WO2010026274A1 - Analizador de múltiples entradas y múltiples salidas - Google Patents

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WO2010026274A1 PCT/ES2009/070364 ES2009070364W WO2010026274A1 WO 2010026274 A1 WO2010026274 A1 WO 2010026274A1 ES 2009070364 W ES2009070364 W ES 2009070364W WO 2010026274 A1 WO2010026274 A1 WO 2010026274A1
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Juan Francisco VALENZUELA VALDÉS
David Agapito SÁNCHEZ HERNÁNDEZ
Antonio Manuel MARTÍNEZ GONZÁLEZ
Juan MONZÓ CABRERA
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EMITE INGENIERíA, SLNE
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/70Feed lines
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    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/64Heating using microwaves
    • H05B6/72Radiators or antennas

Definitions

  • the wireless systems that pose multiple inputs and multiple outputs (MIMO) of the signal are based on converting the multipath propagation, initially considered a problem, in the solution to the limited transmission capacities.
  • MIMO multiple inputs and multiple outputs
  • This allows the use of parallel transmission channels by increasing the number of transmitting and / or receiving antennas.
  • high spectral efficiencies can be obtained on the radio channel, thus constituting a very promising way to meet the high requirements of the future Fourth Generation (4G) of mobile communications systems.
  • 4G Fourth Generation
  • a multi-input and multi-output analyzer is a multimode resonant cavity with a high Q factor, with a very inhomogeneous spatial distribution of the electric and magnetic field.
  • mode agitators metal parts with grooves or the movement of the object under study within the cavity. So far all mode agitators have been constructed of metallic materials, some with special shapes such as those found in WO200054365. On the other hand, metal parts with grooves are described in WO2008031964, restricting their application to the aeronautical sector.
  • Multimode resonant cavities are used in wireless communications applications to perform measurements in the laboratory that emulate those performed for mobile terminals in different propagation environments with an isotropic and Rayleigh distribution.
  • the parameters that can be measured are: diversity of gain, MIMO capacity, efficiency of the antenna, absorbed power, correlation between antennas, specific absorption rate, sensitivity of the antenna, probability of error per bit (BER).
  • BER probability of error per bit
  • the different existing propagation environments for wireless communications can be modeled using different probability functions. Two of the most common functions for modeling these environments are the Rayleigh and Rician functions with a K factor.
  • the K factor is the parameter that defines the different Rician type scenarios. These propagation environments will determine the performance of wireless communication systems that work in that environment.
  • macrocells have a K factor in the Rician distribution greater than microcells, that is, they have a more dominant direct vision component (LoS), and within the cell the K factor decreases as the distance to the transmitter increases .
  • the interior environments of buildings and urban areas tend to have a rich multipath dispersion, important enough to make direct vision rarely dominant, converting the statistical behavior of the reception of the signal to a Rayleigh distribution. The problem is that so far only Rayleigh environments could be emulated, so when you want to evaluate the different terminals in other environments
  • multimode resonant cavities Another application of multimode resonant cavities is heating, drying and microwave curing, that is, those processes consisting of irradiating high frequency and high power electromagnetic fields in a cavity to generate heat in a sample of any material.
  • a microwave oven the object to be heated is placed, either in an arbitrary fixed position or on a turntable that rotates it in order to standardize its heating as much as possible.
  • the heating will be more or less efficient because of what patented procedures have already been developed as described in document ES 2246183 to obtain the optimum position of the sample as a function of the electromagnetic fields.
  • the objective is to obtain maximum efficiency and the most homogeneous heating possible.
  • the electromagnetic fields must be concentrated in the sample in a homogeneous manner.
  • the problem is that the heating efficiency can vary from 20% to 90% depending on the distribution of fields, with the existing methods, when the sample changes to heat in size or properties the efficiency decreases since there is no possibility of changing the electromagnetic field.
  • the multi-input and multi-output analyzer object of the invention performs emulations of the behavior of a terminal with multiple antennas in all types of propagation environments or provides elevation of the temperature of the material inside. Therefore, the multi-input and multi-output analyzer is capable of reproducing both isotropic and non-isotropic environments, as well as emulate environments with different distributions in a
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) laboratory.
  • the analyzer with multiple inputs and multiple outputs is capable of emulating the different propagation environments for terminals with multiple antennas, in addition to being able to include effects such as the presence of the human head.
  • high power sources when used, it is capable of producing a heating in the interior material with a specific control of the homogeneity in the distribution of heat.
