ES2350831T3 - Sistema de comunicación de múltiples receptores con antena de aberturas distribuidas. - Google Patents

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Abstract

Un medio de transporte (300) de múltiples pasajeros que comprende un espacio cerrado y un sistema de comunicación inalámbrico que acomoda a múltiples usuarios en dicho espacio cerrado (300), estando dicho sistema de comunicación inalámbrico caracterizado porque comprende: una antena (100) de aberturas distribuidas, que comprende un núcleo conductor, y una protección o pantalla (104) que rodea al núcleo conductor, en el que la protección (104) tiene una pluralidad de aberturas (106) que forman una pluralidad de trayectos de escape de energía, en el que los trayectos de escape de energía generan una pluralidad de campos eléctricos (120), en el que la antena (100) de aberturas distribuidas tiene la forma de una guía de ondas de placas paralelas y en el que el núcleo conductor comprende una primera tira (116) conductora, una segunda tira conductora (116) y un dieléctrico (118) entre la primera tira y la segunda tira (116); y una estación base (302) en comunicación con la antena (100) de aberturas distribuidas.

Description

CAMPO TÉCNICO
El invento se refiere a un medio de transporte para múltiples pasajeros que tiene una red inalámbrica instalada en él.
ANTECEDENTES DEL INVENTO
Con el incremento en los métodos de comunicación inalámbrica así como en los viajes de negocios, se ha producido una demanda creciente de sistemas y servicios que puedan conectar viajeros a sus datos deseados, tales como el correo electrónico y las páginas web de Internet, mientras están a bordo de un avión, tren u otro medio de transporte para múltiples pasajeros. Por simplicidad, la siguiente descripción se focalizará en redes inalámbricas en un entorno de cabina de avión, pero el invento puede aplicarse a cualquier entorno en el que múltiples usuarios pueden acceder a la red al mismo tiempo en un entorno cerrado, incluyendo edificios, furgonetas, autobuses, y otros lugares similares. Además, aunque la descripción siguiente se focaliza en proporcionar enlaces inalámbricos para transportar datos para funciones de avión, tales como salud y prognosis, seguridad, entretenimientos en vuelo y funciones de control de cabina, el invento puede ser usado para transportar señales aplicables al entorno en el que el invento es utilizado.
Cualquier sistema de comunicación inalámbrica dentro de la cabina de un avión debería idealmente tener suficiente resistencia de campo eléctrico para proporcionar el acoplamiento entre una antena fuente y un receptor, independientemente de la situación del receptor en la cabina, al tiempo que impide la interacción con otros sistemas del avión y/o del aeropuerto. Aunque una sola antena fuente, bien con diseño de radiación direccional o bien omnidireccional puede ser usada para crear el campo requerido para el acoplamiento con la antena receptora, la resistencia de campo eléctrico de la antena debe ser lo bastante fuerte de modo que la propagación de ondas desde la antena fuente se acoplará aún con un receptor situado dentro de la cabina lejos de la antena fuente. Sin embargo, usar una sola antena fuente crea una distribución de campo desigual, tal como un campo concentrado cerca de la antena fuente y un campo debilitado lejos de la antena fuente. Aumentando la resistencia de campo en los bordes del campo de la antena fuente puede mejorar el acoplamiento del receptor en toda la cabina, pero esto crea más oportunidades de que se produzcan fugas de campo fuera de la cabina y aumenta la probabilidad de interferencia con los sistemas del avión y/o del aeropuerto próximos.
Además, los receptores que operan en áreas alejadas de la antena fuente pueden experimentar reducciones en el ancho de banda efectivo del sistema de comunicación debido a efectos de múltiples trayectos en los receptores causados por la generación del modo de propagación desigual. Adicionalmente, los trayectos de señal más largos, particularmente en un espacio cerrado que aloja múltiples usuarios, aumentan la probabilidad de que las señales reboten desde las paredes del espacio cerrado y se reflejen repetidamente dentro del espacio, creando una interferencia adicional. Aunque puede ser posible incorporar antenas adicionales en el avión para reducir los efectos de la distribución de campo desigual y la generación de modo, los campos creados por múltiples antenas aún no son distribuidos de modo uniforme y crean aún concentraciones indeseables del campo eléctrico cerca de la antena. Múltiples antenas pueden también ser costosas y complejas de instalar, haciéndolas demasiado poco prácticas para un uso de amplio espectro.
Hay un deseo de una estructura de antena que genere un campo eléctrico uniformemente distribuido.
Hay también un deseo para un sistema y un método de comunicación inalámbrica que puedan acoplar una antena fuente con uno o más receptores al tiempo que se minimizan los efectos de múltiples trayectos de modos de propagación inducida en el sistema, independientemente de la situación de los receptores con respecto a la antena fuente.
