ES2639687B2 - Sistema aerotransportado y método para la caracterización y medida de antenas o sistemas radiantes - Google Patents
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Abstract
Sistema aerotransportado y método para la caracterización y medida de antenas o sistemas radiantes (5) que comprende un módulo aéreo (1) con una unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) que captura el campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5), un sistema de posicionamiento y guiado (13) con una precisión igual o inferior a 3 cm, y una estación terrena (2) con una unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) que procesa las medidas mediante un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25). La invención también comprende un método para la medida y caracterización de antenas o sistemas radiantes (5).#De aplicación en aquellos sectores en los que se necesite la caracterización y medida de antenas, como por ejemplo instalaciones de sistemas radar y de radionavegación, sistemas de telecomunicaciones terrestres y por satélite o instalaciones de radiodifusión terrestre.
Description
SISTEMA AEROTRANSPORTADO y MÉTODO PARA LA CARACTERIZACIÓN Y MEDIDA DE ANTENAS O SISTEMAS RADIANTES
La presente invención se refiere a un sistema aerotransportado para la caracterización y medida de antenas o sistemas radiantes, que comprende al menos un módulo aéreo, una estación terrena y un sistema de comunicación entre elementos. La invención también se refiere al metodo de procesado del campo electromagnético radiado para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena o sistema radiante bajo medida, a partir del cual es posible realizar el diagnóstico de la antena bajo medida, así como su diagrama de radiación y el volumen de protección electromagnético.
La invención resulta de aplicación en aquellos sectores en los que se necesite la caracterización y medida de antenas o sistemas radiantes, como por ejemplo instalaciones de sistemas radar y de rad ionavegación, sistemas de telecomunicaciones terrestres y por satélite, o instalaciones de radiodifusión terrestre.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El desarrollo de la tecnología de vehículos aéreos no tripulados como los drones, los UAV (Unmmaned Aeria/ Vehic/es), los VAS (Unmmaned Aeria! Systems), los RPA (Remote/y Pi/oled Aircrafts), etc. está dando lugar a su aplicación en un amplio abanico de sectores, como carlograJia y topografia, seguridad y vigilancia, inspección de infraestructuras, asistencia en desastres naturales, etc. Una de sus principales ventajas es la capacidad para acceder a lugares de dificil acceso por vía terrestre.
En el ámbito de las radiocomunicaciones, la medida y caracterización de antenas u aLTOS sistemas radiantes es uno de los aspectos fundamentales para la verificación del correcto funcionamiento de un sistema de comunicaciones, dado que las antenas son el elemento que actúa de interfaz entre un medio no guiado (aire, vacío) y un medio guiado (cable coaxial, guía de onda).
- Los sistemas para medida y caracterización de antenas se pueden clasificar a grandes
- rasgos en sistemas o rangos en exteriores, y sistemas o rangos en interiores. Los sistemas
- o rangos en exteriores pcnniten la medida directa del diagrama de radiación de la antena,
- dado que es posible separar la antena bajo medida de la antena que se emplea como sonda
- S
- de medida. Los principales inconvenientes que presentan son el espacio que necesitan
- para su implementación (fundamentalmente gran separación entre la infraestructura donde
- se coloca la antena bajo medida y la infraestructura donde se coloca la antena que se
- emplea como sonda de medida), así como la exposición a inclemencias meteorológicas
- que limitan su utilización.
- 10
- Con respecto a los sistemas o rangos en interiores, típicamente se ubican en recintos
- denominados cámaras anecoicas, las cuales están recubiertas en su totalidad por material
- absorbente que minimiza la renexión de las ondas electromagnéticas en paredes, suelos y
- techos. Al igual que los rangos en exteriores, la antena bajo medida se coloca en una base
- o torre, y la antena que se emplea como sonda de medida se coloca en otra base o torre a
- 15
- cierta distancia de la primera.
- Dependiendo del tamaño de la antena bajo medida, de la frecuencia de trabajo y de la
- separación entre la antena bajo medida y la sonda de medida, el campo electromagnético
- radiado por la antena bajo medida puede ser adquirido en la región de campo cercano o de
- campo lejano de la antena bajo medida. Típicamente se considera que si se cumple la
- 20
- condición Rmedida = 2D20.. y Rmedida > 1DA, el campo electromagnético se mide en la
- región de campo lejano (donde Rmedida es la distancia entre la antena bajo medida y la
- sonda de medida, D es el diámetro de la mínima esfera circunscrita a la antena bajo
- medida, y Aes la longitud de onda de trabajo).
- La medida del diagrama de radiación de la antena únicamente se puede realizar en
- 25
- campo lejano. Si se mide la antena en la región de campo cercano, es necesario aplicar un
- algoritmo de transformación de campo cercano a campo lejano para obtener el diagrama
- de radiación a partir de las medidas realizadas. Este algoritmo de transformación es
- habitual para el procesado de las medidas realizadas en cámaras anecoicas, donde debido
- al tamaño de las mismas no es posible la medida directa del campo electromagnético
- 30
- radiado en la región de campo lejano.
- Los nuevos sistemas de comunicaciones han dado lugar al desarrollo de antenas de
- mayor complejidad con el fin de consegui r unas determinadas propiedades de radiación.
- Por ello, se han desarrollado también nuevas técnicas que permiten la caracterización de
- la antena permitiendo detectar posibles fallos en la misma. Estas técnicas son de especial
- 5
- interés en el caso de agrupaciones de antenas (o arrays), donde el fallo de un simple
- elemento degrada las características del diagrama de radiación (por ejemplo, empeorando
- parámetros como la directividad o relación de lóbul os secundarios). También se aplican
- para detectar deformaciones en antenas de tipo reflector. Las técnicas de diagnóstico de
- antenas hacen uso del conocimiento de la ampliTud y de la fase del campo
- 10
- electromagnético radiado (típicamente campo cercano) para obtener la distribución del
- campo electromagnético en el pl ano de apertura de la antena que se desea diagnosticar. A
- partir de la representación de dicho campo es posible identificar defonnaciones o
- elementos con funcionamiento incorrecto. Así, en el documento de Lopez, Y. A.,
- Cappellin, C., Las-Heras, F., & Breinbjerg, O. (2008). On the comparison ofthe sphencal
- 1S
- wave expansion-to-plane wave expansion and the sources reconstruction method for
- antenna diagnostics. Progress In Eleclromagnelics Research, 87, 245-262 se comparan
- dos métodos para el diagnóstico de antenas de tipo renector, uno basado en la
- caracterización de la antena bajo medida mediante la expansión del campo
- electromagnético radiado en un conjunto de modos de ondas planas y esféricas, y otro
- 20
- basado en la caracterización de la antena bajo medida mediante una distribución de
- corrientes reconstruidas en el plano de apertura de la antena. En el documento se
- demuestra que el conocimiento del campo electromagnético en el plano de apertura
- permite identificar la presencia de deformaciones en la antena bajo medida. La principal
- limitación de los métodos presentados es que emplean la medida del campo
- 25
- electromagnético en una superficie canónica (una superficie esférica en el caso de los
- ejemplos presentados). Además, en el caso del método basado en la expansión del campo
- electromagnético radiado en un conjunto de modos de ondas planas y esféricas, se
- necesita infonnación del tamaño de la antena bajo medida para detenninar el número de
- modos necesari os para la expansión del campo electromagnético.
Un inconveni ente que presenta la medida y caracterización de antenas en rangos de
medida (sean interiores o exteriores) es la necesidad de desmontar la antena bajo medida
de su emplazamiento operacional, lo cual conlleva una interrupción del servicio. El rápido
- desarrollo de la tecnología de vehículos aéreos no tripulados ha pennitido la
- implementación de una nueva técnica para medida de antenas embarcando la sonda de
- medida en un vehículo aéreo no tripulado. Dicho vehículo aéreo describe una trayectoria
- alrededor de la antena bajo medida según una trayectoria predefinida. de forma que la
- 5
- sonda de medida adquiere e l campo electromagnético radiado en los puntos de dicha
- trayectoria.
- Las principales ventajas de los sistemas de medida de antenas empleando vehículos
- aéreos no tripulados son: i) no es necesario desmontar la antena de su emplazamiento, ii)
- no es necesario llevar cabo la interrupción del servicio de radiocomunicaciones, ¡ii)
- 10
- rapidez de la medida gracias a la velocidad de vuelo del vehículo aéreos no tripulado , iv)
- capacidad para la medida de antenas emplazadas en ubicaciones de dificil acceso y v)
- sencillez del sistema de medida, al no requerir de toda la infraestructura de un rango de
- medida de antenas. La principal limitación es la precisión de los resultados obtenidos, que
- siempre será inferior a la obtenida en un rango de medida de antenas construido a tal
- lS
- efecto.
- El interés en los sistemas para medida de antenas empleando vehículos aéreos ha
- llevado a la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) a emitir en el infonne
- UIT -R SM.2056-1 de junio de 2014 una seri e de recomendaciones generales sobre
- procedimientos de medición, equipo necesario y los procedimientos de notificación de los
- 20
- diagramas de radiación de antenas medidos desde aeronaves. En este infonne se fonnulan
- recomendaciones adicionales para platafonnas de aeronave y sistemas de radiodifusión
- e~pecíficos, fundamentalmente para sistemas basados en helicópteros o aeroplanos
- tripulados. El infonne se circunscribe a la medida directa del diagrama de radiación de la
- antena, por lo que se indica la necesidad de ll evar a cabo la medida en la región de campo
- 25
- lejano.
