ES2946246T3 - Antenas con firma electrónica única - Google Patents

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ES2946246T3 ES19202340T ES19202340T ES2946246T3 ES 2946246 T3 ES2946246 T3 ES 2946246T3 ES 19202340 T ES19202340 T ES 19202340T ES 19202340 T ES19202340 T ES 19202340T ES 2946246 T3 ES2946246 T3 ES 2946246T3
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Abstract

Se describen métodos y aparatos para fabricar antenas (100) con una firma única y para identificar una antena (100) usando su firma única. Una antena de ejemplo comprende un elemento radiante (104) y un elemento de tierra (102), entre los cuales se conecta un circuito de resistencia-inductor-condensador (RLC) (106). El circuito RLC (106) está diseñado para generar un perfil de pérdida de retorno que sirve como una firma de antena única. El perfil de pérdida de retorno del circuito RLC (106) exhibe una frecuencia de resonancia fuera del ancho de banda de trabajo de la antena. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Antenas con firma electrónica única
Campo Técnico
La presente invención se refiere en general a las antenas usadas en un transceptor inalámbrico y, más específicamente, a la identificación de una antena usando su firma electrónica única.
Antecedentes
Marcar o identificar el origen o el fabricante de una antena generalmente se ha basado en las características externas de la antena, como la forma, el tamaño, el color y el paquete, o mediante el uso de una marca registrada o una imagen comercial. Tales características o diseños pueden desaparecer debido al desgaste con el paso del tiempo, lo que dificulta la identificación del origen o el fabricante de una antena. Además, una antena usada en el campo, por ejemplo, instalada en la parte superior de una torre inalámbrica, no permite un fácil acceso para una inspección minuciosa del tipo de antena.
La reflectometría es una técnica de medición que se ha usado ampliamente para diagnosticar problemas asociados con antenas o un circuito o dispositivo electrónico de radiofrecuencia (RF). Por ejemplo, la reflectometría se puede usar para detectar fallos, localizar interrupciones y calibrar la distancia en un circuito de prueba. La reflectometría incluye análisis en el dominio del tiempo, el dominio de la frecuencia y el dominio del ruido. En reflectometría, una señal de prueba, a menudo una señal de banda ancha o de frecuencia de barrido, se envía a un circuito o dispositivo electrónico y se mide una señal reflejada en un puerto de la interfaz de antena. Además de la reflectometría, la transmisometría es otra herramienta de diagnóstico. Pero a diferencia de la reflectometría que mide una señal reflejada, la transmisometría mide una señal transmitida.
Para detectar una antena defectuosa, la reflectometría mide una pérdida de retorno máxima y/o una pérdida de retorno mínima de una antena. La pérdida de retorno de un dispositivo mide la relación entre la potencia de la señal de salida y la potencia de la señal de entrada en decibelios. Las pérdidas de retorno máximas/mínimas anormales pueden ser útiles para detectar una antena que no funciona correctamente, por ejemplo, que refleja señales en exceso. Sin embargo, para antenas en funcionamiento, las pérdidas de retorno máximas/mínimas medidas generalmente se encuentran dentro de un rango normal y no poseen características únicas que sean adecuadas para propósitos de identificación. Aparte de la pérdida de retorno máxima/mínima, una antena en funcionamiento generalmente exhibe un comportamiento eléctrico aleatorio, por lo tanto, no tiene una "firma" electrónica.
La presente solicitud describe métodos y dispositivos ventajosos que pueden usarse para marcar e identificar electrónicamente una antena.
El documento US 7,042,406 B2 puede interpretarse para describir una antena que está provista de un componente o circuito electrónico que tiene un valor correspondiente a las propiedades de la antena. Un mecanismo de lectura lee el valor y establece un estado operativo de un transceptor con base en el valor. El componente electrónico puede ser una resistencia que tenga un valor que identifique las propiedades de la antena. Se puede usar una tabla para correlacionar los valores de resistencia con diferentes tipos de antenas o conjuntos de propiedades de antena. De manera alternativa, el circuito puede incorporarse en un microchip que proporcione una respuesta a un desafío enviado por el mecanismo de lectura. La respuesta codifica las propiedades de la antena. El esquema de codificación incluye valores del desafío. De manera alternativa, la respuesta es un código que se indexa en una tabla de propiedades de la antena. La antena puede estar conectorizada.
El documento EP 1962 374 A1 puede interpretarse para describir un método para identificar una antena, mediante los pasos de: dotar a la antena de un circuito RFID de identificación por radiofrecuencia, conectar un extremo de un cable a la antena, conectar el otro extremo del cable a una unidad remota, enviar una señal de activación al circuito RFID, recibir por parte de la unidad remota a través del cable una señal de respuesta del circuito RFID, y decodificar la señal de respuesta para identificar la antena.