  • the multi-input and multi-output analyzer is a type of multimode resonant cavity that comprises several elements and procedures to perform dynamic control of the electromagnetic fields inside.
  • the elements included in the analyzer with multiple inputs and multiple outputs objects of the invention are:
  • the first element included in the multi-input and multi-output analyzer is the metal part assembly with grooves and the parts that open and close said grooves henceforth switching parts. These elements manage to transform the field distribution from one or several antennas or sources with fixed positions in a distribution that has different sources that switch between active and non-active depending on whether the switching elements open and close said slots.
  • the switching parts can be of different materials, if they are metallic, the switching will be on / off by not allowing the signal to pass while if they are made of other materials that can be partially crossed by electromagnetic radiation, it will cause a partial activation of said source. .
  • the sources can be partially activated also leaving these slots open. The partial activation of a source is a novelty that can provide obvious advantages when controlling electromagnetic fields.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) metallic materials In this way the electromagnetic waves are not only reflected in the metal stirrers, but also refracted. Thus, the creation of new useful modes for the various applications is achieved.
  • the third element in the analyzer of multiple inputs and multiple outputs is the inclusion of lenses between the signal generation systems and the systems under test. These lenses, for example, will allow modifying the K factor of the simulated environment or specifically concentrating the heat absorbed by the sample in a specific area.
  • the fourth element in the multi-input and multi-output analyzer is that the signal generating systems are antennas with a characteristic shape that have a large bandwidth thus allowing the use of the multi-input and multi-output analyzer in large part 15 of the spectrum
  • the fifth element in the analyzer with multiple inputs and multiple outputs is the introduction of elements with losses such as liquids with losses in any position or absorbent cones in the walls of the resonant or multimode cavity.
  • elements with losses such as liquids with losses in any position or absorbent cones in the walls of the resonant or multimode cavity.
  • the first procedure performed by the analyzer with multiple inputs and 5 multiple outputs consists in applying any of the five previous elements independently or in combination to obtain a certain electromagnetic field in the test area. With this procedure you can achieve a field distribution that is useful for any application. 0
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) The second procedure performed by the analyzer with multiple inputs and multiple outputs consists in placing the elements under test outside the cavity.
  • the link between the exterior and the interior of the cavity will be made leaving the door of the cavity open with different opening angles and / or through slots of various shapes and sizes that communicate the exterior of the cavity with the interior of the cavity.
  • the propagation environment will no longer be isotropic (uniform distribution of the arrival angle) and will become a non-isotropic propagation environment when most of the signal arrives through the opening of the door and / or the existing grooves in the walls of the cavity.
  • the third procedure performed by the multi-input and multi-output analyzer consists in evaluating the different Rician environments from a Rayleigh measurement so that with a single measurement the entire range of existing K factors can be emulated producing cost savings in time and money.
  • This invention can be useful in the field of heating, drying and microwave curing. Therefore, its possible use in this field is described below.
  • the electromagnetic field can be standardized and the radiation efficiency in the sample can be maximized depending on the type of material of which it is composed. Therefore, certain openings will be opened and closed depending on the sample allowing high efficiency in the heating, drying and curing of different material materials, which will increase the versatility of the oven, this being a clear advantage.
  • the second element is the construction of mode agitators in non-metallic elements. This allows homogenization of the electromagnetic field while avoiding reflections towards the sources or magnetrons maximizing
  • the third element allows a concentration of the electromagnetic fields in the sample when converging lenses are used which produces a significant increase in the efficiency of the process.
  • a dispersion of the electromagnetic field will occur, achieving homogenization of the field in the sample, which will cause a more uniform heating, drying and curing throughout the sample.
  • the electromagnetic field in the sample can be controlled and varied, therefore a procedure similar to that described in the patent ES 2246183 can be developed so that the different openings of the element one combined with a certain position of the stirrers are varied. modes and the use or not of the lenses of a maximum efficiency in the heating of the sample while homogenizing the distribution of the electromagnetic field in it.
  • Figure 1 shows a multi-input and multi-output analyzer (1) comprising the following elements: a slotted part (2) that separates the transmitter from the receiver, moving switching parts (4) moving through axes (5) ) that leave the different slots (3) of the metal part (2) open, closed, a mode agitator (6) constructed of non-metallic material, a lens (7) embedded in one of the circular slots and antennas (8) ) broadband.
  • the part in which the elements under test (9) would be placed is also indicated. In this area (9) other elements can also be placed as a dummy (10) for the simulation of living beings.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) grooves (2), the metal parts (4) that move by closing and opening the different grooves (3) and the axes (5) through which the part that opens and closes the grooves moves.