- En el documento de Virone, O., Paonessa, F., Peverini, O. A. , Addamo, a., Orta. R .•
- Tascone. R. , & Bolli, P. (2014, November). Antenna pattern measurements wilh a fIying
- rar-field source (Hexacopter). In Antenna Measurement> & Applicatians (CAMA). 2014
- IEEE Canjere"ce on (pp. 1-2) yen el documento de Virone, G., Lingu., A. M. , Piras, M.,
- 30
- Cina, A., Perini, F., Monari, J. & Tascone, R. (2014). Antenna pattem verification system
- based on a micro unmanned aerial vehicle (UA V). IEEE Anlennas and Wireless
- 5
- Propagalion Leuers, 13, 169-172 se describe un sistema basado en un vehículo aéreo no
- tripulado de tipo hexacóptero en el cual se embarca una antena de hilo que actúa como
- sonda de medida. El posicionamiento del vehículo aéreo no tripulado se lleva a cabo
- empleando puntos de vuelo (waypoints) y un sistema de navegación por satélite (Global
- S
- Positioning Syslem, GPS) que penniten que el vehículo aéreo no tripulado describa una
- determinada trayectoria alrededor de la antena bajo medida. La precisión obtenida en la
- trayectoria de vuelo es de aproximadamente 5 m. En dichos sistemas el vehículo aéreo no
- tripulado vuela a una distancia de decenas de metros de la antena bajo medida, de forma
- que el error relativo de posicionamiento es bajo «5% de la distancia entre la antena bajo
- 10
- medida y la sonda embarcada en el vehículo aéreo no tripulado). Dicho error se reduce
- por debajo del 1 % gracias al empleo de un sistema de seguimiento o raster basado en un
- láser que pennite ubicar el vehículo aéreo no tripulado con precisión centimétrica desde
- una estación terrena. De esta fonna se pueden georreferenciar las medidas de campo
- electromagnético con dicha precisión centimétrica. El problema que presenta el uso del
- 15
- sistema de seguimiento basado en un láser es que aumenta la complejidad del sistema de
- medida, además de que requiere línea de visión directa entre la estación terrena donde se
- ubica el láser y el vehículo aéreo no tripulado.
- Otro sistema de medida de antenas empleando vehículos aéreos no tripulados se
- describe en el documento disponible en Drone Measures Tower Antenna Powers
- 20
- SmartDrone, [recuperado el 2017-01-03]. Recuperado de Internet:
- <http://www.smartdrone.comldrone.measures·tower-antenna·powers.html>. donde
- también se lleva a cabo el posicionamiento del vehículo aéreo no tripulado mediante
- waypoints y posicionamiento mediante GPS. En este caso se reivi ndica una precisión de
- posicionamiento de +/·2 m.
- 25
- Los sistemas de medida de antenas empleando los vehículos aéreos no tripulados
- descritos capturan únicamente la amplitud del campo electromagnético radiado por la
- antena bajo medida. Asimismo, la medida se realiza a gran distancia de la antena (decenas
- o cientos de metros), de fonna que se garantiza que se está en la región de campo lejano
- de la antena y se minimiza el error relati vo de posicionamiento entre la antena bajo
- 30
- medida y la sonda de medida embarcada en el vehículo aéreo no tripulado. Las
- principales limitaciones de las técnicas descritas son:
- Al medir a decenas o cientos de metros de la antena bajo medida, se pierde rango
- dinámico, necesitándose detectores de potencia de mayor sensibilidad (dado que la
- antena bajo medida está emitiendo con una determinada potencia que no se puede
- ajustar).
- s
- El sistema proporciona solamente datos de amplitud del campo electromagnético
- radiado que no se procesan posterionnente. Por ello, no es posible llevar a cabo el
- diagnóstico de la antena bajo medida, lo cual es una limitación importante ya que
- en el caso de agrupaciones de antenas o de antenas de tipo refleclor, no es posible
- reconstruir el campo electromagnético en la apertura de la antena a partir del
- 10
- conocimiento del diagrama de radiación ni, por tanto, identificar elementos con
- funcionamiento anómalo o deformaciones en el reflector.
- Por ello, los sistemas y métodos existentes permiten únicamente la medida directa del
- diagrama de radiación, sin capacidad para llevar a cabo el diagnóstico de la antena bajo
- medida. Esta limitación implica que, además, los sistemas actuales no permitan medir la
- lS
- amplitud y la fase del campo electromagnético radiado en la región de campo cercano y
- posteriormente aplicar una transformación campo cercano -campo lejano para obtener el
- diagrama de radiación.
- En el documento de patente US 20160088498 A l se presenta un sistema para
- caracterización de la radiación emitida por una antena, formado por un vehículo aéreo no
- 20
- tripulado que incluye un detector de potencia (signal slrenglh anlenna) embarcado en el
- vehículo aéreo, y un método para caracterizar la radiación de la antena, basado en
- georreferenciar las medidas de nivel de señal recibido tornadas en una posición
- determinada. En la descripción de la invención se indica que el sistema de
- posicionamiento del vehículo aéreo se puede basar en GPS (Global Positioning System).
- 2S
- Nuevamente las principales limitaciones se basan en que ni el sistema ni el método
- contemplan la recuperación de la fase de la señal medida, lo que imposibilita la medida en
- la región de campo cercano de la antena bajo medida así como el diagnóstico de la antena.
- En la invención tampoco se hace referencia a las limitaciones en cuanto a bandas de
- frecuencia de trabajo.
- 30
- En el documento de patente US 9439092 B 1 se presenta un sistema y método para
- llevar a cabo el diagnóstico de antenas de telefonía móvil. En esta invención se emplean
- mapas de calor para determinar Jos elementos o antenas que presentan un funcionamiento
- anómalo, dado que la imagen ténnica de las antenas es proporcional a la potencia de
- emisión de las mismas. La principal desventaja de esta invención es que, además de estar
- limitada a un determinado tipo de antenas, no permite la medida del diagrama de
- S
- radiación.
- La caracterización de una antena conlleva, por tanto, la medida no s6lo de la amplitud
- del campo electromagnético radiado, sino de la fase del mismo. Para ello se necesitan
- dispositivos de medida tales como analizadores vectoriales de señalo receptores de dos
- canales (fase y cuadradura, ¡JQ: In-phase/Quadratllre). Con respecto a los analizadores
- 10
- vectoriales, si bien existen versiones comerciales portables, su peso, precio y complejidad
- no hacen viable su empleo para medida y caracterización de antenas embarcándolos en un
- vehículo aéreo no tripulado. Con respecto a los receptores de dos canales, la circuitería es
- más sencilla que la de los analizadores vectoriales, resultando en dispositivos más
- compactos, baratos y de bajo peso.
- 15
- En el ámbito de la medida de antenas en rango interior (principalmente en cámara
- anecoica) se han desarrollado métodos para recuperar la fase del campo electromagnético
- radiado por la antena bajo medida cuando el empleo de dispositivos de medida capaces de
- medir amplitud y fase no es viable. Estos métodos se pueden clasificar en dos grandes
- grupos: por una parte, métodos basados en interferometria, y por otra parte, métodos
- 20
- iterativos de recuperación de fase.
- En el documento de Ana Arboleya, Jaime Laviada, Juha Ala-Laurinaho, Yuri Álvarez,
- Fernando Las-Heras, Antii V. R!iisanen, "Phase!ess Characterization of Broadband
- Antennas", IEEE Transactions on Antennas and Propagaüon, Vol. 64, No. 2, pp. 484-495,
- February 2016, se presenta una revisión del estado del arte de los métodos de medida de
- 25
- antenas basados en interferometría, así como una técnica novedosa para medida de
- antenas con gran ancho de banda empleando únicamente un detector de potencia. La idea
- fundamental es emplear el patrón de interferencia creado por dos antenas. A partir del
- procesado de la señal resultante mediante análi sis de Fourier es posible recuperar la fase
- del campo electromagnético radiado por la antena bajo medida. La principal limitaci6n de
- 30
- este tipo de métodos de cara a su uso para medida de antenas empleando vehículos aéreos
- no tripulados es la necesidad de una antena adicional para generar el patrón de
- interferencia, resultando en una configuración de medida más compleja.
- Los métodos iterativos de recuperación de fase, como el descrito en el documento Y.
- Álvarez. F. Las-Heras, and M. R. Pino. The SOllrces reconstruction method foc amplitude-
- S
- only field measurements. IEEE TransacJions on Antennas and Propaga/ion, Vol. 58, No.
- 8, pp. 2776-2781, August 20 I 0, se basan en la minimización de una función de coste o
- funcional que relaciona la amplitud del campo electromagnético medido en dos o más
- superficies situadas en la región de campo cercano de la antena bajo medida con la
- amplitud del campo electromagnético radiado por una distribución de fuentes
- 10
- equivalentes emplazadas en la apertura de la antena bajo medida. Cuando el valor de
- dicha función de coste o funcional es igual a cero, entonces dichas fuentes equivalentes
- generan el mismo campo electromagnético que la antena bajo medida. Los métodos
- iterativos de recuperación de fase presentan la ventaja de que el sistema de medida es
- muy sencillo (simplemente un detector de potencia o medidor de la intensidad de campo
- 1S
- electromagnético), pero con la limitación de que su uso requiere el empleo de dos o más
- superficies de medida.