El documento EP 1863 123 A1 puede interpretarse para describir un método para reconocer un tipo de antena, en donde el tipo de antena es reconocido por una unidad de control conectada a un módulo de antena que comprende la antena, comprende los pasos de enviar una señal de identificación de antena desde la unidad de control al módulo de antena, enviar una señal de respuesta de antena desde el módulo de antena a la unidad de control en respuesta a la señal de identificación de antena, en donde la señal de respuesta de antena comprende una señal de información de tipo de antena en forma codificada, decodificar la señal de respuesta de antena por parte de la unidad de control para determinar el tipo de antena conectada al mismo, y ajustar los parámetros de recepción y/o transmisión de la unidad de control conectada al módulo de antena según el tipo de antena.
El documento DE 10 2004 042 160 A1 puede interpretarse para describir un método para identificar al menos una antena, que implica un pulso de radiación electromagnética de una primera duración especificada y una primera banda de frecuencia especificada. Después de la emisión del pulso de radiación, la radiación electromagnética se detecta en una segunda banda de frecuencia específica durante un segundo período de tiempo específico y, según el valor de una frecuencia detectada de la radiación electromagnética detectada, se determina la presencia de al menos una antena según de su frecuencia de resonancia.
Compendio
Se describen métodos y aparatos de bajo coste y eficiencia energética para marcar e identificar electrónicamente una antena. También se describen métodos y aparatos para identificar de forma automática y remota un tipo de antena. Los métodos y aparatos descritos aquí usan un circuito de resistencia-inductor-condensador (RLC) diseñado para generar un perfil de pérdida de retorno que puede servir como una firma de antena única de la antena.
Según la descripción, se proporcionan una antena, un método y un aparato según las reivindicaciones independientes. Los desarrollos se exponen en las reivindicaciones dependientes.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 ilustra una antena ejemplar configurada con un circuito RLC.
La Figura 2 ilustra un ejemplo de transmisibilidad de resonancia de un circuito RLC.
La Figura 3 ilustra un aparato ejemplar para detectar la firma electrónica única de una antena.
La Figura 4 ilustra una respuesta de frecuencia ejemplar de una antena configurada con un circuito RLC para proporcionar una firma electrónica única de la antena.
La Figura 5 ilustra un sistema ejemplar configurado para la detección remota automática de un tipo de antena. La Figura 6 ilustra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para identificar la firma única de una antena. Descripción detallada
Haciendo referencia a los dibujos, la Figura 1 ilustra una antena 100 ejemplar configurada con un circuito RLC para generar una firma de antena única. En la Figura 1, la antena 100 comprende un elemento 102 de tierra, un elemento 104 radiante y un circuito 106 RLC. El elemento 102 de tierra está conectado a tierra y el elemento 104 radiante está configurado para transmitir y recibir señales. El circuito 106 RLC conecta el elemento 102 de tierra y el elemento 104 radiante.
El circuito 106 RLC de la Figura 1 se muestra como un circuito RLC en serie simple. Como sabrá un experto en la materia, el circuito 106 RLC puede ser sustituido por otros tipos de circuitos RLC. El circuito RLC comprende un resistor 108, un inductor 110 y un condensador 112. En la siguiente discusión, la resistencia del resistor 108 está representada por R, la inductancia del inductor 110 está representada por L y la capacitancia del condensador 112 está representada por C.
Una de las características bien conocidas de un circuito RLC es que en un circuito RLC hay al menos una frecuencia de resonancia wo en el que la impedancia del circuito RLC es pura resistencia. La frecuencia de resonancia del circuito RLC 106 se puede expresar como:
Figure imgf000003_0001
En el circuito RLC 106, a la frecuencia resonante wo, la impedancia se reduce a la resistencia R, y la corriente y el voltaje se relacionan como V = I ■ r.
El voltaje del circuito 106 RLC cambia en relación con la frecuencia de la señal de entrada. A la frecuencia wo de resonancia, el voltaje alcanza un pico y cae a medida que la frecuencia de la señal de entrada se desvía de la frecuencia wo de resonancia.
Cuando a la frecuencia wo de resonancia, es importante limitar la corriente Io de resonancia para proteger el extremo frontal del radio del transceptor de daños por corrientes fuertes. La resistencia 108 proporciona la resistencia R necesaria para limitar la corriente Io. Al mismo tiempo, la resistencia R debería ser mucho menor que la impedancia de la antena 100 para crear una pérdida de retorno distintivamente baja en la frecuencia resonante.
