UN PAQUETE DE ELECTRONICA DE TRANSCEPTOR DE FRECUENCIAS DE RADIO DE MICROONDAS (66) DENTRO DEL CUERPO (62). EL PAQUETE DE ELECTRONICA DE TRANSCEPTOR (66) INCLUYE UNA PLACA DE CIRCUITOS QUE TIENE PROCESADORES DE FRECUENCIAS INTERMEDIOS DE TRANSMISOR Y DE RECEPTOR (124, 138). EL PAQUETE DE ELECTRONICA DE TRANSCEPTOR (66) INCLUYE ADEMAS UN TRANSMISOR DE MICROONDAS (102) Y UN RECEPTOR DE MICROONDAS (104) CADA UNO DE LOS CUALES UTILIZA ARQUITECTURA DE CIRCUITO INTEGRADO DE MICROONDAS MONOLITICO. LAS SEÑALES DEL TRANSMISOR DE MICROONDAS (102) Y DEL RECEPTOR DE MICROONDAS (104) SON PREFERIBLEMENTE DE DIFERENTES FRECUENCIAS Y ESTAN DUPLEXADAS PARA LA COMUNICACION CON LA ANTENA (68).
Description
Radio terrestre compacta de microondas que
utiliza circuitos integrados monolíticos de microondas.
Esta invención se refiere a radios de microondas
y, más particularmente, a una unidad de radiofrecuencia para una
radio de microondas.
El documento "Alcatel 9400 UL: Familia Nueva de
Enlaces por microondas Urbanos", T. Podolak, Communication &
Transmission, Vol. 16, No. 2, 1 de enero de 1994, páginas
53-60, XP000450575, describe una radio de
microondas, cuyo diseño está basado en una arquitectura común
compuesta por tres partes diferentes, la unidad interior, la unidad
exterior y la antena. La unidad exterior, que aloja las partes
transmisora y receptora, está montada en un mástil en un ambiente
exterior, en la parte posterior de la antena, con el fin de
minimizar la pérdida de guía de ondas. Con el fin de gestionar el
mayor número de diámetros diferentes, las antenas son
independientes de las unidades exteriores, conectadas a una guía de
ondas corta de pérdida baja. El sistema descrito utiliza una sola
antena parabólica de altas prestaciones polarizada conectada
directamente a la unidad exterior. La unidad exterior se dispone de
tal modo que puede reemplazarse fácilmente, si es necesario, sin
alterar la alineación de la antena. De ahí que se disponga la antena
como una unidad independiente del alojamiento.
El documento "Desarrollo de un Enlace de
Comunicación Comercial de 38 GHz", W. Gulloch y otros, IEEE MTS
International Microwave Symposium Digest, Atlanta, Junio
14-18, 1993, Vol. 2, 14 de junio de 1993, Instituto
de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, páginas
681-684, XP000630510, describe un sistema
transceptor de microondas que se basa en el uso de tecnología MMIC y
componentes de RF de banda ancha.
Generalmente, las comunicaciones por radio de
microondas se utilizan ampliamente para transferir grandes
cantidades de datos, por ejemplo en enlaces de comunicaciones de
larga distancia por microondas en la tierra y en el espacio.
Asimismo, tienen interés en aplicaciones de baja potencia y alcances
cortos tal como enlaces básicos de voz, vídeo y datos entre una
estación base celular y una oficina telefónica central. En tales
aplicaciones, la distancia de transmisión por microondas es
típicamente de alrededor de 0,805 km/8,05 km (½-5 millas), la señal
de microondas está a una frecuencia específica en la gama de
aproximadamente 2-94 GHz y la salida de potencia
del transmisor de microondas es aproximadamente de 100 milivatios.
Un sistema de comunicaciones por microondas de esta clase se
denomina generalmente sistema "punto a punto".