  • Figure 3 shows in detail the characteristic form of the signal emission elements or antennas (8) specific to the multi-input and multi-output analyzer and its power point (10).
  • Figure 4 shows a multi-input and output analyzer for microwave heating applications (12) with the following elements: three sources or magnetrons (13), several samples (14), a mode shaker (6), a grooved metal part (2).
  • Figure 5 shows the diversity of gain versus K factor for all groups with the level of probability as a parameter. It is an example of the capacity analysis that the multi-input and multi-output analyzer can perform.
  • Figure 6 shows the diversity of profit versus the level of cumulative probability for all groups with different. It is an example of the capacity analysis that the multi-input and multi-output analyzer can perform.
  • Figure 7 shows the drying curve of the moisture content in dry basis versus time for samples 01, 02, 03 and 04 with a power source of 700 W
  • Figure 8 shows the drying curve of the moisture content on a dry basis versus time for samples 05, 06 and 07 with a power source of 540 W
  • Example 1 Multi-input and multi-output analyzer for wireless communications
  • the number of slots (3) of the metal part (2) is 16 that are closed and opened by the metal parts (4) located in the upper part and the lower part of said metal part.
  • the analyzer of multiple inputs and multiple outputs (1) in one of the slots (3) in the form of a circle is a lens (7).
  • the mode agitators (6) are located below the metal part (2).
  • the signal transmission elements (8) are broadband antennas located in the upper part of the analyzer with multiple inputs and multiple outputs.
  • In the test area (9) can be introduced both containers filled with leaking liquids and absorbent materials, in addition to mannequins or other elements that simulate living beings.
  • Possibility of emulating Rician environments with different K in different ways concentrating the direct beam through the converging lens and with the procedure by which the electromagnetic field is controlled in the test area so that the ratio between direct beam and reflected rays.
  • Possibility of emulating non-isotropic environments in different ways by measuring the outside of the cavity and introducing materials with losses inside the analyzer.
  • the preferred embodiment of the multi-input and multi-output analyzer is designed to be used in the field of wireless communications by providing the possibility of emulating all kinds of environments and in different ways that provides a competitive advantage over traditional multimode resonant cavities that only They can emulate Rayleigh and isotropic environments.
  • the gain diversity analysis for different groups of 3 inputs and 3 outputs in different Rician environments is shown.
  • the different groupings have the following separations between adjacent elements: group A 0.01 d / ⁇ , group B 0.05 d / ⁇ , group C 0.1 d / ⁇ .
  • Figure 6 shows the gain in diversity versus the accumulated probability density for various values of K and all groupings.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) corresponding propagation environment.
  • the diversity gain is influenced by the grouping used, the probability at which it is to be evaluated and the propagation environment. These three factors have to be optimally combined by the system designer to use resources optimally. Therefore, the multi-input and multi-output analyzer is a very useful element for the designer of systems with multiple inputs and outputs in wireless communications.
  • This favorite embodiment is an applicator (12) provided with the metal part for concentrate the field (2) and maximize the efficiency, while placing a mode agitator (6) of a non-metallic material to maximize both the efficiency and the homogenization of the fields in the sample.
  • the position and size thereof will open some grooves or others so that through the procedure number 1 reason for the invention the objectives of maximizing efficiency and homogenization of heating, drying and curing of the different materials
  • This applicator is intended for industrial use and has the following advantages over the rest:
  • the homogenization analysis of leather samples with different initial moisture contents and for different power levels of the sources is shown.
  • the different samples have the following initial moisture contents: sample 01 1.85, sample 02 1.81, sample 03 0.73,
  • microwave-assisted drying is influenced by the distribution of the electromagnetic field in the sample, the loss factor thereof and the moisture content thereof. These three factors have to be optimally combined by the system designer to use resources optimally. Therefore, the multi-input and multi-output analyzer is a very useful element for the designer of industrial microwave-assisted heating applicators.

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Abstract

La presente invención es un aparato que permite controlar los campos electromagnéticos dentro de una cavidad resonante multimodo de una forma precisa. El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (Analizador MIMO) incorpora varios elementos como son: las antenas de banda ancha, la pieza metálica con ranuras, las lentes de diversas clases y los agitadores de modos no metálicos que junto a procedimientos como la situación de los elementos bajo prueba fuera de la cavidad permiten controlar los campos electromagnéticos en su interior. Este control permite poder emular el comportamiento de terminales de comunicaciones inalámbricas en distintos escenarios reales de exterior y de interior de forma única para desvanecimientos tipo Ricean y comportamiento no isotrópico. Algunos de los elementos y procedimientos implementados en el analizador MIMO pueden ser usados en los aplicadores industriales multimodo de microondas industriales diseñados para el calentamiento, secado y curado de materiales, conocidos como hornos microondas, permitiendo un aumento de la eficiencia y homogenización del proceso.