- La caracterización de la antena y cálculo del diagrama de radiación a partir de las
- medidas del campo electromagnético requiere que la separación entre dos puntos de
- medida adyacentes sea igualo menor a media longitud de onda a la frecuencia de medida
- 20
- cuando se emplea un detector capaz de medir amplitud y fase, e igual o inferior a un
- cuarto de longitud de onda a la frecuencia de medida cuando se emplea un detector capaz
- de medir únicamente amplitud. En el caso de medida de antenas empleando vehículos
- aéreos no tripulados, el uso de un sistema de posicionamiento basado en navegación
- cinética satelital en tiempo real o RTK (Real Time Kinematik) proporciona una precisión
- 25
- de posicionamiento a nivel centimétrico, lo cual limita la frecuencia superior de operación
- en el rango de la banda S (2 a 4 GHz).
- En el documento de patente ES 2577403 82 se presenta un sistema aerotransportado y
- métodos para la detección, localización y obtención de imágenes de objetos enterrados y
- la caracterización de la composición del subsuelo. En dicha invención el sistema de
- 30
- posicionamiento y guiado del módulo aéreo comprende un sistema de posicionamiento
- global, un sistema de posicionamiento basado en sensores inerciales, un sistema de
posicionamiento basado en navegación cinética satelital en tiempo real o RTK y un sistema de posicionamiento basado en fotogrametría. El sistema de posicionamiento y guiado permite la localización tridimensional precisa del módulo aéreo y la georreferenciación de los datos obtenidos con la unidad radar con una precisión de valor igual o inferior a tres centímetros. La invención requiere de un módulo radar que emite ondas electromagnéticas y, tras reflejarse en el sucIo, subsuelo y/o posibles objetos enterrados, son recibidas de nuevo en el módulo radar. Midiendo el tiempo de retardo entre la señal transmitida y la recibida se obtiene la distancia al suelo, subsuelo y/o posibles objetos enterrados. La invención no permite la medida de antenas porque el módulo radar está diseñado precisamente para medir la reflexión del campo electromagnético emitido por el propio módulo, por lo que no puede medir el campo electromagnético emitido por otra fuente de campo electromagnético como en el caso de una antena. Así mismo, los algoritmos de procesado de señal radar penniten obtener una imagen del subsuelo y de posibles objetos enterrados en él, pero no la caracterización de las fuentes radiantes de una antena ni el cálculo del diagrama de radiación. Otra limitación de la invención es que el hecho de requerir dos antenas, una para transmisión y otra para recepción, conlleva una mayor complejidad técnica y requiere un vehículo aéreo
no tripulado con mayor capacidad de carga.
En las soluciones mencionadas en el estado de la técnica no se contempla la problemática correspondiente al caso en el que la frecuencia de trabajo de la antena o
sistema radiante bajo medida se solapa parcial o totalmente con la frecuencia que emplean los medios de comunicación entre el vehículo aéreo no tripulado y la estación terrena, dado que los ejemplos presentados asumen siempre que dichas frecuencias son suficientemente diferentes como para no interferir entre sí. Este supuesto implica que la frecuencia de los medios de comunicación se elige en base al conocimiento a priori de la frecuencia de trabajo de la antena bajo medida. Sin embargo, la existencia de antenas y sistemas radiantes multibanda, así como la restricción en el uso del espectro radioeléctrico para fijar la frecuencia de los medios de comunicación entre el vehículo aéreo no tripulado y la estación terrena, limitan dicha flexibilidad para elegir la frecuencia de dichos medios. En el caso de que se produzca dicho solapamiento de frecuencias, la comunicación entre el vehículo aéreo no tripulado y la estación terrena puede sufrir
interferencias, lo que conlleva la pérdida parcial o total de la capacidad de control del vehículo aéreo~ degradando o anulando su capacidad operativa. Este problema se agrava en el caso de medida de antenas, ya que, en el caso de solapamiento de frecuencias, la potencia emitida por la antena bajo medida es mayor que la potencia de emisión de las emisoras empleadas para la comunicación entre el vehículo aéreo y la estación terrena.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema aerotransportado para la caracterización y medida de antenas o sistemas radiantes de ondas electromagnéticas, que comprende al menos un módulo aéreo, una estación terrena y un sistema de comunicación entre elementos. La invención también se refiere al método de procesado de l campo electromagnético radiado para la obtención de la distribución de) campo electromagnético en la apertura de la antena o sistema radiante bajo medida a partir del cual es posible realizar el diagnóstico de la antena bajo medida, así como determinar su diagrama de radiación y el volumen de protección electromagnético.
A los efectos de esta invención y su descripción, operador se refiere a la persona que se encarga de la supervisión de los diferentes sistemas y métodos que componen la invención, así como de interactuar con los diferentes procesos que requieren de comunicación persona-máquina.
A los efectos de la presente invención, se entiende por trayectoria de medida al conjunto de coordenadas espaciales definidas por el operador previo al uso del sistema y método descritos en la invención. En dicho conjunto de coordenadas espaciales se llevará a cabo la medida del campo electromagnético radiado por la antena bajo medida.
A los efectos de la presente invención, se entiende por ecuaciones integrales a la forma integral de las ecuaciones de Maxwell que relacionan fuentes de campo electromagnético, bien expresadas como coeficientes auxiliares, bien expresadas como distribuciones de corrientes, con el campo electromagnético generado por dichas fuentes.
A los efectos de la presente invención, se entiende por campo teórico el calculado a partir de unas fuentes de campo electromagnético mediante las ecuaciones integrales de campo electromagnético.
- Un aspecto de la presente invención es un sistema aerotransponado para medida y caracterización de antenas o sistemas radiantes de ondas electromagnéticas que comprende:
- S 10
- -Al menos un módulo aéreo, que a su vez comprende una antena receptora que captura el campo electromagnético radiado por una o vanas antenas o sistemas radiantes cuando el módulo aéreo se mueve recorriendo los puntos de una trayectoria de medida, y una unidad de medida de emisiones electromagnéticas conectada a la antena receptora. El módulo aéreo también comprende un sistema de posicionamiento y guiado del módulo aéreo y una unidad de control aérea que recolecta ¡nfonnación de la lUlidad de medida de emisiones electromagnéticas y del sistema de posicionamiento y guiado, controla parámetros de vuelo del módulo aéreo e intercambia infonnación con una estación terrena.
- lS
- -Una estación terrena, que a su vez comprende un sistema de control de vuelo del módulo aéreo, una unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas recibidas en la unidad de medida de emisiones electromagnéticas y una aplicación infonnátic3. La unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas procesa las medidas de campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante mediante un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones el ectromagnéticas.
- 20
- -Unos medios de comunicación para emitir y recibir señales inalámbricas entre el módulo aéreo y la estación terrena.
- La antena receptora del sistema situada en el módulo aéreo es apuntada hacia la antena o sistema radiante, de fonna que así puede capturar el campo electromagnético radiado por una o varias antenas o sistemas radiantes.
- 25
- Por otro lado, la unidad de medida de emisiones electromagnéticas proporciona infonnación de amplitud y/o fase del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante en la trayectoria de medida de forma directa o indirecta.
- El sistema de posicionamiento y guiado del módulo aéreo comprende un sistema de posicionamiento global, un sistema de posicionamiento basado en sensores inerciales, un
- 12
- sistema de posicionamiento basado en navegación cinética satelital en tiempo real o RTK,
- que intercambia información con una estación base de navegación cinética satelital en
- tiempo real situada en la estación terrena, y un sistema de posicionamiento basado en
- fotogrametría. El sistema de posicionamiento y guiado envía información a la unidad de
- S
- control aérea proporcionando la localización tridimensional precisa del módulo aéreo y la
- georreferenciación de las medidas de campo electromagnéti co radiado por la antena o
- sistema radiante con una precisión de valor igualo inferior a tres centímetros. Esto se
- debe a que para que los algoritmos del sistema lleven a cabo adecuadamente el procesado
- de las medidas del campo electromagnético radiado por la antena bajo medida, y se pueda
- 10
- así caracterizar y medir, requieren la localización tridimensional precisa del módulo aéreo
- con un valor igual o inferior a tres centímetros y la georreferenciación de los datos
- obtenidos con la unidad de medida de emisiones electromagnéticas.
- La amplitud y/o fase del campo electromagnético radiado por la antena o sistema
- radiante es procesada por la unidad de procesado de las medidas de emisiones
- l S
- electromagnéticas situada en la estación terrena, caracteri zando con ello la antena o
- sistema radiante.
- El diagnóstico de la antena bajo medida, el cálculo del diagrama de radiación y la
- determinación del volumen de protección electromagnética se realizan a partir de la
- información que el módulo aéreo intercambia con la estación terrena, donde se procesa en
- 20
- )a unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas mediante un
- conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas. Un
- conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas de la
- unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas es el siguiente: un
- algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la
- 2S
- distribución de) campo electromagnético en la apertura de la antena, un algoritmo de
- transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de
- radiación de la antena y un algoritmo para la determinación del volumen de protección
- electromagnética de la antena o sistema radiante.
La aplicación informática, por su parte, proporciona el diagrama de radiación, el 30 diagrama de fuentes radiantes y/o el volumen de protección electromagnética de la antena
o sistema radiante, calculados mediante el conjunto de algoritmos de procesado de 13
- medida de emISiones electromagnéticas. De esta forma, el operador dispone de la infonnac ión de diagnóstico de la antena o sistema radiante bajo medida en tiempo real y en el mismo lugar donde está emplazada la antena, resultando en un ahorro en tiempo y movilidad.