En correspondencia con los sistemas de
comunicaciones por microondas de alta potencia, un sistema punto a
punto convencional tiene tres partes físicas básicas: una unidad de
procesamiento de señal (SPU), denominada algunas veces unidad
"interior" que tiene los componentes de radio de banda base,
una unidad (RFU) de radiofrecuencia (RF), denominada en ocasiones
como unidad "exterior" que tiene los componentes de radio de
frecuencia de microondas, y una antena. Dado que se requiere
alimentación de microondas entre los componentes que trabajan a la
frecuencia de microondas, la unidad de radio frecuencia se sitúa a
unos pocos pies de la antena, la cual normalmente está montada en el
exterior y orientada a otro terminal punto a punto situado a cierta
distancia. La antena es típicamente una antena parabólica del tipo
cassegrain. La unidad de procesamiento de señal puede situarse a
cierta distancia de la unidad de radiofrecuencia. Un juego de cable
coaxial ordinario se extiende entre la unidad de procesamiento de
señal y la unidad de radiofrecuencia, pero se necesita una
alimentación coaxial de microondas entre la unidad radiofrecuencia y
la antena.
A medida que los sistemas de microondas punto a
punto se han hecho cada vez más populares, ha adquirido más
importancia su envasado físico y apariencia estética. Las unidades
de radiofrecuencia y las antenas existentes son voluminosas,
pesadas, visualmente un estorbo y, en muchos casos, difíciles de
montar, alinear y mantener en alineación. Con la proliferación de
sistemas punto a punto en grandes ciudades, se ha hecho muy difícil
encontrar espacio de montaje nuevo en mástiles existentes y en otros
sitios. Los instaladores deben izar la unidad de radiofrecuencia y
la antena subsiguientemente instaladas a localizaciones cada vez
más precarias con el fin de establecer contacto de línea de visión
con el terminal remoto. La unidad de radiofrecuencia y la antena
deben montarse muy próximas una respecto de la otra.
Para superar estos problemas, el cedente de la
presente invención está desarrollando una antena y una unidad de
radiofrecuencia de microondas punto a punto integrada, que es mucho
más compacta, más ligera de peso y visualmente supone un menor
estorbo que los sistemas convencionales. Sin embargo, el tamaño y el
peso de los componentes de procesamiento de señal de microondas
proporciona un obstáculo significativo para lograr estos objetivos
y existe, por tanto, la necesidad de tales componentes de
procesamiento de señal de microondas y una arquitectura que de como
resultado un menor tamaño y menos peso. La presente invención
satisface esta necesidad y, además, proporciona ventajas
asociadas.
La presente invención proporciona una antena y
una unidad de radiofrecuencia de microondas punto a punto integrada
según se define en la reivindicación 1, que es compacta y de peso
ligero. El conjunto de la electrónica de microondas en el interior
del dispositivo es considerablemente más pequeño y ligero que en
unidades de radiofrecuencia de microondas existentes, una ventaja
importante que permite fabricar más pequeña y ligera la totalidad de
la unidad de radiofrecuencia. La unidad de radiofrecuencia que
utiliza este enfoque supone visualmente menos estorbo y es más fácil
de izar, montar, alinear y reemplazar (si es necesario) que las
unidades convencionales.
Según la invención, una unidad/antena de
radiofrecuencia de microondas punto a punto integrada comprende una
antena de microondas que tiene una alimentación entrada/salida de
antena, un alojamiento y un conjunto electrónico de un transceptor
de radiofrecuencia de microondas en el interior del alojamiento. El
conjunto electrónico de transceptor comprende un procesador de
frecuencia intermedia del transmisor que tiene una entrada de
frecuencia de banda base y una salida de microondas, y un procesador
de frecuencia intermedia del receptor que tiene una entrada de
microondas y una salida de frecuencia de banda base. El conjunto
electrónico del transceptor incluye además un transmisor de
microondas y un receptor de microondas, teniendo cada uno una
arquitectura monolítica de circuito integrado de microondas. El
transmisor de microondas tiene una entrada en comunicación con la
salida de microondas del procesador de frecuencia intermedia del
transmisor y una salida en comunicación de microondas con la
alimentación de entrada/salida de antena. El receptor de microondas
tiene una entrada en comunicación con la alimentación de
entrada/salida de antena y una salida en comunicación de microondas
con la entrada de microondas del procesador de frecuencia
intermedia del receptor. El conjunto electrónico del transceptor
también incluye preferiblemente un diplexor entre la antena y el
transmisor de microondas y el receptor de microondas, para permitir
la transmisión y recepción simultáneas de señales de microondas en
dos frecuencias diferentes. Asimismo, se disponen normalmente dentro
del alojamiento una fuente de energía y un controlador para el
conjunto electrónico del transceptor.