El documento EP-A-277014 describe un transporte de múltiples pasajeros que tiene una comunicación inalámbrica que tiene una antena que comprende un cable coaxial agujereado. La periferia del cable está dentada helicoidalmente de modo que deje escapar una gran cantidad de señal. El documento US-A-4325039 describe un cable coaxial agujereado en el que hay previstas aberturas en un conductor exterior. El documento GB-A-2235336 describe una antena de cable agujereado en el que un cable alimentador agujereado está dispuesto dentro de un alojamiento que proporciona una protección de RF discontinua.
SUMARIO DEL INVENTO
El invento está dirigido a un transporte de múltiples pasajeros que tiene una estructura de antena según el invento que tiene aberturas distribuidas. De acuerdo con el invento, se ha proporcionado un sistema de comunicación inalámbrica para múltiples pasajeros según la reivindicación 1.
En una realización, la guía de ondas de placas paralelas tiene aberturas distribuidas a lo largo de la longitud de la protección que cubre la guía de ondas.
Las aberturas permiten que la energía irradiada escape de la antena de guía de ondas y forme campos eléctricos localizados de baja potencia, que pueden acoplar receptores a la antena.
Generar múltiples campos eléctricos localizados en vez de un solo campo eléctrico de alta potencia, reduce la distancia entre la antena y el receptor, reduciendo por ello los modos de propagación y los efectos de múltiples trayectos que normalmente ocurren sobre distancias más largas.
Los múltiples campos eléctricos aseguran también que la resistencia de campo es distribuida uniformemente en todo el sistema de comunicación.
Además, debido a que la antena de aberturas distribuidas del invento genera una pluralidad de campos eléctricos de baja potencia en vez de un único campo eléctrico de alta potencia, los requerimientos de potencia total para la antena son reducidos, reduciendo la probabilidad de que el campo eléctrico se escape más allá de los límites deseados de los campos eléctricos e interfiera con otros sistemas de comunicación.
Como resultado, la antena de aberturas distribuidas del invento mejora la capacidad de transmisión de datos inalámbrica dentro de una cabina de avión, una sala, un vehículo o cualquier otro espacio en el que múltiples usuarios pueden acceder al sistema de comunicación en un espacio cerrado.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La fig. 1 es un diagrama representativo de una antena de aberturas distribuidas para usar de acuerdo con una realización del invento. La fig. 2 es un diagrama representativo de una antena de aberturas distribuidas para usar de acuerdo con una realización del invento. La fig. 3 es un diagrama representativo de un avión que incorpora la antena de aberturas distribuidas del invento. La fig. 4 es un diagrama representativo de una distribución de campo eléctrico en el avión de la fig. 3. La fig. 5 es un diagrama representativo de un sistema que incorpora la antena de aberturas distribuidas del invento.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES
Las figs. 1 y 2 ilustran una estructura de antena 100 de aberturas distribuidas para usar en realizaciones del invento.
En la realización mostrada en la fig. 2, la antena 100 tiene la forma de una guía de ondas de placas paralelas que tiene dos tiras de material conductor 116 separadas por una capa 118 dieléctrica de esponja. La estructura de la guía de ondas de placas paralelas está cubierta por una protección aislante 104 que tiene una pluralidad de aberturas 106 que permiten que la energía escape de la guía de ondas.
Las aberturas 106 están espaciadas de modo que el escape o fuga de energía desde el conductor 116 forma un grupo distribuido de puntos de radiación de baja potencia a lo largo de la antena 100, proporcionando diseños de radiación uniforme y localización del campo. Más particularmente pequeñas cantidades de radiación escapan a través de las aberturas 106 para formar campos localizados 120, permitiendo un acoplamiento preciso a cualquier receptor 122 en un campo dado 120. En vez de basarse en un solo campo para acoplar los receptores 122 a la antena 100, la antena 100 se acopla con un receptor dado 122 con el campo localizado 120 más próximo al receptor
122. Esto asegura que el campo 120 que se acopla al receptor 122 no necesita propagarse en una larga distancia antes de alcanzar al receptor 122, reduciendo cualesquiera efectos de múltiples trayectos de propagación inducida.
Reducir la distancia entre el receptor 122 y el campo específico 120 que se acopla al receptor también permite la reducción de la energía de acoplamiento usada para enlazar la antena 100 y el receptor 120. Así, en vez de basarse en un único campo de alta potencia para acoplarse al receptor 120, el invento genera una pluralidad de campos de baja potencia, reduciendo la demanda de potencia de entrada y los requerimientos de un amplificador de potencia dentro del sistema de comunicación. Reduciendo el tamaño y la resistencia de los campos 120 también se minimiza la probabilidad de que cualquiera de los campos 120 se extienda más allá de un perímetro deseado (por ejemplo fuera de una cabina de avión) e interfiera indeseablemente con otros sistemas de comunicación. Un ejemplo de la distribución de campo de la antena de aberturas distribuidas está mostrado en la fig. 4.