La Figura 2 representa la relación entre la transmisibilidad del circuito RLC 106,|G (ua)|, y la frecuencia de la señal wa
de entrada escalada por la frecuencia wode resonancia. La relación entre |G(ua)| y
Figure imgf000003_0002
depende del factor 5 de
amortiguamiento , que se puede expresar como
Figure imgf000003_0003
. Tanto el factor 5 de amortiguamiento como la frecuencia wo de resonancia son funciones de parámetros R, L, y C. Ambos pueden determinarse a partir de la curva de respuesta de frecuencia de una antena.
La Figura 2 ilustra 10 curvas, cada una de las cuales representa cómo |G (
Figure imgf000004_0001
üja)| cambia con para diferentes factores 5 de amortiguamiento. Como se muestra en la Figura 2, cada curva presenta un pico de transmisibilidad en
la frecuencia
Figure imgf000004_0002
de resonancia. Cuanto menor es el coeficiente de amortiguamiento, mayor es el pico de la curva de transmisibilidad. La pérdida de retorno del circuito 106 RLC está proporcionalmente relacionada con su transmisibilidad. Por lo tanto, a la frecuencia wo de resonancia, el circuito RLC 106 alcanza su máxima pérdida de retorno para cualquier coeficiente de amortiguamiento. Si se introduce una señal de barrido de frecuencia en la antena 100 de la Figura 1, el circuito 106 RLC exhibirá un perfil característico de pérdida de retorno que alcanza su punto máximo en la frecuencia wo de resonancia. Aunque una curva de respuesta de frecuencia no proporciona suficiente información para permitir determinar los valores de R, L, y C en el circuito RLC de la antena , la respuesta de frecuencia de una antena se puede usar para determinar el factor 5 de amortiguamiento y la frecuencia wo de resonancia de la antena. Cada tipo de antena se puede marcar con una única wo. Si se selecciona wo cuidadosamente para ubicarse fuera del ancho de banda de trabajo de la antena 100, dicho perfil de pérdida de retorno de la firma puede usarse como la firma única de la antena 100 con fines de identificación.
Los fabricantes de antenas pueden equipar cada tipo de antena con un circuito RLC diferente que tenga una frecuencia de resonancia y una respuesta de frecuencia distintivas. Por lo tanto, las antenas del mismo tipo exhiben el mismo perfil de pérdida de retorno y las antenas de diferentes tipos poseen diferentes perfiles de pérdida de retorno. Midiendo el perfil de pérdida de retorno de una antena, se puede identificar el tipo de antena 100. Cabe señalar que en la presente solicitud, el tipo de antena puede incluir información tal como el modelo, el fabricante y/o la marca de la antena.
La Figura 3 ilustra un dispositivo 300 de prueba ejemplar para medir el perfil de pérdida de retorno de la antena 100 y para identificar la antena 100 en base al perfil de pérdida de retorno medido. En la Figura 3, el dispositivo 300 de prueba comprende un transmisor 302, un acoplador 304 y un circuito 301 de evaluación. El transmisor 302 está conectado al acoplador 304 y está configurado para enviar señales a la antena a través del acoplador 304 a través de un cable alimentador. El circuito 301 de evaluación comprende un receptor 308, un circuito 310 de transformada de Fourier, un detector 312 de perfil de pérdida de retorno, un correlador 314 y un detector 316 de identidad.
El receptor 308 recibe y mide una señal recibida en un puerto de interfaz de antena (AIP) en el acoplador 304. El receptor 308 comprende componentes de procesamiento de RF, como filtro, amplificador, oscilador y convertidor de analógico a digital, para convertir una señal recibida en señales en banda base. El circuito 310 de transformada de Fourier separa los diferentes componentes de frecuencia en la señal de salida y se envían al detector 312 de perfil de pérdida de retorno para detectar un perfil de pérdida de retorno de la antena. A medida que la señal de prueba viaja a través del cable 306 alimentador, la señal de prueba muestra variaciones en la frecuencia. El período de variación está relacionado con la longitud del cable 306 alimentador. Con el conocimiento de la longitud máxima del alimentador, el detector de perfil de pérdida de retorno puede suavizar las variaciones sobre la frecuencia introducidas por el cable alimentador.
