ES2340873T3 - Sistema y metodo de absorbedor de energia. - Google Patents
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Abstract
Absorbedor de energía para la recepción de una señal que tiene una frecuencia fundamental que comprende: un nodo de entrada (22, 122, 222, 322) para la recepción de la señal; un primer circuito de diodo PIN que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al nodo de entrada (22, 122, 222, 322) y un segundo extremo, en el que el primer circuito de diodo PIN comprende al menos dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en serie; una primera resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a, 330b) que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al segundo extremo del primer circuito de diodo PIN y un segundo extremo conectado eléctricamente a una tensión de referencia; una línea de transmisión de cuarto de onda (24, 124, 224, 324) que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al nodo de entrada (22, 122, 222, 322) y un segundo extremo, teniendo la línea de transmisión de cuarto de onda una longitud eléctrica que es un cuarto de la longitud de onda de la frecuencia fundamental; un segundo circuito de diodo PIN que tiene una entrada conectada eléctricamente al segundo extremo de la línea de transmisión de cuarto de onda y una salida conectada eléctricamente al voltaje de referencia, comprendiendo el segundo circuito de diodo PIN al menos un diodo PIN (34, 134a, 134b, 234a, 234b); una primera bobina amortiguadora (32, 132a, 132b, 232a, 232b, 332a, 332b, 334a, 334b) en paralelo con la primera resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a, 330b); y al menos un resonador (334a, 334b) en paralelo con uno de los al menos dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en el primer circuito de diodo PIN.
Description
Sistema y método de absorbedor de energía.
La presente invención se refiere en general a
señales de energía y más particularmente a un sistema y método para
la absorción de energía.
Los limitadores de alta potencia se usan para
impedir daños en dispositivos tales como un amplificador de bajo
nivel de ruido. En un ejemplo de implementación, un receptor de
radiofrecuencia incluye un limitador de potencia en combinación con
un amplificador de bajo nivel de ruido. El limitador de potencia
limita la energía proporcionada al amplificador de bajo nivel de
ruido para evitar daños del amplificador de bajo nivel de ruido.
Tales daños pueden producirse cuando se configura un receptor para
detectar señales de radiofrecuencia de baja amplitud y en su lugar,
recibe una señal de alta amplitud. Ejemplos de limitadores incluyen
limitadores de reflexión y limitadores de absorción.
Generalmente, los limitadores de reflexión
implican la derivación de los diodos PIN a tierra en paralelo con
una bobina amortiguadora RF. Alternativamente, los diodos PIN se
derivan a tierra en paralelo con los diodos NIP. Por tanto, para
niveles de radiofrecuencia bajos, el diodo PIN está apagado y no
fluye corriente a tierra; el limitador tiene una pérdida baja. Sin
embargo, para oscilaciones de alto voltaje, se enciende el diodo
PIN y fluye corriente a tierra. O bien la bobina amortiguadora o
bien el diodo NIP proporciona un trayecto de corriente. En tal
caso, la señal recibida se refleja hacia la fuente de señal. Esto da
como resultado la desventaja de que, por ejemplo, puede observarse
un receptor de radiofrecuencia clandestino cuando éste refleja la
energía de radiofrecuencia de nuevo a su fuente.
Generalmente, los limitadores de absorción usan
una derivación de cuarto de onda con diodos PIN. Los diodos PIN
están apagados para las señales recibidas de baja amplitud, lo que
da como resultado un flujo de corriente bajo. Por tanto, el
limitador tiene una pérdida baja. Sin embargo, para niveles altos,
se apagan los diodos PIN y fluye la corriente. En tal caso, cuando
se encienden los diodos de salida parecen de una baja impedancia.
La baja impedancia del diodo de salida se refleja a través de una
línea de cuarto de onda y parece un circuito abierto en paralelo
con una carga de 50 ohmios. Por tanto, se absorbe la energía de
radiofrecuencia por la carga de 50 ohmios.
Los limitadores de reflexión y de absorción
descritos anteriormente no son satisfactorios en todos los sentidos.
En particular, en determinadas aplicaciones los limitadores no
actúan de manera suficiente para limitar la energía recibida. Se da
a conocer un filtro de amplitud absorbente en el documento
US6087906.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un sistema y método para la absorción de energía. Este
objeto puede lograrse mediante las características tal como se
definen en las reivindicaciones independientes. Las mejoras
adicionales se caracterizan en las reivindicaciones
dependientes.