- S 10
- Los medios de comunicación para emitir y recibir señales inalámbricas entre el módulo aéreo y la estación terrena emplean una banda de frecuencia seleccionada entre al menos dos bandas de frecuencias diferentes para evitar solapamiento con la frecuencia del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante. De esta fonna se garantiza que al menos una de las dos bandas de frecuencias empleadas no se va a solapar con la frecuencia del campo electromagnético radiado por la antena o sistema rad iante, garantizando la correcta comunicación entre el módulo aéreo y la estación terrena.
- En una realización preferida, el sistema comprende dos o más módulos aéreos.
- 15
- En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, el módulo aéreo es un vehículo aéreo no tripulado. En una realización más preferida, el vehículo aéreo no tripulado es de tipo multirrotor.
- En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, la trayectoria puede presentar una forma o geometria arbi traria siempre que la distancia de un punto de medida a otro sea igualo inferior a tres centímetros.
- 20
- En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, la antena receptora está acoplada a un brazo articulado controlado o a una suspensión cardán controlada para ser apuntada hacia la antena o sistema radiante.
- 25
- En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, la antena receptora está fijada al módulo aéreo, que se orienta para apuntarla hacia la antena o sistema radiante. Un ejemplo para materializar esta reali zación es incorporar un software de control que hace volar el módulo aéreo siguiendo la trayectoria de medida a la vez que mantiene el apuntamiento de la antena receptora hacia la antena o di spositivo radiante bajo medida.
- En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, la unidad de medida de emisiones electromagnéticas es un detector coherente que mide la amplitud y 14
la fase del campo radiado por la antena o sistema radiante medidas en la trayectoria de medida.
En otra realización preferida del sistema con uno o más módulos aéreos, la unidad de medida de emisiones electromagnéticas es un detector de potencia que mide la amplitud del campo radiado por la antena o sistema radiante medida en la trayectoria de medida. En una realización más preferida, el sistema además comprende un algoritmo iterativo para la recuperación de fase que recupera la fase del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante a partir de la amplitud del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante medida en la trayectoria de medida.
En una realización aún más preferida, el algoritmo iterativo de recuperación de fase consiste en calcular un conjunto de coeficit:ntes auxiliares que caracterizan la antena o sistema radiante mediante la minimización de una función de coste FCa que viene definida por la siguiente ecuación:
FCa ~ IIIEI' -I E(Iq(Ca))I' II'
donde IEI representa la amplitud del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante medida en la trayectoria de medida, IEI representa la amplitud del campo electromagnético teórico calculado a partir del conjunto de coeficientes auxiliares, Iq denota las ecuaciones integrales de campo electromagnético que relacionan el campo electromagnético teórico con los coeficientes auxiliares y Ca representa los coeficientes auxiliares.
Cuando la función de coste FCa presenta un valor menor que una tolerancia detenninada, se considera que la amplitud del campo electromagnético teórico y la amplitud del campo electromagnético radiado son suficientemente parecidas de forma que el conjunto de coeficientes auxiliares permite modelar el campo electromagnético radiado con una precisión menor o igual a la tolerancia determinada.
En una realización aún todavía más preferida, una vez calculado el conjunto de coeficientes auxiliares, se calcula el campo electromagnético teórico en la trayectoria de medida empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético. El campo
electromagnético radiado por la antena o sistema radiante en la trayectoria de medida se compone a panir de la siguiente expresión:
E~ IEI exp(j <8»
donde <E> es la fase del campo electromagnético teórico y IEI es la amplitud del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante.
En una realización específica del sistema con uno o más módulos aéreos, el sistema de control de vuelo del módulo o de los moouJos aéreos comprende un sistema de control de vuelo manuaJ y un sistema para la generación de trayectorias alrededor de la antena bajo medida y control automático de vuelo. Mediante el sistema de control de vuelo manual, un operador puede supervisar el desarrollo de la exploración y en cualquier momento tomar el control para hacer correcciones o evitar accidentes.
De esta fonna, la trayectoria que ha de seguir el módulo aéreo para la medida del campo electromagnético radiado por la antena bajo medida se puede introducir medjante el sistema para generación de trayectorias y control automático del vuelo a través de, por ejemplo, un fichero de coordenadas georreferenciadas. Una vez introducido, el operador de la invención podrá indicar al sistema que comience a realizar la medida del campo electromagnético radiado. El sistema de control de vuelo manual pennitirá al operador de la invención tomar inmediatamente el control del vuelo del módulo aéreo en caso de que existiera peligro de colisión, presencia de viento fuerte que alterara la trayectoria automática o similar, aterrizándolo en un lugar seguro.
En otra realización específica del sistema con uno o más módulos aéreos, los medios de comunicación comprenden un sistema de comunicación bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo y la estación terrena. En una realización más especifica, el sistema de comunicación comprende uno o varios módulos de comunicación 3G/4G y/o uno o varios transceptores a baja frecuencia y/o una interfaz IEEE 802.11 (Wi-Fi) y/o uno o varios módulos Zigbee y/o uno o varios módulos 8luelOorh, o una combinación de cualquiera de los anteriores.
En otra realización específica del sistema con uno o más módulos aéreos, el algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena consiste en calcular una distribución de corrientes que caracterizan la antena O sistema radiante mediante la minimización de una función de coste FCaf que viene dada por la siguiente ecuación:
FCaf~ 11 E -E(lq(Meq)) 11'
donde E representa el campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante medida en la trayectoria de medida, E representa el campo electromagnético teórico calculado a partir de la distribución de corrientes, Iq denota las ecuaciones integrales de campo electromagnético que relacionan el campo electromagnético teórico con la distribución de corrientes, y Meq representa la distribución de corrientes.
Cuando la función de coste FCaf presenta un valor menor que una tolerancia determinada, se considera que el campo electromagnético teórico y el campo electromagnético radiado son suficientemente parecidos de forma que la distribución de corrientes permite modelar el campo electromagnético radiado con una precisión menor o igual a la tolerancia determinada.
En una realización más especifica, una vez calculada la distribución de corrientes se calcula el campo electromagnético teórico en cualquier punto del espacio empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético y, por tanto, también se calcula la distribución del campo electromagnético teórico en el plano de apertura de la antena o sistema radiante. En una realización aún más específica, el diagrama de fuentes radiantes proporcionado por la aplicación informática corresponde a la distribución del campo electromagnético teórico en el plano de apertura de la antena o sistema radiante.
En otra real izaci6n más especifica del sistema donde el algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano consiste en calcular una distribución de corrientes mediante la minimización de la función de coste Feaf, o aún más especifica del sistema anterior donde una vez calculada la distribución de corrientes se calcula el campo electromagnético teórico empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético y, por tanto la distribución del campo electromagnético teórico en el plano de apertura, el algoritmo de transfonnación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena emplea la distribución de corrientes que caracteriza a la antena o sistema radiante para calcular el campo electromagnético teórico en cualquier
- punto del espacio empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético y, por tanto, para calcul ar el campo electromagnético teórico en la región de campo lejano de la antena o sistema radiante que corresponde al diagrama de radiación.
- S 10 15
- En otra realización más específica del sistema donde el algoritmo de transformac ión campo cercano -campo cercano consiste en calcular una distribución de corrientes mediante la minimización de la función de coste FCaf, o aún más específica de l sistema anterior donde una vez calculada la distribución de corrientes se calcula el campo electromagnético teórico empleando las ecuac iones integrales de campo electromagnético y, por tanto, la distribución del campo electromagnético teórico en el plano de apertura, el algori tmo para la determinación de l vol um en de protección electromagnética de la antena o sistema radiante em pl ea la di stribución de corrientes que caracterizan a la antena o sistema radiante para obtener los niveles de campo electromagnético teórico en una nube de puntos alrededor de la antena o sistema radiante, para posteriormente discriminar los puntos que están por encima del ni vel de referencia de campo electromagnético, obteniendo de esta forma la superficie que delimita el volumen de protección electromagnética de la antena o sistema radiante.
- Otro objeto de la presente invención es un método para medida y caracterización de antenas o sistemas radiantes que comprende las siguientes etapas:
- 20
- a) Definir una trayectoria de medida alrededor de la antena o sistema radiante que se desea medir y caracterizar.
- b) Apuntar la antena receptora hacia la antena o sistema radiante.
- c) Adquirir la medida del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante mediante la unidad de medida de emisiones electromagnét icas.
- 25
- d) Enviar la medida del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante y la localización tridimensional precisa del módulo aéreo a la estación terrena empleando el sistema de comuni cación.
- el Procesar la medida del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante en la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas para obtener el diagrama de radiación, la distribución del campo electromagnético en la t8
- apertura, y el volumen de protección electromagnética de la antena o sistema radiante
- mediante un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones
- electromagnéticas que comprende: un algoritmo de transformación campo cercano -
- campo cercano para la obtención de la distribución del campo en la apertura de la antena,
- S
- un algoritmo de transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del
- diagrama de radiación de la antena y un algoritmo para la determinación del volumen de
- protección electromagnética de la antena o sistema radiante.