El perfil de pérdida de retorno detectado por el detector 312 de perfil de pérdida de retorno se introduce en el correlador 314. El correlador 314 almacena una lista de firmas de antena conocidas o esperadas. Estas firmas de antena conocidas se calculan a priori sobre la base de los valores de R, L, y C o medidos a partir de tipos conocidos de antenas. Las firmas de antena esperadas son perfiles de pérdida de retorno calculados o medidos previamente de antenas de origen o identidad conocidos. El correlador 314 compara el perfil de pérdida de retorno de la antena 100 con una o más de las firmas de antena conocidas en la lista almacenada. Como se muestra en la Figura 4, el perfil de pérdida de retorno de la antena 100 generalmente no coincide perfectamente con la firma de la antena conocida, si esta última se calculó a partir de valores de R, L, y C . El correlador 314 calcula un coeficiente de correlación para cada una de las firmas de antena conocidas. El uno o más coeficientes de correlación se envían al detector 316 de identidad. El detector 316 de identidad identifica la firma de antena única de la antena con base en el uno o más coeficientes de correlación.
El detector 316 de identidad puede implementarse con diferentes algoritmos para identificar la firma de antena única de la antena. En algunas realizaciones, el detector 316 de identidad está configurado para seleccionar la firma de antena conocida que genera el mayor coeficiente de correlación como la firma de antena única de la antena.
En otras realizaciones, el correlador 314 puede seleccionar una firma de antena conocida de la lista almacenada y genera un coeficiente de correlación. El coeficiente de correlación se envía al detector 316 de identidad que compara el coeficiente de correlación con un umbral. El umbral se puede precalibrar y seleccionar cuidadosamente de modo que se pueda afirmar con gran confianza que la firma conocida es la firma de la antena si el coeficiente de correlación es mayor que el umbral. El coeficiente de correlación se compara con un umbral. Si el coeficiente de correlación es menor que el umbral, el perfil de pérdida de retorno se correlaciona con otra firma conocida para generar otro coeficiente de correlación. Si el coeficiente de correlación es mayor que el umbral, la firma conocida se considera la firma de la antena.
La Figura 4 ilustra un perfil ejemplar de pérdida de retorno de la antena 100 y su firma de antena calculada a partir de valores de R, L, y C . La Figura 4 es un diagrama de respuesta de frecuencia que muestra cómo varía la magnitud de pérdida (dB) con la frecuencia de entrada. La magnitud de pérdida se define como: magnitud de pérdida = - pérdida de retorno. La curva continua fina representa la señal de entrada con una frecuencia que va de 0 a 3 x 103 MHz . La curva sólida gruesa representa el perfil de pérdida de retorno de la antena 100 con una frecuencia de resonancia wo = 700 MHz . La curva punteada representa la firma precalculada de la antena.
La Figura 5 ilustra un sistema ejemplar configurado para realizar una detección remota automática del tipo de antena 100. En la Figura 5, una red 500 de acceso por radio está conectada a una red 508 de núcleo. La red 500 de acceso por radio comprende dos NodosB 502 y 504 y un Controlador 506 de Red de Radio (RNC). Los NodosB 502 y 504 están conectados al RNC 506, que está conectado a la red 508 de núcleo. Una antena 100 está instalada en el NodoB 502 y el NodoB 504 respectivamente. El RNC 506 incluye un circuito 510 de detección remota automática que comprende un dispositivo 512 de I/O y un circuito 514 de procesamiento. Para identificar el tipo de antenas 100, el circuito 514 de procesamiento puede enviar una señal a través del dispositivo 512 de I/O para activar el circuito 301 de evaluación (en la Figura 3). La firma de antena detectada por el detector 316 de identidad y/o el tipo determinado con base en la firma de antena puede enviarse al circuito de detección remota automática como resultado.
Cabe señalar que el circuito 510 de detección remota automática también puede residir en la red 508 de núcleo o en un dispositivo móvil (no mostrado). En este último caso, el circuito de detección automática activa el circuito 301 de evaluación a través de una interfaz aérea de radio. En la Figura 5, la antena 100 se muestra instalada en un NodoB.
La Figura 6 ilustra un diagrama de flujo de un proceso ejemplar para identificar una antena 100 usando los métodos ventajosos descritos en este documento. El proceso comienza con el envío de una señal de barrido de frecuencia o de banda ancha a la antena 100 para ser identificada (paso 602). La señal se mide en el puerto de interfaz de antena (AIP) (paso 604) y se detecta su perfil de pérdida de retorno de la señal medida (paso 606). El perfil de pérdida de retorno detectado se correlaciona con una firma de antena esperada o conocida para generar al menos un coeficiente de correlación (paso 608). Con base en al menos un coeficiente de correlación, se identifica la firma de antena única de la antena (paso 610).