En la tecnología convencional de procesamiento de
microondas, se utilizan típicamente componentes discretos en
aquellas partes del procesador de señal que funcionan en la gama de
frecuencia de microondas. Estos componentes discretos y las guías de
onda voluminosas que los separan dan como resultado estructuras
pesadas y voluminosas. En el presente enfoque, se ha utilizado la
tecnología de circuito integrado de microondas monolítico (MMIC) en
los circuitos de frecuencia de microondas del transmisor y el
receptor que procesan las señales de microondas. En consecuencia,
estos circuitos pueden fabricarse con una forma modular que sea
compacta y de peso ligero.
Estas características, en combinación con el uso
de la antena plana integrada preferida, permiten que la
antena/unidad de radiofrecuencia de microondas punto a punto
integrada tenga una forma prismática rectangular con un tamaño de
aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas) por aproximadamente 30,48 cm
(12 pulgadas) por un grosor de aproximadamente 7,62 cm (3 pulgadas)
y un peso de menos de 6,54 kg (15 libras). Por tanto, la antena y
unidad de radiofrecuencia integrada es mucho más fácil de instalar
en localizaciones precarias que las unidades de radiofrecuencia no
integradas y las antenas parabólicas. La antena y la unidad de
radiofrecuencia integrada tienen menos objeciones estéticas que los
sistemas anteriores y requieren menos estructura de soporte.
Otras características y ventajas de la presente
invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción
más detallada de la realización preferida, tomada junto con los
dibujos anexos, que ilustran, a modo de ejemplo, los principios de
la invención. Sin embargo, el alcance de la invención no está
limitado a esta realización preferida.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
transmisor y receptor de radio de microondas;
La figura 2 es una vista en perspectiva de una
unidad y antena de radio de microondas convencional;
La figura 3 es una vista en perspectiva de una
unidad/antena de radiofrecuencia integrada según la invención;
La figura 4 es una vista en alzado frontal
parcialmente seccionada de una unidad/antena de radiofrecuencia
integrada preferida según la invención;
La figura 5 es una vista en alzado lateral
despiezada de la unidad/antena de radiofrecuencia integrada de la
figura 4, que ilustra una disposición típica de componentes;
La figura 6 es un diagrama de bloques de un
circuito electrónico de la implementación preferida de la unidad de
radiofrecuencia;
La figura 7 es un diagrama de bloques de un
circuito electrónico de la implementación preferida del procesador
de FI del transmisor;
La figura 8 es un diagrama de bloques de un
circuito electrónico de la implementación preferida del procesador
de FI del receptor;
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
circuito electrónico de la implementación preferida del módulo de
transmisor de frecuencia de microondas;
La figura 10 es un diagrama de bloques de un
circuito electrónico de la implementación preferida del módulo de
receptor de frecuencia de microondas; y
La figura 11 es una vista en perspectiva
esquemática de una unidad y antena de radiofrecuencia convencional y
de una unidad/antena de radiofrecuencia integrada montada en un
mástil.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
sistema transceptor de radio de microondas 20. La estructura
electrónica general de tal sistema 20 según se muestra en la figura
1 se conoce en la técnica y se describe con mayor de talle, por
ejemplo, en "Componentes RF para Estaciones Base PCS",
publicado por Strategies Unlimited, 1996. La presente invención se
basa en parte en una arquitectura mejorada para la implementación de
este enfoque electrónico básico.
El sistema 20 incluye una unidad de procesamiento
de señal 22 (también conocida con la "unidad interior") que
procesa señales de banda base, una unidad de radiofrecuencia 24
(también conocida como la "unidad exterior") que procesa
señales de microondas y una antena de microondas 26. La unidad de
procesamiento de señal 22 tiene una entrada/salida de información de
enlace de voz, vídeo y/o datos a través de un cable 28. Esta
información se procesa mediante una circuitería 30 de banda base y
un modulador/desmodulador 32. Asimismo, se disponen un controlador
34 y una fuente de energía 36. La unidad de procesamiento de señal
22 se comunica con la unidad de frecuencia radio 24 a frecuencias
bajas a través de un cable de señal convencional 38.
La unidad de radiofrecuencia 24 incluye un
transceptor de microondas 40 que incluye circuitería tanto para el
procesamiento de frecuencia intermedia como para el procesamiento de
frecuencia de microondas dentro de una gama seleccionada más
estrecha de la banda ancha que se extiende desde aproximadamente 2
hasta aproximadamente 94 GHz (gigahertzios), convirtiendo la señal
de baja frecuencia manejable en la unidad de procesamiento de señal
22. La implementación de la arquitectura de la unidad de
radiofrecuencia 24 es una característica clave de la invención y se
expondrá con mayor detalle a continuación. Se disponen también un
controlador 42 y una fuente de energía 44 dentro de la unidad de
radiofrecuencia 24.