- En una realización preferida del método, las etapas a) a d) las realizan dos o más
- módulos aéreos que envían la medida del campo electromagnético radiado por la antena o
- 10
- sistema radiante y su localización tridimensional precisa a la estación terrena empIcando
- su sistema de comunicación.
- En otra realización preferida del método, en la etapa c) la unjdad de medida de
- emisiones electromagnéticas además procesa la medida del campo electromagnético
- radiado por la antena o sistema radiante adquirida para convertirla en una secuencia
- lS
- digital. En la etapa e), la unidad de procesado de las medidas de emisiones
- electromagnéticas procesa la medida del campo electromagnético radiado por la antena o
- sistema radiante digitalizada. De esta forma, la medida del campo electromagnético
- radiado por la antena o sistema radiante convertida a secuencia digital se envía a la
- estación terrena donde la unidad de procesado de las medidas de emisiones
- 20
- electromagnéticas procesa la medida del campo electromagnético radiado, digitalizada
- empleando el conjunto de algoriunos de procesado de medidas de emisiones
- electromagnéticas.
- En otra realización preferida del método, °aun más preferida del método en el que
- además las etapas a) a d) las realizan dos o más módulos aéreos, además comprende
- 25
- variar la posición del módulo aéreo a lo largo de la trayectoria de medida y repetir las
- etapas b), c) y d) previamente a la etapa e).
- La invención proporciona un sistema y método para la medida y caracterización de
- antenas y sistemas radiantes en el propio lugar donde están emplazados, sin necesidad de
- interrumpir el funcionamiento del sistema de comunicaciones al que las antenas o
- 30
- sistemas radiantes están conectados.
- 19
- El sistema de la invención pennite la medida de la amplitud y/o de la fase del campo
- electromagnético radiado por la antena o sistema radiante bajo medida. La fase se mide o
- bien directamente empleando un detector coherente, o bien indirectamente empleando un
- detector de potencia y aplicando a las medidas de amplitud un algoritmo iterativo de
- S
- recuperación de fasc.
- El sistema, por tanto, permite solventar la limitación que presentan los sistemas
- tradicionales de medida de antenas empleando vehículos aéreos no tripulados donde no es
- posible disponer de la información de fase.
- Las medidas del campo electromagnético radiado se obtienen con una resolución igual
- 10
- o inferior a tres centímetros entre dos posiciones adyacentes. la cual es superior respecto a
- los sistemas conocidos. Esta precisión centimétrica en tres dimensiones se consigue
- gracias a que el sistema proporciona la localización tridimensional precisa del módulo o
- módulos aéreos y la georreferenciación de los datos obtenidos con la unidad de medida de
- emisiones electromagnéticas.
- lS
- Considerando incluso un escenario en el que el margen de localización tridimensional
- del módulo o módulos aéreos sea de tres centímetros, el sistema puede trabajar en una
- banda de frecuencia cuya frecuencia máxima es de 5 GHz (precisión de posicionamiento
- de media longitud de onda, que a 5 GHz son tres centímetros) cuando se emplea un
- detector coherente en la unidad de medida de emisiones electromagnéticas, y de 2.5 GHz
- 20
- (precisión de posicionamiento de un cuarto de longitud de onda, que a 2.5 GHz son tres
- centímetros) cuando se emplea un detector de potencia en la unidad de medida de
- emisiones electromagnéticas.
- Gracias a su configuración, el módulo o módulos aéreos de la presente invención son
- capaces de posicionarse con una precisión de valor igual o inferior a tres centímetros lo
- 2S
- que, a las frecuencias de trabajo consideradas, y unido a la capacidad del sistema para
- proporcionar información de amplitud y/o fase del campo medido, permite aplicar
- algoritmos de transformación campo cercano -campo cercano para obtener el campo
- electromagnético en la apertura de la antena o sistema radiante bajo medida y, a partir del
- mismo, identificar posibles deformaciones o elementos con funcionamiento anómalo en la
- 30
- antena bajo medida. También permite aplicar algoritmos de transformación campo
cercano -campo lejano para obtener el diagrama de radiación de la antena bajo medida, así como el volumen de protección electromagnética, el cual es necesario conocer para la definición y delimitación del perímetro de seguridad alrededor de la antena.
El algoritmo iterativo para la recuperación de fase a partir de las medidas de amplitud, el algoritmo de transfonnación campo cercano -campo cercano y el algoritmo de transfonnación campo cercano -campo lejano permiten trabajar con trayectorias de geometría arbitraria que no tienen por qué ajustarse a una superficie o volumen de medida canónicos (como por ejemplo un dominio de medida plano, cilíndrico o esférico). De esta fOffil3 se solventa también una de las limitaciones tradicionales de este tipo de algoritmos, donde debido a la formulación empleada (por ejemplo, basada en expansión en modos de onda) era necesario el empleo de superficies o volúmenes canónicos.
Una de las realizaciones de la invención contempla el empleo de un sistema formado por dos O más módulos aéreos. Esta configuración permite realizar la medida de la antena
o sistema radiante bajo medida en menor tiempo. El número de veces que se reduce el tiempo de medida empleando dos o más módulos aéreos con respecto al tiempo de medida empleando un único módulo aéreo vendrá dado por el número de módulos aéreos empleados.
En otra de las realizaciones de la invención, los medios de comunicación para emitir y recibir señales inalámbricas entre el módulo aéreo y la estación terrena emplean una banda de frecuencia seleccionada entre al menos dos bandas de frecuencias diferentes. De esta forma, a diferencia de otras alternativas, se puede evitar un solapamiento con la frecuencia del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante. Así se garantiza que al menos una de las dos bandas de frecuencias empleadas no se va a solapar con la frecuencia del campo electromagnético radiado por la antena o sistema radiante, garantizando la correcta comunicación entre el módulo aéreo y la estación terrena en circunstancias de medición diversas.
La invención resulta de aplicación en aquellos sectores en los que se necesite la caracterización y medida de antenas, como por ejemplo instalaciones de sistemas radar y de radionavegación, sistemas de telecomunicaciones terrestres y por satélite, o instalaciones de radiodifusión terrestre.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Fig. I muestra un esquema general del sistema en el que se identifican los elementos que lo componen junto con la antena o sistema radiante (5) que se pretende caracterizar. En la figura se puede ver la antena o sistema radiante (5), emplazada a cierta altura sobre el suelo (60) mediante una estructura de soporte (52). En la figura también se puede ver el recinto (53) destinado a albergar los sistemas y dispositivos para la generación del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5). También se puede observar una antena receptora (112) que captura el campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5).
La antena receptora (112) del campo electromagnético radiado CE) está embarcada en un módulo aéreo (1) que describe una trayectoria de medida (7) alrededor de la antena o sistema radiante (5) y de la estructura de soporte (52). A su vez, el módulo aéreo (1) se comunica con una estación terrena (2) mediante un sistema de comunicación (3) bidireccional yen tiempo real entre el módulo aéreo (l) y la estación terrena (2).
La Fig. 2 muestra un esquema general del sistema en el que se identifican los elementos que lo componen. En la figura se puede ver un módulo aéreo (1) formado por una unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11), un sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1) y una unidad de control aérea (15). En la figura además se puede ver un sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (1) y una estación terrena (2).
La unidad de control aérea (15) está conectada con el sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1), con la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11), y con el sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (l) y una estación terrena (2).
El sistema de posicionamiento y guiado (13) comprende un sistema de posicionamiento global (131), un sistema de posicionamiento basado en sensores inerciales (132), un sistema de posicionamiento basado en navegación cinética satelital en tiempo real (133) que intercambia infonnación con una estación base de navegación cinética satelital en tiempo real (22) situada en la estación terrena (2), y un sistema de posicionamiento basado en fotogrametría (134).
La unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) comprende una antena receptora (112) que captura el campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5).
La estación terrena (2) comprende una estación base de navegación cinética satelital en tiempo real (22), un sistema de control de vuelo del módulo aéreo (21), una unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23), una aplicación informática (24) que proporciona el diagrama de radiación, el diagrama de fuentes radiantes (70) y/o el volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (5) a partir de la información que devuelve la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23), y un sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (1) Y la estación terrena (2).
El sistema de control de vuelo del módulo aéreo (21) comprende un sistema de control de vuelo manual (211) Y un sistema para la generación de trayectorias y control automático de vuelo (212).
La unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) comprende un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25), con al menos un a lgoritmo de transformación campo cercano campo cercano. para la obtención de la distribución del campo en la apertura de la antena (41), en un algoritmo de transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena (42), y en un algoritmo para la determinación del volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (43).
La Fig. 3 representa una vista lateral de la antena o sistema radiante (5) que se pretende caracterizar. En la figura se puede ver la antena o sistema radiante (5), emplazada a cierta altura sobre el suelo (60) mediante una estructura de soporte (52). En la figura también se puede ver el recinto (53) destinado a albergar los sistemas y dispositivos para la generación del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5). También se puede observar una sección del volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (5) y la ubicación del plano de apertura (62) de la antena o sistema radiante (5).