Según una realización de la invención, un
absorbedor de energía para recibir una señal que tiene una
frecuencia fundamental incluye un nodo de entrada para recibir la
señal y un primer circuito de diodo PIN que tiene un primer extremo
conectado eléctricamente en el nodo de entrada y un segundo extremo.
El primer circuito de diodo PIN incluye al menos un diodo PIN. El
absorbedor también incluye una resistencia de carga que tiene un
primer extremo conectado eléctricamente al segundo extremo del
circuito de diodo PIN y un segundo extremo conectado eléctricamente
a una tensión de referencia. El absorbedor también incluye una línea
de transmisión de cuarto de onda que tiene un primer extremo
conectado eléctricamente al nodo de entrada en un segundo extremo.
La línea de transmisión de cuarto de onda tiene un enlace eléctrico
que es un cuarto de la longitud de onda de la frecuencia
fundamental. El absorbedor de energía también incluye un segundo
circuito de diodo PIN que tiene una entrada conectada
eléctricamente al segundo extremo de la línea de transmisión de
cuarto de onda y una salida conectada eléctricamente al voltaje de
referencia. Se proporciona la primera bobina amortiguadora en
paralelo con el resistor de carga.
Algunas realizaciones de la invención pueden
proporcionar numerosas ventajas técnicas. Otras realizaciones
pueden comprender algunas, ninguna o todas estas ventajas. Por
ejemplo, según una realización, pueden absorberse grandes
cantidades de energía en dispositivos muy pequeños. Además, en
algunas realizaciones, puede minimizarse la pérdida de inserción
asociada con el absorbedor y puede aumentarse el ancho de banda del
absorbedor.
Los expertos en la técnica pueden determinar
fácilmente otras ventajas.
Una comprensión más completa de las
realizaciones de la invención resultará evidente a partir de la
descripción detallada tomada en conjunción con los dibujos adjuntos
en los que:
la figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra un receptor según la técnica relacionada;
la figura 2 es un diagrama de circuito que
ilustra un absorbedor de energía según la técnica relacionada;
la figura 3 es un diagrama de circuito de un
absorbedor de energía según otra realización de la técnica
relacionada;
la figura 4 es un diagrama de circuito de un
absorbedor de energía según aún otra realización de la técnica
relacionada; y
la figura 5 es un diagrama de circuito que
ilustra un absorbedor de energía según una realización de la
invención.
Las realizaciones a modo de ejemplo de la
presente invención y sus ventajas se comprenden mejor haciendo
referencia a las figuras 1 a 5 de los dibujos, usándose números de
referencia similares para partes correspondientes y similares de
los diversos dibujos.
La figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra un receptor 10 según la técnica relacionada. El receptor 10
puede ser cualquier receptor para recibir una señal 16, que en una
realización es una señal de radiofrecuencia. En determinadas
implementaciones, puede configurarse el receptor 10 para recibir una
señal de baja amplitud 16, y por tanto, incluye un amplificador de
bajo nivel de ruido 14. Puesto que el receptor 10 también puede
recibir una señal de alta amplitud 16, se utiliza un absorbedor de
energía 12 para absorber la energía de la señal de alta amplitud
16, y permitir que una señal de baja amplitud 18 pase al
amplificador de bajo nivel de ruido 14. El amplificador de bajo
nivel de ruido 14 produce una señal amplificada 20, que puede
utilizarse por las partes restantes del receptor 10 (no mostrado
explícitamente).
Tal como se describió anteriormente, algunos
limitadores de potencia anteriores no han funcionado totalmente de
manera satisfactoria para todos los propósitos. En particular, en
algunas implementaciones, una señal de alta amplitud destruye un
amplificador de bajo nivel de ruido 14 porque el limitador de
potencia no puede absorber cantidades suficientes de energía.
Alternativamente, se destruye el propio limitador de potencia.
Según las enseñanzas de la técnica relacionada, se proporcionan un
absorbedor de energía mejorado y un método que tratan este
problema.