Description

ANALIZADOR DE MÚLTIPLES ENTRADAS Y MÚLTIPLES SALIDAS
Campo de Ia invención
Los sistemas inalámbricos que plantean múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de Ia señal se basan en convertir Ia propagación multicamino, inicialmente considerada un problema, en Ia solución a las limitadas capacidades de transmisión. De esta forma se posibilita el empleo de canales de transmisión en paralelo aumentando el número de antenas de transmisión y/o recepción. Así se pueden obtener altas eficiencias espectrales sobre el canal radio constituyendo, por tanto, una vía muy prometedora para satisfacer los altos requerimientos de Ia futura Cuarta Generación (4G) de sistemas de comunicaciones móviles. Cuando los canales de transmisión no transportan información sino energía al emplear fuentes de gran potencia. Io que se puede obtener los efectos de calentamiento, secado y curado de materiales.
Antecedentes de Ia invención
Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas, es una cavidad resonante multimodo con alto factor Q, con una distribución espacial muy inhomogénea del campo eléctrico y magnético. Existen diversos elementos y métodos para homogenizar el campo como son: los agitadores de modos, las piezas metálicas con ranuras o el movimiento del objeto bajo estudio dentro de Ia cavidad. Hasta ahora todos los agitadores de modos han sido construidos en materiales metálicos, algunos con formas especiales como los que se pueden consultar el documento WO200054365. Por otra parte piezas metálicas con ranuras se describen en WO2008031964 restringiendo su aplicación al sector aeronáutico.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Las cavidades resonantes multimodo se utilizan en aplicaciones de comunicaciones inalámbricas para realizar medidas en el laboratorio que emulan las realizadas para los terminales móviles en distintos entornos de propagación con una distribución isotrópica y Rayleigh. Entre los parámetros que se pueden medir están: diversidad de ganancia, capacidad MIMO, eficiencia de Ia antena, potencia absorbida, correlación entre antenas, tasa de absorción especifica, sensibilidad de Ia antena, probabilidad de error por bit (BER). (siendo revindicados en Ia patente US 7.286.961 Ia medida de los dos últimos en cámara de reverberación). Por tanto hasta ahora solo se podían realizar medidas de entornos Rayleigh isotrópicos en cavidades resonantes multimodo. Además existe Ia posibilidad de realizar medidas con diferentes maniquís rellenos de líquidos con pérdidas que simulen diferentes partes del cuerpo humano o diferentes tejidos permitiendo, por ejemplo, investigar los efectos que produce Ia cabeza del usuario en el terminal móvil.
Los distintos entornos de propagación existentes para las comunicaciones inalámbricas pueden modelarse mediante diferentes funciones de probabilidad. Dos de las funciones más habituales para modelar estos entornos son las funciones Rayleigh y Rician con factor K. El factor K es el parámetro que define los distintos escenarios de tipo Rician. Estos entornos de propagación determinarán las prestaciones de los sistemas de comunicaciones inalámbricas que funcionen en dicho entorno. Como regla general las macroceldas tienen un factor K en Ia distribución Rician mayor que las microceldas, es decir, presentan un componente de visión directa (LoS) más dominante, y dentro de Ia celda el factor K decrece a medida que aumenta Ia distancia al transmisor. Por el contrario, los entornos de interior de edificios y urbanos suelen tener una rica dispersión multicamino, Io suficientemente importante como para hacer que Ia visión directa sea raramente dominante, convirtiendo el comportamiento estadístico de Ia recepción de Ia señal a una distribución tipo Rayleigh. El problema es que hasta ahora solo se podían emular entornos Rayleigh, por tanto cuando se quiere evaluar los distintos terminales en el resto de entornos
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) se tiene que recurrir a realizar las medidas en los diferentes lugares resultando esto de alto coste en tiempo y dinero.