La Fig. 4 muestra el diagrama de fuentes radiantes (70) de una antena o sistema radiante (5) bajo medida, encuadrado en un rectángulo dispuesto sobre el plano de apertura (62) de la antena o sistema radiante (5). La antena o sistema radiante (5) está emplazada en una estructura de soporte (52). El eje de abscisas del diagrama de fuentes radiantes (70), denotado por EX en la figura, se muestra paralelo al plano de apertura (62), Se observa también la amplitud de la distribución del campo electromagnético en el plano de apertura (7 1) de la antena o sistema radiante (5). El eje de ordenadas del diagrama de fuentes radiantes (70), denotado por EY en la figura, representa el nivel de amplitud de la distribución del campo electromagnético en el plano de apertura (7 1) de la antena o sistema radiante (5), y se representa ortogonal al plano de apertura (62). La antena o sistema radiante (5) es una antena de tipo reflector parabólico sin defectos ni deformaciones, por lo que la amplitud de la distribución del campo electromagnético en el plano de apertura (7 1) presenta un valor uniforme.
La Fig. 5 muestra un diagrama de fuentes radiantes (70) similar al de la figura anterior, de una antena o sistema radiante (5) consistente en una antena de tipo reflector parabólico emplazada en una estructura de soporte (52), pero que presenta defectos o deformaciones, denotadas en la figura por D 1 Y 02. Cada deformación se visualiza en el diagrama de fuentes radiantes (70) como una atenuación de la amplitud de la distribución del campo electromagnético en el plano de apertura (71). Dichas atenuaciones de la amplitud se indican como DOl y 002 en la figura.
EXPLICACiÓN DE UNA FORMA DE REALIZACiÓN PREFERENTE
Para una mejor comprensión de la presente invención. se exponen los siguientes ejemplos de realización preferente, descritos en detalle, que deben entenderse sin carácter limitativo del alcance de la invención.
EJEMPLO J
Un primer ejemplo de realización de la invención se basó en el empleo de un único módulo aéreo ( 1) para la medida y caracterización de una antena o sistema radiante (5) que consistía en una antena para estación base de telefonía móvil en la banda GSM-900 (banda de frecuencia de 890 MHz a 960 MHz) formada por una agrupación de ocho
- elementos de tipo parche dispuestos a 10 largo de un eje vertical perpendicular al suelo
- (60), resultando en una longitud fisica de I m. El módulo aéreo (1) que se empleó era un
- vehículo aéreo no tripulado de tipo multirrotor, y más en concreto, de un octacóptero con
- su correspondiente unidad de control aérea (15) y juego de baterías. La unidad de control
- S
- aérea (15) se implementó mediante un microcontrolador (de tipo Raspberry Pi) y se
- programó para recolectar infonnación de la unidad de medida de emisiones
- electromagnéticas (1 1) y del sistema de posicionamiento y guiado (13), controlar
- parámetros de vuelo del módulo aéreo (1) e intercambiar infonnación con una estación
- terrena (2).
- 10
- El octacóptero empleado, junto con la unidad de control aérea (15) y las baterías, tenía
- un peso máximo al despegue de 6 kg, con una capacidad de carga útil de 1,5 kg. Dicha
- capacidad de carga útil se empleó para embarcar e integrar en el octacóptero los
- siguientes elementos:
- -Una interfaz IEEE 802.11 (Wi-Fi) que pertenecía al sistema de comunicación (3)
- 15
- bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (1) Y la estación terrena (2). Esta
- interfaz se conectó a la unidad de control aérea (15).
- -Un sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1). Este sistema
- estaba formado por cuatro subsistemas, descritos a continuación: i) sistema de
- posicionamiento basado en sensores inerciales (132) que venían incorporados en la
- 20
- unidad de control aérea (1 S) del octacóptero; ii) sistema de posicionamiento global (131):
- se aprovechó el receptor GPS incluido en la unidad de control aérea (1 S) del octacóptero;
- iii) sistema de posicionamiento basado en navegación cinética satelital en tiempo real
- (133) para intercambiar información con una estación base de navegación cinética
- satelital en tiempo real (22) situada en la estación terrena (2): se adquirieron dos unidades
- 25
- RTK, una de las cuales se situó en la estación terrena (2) y la otra en el módul o aéreo (1).
- Estas unidades RTK empleaban un radioenlace Wi-Fi para enviar la información de
- corrección de las coordenadas GPS al receptor de la estación base de RTK a la unidad
- GPS con funcionalidad de RTK embarcada en el módulo aéreo (1). Por tanto, la
- infonnación proporcionada por la unidad RTK y la información proporcionada por el
- 30
- GPS se combinaron para obtener las coordenadas georreferenciadas del módulo aéreo ( I)~
- iv) sistema de posicionamiento basado en fotogrametría (134): se implementó
- 25
- embarcando en el octacóptero una cámara web, que enviaba fotografías cada vez que se lanzaba una medida de la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (J 1). A partir del procesado digital de dos o más fotografias tomadas en diferentes intervalos de tiempo se pudo determinar el desplazamiento del octacóptero de una posición a otra.
- s
- La información espacial proporcionada por el sistema de posicionamiento y guiado (13) se procesó mediante una técnica de fusión de datos implementada en un microcontrolador (de tipo Raspberry Pi) que devolvía un único conjunto de coordenadas espaciales georreferenciadas del módulo aéreo (1).
- 10 15
- -Con respecto a la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11), se empleó un detector de potencia en la banda de 100 MHz a 3 GHz que proporcionaba una tensión de sa1ida proporcional a la amplitud del campo electromagnético radiado (E) por la antena para estación base de telefonía móvil que se pretendía caracterizar. Como antena receptora (112) conectada a la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) se empleó una antena de tipo monopolo con frecuencia de trabajo 900 MHz y ancho de banda de 10 MHz. De esta forma la antena receptora (112) ya fijaba la frecuencia de trabajo para este ejemplo en concreto, lo que evitó el uso de filtros selectivos en frecuencia. La frecuencia y el ancho de banda seleccionados permitían la medida de parte de la banda de trabajo de la antena para estación base de telefonía móvil (890 MHz a 960 MHz).
- 20
- El octacóptero incorporaba un brazo articulado sobre el que iba montada antena receptora (112) para compensar parcialmente las oscilaciones producidas durante el vuelo.
- La estación terrena (2) y los elementos que la componían eran los siguientes y se implementaron e integraron de la siguiente fonna:
- 25 30
- -Sistema de control de vuelo (21) del módulo aéreo (1). Para el sistema de control de vuelo manual (211) se aprovechó el mando de telecontrol que venía de serie con el octacóptero al que se le incorporó un transmisor que empleaba la banda de frecuencias de 2.4 GHz a 2.5 GHz. Con respecto al sistema para generación de trayectorias y control automático de vuelo (2 12), se desarrolló una apli cación informática que permite al usuario especificar las coordenadas de la trayectoria que ha de seguir el módulo aéreo (1) 26
- S
- para medir el campo electromagnético radiado (E) por la antena para estación base de telefonía móvil. El sistema se configuró para operar empleando las coordenadas proporcionadas por el sistema para generación de trayectorias y control automático de vuelo (2 12), dando prioridad al sistema de control de vuelo manual (2 11 ) para poder retomar el control sobre el módulo aéreo (1) en caso de que fuera necesario.
- -Unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23). Se implementó en un ordenador portátil, que ejecutaba los algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25). Estos algoritmos se programaron empleando un lenguaje de programación de alto ni vel.
- 10 15
- -Aplicación informática (24) que proporciona el di agrama de radiación, el diagrama de fuentes radiantes (70) y el volumen de protección electromagnética (6 1) de la antena o sistema radiante (5). Se desarrolló una aplicación in fo rmática (5) gráfica que permite al operador del sistema visualizar la intensidad de emisión de los elementos radiantes de la antena para estación base de telefonía móvil, así como visualizar en una gráfica tridimensional en coordenadas esféricas el diagrama de radiación de la antena o sistema radi ante (5).
- -Estación base de navegación cinética satelital en tiempo real (22): consistió en una de las dos unidades RTK mencionadas anteriormente. La otra unidad RTK se embarcó en
- el módulo aéreo (1).
- 20 2S
- -Una interfaz IEEE 802.11 (Wi-Fi) que pertenecía al sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (1) Y la estación terrena (2). Esta interfaz se conectó al ordenador portátil que implementó la unidad de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (23) y el sistema para la generación de trayectorias y control automático de vuelo (2 I 2), Y también al mando de control que implementó el sistema de control de vuelo manual (2 ) ) del módulo aéreo.
- En esta realización, el sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real empleaba la banda de 2.4 GHz a 2.5 GHz, con lo que no había solapamiento con la banda de frecuencia de trabajo de la antena para estación base de telefonía móvi l (890 MHz a 960 MHz).
- 27
- La antena para estación base de telefonía móvil estaba emplazada en una estructura de
- soporte (52) a una altura de 8 m sobre el suelo (60), Se definió por ello una trayectoria de
- medida (7) de vuelo en zigzag en un plano vertical de dimensiones 6 m x 6 rn emplazado
- 5 m delante del plano de apertura (62) de la antena para estación base de telefonía móvil y
- S
- centrado con respecto a la antena. Como la longitud de onda a la frecuencia de medida era
- de 33 cm, el campo electromagnético radiado (E) se midió cada 8 cm, resultando en un
- total de 5625 puntos de medida.
- El módulo aéreo (1) se movía a una velocidad de 50 cmls, con lo que el recorrido
- completo de la trayectoria de medida (7) en zigzag, 456 m, se completó en 15 minutos. A
- 10
- lo largo de la trayectoria de medida (7) la antena receptora (1 12) se apuntaba hacia antena
- para estación base de telefonía móvil mediante el brazo articulado. Las baterías que
- suministraban la energía al octacóptero permitían una autonomía de 18 minutos, con lo
- que se disponía de margen de seguridad temporal para que el operador del módulo aéreo
- (1) realizara las maniobras de despegue y aterrizaje.