La figura 2 es un diagrama esquemático que
ilustra un ejemplo de un absorbedor de energía 12 según las
enseñanzas de la técnica relacionada. En la realización ilustrada,
el absorbedor de energía 12 incluye un nodo de entrada 22 y un nodo
de salida 24. El nodo de entrada 22 puede recibir una señal 16, tal
como una señal de microondas o de radiofrecuencia, y proporcionar
una señal indicativa de la señal 16 en el nodo 24 tal como una señal
18. En la realización ilustrada, el absorbedor de energía 12
incluye un diodo PIN 28 acoplado en serie a tierra 40 con la
combinación paralela de una resistencia de carga 30 y una bobina
amortiguadora 32. En el ejemplo en el que la señal de radio 16 es
una señal de radiofrecuencia, la bobina amortiguadora 32 es una
bobina amortiguadora de radiofrecuencia. El absorbedor de energía
12 también incluye una línea de cuarto de onda 26 y un diodo PIN 34
dispuesto entre la línea de cuarto de onda 26 y el nodo de salida 24
y también acoplado a tierra 40.
El diodo PIN 28 y el diodo PIN 34 son
dispositivos semiconductores bien conocidos que funcionan como un
resistor variable a radiofrecuencias y a frecuencias de microondas.
En un ejemplo, la resistencia 30 es una carga de 50 ohmios; sin
embargo, pueden utilizarse otras cargas adecuadas. En esta
realización, la bobina amortiguadora 32 es una bobina amortiguadora
de cuarto de onda; sin embargo, la bobina amortiguadora 32 también
puede ser una bobina amortiguadora en espiral, que es una bobina
amortiguadora de alta inductancia, u otra bobina amortiguadora
adecuada. En general, la inductancia de la bobina amortiguadora 32
debe ser lo suficientemente grande para que la impedancia de 50
ohmios no se vea afectada por la impedancia de la bobina
amortiguadora 32. La línea de cuarto de onda 26 se dimensiona
basándose en los requisitos de energía del absorbedor de energía 12
según técnicas convencionales. En la realización ilustrada, en un
ejemplo, la línea de cuarto de onda 26 tiene una impedancia
característica de 50 ohmios. La resistencia 30 se dimensiona para
corresponder a la impedancia en el nodo 22.
En funcionamiento, para las señales 16 que no
son demasiado grandes, los diodos PIN 28 y 34 están apagados y no
fluye corriente a tierra. Por tanto, el absorbedor 12 actúa como un
dispositivo de pérdida baja, permitiendo que la señal 16 pase desde
el nodo de entrada 22 hasta el nodo de salida 24 sin mucha
atenuación. Para las oscilaciones de alto voltaje, tales como
aproximadamente de un voltio en la realización ilustrada, se
enciende el diodo PIN 28, permitiendo que la corriente fluya a
tierra a través de la resistencia 30 y la bobina amortiguadora 32.
También se enciende el diodo PIN 34, que parece ser de una baja
impedancia. Sin embargo, se refleja la baja impedancia del diodo 34
a través de la línea de cuarto de onda 26 y parece abierto en
paralelo con la resistencia 30 y la bobina amortiguadora 32. Esto
permite al diodo PIN 28 y diodo PIN 34 alimentar corriente a cada
uno y la energía en la señal 16 se absorbe principalmente mediante
la resistencia 30.
Las enseñanzas de la técnica relacionada
reconocen que los absorbedores de energía anteriores que no utilizan
una bobina amortiguadora 32 padecen el deseo de utilizar diodos PIN
más grandes y manejar la corriente aumentada asociada con
requisitos de energía superiores. Sin embargo, la capacidad del
diodo PIN para manejar niveles de energía superiores también es una
función de la resistencia a tierra. Cuanto menor es la resistencia a
tierra, mayor es el nivel de energía que puede manejar un diodo de
tamaño particular. Por tanto, la capacidad del resistor 30 para
manejar corrientes grandes, se proporciona la bobina amortiguadora
32 en paralelo con la resistencia 30 con el fin de disminuir la
resistencia a tierra. Esta resistencia inferior permite al diodo
PIN 28 manejar más corriente con una resistencia inferior. Por
tanto, la topología ilustrada puede manejar niveles de energía
superiores.
La figura 3 ilustra un absorbedor de energía 112
según la técnica relacionada. El absorbedor de energía 112 es
análogo al absorbedor de energía 12 de la figura 2 excepto que los
componentes de manejo de energía se reflejan en la entrada 16. Por
tanto, además de los diodos PIN 128a y 134a, y la resistencia 130a y
la bobina amortiguadora 132a, se proporcionan los diodos PIN 128b y
134b y la resistencia 130b y la bobina amortiguadora 132b. El uso
del segundo diodo PIN 128b y resistencia 130b colocados en paralelo
con el diodo PIN 128a y la resistencia 130a aumenta la capacidad de
manejo de energía de los diodos PIN y las resistencias. En este
ejemplo, se cambian las resistencias 130a y 130b con respecto a la
implementación de la figura 2 desde 50 ohmios hasta 100 ohmios de
modo que la combinación de la carga paralela queda a 50 ohmios.