Los métodos y aparatos descritos en este documento son aplicables a cualquier tipo de antena, por ejemplo, antenas instaladas en cualquier dispositivo de comunicación inalámbrica, como estaciones base, NodoB, repetidores, etc., y antenas usadas para fines distintos de las comunicaciones inalámbricas.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Una antena (100) fabricada con una firma de antena, comprendiendo dicha antena (100):
un elemento (104) radiante configurado para transmitir y recibir señales de radiofrecuencia; y
un elemento (102) de tierra conectable a tierra;
en donde la antena (100) está caracterizado por que:
un circuito (106) Resistencia-Inductor-Condensador, RLC, conectado al elemento (104) radiante y al elemento de tierra (102), el circuito RLC comprende una resistencia (108), un inductor (110) y un condensador (112); en donde el circuito RLC (106) está configurado para generar un perfil de pérdida de retorno que sirve como firma de antena de la antena (100), y
en donde la resistencia de la resistencia se establece significativamente más baja que la impedancia de la antena (100) para que el perfil de pérdida de retorno comprenda una pérdida de retorno distintivamente baja a una frecuencia de resonancia que está fuera de la frecuencia operativa de la antena (100).
2. Un método para identificar una firma de antena de una antena (100) según la reivindicación 1, comprendiendo dicho método:
enviar (602) una señal de barrido de frecuencia o de banda ancha a la antena (100) para ser identificada; medir (604) la señal en un puerto de interfaz de antena;
detectar (606) el perfil de pérdida de retorno de la antena (100); y
obtener (608) al menos un coeficiente de correlación correlacionando el perfil de pérdida de retorno con al menos una firma de antena conocida;
identificar (610) la firma de antena de la antena (100) con base en al menos un coeficiente de correlación.
3. El método de la reivindicación 2, en donde la detección de un perfil de pérdida de retorno de la antena (100) comprende suavizar las variaciones de frecuencia en la señal medida provocadas por un cable (306) alimentador de la antena (100).
4. El método de la reivindicación 2, en donde al menos una firma de antena conocida se calcula a priori con base en un conjunto de valores de resistencia, inductancia y capacitancia.
5. El método de la reivindicación 2, en donde identificar la firma de antena de la antena (100) con base en al menos un coeficiente de correlación comprende comparar al menos un coeficiente de correlación con un umbral para determinar si al menos un coeficiente de correlación es mayor que un umbral y:
si el al menos un coeficiente de correlación es mayor que el umbral, seleccionar la firma de antena conocida que produce el al menos un coeficiente de correlación como la firma de antena de la antena; y
si el al menos un coeficiente de correlación es más pequeño que el umbral, seleccionar otra firma de antena conocida y generar otro coeficiente de correlación para compararlo con el umbral.
6. El método de la reivindicación 2, en donde identificar la firma de antena de la antena (100) con base en al menos un coeficiente de correlación comprende seleccionar la firma de antena conocida que genera el mayor coeficiente de correlación como firma de antena de la antena.
7. Un aparato (300) para identificar una firma de antena de una antena (100) según la reivindicación 1, dicho aparato (300) conectado a la antena (300) y comprendiendo:
un transmisor (302) configurado para enviar una señal de barrido de frecuencia o de banda ancha a la antena (100) a través de un acoplador (304);
un receptor (308) configurado para recibir y medir una señal en un puerto de interfaz de antena;
un detector de perfil de pérdida de retorno (312) configurado para detectar el perfil de pérdida de retorno de la antena (100) en base a la señal medida; y
un correlador (314) configurado para correlacionar el perfil de pérdida de retorno con al menos una firma de antena conocida para obtener al menos un coeficiente de correlación; y
un detector (316) de identidad configurado para identificar la firma de antena de la antena (100) con base en al menos un coeficiente de correlación.
8. El aparato (300) de la reivindicación 7, en donde el detector (312) de perfil de pérdida de retorno está configurado además para detectar y suavizar las variaciones de frecuencia introducidas por un cable (306) alimentador de la antena (100).
9. El aparato (300) de la reivindicación 7, en donde el detector (316) de identidad está configurado además para seleccionar la firma conocida que tiene el mayor coeficiente de correlación como la firma de antena de la antena (100).
10. El aparato (300) de la reivindicación 7, en donde el detector (316) de identidad está configurado además para:
comparar al menos un coeficiente de correlación con un umbral para determinar si los coeficientes de correlación son mayores que el umbral;
seleccionar la firma de antena conocida que produce el al menos un coeficiente de correlación como la firma de antena de la antena si el al menos un coeficiente de correlación es mayor que el umbral; y
volver al correlador para seleccionar otra firma de antena conocida y generar otro coeficiente de correlación.
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