El transceptor de microondas 40 tiene una
conexión de antena 46 a la cual se conecta una alimentación 48 de
radiofrecuencia de microondas para proporcionar una señal a la
antena 26, o para recibir una señal desde la antena 26. La
alimentación 48 es típicamente un cable coaxial o una guía de ondas
que no puede ser más larga de unos pocos pies sin padecer una
atenuación de señal sustancial.
La figura 2 representa la implementación de una
unidad de radiofrecuencia 24 y una antena 26 anteriores
convencionales, conectadas por la alimentación de microondas 48,
que utiliza el enfoque electrónico de la figura 1. La unidad de
radiofrecuencia 24 tiene típicamente unas medidas de 30,48 cm (12
pulgadas) por 30,48 cm (12 pulgadas) por 30,48 cm(12
pulgadas) y pesa aproximadamente 15,26 kg (35 libras). La antena 26
es una antena parabólica cassegrain que tiene un diámetro de disco
de aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas) o más y un peso de
aproximadamente 6,5 kg (15 libras). Ambos componentes han de
montarse en una localización tal que la antena 26 puede orientarse a
un terminal similar pero situado remotamente. El instalador debe
encontrar una manera de montar la antena 26 de modo que esté
alineada con la antena de la unidad remota, y de montar la unidad de
radiofrecuencia 24 de modo que esté fija aunque dentro de la gama
permitida por la longitud de la alimentación de microondas 48. Se
conocen otras versiones del enfoque anterior de la figura 2 en los
que la antena parabólica se fija directamente a la unidad de
radiofrecuencia, pero tal enfoque combinado sigue siendo complicado
de manipular y pesado.
La figura 3 muestra una unidad/antena de
radiofrecuencia integrada de la presente invención en una vista en
perspectiva. La figura 4 ilustra una forma preferida de la presente
invención en una vista exterior en alzado delantero parcialmente
seccionada, y la figura 5 es una vista lateral despiezada del
aparato preferido. Este aparato utiliza el enfoque electrónico
general de la figura 1, pero con una arquitectura diferente y una
antena que ofrece ventajas importantes. Una unidad/antena de
radiofrecuencia integrada 60 incluye un alojamiento 62 que tiene una
pared exterior 64. Un mango 65, que puede ser enterizo o
desprendible, se extiende desde el alojamiento 62 y permite
transportar fácilmente la unidad/antena de radiofrecuencia 60. Un
conjunto electrónico 66 del transceptor de radiofrecuencia de
microondas se fija dentro del alojamiento 62. El conjunto
electrónico 66 incluye el transceptor de microondas 40, el
controlador 42 y la fuente de energía 44. Parte de la pared exterior
64 está formada como una antena plana enteriza 68. La antena plana
68 puede formarse por separado y fijarse a la pared 64, según se
ilustra, o puede formarse como parte de la pared misma. Esa parte de
la pared 64 que no es la antena 68 puede fabricarse con cualquier
material manejable, tal como metal o plástico. Un radomo 70 con la
forma de una lámina de plástico se monta sobre la superficie de la
antena plana 68 para protegerla.
La antena plana 68 es preferiblemente una antena
corta transversal continua (CTS). La antena de microondas CTS se
conoce en la técnica y se describe, por ejemplo, en la patente
norteamericana 5.266.961. En términos generales, y según se ilustra
en las figuras 3 y 5, la antena CTS tiene un elemento dieléctrico
con una primera parte y una segunda parte que se extiende
generalmente transversal a la primera parte. La segunda parte forma
un muñón transversal que sobresale desde una primera superficie de
la primera parte. Un primer elemento conductor se dispone
coextensivamente con el elemento dieléctrico a lo largo de una
segunda superficie de la primera porción. Un segundo elemento
conductor se dispone a lo largo de la primera superficie de
elemento dieléctrico y a lo largo de las paredes extremas que se
extienden transversalmente formadas por la segunda parte del
elemento dieléctrico. Detalles adicionales de construcción se
describen en la patente US- A-5 266 961.