Otros componentes de la figura 3 pueden ser similares a los
componentes correspondientes de la figura 2 que tienen números de
referencia análogos. El absorbedor de energía resultante tiene una
mayor capacidad de manejo de energía que el absorbedor de la figura
2 porque la mitad de la energía se disipa por cada lado del
absorbedor.
La figura 4 es un diagrama esquemático de un
absorbedor de energía 212 que puede utilizarse en el receptor 10.
El absorbedor de energía 212 es análogo al absorbedor de energía 112
de la figura 3, excepto que se proporcionan los diodos PIN
adicionales 242a y 242b en serie con los diodos PIN 228a y 228b,
respectivamente. Los otros componentes del absorbedor de energía
212 pueden ser similares a los componentes correspondientes de los
absorbedores de energía 12 y 112 que tienen números de referencia
correspondientes.
Las enseñanzas de la técnica relacionada
reconocen que los diodos PIN más grandes tienen una "capacitancia
en estado apagado" superior que limita el ancho de banda y
aumenta la pérdida de inserción. Por tanto, se proporcionan los
diodos PIN 242a y 242b en serie con los PIN 228a y 228b,
respectivamente, para reducir la capacitancia en estado apagado de
la combinación resultante y para mejorar el ancho de banda y la
pérdida de inserción del absorbedor de energía 212.
La figura 5 es un diagrama esquemático que
ilustra un absorbedor de energía 312 según una realización de la
invención. El absorbedor de energía 312 es análogo al absorbedor de
energía 212 excepto que se proporcionan en paralelo la bobina
amortiguadora 334a y la bobina amortiguadora 334b con el diodo PIN
328a y el diodo PIN 328b, respectivamente. Otros componentes del
absorbedor de energía 312 pueden ser similares a los descritos
anteriormente en conjunción con el absorbedor de energía 212 con
números de referencia análogos. La adición de las bobinas
amortiguadoras 334a y 334b en paralelo con uno de los diodos PIN da
como resultado la resonancia de la capacitancia "en estado
apagado" del diodo a una alta impedancia, que mejora el ancho de
banda y la pérdida de inserción del absorbedor de energía 312. Esta
resonancia se produce a la frecuencia de funcionamiento y puede
lograrse dimensionando de manera apropiada los resonadores 334a y
334b para resonar a la frecuencia de la señal 16. La adición de las
bobinas amortiguadoras 334a y 334b también reduce la resistencia a
tierra para el diodo PIN que no resuena, mejorando su capacidad de
manejo de energía.
Aunque se han descrito en detalle la presente
invención y sus ventajas, debe comprenderse que pueden realizarse
diversos cambios, sustituciones y alteraciones de las mismas sin
apartarse del alcance de la invención tal como se define por las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (16)
1. Absorbedor de energía para la recepción de
una señal que tiene una frecuencia fundamental que comprende:
- un nodo de entrada (22, 122, 222, 322) para la recepción de la señal;
- un primer circuito de diodo PIN que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al nodo de entrada (22, 122, 222, 322) y un segundo extremo, en el que el primer circuito de diodo PIN comprende al menos dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en serie;
- una primera resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a, 330b) que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al segundo extremo del primer circuito de diodo PIN y un segundo extremo conectado eléctricamente a una tensión de referencia;
- una línea de transmisión de cuarto de onda (24, 124, 224, 324) que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al nodo de entrada (22, 122, 222, 322) y un segundo extremo, teniendo la línea de transmisión de cuarto de onda una longitud eléctrica que es un cuarto de la longitud de onda de la frecuencia fundamental;
- un segundo circuito de diodo PIN que tiene una entrada conectada eléctricamente al segundo extremo de la línea de transmisión de cuarto de onda y una salida conectada eléctricamente al voltaje de referencia, comprendiendo el segundo circuito de diodo PIN al menos un diodo PIN (34, 134a, 134b, 234a, 234b);
- una primera bobina amortiguadora (32, 132a, 132b, 232a, 232b, 332a, 332b, 334a, 334b) en paralelo con la primera resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a, 330b); y
- al menos un resonador (334a, 334b) en paralelo con uno de los al menos dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en el primer circuito de diodo PIN.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Absorbedor de energía según la reivindicación
1, en el que la primera bobina amortiguadora (32, 132a, 132b, 232a,
232b, 332a, 332b, 334a, 334b) es una bobina amortiguadora en
espiral.