Las dimensiones específicas y la geometría de las aberturas, la separación y posición de las aberturas, y los materiales y diseño de la propia antena pueden ser variados dependiendo de las características de rendimiento final deseadas de la antena
100. Por ejemplo, aplicaciones en las que la longitud de la antena puede ser mantenida más corta permiten que se use un conductor 116 de menor sección transversal, mientras aplicaciones que requieren una antena 100 más larga, y por ello una exigencia de excitación más elevada, pueden necesitar un conductor 116 de mayor sección transversal. Otras dimensiones posibles de la antena, dimensiones de los componentes de la antena y separaciones, frecuencias operativas, y posiciones de las aberturas y características serán evidentes para los expertos en la técnica.
En una realización, las aberturas 106 están uniformemente espaciadas a lo largo de la antena 100 para proporcionar la mayor cantidad de control sobre las características de propagación así como una distribución de ganancia uniforme. Si la antena 100 es usada en un espacio cerrado, tal como una cabina de avión, los campos localizados 120 creados por aberturas 106 uniformemente espaciadas reducirán o eliminarán cualesquiera áreas en la que la concentración del campo es significativamente más elevada que en otras áreas.
Las figs. 3 a 5 ilustran una realización en la que la antena 100 de aberturas distribuidas es instalada en un avión 300 de acuerdo con el invento. La antena 100 es usada como una antena de banda ancha para proporcionar campos eléctricos localizados 120 dentro de la cabina así como en otras áreas del avión. En esta realización, la antena 100 está conectada a una estación base, tal como un servidor inalámbrico 302. Las radios 304 actúan como la interfaz o enlace entre los receptores 122 y la antena 100. Las propias radios 304 pueden ser cualquier interfaz de comunicación conocida de acuerdo con cualquier norma conocida (por ejemplo Bluetooth, 802.11, Ethernet, USB, inalámbrico directo, etc.) para proporcionar el número máximo de opciones de conexión para los usuarios del sistema de comunicación. Como se ha mostrado en las figs. 3 y 5, las radios 304 pueden estar asociadas con dispositivos dirigidos a dispositivos de avión (por ejemplo sensores, alumbrado, etc.) así como con dispositivos llevados a bordo del avión por los pasajeros (por ejemplo teléfonos, ordenadores, PDA, etc.).
Como se ha mostrado en la fig. 4, los campos eléctricos 120 están uniformemente distribuidos a lo largo del avión 300 y, cuando son vistos como un todo, actúan como un único campo eléctrico con una resistencia de campo consistente en su totalidad. De modo diferente a las configuraciones de antena tradicionales, la antena 100 de aberturas distribuidas del invento es capaz de mantener la resistencia del campo eléctrico 120 relativamente baja de tal modo que el campo no se extienda más allá de los límites del avión 300 al tiempo que mantiene aún suficiente intensidad para acoplarse con dispositivos dentro del avión 300.
Con referencia a la fig. 3, la antena 100 de aberturas distribuidas puede ser instalada dentro del techo y/o el piso del avión y puede ser instalada al lado en sentido longitudinal de otros haces de cableado en los arneses o bastidores de cableado existentes (no mostrados) en el avión 300. En una realización, la antena 100 puede estar situada tanto en compartimientos presurizados como no presurizados 306, 308 del avión 300 de modo que el equipo en ambos compartimientos puedan comunicar a través de una única antena. La estructura de cable de la antena 100 de aberturas distribuidas del invento permite que un sistema de comunicación de alta velocidad sea incorporado en el avión sin añadir peso indebido al avión o sin que requiera complejas instalaciones, como sucede con las antenas tradicionales.
Además de proporcionar a los pasajeros con capacidades de conexión a la red, la misma antena 100 puede ser usada para proporcionar enlaces inalámbricos para transportar datos para funciones de avión críticas que no son de vuelo, tales como entretenimiento en vuelo, sistemas de control de cabina, vigilancia de salud y sistemas de prognosis, sistemas de seguridad del avión, etc. En una realización, los datos críticos que no son de vuelo son transportados a través del avión mediante la antena 100 mientras los datos críticos de vuelo son transportados por los cables 310. Debido a que los cables no son ya necesarios para transportar los datos críticos que no son de vuelo, el invento permite que el número de cables de señal sea reducido, reduciendo por ello el tamaño y el peso del arnés de cables del avión requerido para soportar los cables. En una realización, cualesquiera cables de señal restantes conectan los dispositivos cableados a su controlador correspondiente de cualquier manera usual.