La antena CTS tiene ventajas particulares cuando
se utiliza en la presente aplicación. La antena CTS es plana,
pequeña en sus dimensiones laterales y grosor y de peso ligero. La
señal de salida de la antena CTS puede direccionarse ligeramente de
forma electrónica. Durante el montaje, la unidad/antena de
radiofrecuencia 60 debe alinearse generalmente hacia la unidad
remota con la cual se establece comunicación. Sin embargo, esa
alineación puede ser perturbada ligeramente debido al efecto del
clima o de la temperatura sobre la estructura de montaje. En ese
caso, la desviación pequeña respecto de la alineación adecuada puede
compensarse electrónicamente para mantener una alta fuerza de señal
apuntada hacia la unidad remota.
La unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60
tiene una conexión de antena y un cable de alimentación de
radiofrecuencia de microondas que se extiende desde la conexión de
antena hasta el lado posterior de la antena plana 68, aunque la
conexión de antena y el cable de alimentación no son visibles en las
figuras 3-5. La alimentación de radiofrecuencia
tiene una longitud como mucho de 2,54-5,08 cm
(1-2 pulgadas) y está contenida totalmente dentro
del alojamiento 62. Existe muy poca atenuación de microondas a
medida que la señal atraviesa esta alimentación corta. El instalador
únicamente necesita colocar y fijar en su lugar la única
unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60, y no se preocupa del
movimiento y posicionamiento de dos unidades de manera
compatible.
Las figuras 6-10 ilustran la
implementación de la circuitería electrónica de la unidad de
radiofrecuencia 24. La figura 6 muestra el circuito completo, y las
figuras 7-10 ilustran el procesador de FI del
transmisor, el procesador de FI del receptor, el módulo del
transmisor de frecuencia de microondas y el módulo del receptor de
frecuencia de microondas, respectivamente. La función principal de
esta circuitería es comunicar información de señal entre la antena
68, que funciona a aproximadamente 37-40 GHz en la
realización preferida, y la unidad de procesamiento de señal 22,
que funciona a aproximadamente 70-310 MHz en la
realización preferida. Esta comunicación requiere un extenso subir
y bajar la frecuencia de la señal.
Según se ve en la figura 6, la circuitería
electrónica de la unidad de radiofrecuencia 24 incluye una tarjeta
100 de procesador de FI que se comunica en su lado de baja
frecuencia mediante un multiplexor 101 con la unidad de
procesamiento de señal 22 a través del cable de comunicación 38. El
lado de alta frecuencia de la tarjeta 100 del procesador de FI se
comunica con un módulo transmisor de microondas 102 y un módulo
receptor de microondas 104. Los módulos de frecuencia de microondas
102 y 104, que funcionan a frecuencias diferentes, se comunican con
la antena CTS 68 a través de un diplexor 106. El diplexor 106, un
dispositivo conocido, contiene filtros que permiten la transmisión y
recepción simultánea de señales de microondas a frecuencias
diferentes. Las señales de frecuencia constante necesarias en el
procesamiento de señal se sintetizan en una tarjeta sintetizadora
108, que incluye un sintetizador 110 del transmisor, un
sintetizador 112 del receptor y un sintetizador común 114 de
oscilador local (LO).
Las funciones de control y alimentación se
suministran desde una tarjeta 116 de control/alimentación, la cual
incluye una unidad de procesamiento central 118, una fuente de
energía y una unidad de telemetría 122. La unidad de telemetría 122
vigila el estado de la unidad de radiofrecuencia 24 e informa del
mismo a la unidad de procesamiento de señal 22 y recibe señales de
comando desde la unidad de procesamiento de señal 22. La unidad de
procesamiento central 118 vigila el estado de la unidad de la unidad
de radiofrecuencia 24 e informa del mismo a la unidad de telemetría
122, y también controla funciones tales como la ganancia y nivelado
automáticos, mantenimiento de la potencia de salida del transmisor
a un nivel constante y mantenimiento de la salida de señal del
receptor a un nivel constante.