3. Absorbedor de energía según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que la primera bobina
amortiguadora (32, 132a, 132b, 232a, 232b, 332a, 332b, 334a, 334b)
es un inductor.
4. Absorbedor de energía según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que se dimensiona la primera
resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a, 330b) para
corresponder a una impedancia en el nodo de entrada (22, 122, 222,
322).
5. Absorbedor de energía según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que la línea de cuarto de
onda tiene una impedancia característica de 50 ohmios.
6. Absorbedor de energía según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, y que comprende además un
amplificador de bajo nivel de ruido (14) conectado eléctricamente
al segundo extremo de la línea de transmisión de cuarto de
onda.
7. Absorbedor de energía según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, y que comprende además un tercer
circuito de diodo PIN en paralelo con el primer circuito de diodo
PIN.
8. Absorbedor de energía según la reivindicación
7, y que comprende además una segunda resistencia de carga (30,
130a, 230a, 230b, 330a, 330b) que tiene un primer extremo conectado
eléctricamente al segundo extremo del tercer circuito de diodo PIN
y un segundo extremo conectado eléctricamente al voltaje de
referencia.
9. Absorbedor de energía según la reivindicación
8, y que comprende además una segunda bobina amortiguadora (32,
132a, 132b, 232a, 232b, 332a, 332b, 334a, 334b) en paralelo con la
segunda resistencia de carga (30, 130a, 230a, 230b, 330a,
330b).
10. Absorbedor de energía según las
reivindicaciones 8 ó 9, en el que la resistencia de la combinación
paralela de las resistencias de carga primera y segunda (30, 130a,
230a, 230b, 330a, 330b) corresponde a una impedancia en el nodo de
entrada (22, 122, 222, 322).
11. Absorbedor de energía según la
reivindicación 7, en el que el tercer circuito de diodo PIN
comprende al menos dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b,
242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en serie.
12. Absorbedor de energía según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores 7 a 11, que comprende además al
menos un resonador RF en paralelo con uno respectivo de los al menos
dos diodos PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b,
342a, 342b) en el tercer circuito de diodo PIN.
13. Absorbedor de energía según la
reivindicación 1, en el que el al menos un resonador RF es un
inductor que resuena a la frecuencia fundamental.
14. Método para limitar una señal que
comprende:
- recibir una señal que tiene una frecuencia fundamental en un nodo de entrada (22, 122, 222, 322);
- proporcionar una línea de transmisión de cuarto de onda (24, 124, 224, 324) entre el nodo de entrada y un nodo de salida, teniendo la línea de transmisión de cuarto de onda una longitud eléctrica que es un cuarto de la longitud de onda de la frecuencia fundamental;
- proporcionar un primer trayecto a tierra para la señal recibida, comprendiendo el primer trayecto a tierra un primer diodo PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en serie con una primera resistencia de carga y una primer bobina amortiguadora en paralelo con la primera resistencia de carga, en el que el primer trayecto a tierra comprende además un segundo diodo PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b) en serie con el primer diodo PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b), en el que el primer trayecto a tierra comprende además un resonador (334a, 334b) en paralelo con uno de los diodos PIN primero y segundo (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b, 342a, 342b);
- proporcionar un tercer diodo PIN (34, 134a, 134b, 234a, 234b) que tiene una entrada conectada eléctricamente al nodo de salida.
\vskip1.000000\baselineskip
15. Método según la reivindicación 14, y que
comprende además proporcionar un segundo trayecto a tierra para la
señal recibida, comprendiendo el segundo trayecto a tierra un cuarto
diodo PIN (28, 128a, 128b, 228a, 228b, 242a, 242b, 328a, 328b,
342a, 342b) en serie con una segunda resistencia de carga (30, 130a,
230a, 230b, 330a, 330b) y una segunda bobina amortiguadora (32,
132a, 132b, 232a, 232b, 332a, 332b, 334a, 334b) en paralelo con la
resistencia de carga.
16. Método según la reivindicación 14, en el que
la línea de transmisión de cuarto de onda tiene una impedancia
característica de 50 ohmios.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US129262 | 2005-05-12 | ||
| US11/129,262 US7385456B2 (en) | 2005-05-12 | 2005-05-12 | Power absorber system and method |
Publications (1)
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| WO (1) | WO2006124104A1 (es) |
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