La reducción de cables en el avión 300 puede ser llevada a cabo de dos maneras. En primer lugar, la antena 100 de aberturas distribuidas del invento puede ser instalada en un avión existente para incorporar funciones o sistemas adicionales que corrientemente requerirían nuevos cables en una aproximación tradicional. Por ejemplo, si tuviera que instalarse un sistema de seguridad (es decir, modernizado) en un avión, una aproximación tradicional requeriría cables para transportar datos de seguridad (por ejemplo imágenes) por ejemplo, a la cabina del piloto. Incorporando la antena 100 del invento al avión 300, el sistema de seguridad puede transmitir datos de forma inalámbrica.
En segundo lugar, la antena 100 de aberturas distribuidas del invento puede ser instalada en un avión nuevo, permitiendo que más sistemas y funciones sean incorporados a un avión sin tener que eliminar ninguno de los sistemas cableados preexistentes. Para un avión nuevo, un sistema inalámbrico puede ser parte del diseño original, permitiendo que los sistemas y funciones del avión sean diseñados alrededor de, por ejemplo, un servidor inalámbrico en el primer caso.
Como resultado, la antena de aberturas distribuidas del invento proporciona un trayecto de comunicaciones de banda amplia que puede ser usado en una red inalámbrica, proporcionando un enlace de datos de alta velocidad a pasajeros del avión así como ofreciendo un trayecto de señal inalámbrico para funciones del avión críticas
5 que no son de vuelo. Cuando es usada en una cabina de un avión, la antena del invento permite el control sobre el diseño de emisión de energía dentro de la cabina del avión y reduce la emigración de energía fuera de la cabina, reduciendo por ello el riesgo de diafonía o interferencia entre los sistemas de comunicación del avión y/o entre el avión y el aeropuerto. Además, creando múltiples campos localizados en vez de basarse en un
10 campo centralizado, el invento asegura que cualquier receptor 122 del avión 300 esté próximo a uno de los campos localizados 122, reduciendo el efecto de los modos de propagación y los efectos de múltiples trayectos dentro del sistema. Debería comprenderse que pueden emplearse distintas alternativas a las realizaciones del invento descrito aquí para llevar a la práctica el invento. Se ha
15 pretendido que las siguientes reivindicaciones definan el marco del invento y que el aparato dentro del marco de estas reivindicaciones y sus equivalentes sean cubiertos por ellas.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Un medio de transporte (300) de múltiples pasajeros que comprende un espacio cerrado y un sistema de comunicación inalámbrico que acomoda a múltiples usuarios en dicho espacio cerrado (300), estando dicho sistema de comunicación inalámbrico caracterizado porque comprende: una antena (100) de aberturas distribuidas, que comprende un núcleo conductor, y una protección o pantalla (104) que rodea al núcleo conductor, en el que la protección (104) tiene una pluralidad de aberturas
    (106) que forman una pluralidad de trayectos de escape de energía, en el que los trayectos de escape de energía generan una pluralidad de campos eléctricos (120), en el que la antena (100) de aberturas distribuidas tiene la forma de una guía de ondas de placas paralelas y en el que el núcleo conductor comprende una primera tira (116) conductora, una segunda tira conductora (116) y un dieléctrico (118) entre la primera tira y la segunda tira (116); y una estación base (302) en comunicación con la antena (100) de aberturas distribuidas.
  2. 2.-El transporte de múltiples pasajeros de la reivindicación 1, en el que dicho transporte es un avión (300) que tiene un sistema de comunicación inalámbrica según la reivindicación 1, y que comprende: un compartimiento presurizado (306), estando dispuesta dicha antena (100) de aberturas distribuidas en el compartimiento presurizado (306).
  3. 3.-El avión de la reivindicación 2, que comprende además al menos un receptor
    (122) que enlaza con la antena (100) de aberturas distribuidas mediante al menos uno de dicha pluralidad de campos eléctricos (120).
  4. 4.-El avión de la reivindicación 3, en el que al menos dicho receptor (122) comprende una pluralidad de receptores (122) estando cada receptor (122) asociado con una función del avión.
  5. 5.-El avión de cualquiera de las reivindicaciones 2, 3 o 4, que comprende además un compartimiento no presurizado (308), en el que la antena (100) distribuida está dispuesta tanto en el compartimiento no presurizado (308) como en el compartimiento presurizado.
  6. 6.-El avión de cualquiera de las reivindicaciones 2, a 5, que comprende además
    una pluralidad de cables de señal (310) dispuesto al lado en sentido longitudinal de la
    antena (100) de aberturas distribuidas.
  7. 7.-El avión de la reivindicación 6, en el que la pluralidad de cables de señal (310) transporta datos correspondientes a funciones críticas de vuelo y la antena (100) de aberturas distribuidas transporta datos correspondientes a funciones críticas que no son de vuelo.
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