La figura 7 ilustra los componentes de un
procesador de FI 124 del transmisor en la tarjeta 100 del procesador
de FI. Las señales que se han de transmitir por microondas se
reciben desde la unidad de procesamiento de señal 22 a 310 MHz en la
realización preferida. Las señales de entrada se amplifican lo
necesario por un amplificador 126. La señal de salida del
amplificador se mezcla por un mezclador 128 con la señal producida
por el sintetizador de LO 114 para crear una señal de frecuencia
intermedia que se filtra por un filtro 130 y se amplifica lo
necesario por un amplificador 132. La señal amplificada se mezcla en
un mezclador 134 con la señal producida por el sintetizador 110 del
transmisor para crear otra señal de frecuencia intermedia que se
filtra por un filtro 136. Se proporciona la señal de salida final al
módulo transmisor 102. En la realización preferida, la salida es una
señal en la gama de aproximadamente 5 GHz.
Un procesador de FI 138 del receptor funciona de
manera similar al procesador de FI 124 del transmisor, excepto para
reducir frecuencias. Según se muestra en la figura 8, las señales
recibidas por la transmisión de microondas se proporcionan desde el
módulo receptor 104, a aproximadamente 5 GHz en la realización
preferida. Las señales de entrada se amplifican lo necesario por un
amplificador 140. La salida del amplificador 140 se filtra por un
filtro 142 y luego se mezcla en un mezclador 144 con la señal de
salida del sintetizador 112 del receptor. La señal mezclada se
amplifica por un amplificador 146, se filtra por un filtro 148 y se
mezcla con la señal de salida del sintetizador 114 de LO por un
mezclador 150. La señal mezclada se filtra por un filtro 152 y se
amplifica por un amplificador 154. En la realización preferida, la
salida es una señal en la gama de 70 MHz y se alimenta a la unidad
de procesamiento de señal 22 por un cable 38.
Todos los componentes y los procesadores de FI
124 y 138 están disponibles comercialmente o son conocidos. En una
realización prototipo de la invención, los amplificadores son
preferiblemente amplificadores RF2304 fabricados por RF
Microdevices, los filtros son filtros resonantes cerámicos
fabricados por Lark Engineering y los mezcladores son mezcladores
doblemente equilibrados fabricados por RF Prime. Estos componentes
se colocan en la placa de circuito impreso de la tarjeta 100 del
procesador de FI montada dentro del alojamiento 62 e interconectada
de la manera ilustrada.
La figura 9 ilustra los componentes del módulo
transmisor de microondas 102. Se genera una señal de mezcla
proporcionando una entrada 160 de LO del transmisor desde el
sintetizador 110 del transmisor. En la realización preferida, la
entrada 160 de LO del transmisor es de aproximadamente
3,5-3,9 GHz. La entrada 160 de LO del transmisor se
amplifica lo necesario por un amplificador 162, se multiplica la
frecuencia por un factor entero, 3 en la realización preferida,
mediante un multiplicador de frecuencia 164, se filtra para eliminar
componentes de frecuencia no deseados por un filtro de armónicos
166, se amplifica lo necesario por un amplificador 168, se
multiplica de nuevo la frecuencia por un factor entero, 3 en la
realización preferida, por un multiplicador de frecuencia 170, se
amplifica lo necesario por un amplificador 172 y de nuevo se filtra
para eliminar componentes de frecuencia no deseados por un filtro de
armónicos 174. En la realización preferida, la salida del filtro de
armónicos 174 está a aproximadamente 32 GHz.
Se suministra una entrada 176 de FI del
transmisor desde el procesador de FI del transmisor como salida del
filtro 138, a aproximadamente 5 GHz en la realización preferida.
Esta señal de entrada 176 se mezcla con la salida del filtro de
armónicos 174 en un mezclador 180, se filtra para eliminar
componentes de banda lateral en un filtro 182, se amplifica lo
necesario por un amplificador 188 y se filtra la frecuencia por un
filtro 190 para obtener una señal de salida de frecuencia única que
se proporciona como entrada al diplexor 106. En la realización
preferida, la salida del filtro 190 es seleccionable en la gama de
37-40 GHz.
El módulo receptor de microondas 104, ilustrado
en la figura 10, funciona de modo similar al módulo transmisor de
microondas. Una entrada 200 de LO del receptor generada por el
sintetizador 112 del receptor se amplifica lo necesario por un
amplificador 202, se multiplica la frecuencia por un entero
constante, 3 en la realización preferida, por un multiplicador de
frecuencias para eliminar componentes de frecuencias distintos de
los deseados por un filtro de armónicos 206, se amplifica de nuevo
lo necesario por un amplificador 208, de nuevo se multiplica la
frecuencia por un entero constante, 3 en la realización preferida,
por un multiplicador de frecuencias 210, se amplifica lo necesario
por un amplificador 212, y se filtra de nuevo para eliminar
componentes de frecuencias distintos de los deseados por un filtro
de armónicos 214. En la realización preferida, la entrada 200 de LO
del receptor está aproximadamente a 3,5-3,9 GHz y la
salida del filtro de armónicos 214 está aproximadamente 32 GHz.