- 15
- Dado que las medidas del campo electromagnético radiado (E) se realizaron con un
- detector de potencia, no se disponían de medidas directas de la fasc. Por ello, se aplicó el
- algoritmo iterativo para la recuperación de fase (40) a las medidas de la amplitud del
- campo electromagnético radiado CE) medido en la trayectoria de medida (7). El algoritmo
- iterativo para la recuperación de fase (40) minimizaba la función de coste Fea. Al cabo
- 20
- de 53 iteraciones se obtuvo una tolerancia o diferencia igual o inferior al 2% entre la
- amplitud del campo electromagnético teórico calculado a partir de un conjunto de
- coeficientes auxiliares y la amplitud del campo electromagnético radiado (E).
- Los datos de amplitud medida y fase recuperada del campo electromagnético radiado
- (E) georreferenciadas con una precisión igual o inferior a 3 cm se introdujeron en la
- 25
- unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) para llevar a
- cabo la caracterización y diagnóstico de la antena para estación base de telefonía móvil.
- En primer lugar se ejecutó el algoritmo de transformación campo cercano -campo
- cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de
- la antena (4 1), el cual minimizaba una función de coste FCafque relacionaba el campo
- 30
- electromagnético radiado (E) por la antena para estación base de telefonía móvil con el
- campo electromagnético teórico calculado a partir de una distribución de corrientes. Al
- 28
- cabo de 17 iteraciones del algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena (41) se obtuvo una tolerancia o diferencia entre el campo electromagnético radiado (E) y el campo electromagnético teórico menor o igual al 1 %.
- S 10
- La distribución de corrientes se empleó para calcular el campo electromagnético teórico en el plano de apertura (7 1) de la antena para estación base de telefonía móvil. La información del campo electromagnético teórico en el plano de apertura se introdujo en la aplicación informática (24) para representar el diagrama de fuentes radiantes (70) de la antena para estación base de telefonía móvil. Se observó que los 8 elementos que componían la antena para estación base de telefonía móvil presentaban una variación de amplitud inferior a I dB, con lo que se concluyó que los 8 elementos de la antena operaban correctamente según las especificaciones del fabricante.
- 15 20
- La distribución de corrientes calculada con el algoritmo de transfonnación campo cercano campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena (41) también se empleó en el algoritmo de transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena (42). El diagrama de radiación de la antena para estación base de telefonía móvil se representó en la aplicación infonnática (24), observándose que dicho diagrama también cumplía las especificaciones proporcionadas por el fabricante para este tipo de antenas en cuanto a niveles de lóbulos secundarios e inclinación o /i/I del lóbulo principal.
- 25
- Finalmente, se ejecutó el algoritmo para la determinación del volumen de protección electromagnética (43) de la antena o sistema radiante, el cual empleó la distribución de corrientes para calcular el volumen de protección electromagnética (61) de la antena para estación base de telefonía móvil. El volwnen de protección obtenido resultó un paralelepípedo de dimensiones 7 m de largo x 4 m de ancho x 3 m de alto. Estas dimensiones resultaron estar en consonancia con las habituales para los recintos de seguridad para este tipo de antenas de telefonía móvil.
- El tiempo de ejecución de los algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25) fue inferior a 2 minutos, lo que permitió realizar el diagnóstico y
- caracterización de la antena para estación base de telefonía móvil donde se realizó la medida con el sistema y método descritos,
- en el mismo lugar
- EJEMPLO 2
- S
- un Para esta realización se empleó el sistema descrito en el ejemplo I aunque empleando detector coherente en la banda de 100 MHz a 3 GHz con dos canales de salida
- correspondientes a la parte real e imaginaria de la señal compleja medida, que en este caso era el campo electromagnético radiado (E) por la antena para estación base de telefonía móvil. Cada canal de salida proporcionaba una tensión proporcional a la parte real e imaginaria del campo electromagnético radiado (E).
- 10 15
- Dado que el detector coherente utilizado pesaba más que el detector de potencia, en esta realización también se eliminó el brazo articulado sobre el que se montaba la antena receptora (112), fijándo la directamente al módulo aéreo (1). En esta realización, el sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1) se encargó de mantener la orientación de la antena receptora (112) hacia la antena para estación base de telefonía móvil a lo largo de la trayectoria de medida (7).
- Como la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) se basó en un detector coherente, se disponía de los datos de amplitud y fase (o equivalentemente, de la parte real e imaginaria) del campo electromagnético radiado (E). Por ello, en esta realización no fue necesario ejecutar el algoritmo iterativo de recuperación de fase (40).
- 20 2S
- Los datos de amplitud y fase medidas del campo electromagnético radiado (E) georreferenciados con una precisión igualo inferior a 3 cm se introdujeron en la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) para llevar a cabo la caracterización y diagnóstico de la antena para estación base de telefonía móvil. En esta realización, el algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena (41) obtuvo una tolerancia o diferencia entre el campo electromagnético radiado (E) y el campo electromagnético teórico menor o igual al 1 % al cabo de l S iteraciones.
- Los resultados de diagnóstico y caracterización de la antena para estación base de telefonía móvil, es decir, diagrama de fuentes radiantes (70), diagrama de radiación y
- 30
volumen de protección electromagnética, presentaron una diferencia inferior al 2 % con respecto a los mismos resultados obtenidos en la realización del ejemplo l.
EJEMPLO 3
Para esta realización se empleó el sistema descrito en el ejemplo I pero empleando dos módulos aéreos (I). Se definieron dos trayectorias de medida (7): la primera consistió en una trayectoria en zigzag contenida en un plano vertical de dimensiones 6 m x 6 m emplazado 5 m delante del plano de apertura (62) de la antena para estación base de telefonía móvil y centrado con respecto a la antena. La segunda era idéntica a la primera pero emplazada 5 m detrás del plano de apertura (62), con el fin de caracterizar también la radiación trasera de la antena para estación base de telefonía móvil. En esta realización, al emplear un detector de potencia en ambos módulos aéreos (1) fue necesario aplicar el algoritmo iterativo para la recuperación de fase (40).
Se observó que al disponer de más puntos de medida el algoritmo iterativo para la recuperación de fase (40) requería 45 iteraciones para obtener una tolerancia o diferencia igualo inferior al 2% entre la amplitud del campo electromagnético teórico calculado a partir de un conjunto de coeficientes auxiliares y la amplitud del campo electromagnético radiado (E), es decir, 8 iteraciones menos que en la realización del ejemplo 1.
En esta realización, los resultados de diagnóstico y caracterización de la antena para estación base de telefonía móvil, es decir, diagrama de fuentes radiantes (70), diagrama de radiación y volumen de protección electromagnética, presentaron una diferencia inferior al 3 % con respecto a los mismos resultados obtenidos en la realización del ejemplo 1. Las diferencias en los resultados en las realizaciones de los ejemplos 1,2 Y 3, se debieron en parte a la propia tolerancia que presentan los detectores de potencia y coherente empleados para la medida del campo electromagnético radiado (E), así como a la tolerancia o error en el posicionamiento y georreferenciación de los datos, que se realizó con una precisión igualo inferior a 3 cm.
Claims (20)
- REIVINDICACIONES1. Sistema aerotransportado para medida y caracterización de antenas o sistemas radiantes de ondas electromagnéticas, que comprende:
- -
- un módulo aéreo (1) que se mueve recorriendo los puntos de una trayectoria de medida (7), que a su vez comprende una antena receptora (112) que captura el campo electromagnético radiado (E) por una o varias antenas o sistemas radiantes
(5) y que está conectada a una unidad de medida de emisiones electromagnéticas (1 ¡), un sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1), y una unidad de control aérea (15) que recolecta infonnación de la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) y del sistema de posicionamiento y guiado (13), controla parámetros de vuelo del módulo aéreo (1) e intercambia información con una estación terrena (2);- -
- una estación terrena (2), que a su vez comprende un sistema de control de vuelo
(21) del módulo aéreo (1), una unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) recibidas en la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) que procesa las medidas del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) mediante un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones elcctromagnéticas (25), y una aplicación infonnática (24); y- -
- unos medios de comunicación para emitir y recibir señales in.alámbricas entre el módulo aéreo (1) y la estación terrena (2);
caracterizado por que la antena receptora (112) es apuntada hacia la antena o sistema radiante (5); por que la unidad de medida de emisiones electromagnéticas- (11)
- proporciona información de amplitud y/o fase del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) en la trayectoria de medida (7) de forma directa o indirecta; por que el sistema de posicionamiento y guiado (13) del módulo aéreo (1) comprende un sistema de posicionamiento global (13 1). un sistema de posicionamiento basado en sensores inerciales (132), un sistema de posicionamiento basado en navegación cinética satelital en tiempo real (133) que intercambia información con una estación base de navegación cinética satelital en
tiempo real (22) situada en la estación terrena (2), y un sistema de posicionamiento basado en fotogrametría (134), que envían información a la unidad de control aérea- (15)
- proporcionando la localización tridimensional precisa del módulo aéreo (1) y la georreferenciación de las medidas de campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) con una precisión de valor igual o inferior a tres centímetros; por Que la amplitud y/o fase del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) es procesada por la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) caracterizando con ello la antena o sistema radiante (5); por que un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25) de la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) es W1 algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena (41), un algoritmo de transformación campo cercano campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena (42) y un algoritmo para la determinación del volumen de protección electromagnética (43) de la antena o sistema radiante (5); por que la aplicación informática (24) proporciona el diagrama de radiación, el diagrama de fuentes radiantes (70) y/o el volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (5); y por que los medios de comunicación para emitir y recibir señales inalámbricas entre el módulo aéreo (1) Y la estación terrena (2) emplean una banda de frecu.encia seleccionada entre al menos dos bandas de frecuencias diferentes para evitar solapamiento con la frecuencia del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5).
