SISTEMA DE HAZ CONMUTADO

Un sistema de haz conmutado es la técnica más simple hablando de antenas inteligentes. El sistema de antena de haz conmutado incrementa la capacidad del sistema, es decir aumenta el radio de cobertura mediante el aumento de la relación de potencia portadora a potencia de interferencia (CIR). Este tipo de antenas están basadas en el concepto de retro-orientación. La selección de los haces recibidos se basa en un indicador de la potencia de la señal recibida. Se logra la formación del haz mediante elementos directivos. Si la relación CIR recibida cae por debajo de un nivel determinado durante una llamada, la estación base cambia al mejor haz disponible para transmisión y recepción de la señal.

La naturaleza directiva del haz de la antena, garantiza que el nivel de interferencia co-canal de células vecinas en el sistema, sea menor en promedio que el experimentado cuando se usa una antena convencional.La antena de haz conmutado genera un número fijo y predeterminado de lóbulos radiantes en distintas direcciones. Es decir, múltiples haces fijos con alta sensibilidad en más fuerte y escoge el lóbulo direcciones específicas. El circuito alimentador de la antena detecta la dirección de la señal más fuerte y escoge el lóbulo que apunta a esa dirección, y va cambiando de haz conforme se va moviendo la señal atendida a través del sector.

En pocas palabras, una antena de haz conmutado consiste en varios haces pre-definidos fijos y altamente directivos, formado usualmente con arreglos de antenas de fase, Los múltiples haces de la antena pueden formarse a través de una red con sistema de alimentación muy sofisticado que contiene múltiples puertos de entrada.El sistema detecta la señal más fuerte y elige un haz de mejor nivel de potencia entre varios, mientras el móvil se mueve en la célula. La conmutación de haz puede realizarse por medio de dispositivos conmutadores de microondas diseñados con material semiconductor.

Un concepto más generalizado de la conmutación de lóbulos es la antena de arreglo de fase dinámica (DPA Dynamical Phased Array). En este concepto el algoritmo de llegada (DOA Direction of Arraival) está integrado en el sistema. Primero se encuentra la dirección del haz de llegada y después se ajustan diferentes parámetros en el sistema en conformidad con el Angulo de dirección. De esta manera se maximiza la potencia recibida.Las antenas de haz conmutado son poco efectivas en ambientes con elevada interferencia co-canal debido a su falta de habilidad para distinguir un usuario deseado dentro de un ambiente con interferencias.

ELEMENTOS DEL SISTEMA DE HAZ CONMUTADO

Matriz de Butler Matriz de Blass Acopladores Direccionales Híbridos 3dB-90º Líneas de Transmisión Switches de Microondas (Diodos PIN) Sistema de Control de Fase

Esta técnica no garantiza que el usuario se encuentre en la dirección de máxima radiación del haz que le da servicio, ni que las señales interferentes se vean notablemente reducidas (ya que es posible que se reciba alguna por uno de los lóbulos secundarios). DE hecho, sería posible recibir una señal interferente por un punto del diagrama de radiación con mayor ganancia que la señal deseada, empeorando apreciablemente las prestaciones del sistema.

ARREGLO DE ANTENAS DEL SISTEMA HAZ CONMUTADO

Los elementos del arreglo de antenas de haz conmutado deber ser conectados, a través de la red de alimentación, a los módulos transmisor/receptor (transreceptores). Una de las redes, ampliamente conocidas de formación múltiple de haces es la matriz Butler. Es una red lineal de alimentación pasiva de NXN elementos, con haces con capacidad de direccionamiento originados por una antena de arreglo de fase con N salidas o puertos. La matriz Butler realiza un transformada de Fourier rápida espacial y proporciona N haces ortogonales, donde N deber ser una potencia entera de 2(i.e N= . Estor haces son combinaciones lineales e independientes de los patrones de radiación de los elementos del arreglo.

Un arreglo de matriz Butler puede cubrir un sector de 360° dependiendo de los patrones de radiación de los elementos y de su espaciamiento. Cada haz puede ser atendido por un modulo transmisor/receptor dedicado y el haz apropiado puede ser seleccionado usando un conmutador de RF. Una matriz Butler puede incluso ser usada para dirigir el gaz de un arreglo circular, excitando los puertos de la matriz Butler con señales ponderada de amplitud y fase, seguidas por una fase variable y uniforme. Se requiere únicamente de una cadena transmisor/receptor que combina filas alternas de uniones híbridas ( o acoplamiento direccional= y conmutadores de fase fijos.

Son requeridos un total de (N/2) x N híbridos y (N/2) x (N-1) desplazadores de fase fijos para formar la red.

Una matriz Butler tene dos funciones:

Distribución de las señales RF para los elementos de radiación de la antena

Formación de un haz ortogonal y la dirección del haz.

Conectando una matriz Butler entre el arreglo de antenas y un conmutador de RF, se logra la formación de múltiples haces. Se excitan al mismo tiempo dos o más puerto del conmutador de la señal de RF. Una señal en un puerto de entrada, producirá excitaciones iguales en todos los puertos de salía, con una variación de fase progresiva en la abertura del arreglo, resultando en un haz radiado dirigido cierto ángulo en el espacio. Una señal en otro puerto de entrada formara un haz en otra dirección. En la figura si los haces 2R y 3L son excitados irradiaran simultáneamente. Aunque es posible la formación de múltiples haces, hay una limitante, no pueden formarse dos haces adyacentes simultáneamente, ya que se sumarian formando un solo haz.