Se recibe una entrada 216 del receptor desde el
diplexor 106. En una realización preferida, la entrada 216 del
receptor está aproximadamente a 37-40 GHz. Esa
señal se amplifica lo necesario por un amplificador 210, se filtra
la imagen por un filtro 220 para eliminar componentes de imagen (a
27-30 GHz en la realización preferida), y se mezcla
con la señal de salida del filtro de armónicos 214 en un mezclador
222. La señal de salida del mezclador 222 está a una frecuencia que
es la diferencia entre la de la señal de entrada 216 y la salida de
la señal de mezcla procedente del filtro de armónicos 214, en el
caso preferido aproximadamente 5 GHz. Esta señal se amplifica lo
necesario por un amplificador 224 y se suministra con la entrada 48
al procesador 140 de FI del receptor.
El módulo transmisor 102, el módulo receptor 104
y el diplexor 106 se implementan utilizando una arquitectura de
circuito integrado de microondas monolítico (MMIC). Este enfoque de
circuito integrado para circuitos de microondas y sus procedimientos
de procesamiento se conocen generalmente en la técnica para otras
aplicaciones y se describen, por ejemplo, por George Vendelin,
"Diseño de Circuitos de Microondas Utilizando Técnicas Lineales y
No Lineales", John Wiley, 1990. Las patentes norteamericanas
4.837.530; 4.890.077; 4.947.136 y 5.319.329 describen el uso de
técnicas MMIC. Están disponibles componentes comerciales que
utilizan tecnología MMIC, tales como diversos amplificadores
fabricados por Alpha Industries. En este enfoque, los componentes de
las figuras 9 y 10 se fabrican como elementos de película delgada,
preferiblemente basados en tecnología de arseniuro de galio,
separados por guías de onda tipo traza en vez de guías de onda
huecas o de línea plana convencionales.
La figura 11, que es esquemática y no está
dibujada a escala, ilustra el montaje de una unidad de
radiofrecuencia convencional 80 y su antena 82, conectada por su
alimentación de microondas 84, en un mástil 86. Asimismo, se muestra
una unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60 de la invención.
La unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60 tiene un ménsula
de montaje 88 fijada a una de las paredes exteriores 64 distinta de
aquella a la que se fija la antena plana integrada 68, y la ménsula
de montaje permite una fijación ajustable directa al mástil 86. Es
evidente que el enfoque de la invención es mucho más conveniente
para instalación y alineación que el enfoque convencional. La
unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60 también se puede
montar en localizaciones y lugares que en gran medida no son
utilizables con el dispositivo convencional. Por ejemplo, la
unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60 se monta fácilmente en
un marco de ventana de manera muy similar a un acondicionador de
aire para habitaciones.
Los inventores han desarrollado un diseño
prototipo de la unidad/antena de radiofrecuencia integrada 60,
mostrada en las figuras 3-5, para funcionamiento a
una frecuencia de microondas de 37-40 GHz,
utilizando el enfoque de la invención. La antena plana tiene una
anchura W de aproximadamente 26,67 cm (10-1/2
pulgadas), una longitud L de aproximadamente 26,67 cm
(10-1/2 pulgadas) y un grosor T_{A} de
aproximadamente 2,54 cm (1 pulgada). Los componentes restantes, el
transceptor de microondas 40, el controlador 42 y la fuente de
energía 44 se encajan en un alojamiento que tiene la misma longitud
y anchura y un grosor T_{B} de aproximadamente 5,08 cm (2
pulgadas). El tamaño total del conjunto de alojamiento y antena es
de aproximadamente 30,48 cm (12 pulgadas) por 30,48 cm (12
pulgadas) por 7,62 cm (3 pulgadas). El peso de la unidad/antena de
radiofrecuencia integrada 60 es de aproximadamente 5,67 kg (13
libras). Es deseable que el peso de la unidad/antena de
radiofrecuencia sea menor de 6,54 kg (15 libras) para que se puede
levantar y manipular fácilmente por un instalador.