-
- 2.
- Sistema según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende dos o más módulos aéreos (1).
-
- 3.
- Sistema según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que el módulo aéreo (1) es un vehículo aéreo no tripulado.
-
- 4.
- Sistema según la reivindicación 3 caracterizado por que el vehículo aéreo no tripulado es un multirrotor.
S. Sistema según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que la trayectoria de medida(7) presenta una forma o geometría arbitraria y la distancia cntre un punto de medida y otro es igualo inferior a tres centímetros. - 6. Sistema según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que la antena receptora(112) está acoplada a un brazo aniculado controlado o a una suspensión cardán controlada para ser apuntada hacia la antena o sistema radiante (5).
- 7. Sistema según la reivindicación I o 2 caracterizado por que la antena receptora(112) está fijada al módulo aéreo (1)7 que se orienta para apuntarla hacia la antena o sistema radiante (5).
-
- 8.
- Sistema según la reivindicación 1 o 2 caracterizado por que la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11) es un detector coherente que mide la amplitud y la rase del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) medidas en la trayectoria de medida (7).
-
- 9.
- Sistema según la reivindicación I o 2 caracterizado por que la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (1 1) es un detector de potencia que mide la amplitud del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) medida en la trayectoria de medida (7).
-
- 10.
- Sistema según la reivindicación 9 caracterizado por que además comprende un algoritmo iterativo para la recuperación de fase (40) que recupera la fase del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) a partir de la amplitud del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante
(5) medida en la trayectoria de medida (7). -
- 11.
- Sistema según la reivindicación 10 caracterizado por que el algoritmo iterativo de recuperación de fase (40) consiste en calcular un conjunto de coeficientes alLxiliares que caracterizan la antena o sistema radiante (5) mediante la minimización de una función de coste Fea que viene definida por la siguiente ecuación:
FCa =IIIEI' -l lO(Iq(Ca))I' II'donde IEI representa la amplitud del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) medida en la trayectoria de medida (7), 1101 representa la amplitud del campo electromagnético teórico calculado a partir del conjunto de coeficientes auxiliares, lq denota las ecuaciones integrales de campo electromagnético que relacionan el campo electromagnético teórico con los coeficientes auxiliares y Ca representa los coeficientes auxiliares;y por que cuando la función de coste Fea presenta un valor menor que una tolerancia determinada, se considera que la amplitud del campo electromagnético teórico y la amplitud del campo electromagnético radiado (E) son suficientemente parecidas de forma que el conjunto de coeficientes auxiliares pennite modelar el campo electromagnético radiado (E) con una precisión menor o igual a la tolerancia determinada. - 12. Sistema según la reivindicación 11 caracterizado por que una vez calculado el conjunto de coeficientes aux iliares se calcula el campo electromagnético teórico en la trayectoria de medida (7) empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético y por que el campo electromagnético radiado (E) por la an tena o sistema radiante (5) en la trayectoria de medida (7) se compone a partir de la siguiente expresión:E = IEI exp(j <E»donde <E> es la rase del campo electromagnético teórico y IEI es la amplitud del campo electromagnético radiado CE) por la antena o sistema radiante (5).
- 13. Sistema según la reivindicación I o 2 caracterizado por que el sistema de control de vuelo (21) del módulo aéreo (1) comprende:
- -
- un sistema de control de vuelo manual (2 11)¡ Y
- -
- un sistema para la generación de trayeclorias y control automático de vuelo (212).
-
- 14. Sistema según la reivindicación I o 2 caracterizado por que los medios de comunicación comprenden un sistema de comunicación (3) bidireccional y en tiempo real entre el módulo aéreo (1) y la estación terrena (2).
- S
- 15. Sistema según la reivindicación 14 caracterizado por que el sistema de comunicación (3) comprende uno o varios módulos de comunicación 3G/4G y/o uno o varios transceptores a baja frecuencia y/o una interfaz IEEE 802.) I (Wi-Fi) y/o uno o varios módulos Zigbee y/o uno o varios módulos Bllletooth, o una combinación de cualquiera de los anteriores.
- 10
- 16. Sistema según la reivindicación I o 2 caracterizado por que el algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo electromagnético en la apertura de la antena (4 1) consiste en calcular una distribución de corrientes que caracterizan la antena o sistema radiante (5) mediante la minimización de una función de coste FCaf que viene dada por la siguiente ecuación:
- 15
- FCar= 11 E -E(lq(Meq)) 11'
- 20
- donde E representa el campo electromagnético radiado CE) por la antena o sistema radiante (5) medida en la trayectoria de medida (7), E representa el campo electromagnético teórico calculado a partir de la distribución de corrientes, Iq denota las ecuaciones integrales de campo electromagnético que relacionan el campo electromagnético teórico con la distribución de corrientes, y Meq representa la distribución de corrientes;
- 25
- y por que cuando la función de coste Feaf presenta un valor menor que una tolerancia determinada, se considera que el campo electromagnético teórico y el campo electromagnético radiado (E) son suficientemente parecidos de forma que la distribución de corrientes permite modelar el campo electromagnético radiado (E) con una precisión menor o igual a la tolerancia determinada.
-
- 17. Sistema según la reivindicación 16 caracterizado por que una vez calculada la distribución de corrientes se calcula el campo electromagnético teórico en cualquier punto del espacio empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético
Y. por tanto, también se calcula la distribución del campo electromagnético teóricoen el plano de apertura (71) de la antena o sistema radiante (5). - 18. Sistema según la reivindicación 17 caracterizado por que el diagrama de fuentes radiantes (70) proporcionado por la aplicación informática (24) corresponde a la5 distribución del campo electromagnético teórico en el plano de apertura (71) de la antena o sistema radiante (5).
- 19. Sistema según la reivindicación 16 o 17 caracterizado por que el algoritmo de transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena (42) emplea la distribución de corrientes que caracteriza a la10 antena o sistema radiante (5) para calcular el campo electromagnético teórico en cualquier punto del espacio empleando las ecuaciones integrales de campo electromagnético y, por tanto, para calcular el campo electromagnético teórico en la región de campo lejano de la antena o sistema radiante (5) que corresponde al diagrama de radiación.15 20. Sistema según la reivindicación 16 o 17 caracterizado por que el algoritmo para la detenninación del volumen de protección electromagnética (43) de la antena o sistema radiante (5) emplea la distribución de corrientes que caracterizan a la antenao sistema radiante (5) para obtener los niveles de campo electromagnético teórico en una nube de puntos alrededor de la antena o sistema radiante (5), para20 posterionnente discriminar los puntos que están por encima del nivel de referencia de campo electromagnético, obteniendo de esta fonna la superficie que delimita el volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (5).
- 21. Método para medida y caracterización de antenas o sistemas radiantes (5) mediante el sistema de la reivindicación I o 2 que comprende las siguientes etapas:2S a) definir una trayectoria de medida (7) alrededor de la antena o sistema radiante(5) que se desea medir y caracterizar;b) apuntar la antena receptora (112) hacia la antena o sistema radiante (5);e) adquirir la medida de) campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) mediante la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (11);d) enviar la medida del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) y la localización tridimensional precisa del módulo aéreo(1) a la estación terrena (2) empleando el sistema de comunicación (3);e) procesar la medida del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) en la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) para obtener el diagrama de radiación, la distribución del campo electromagnético en el plano de apertura (71) Y el volumen de protección electromagnética (61) de la antena o sistema radiante (5), mediante un conjunto de algoritmos de procesado de medidas de emisiones electromagnéticas (25) que comprende un algoritmo de transformación campo cercano -campo cercano para la obtención de la distribución del campo en la apertura de la antena (41), un algoritmo de transformación campo cercano -campo lejano para la obtención del diagrama de radiación de la antena (42), y un algoritmo para la determinación del volwnen de protección electromagnética (43) de la antena o sistema radiante (5).
-
- 22.
- Método según la reivindicación 21 caracterizado por que las etapas a) a d) las realizan dos o mas módulos aéreos (1) que envían la medida del campo electromagnético rad iado (E) por la antena o sistema radiante (5) y su localización tridimensional precisa a la estación terrena (2) empleando su sistema de comunicación (3).
-
- 23.
- Método segun la reivindicación 21 caracterizado por que en la etapa c) la unidad de medida de emisiones electromagnéticas (1 1) además procesa la medida del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) adquirida para converti rla en una secuencia digital, y en la etapa e) la unidad de procesado de las medidas de emisiones electromagnéticas (23) procesa la medida del campo electromagnético radiado (E) por la antena o sistema radiante (5) digitalizada.
- 24. Método segun la reivindicación 21 o 22 caracterizado por que además comprende variar la posición del módulo aéreo ( 1) a lo largo de la trayectoria de med ida (7) y repetir las etapas b). e) y d) previamente a la etapa e).
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