Aunque se ha descrito con detalle una realización
particular de la realización de la invención con fines
ilustrativos, pueden realizarse diversas modificaciones y mejoras
sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. En
consecuencia, la invención no ha de estar limitada sino por las
reivindicaciones anexas.
Claims (9)
1. Una unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada, que comprende: una antena de
microondas (68) que tiene una alimentación (48) de entrada/salida
de antena; un alojamiento (62); un conjunto electrónico (66) de
transceptor de radiofrecuencia de microondas dentro del alojamiento
(62), caracterizada porque el conjunto electrónico de
transceptor comprende un procesador (124) de frecuencia intermedia
del transmisor que tiene una entrada de frecuencia de banda base,
una salida de microondas, al menos un mezclador (128, 134) de
frecuencias operable para aumentar la frecuencia de la entrada de
frecuencia de banda base, al menos un filtro (130, 136) en serie con
el mezclador (128, 134) de frecuencias y al menos un amplificador
(126, 132) en serie con el filtro (130, 136); un procesador (138) de
frecuencia intermedia del receptor que tiene una entrada de
microondas y una salida de frecuencia de banda base, un transmisor
(102) de microondas que tiene una arquitectura monolítica de
circuito integrado de microondas, teniendo el transmisor (102) de
microondas una entrada en comunicación con la salida de microondas
del procesador (124) de frecuencia intermedia del transmisor y una
salida en comunicación de microondas con la alimentación (48) de
entrada/salida de antena; y un receptor (104) de microondas que
tiene una arquitectura monolítica de circuito integrado de
microondas, teniendo el receptor (104) de microondas una entrada en
comunicación con la alimentación (48) de entrada/salida de antena y
una salida en comunicación de microondas con la entrada de
microondas del procesador (138) de frecuencia intermedia del
receptor.
2. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada además por: un diplexor (106) de microondas
que tiene una arquitectura monolítica de circuito integrado de
microondas, teniendo el diplexor (106) de microondas como
entrada/salida la alimentación (48) de entrada/salida, como entrada
la salida del transmisor (102) de microondas, y como salida la
entrada del receptor (104) de microondas.
3. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada además por: una fuente de energía (120) dentro
del alojamiento (62), teniendo la fuente de energía (120) cables de
energía hacia el procesador (124) de frecuencia intermedia del
receptor, el transmisor (102) de microondas y el receptor (104) de
microondas.
4. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada además por: un controlador (118) dentro del
alojamiento (62), estando en comunicación el controlador (118) con
el procesador (124) de frecuencia intermedia del transmisor, el
procesador (138) de frecuencia intermedia del receptor, el
transmisor (102) de microondas y el receptor (104) de
microondas.
5. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada porque el procesador (138) de frecuencia
intermedia del receptor comprende al menos un mezclador (144, 150)
de frecuencias operable para disminuir la frecuencia de la entrada
de microondas, al menos un filtro (142, 148, 152) en serie con el
mezclador (144, 150) de frecuencias, y al menos un amplificador
(140, 146, 154) en serie con el filtro.
6. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada porque el transmisor (102) de microondas
comprende al menos un mezclador de frecuencias (180) operable para
aumentar la frecuencia de la salida de microondas del procesador
(124) de frecuencia intermedia del transmisor, al menos un filtro
(182, 186, 190) en serie con el mezclador (180) de frecuencias, y al
menos un amplificador (184, 188) en serie con el filtro (182, 186,
190).
7. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada porque el receptor (104) de microondas
comprende al menos un mezclador de frecuencias (222) operable para
disminuir la frecuencia de la alimentación (48) de entrada/salida
de la antena, al menos un filtro (220) en serie con el mezclador
(222) de frecuencias, y al menos un amplificador (218, 224) en serie
con el filtro (220).
8. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada porque el alojamiento (62) tiene un tamaño no
superior a aproximadamente 30,48 cm por 30,48 cm por alrededor de
7,62 cm (12 pulgadas por 12 pulgadas por aproximadamente 3
pulgadas).
9. La unidad/antena de radiofrecuencia de
microondas punto a punto integrada según la reivindicación 1,
caracterizada porque el alojamiento (62), la antena (68) y
el conjunto electrónico (66) pesan conjuntamente menos de
aproximadamente 6,8 kg (15 libras).
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