Otra aplicación de las cavidades resonantes multimodo son el calentamiento, secado y curado por microondas, es decir, aquellos procesos consistentes en irradiar campos electromagnéticos de elevadas frecuencias y alta potencia en una cavidad para generar calor en una muestra de un material cualquiera. En un horno microondas el objeto a calentar se sitúa, bien en una posición fija arbitraria o bien sobre un plato giratorio que Ia hace rotar con el fin de uniformizar Io más posible su calentamiento. En función de los campos electromagnéticos incidentes en Ia muestra, el calentamiento será más o menos eficiente por Io que ya se han desarrollado procedimientos patentados como el descrito en el documento ES 2246183 para obtener Ia posición óptima de Ia muestra en función de los campos electromagnéticos. El objetivo es obtener Ia máxima eficiencia y el calentamiento más homogéneo posible. Para ello se deben concentrar los campos electromagnéticos en Ia muestra de manera homogénea. El problema es que Ia eficiencia de calentamiento puede variar de un 20% a un 90% en función de Ia distribución de campos, con los métodos existentes, cuando cambia Ia muestra a calentar en tamaño o propiedades Ia eficiencia disminuye ya que no existe Ia posibilidad de cambiar el campo electromagnético.
Descripción de Ia invención
El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas objeto de Ia invención realiza emulaciones del comportamiento de un terminal con múltiples antenas en todo tipo de entornos de propagación o proporciona elevación de Ia temperatura del material en su interior. Por tanto el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es capaz de reproducir tanto entornos isotrópicos como no- isotrópicos, así como emular entornos con distintas distribuciones en un
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) laboratorio. Además mediante un procedimiento es capaz de transformar un entorno de medida en otro. Por tanto el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es capaz de emular los diferentes entornos de propagación para terminales con múltiples antenas, además de poder incluir efectos como Ia presencia de Ia cabeza humana. Asimismo, cuando se emplean fuentes de gran potencia es capaz de producir un calentamiento en el material de su interior con un control específico de Ia homogeneidad en Ia distribución del calor.
El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es un tipo de cavidad resonante multimodo que comprende varios elementos y procedimientos para realizar un control dinámico de los campos electromagnéticos en su interior. Los elementos incluidos en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas objetos de Ia invención son:
El primer elemento incluido en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es el conjunto de pieza metálica con ranuras y las piezas que abren y cierran dichas ranuras en adelante piezas conmutadoras. Estos elementos logran transformar Ia distribución de campo procedente de una o varias antenas o fuentes con posiciones fijas en una distribución que tiene diferentes fuentes que conmutan entren activas y no activas en función de si los elementos conmutadores abren y cierran dichas ranuras. Además las piezas conmutadoras pueden ser de distintos materiales, si son metálicas Ia conmutación será on/off al no permitir el paso de señal mientras que si están hechas de otros materiales que puedan ser atravesados parcialmente por las radiaciones electromagnéticas provocará una activación parcial de dicha fuente. Por último las fuentes pueden ser activadas parcialmente también dejando entre abiertas esas ranuras. La activación parcial de una fuente es una novedad que puede proporcionar ventajas evidentes a Ia hora de controlar los campos electromagnéticos.
En segundo elemento en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es Ia fabricación de los agitadores de modos en materiales diferentes a
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) materiales metálicos. De esta forma las ondas electromagnéticas no solo se reflejan en los agitadores metálicos, sino que también se refractan. Así se consigue Ia creación de nuevos modos útiles para las diversas aplicaciones.
El tercer elemento en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es Ia inclusión de lentes entre los sistemas de generación de señal y los sistemas bajo prueba. Estas lentes, por ejemplo permitirán modificar el factor K del entorno simulado o concentrar de forma específica el calor absorbido por Ia muestra en una zona concreta.
I O
El cuarto elemento en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es que los sistemas generadores de señal son unas antenas con una forma característica que tienen un gran ancho de banda permitiendo por tanto Ia utilización del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas en gran parte 15 del espectro.
El quinto elemento en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es Ia introducción de elementos con pérdidas como líquidos con pérdidas en cualquier posición o conos absorbentes en las paredes de Ia cavidad resonante 0 multimodo. De esta forma se transforma un entorno isotrópico en un entorno no- isotrópico y se puede modular Ia absorción de potencia en el material en su interior.
El primer procedimiento que realiza el analizador de múltiples entradas y 5 múltiples salidas consiste en aplicar cualquiera de los cinco elementos anteriores independientemente o de forma combinada para obtener un determinado campo electromagnético en Ia zona de prueba. Con este procedimiento se puede lograr una distribución de campo que sea útil para cualquier aplicación. 0
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) El segundo procedimiento que realiza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas consiste en situar los elementos bajo prueba en el exterior de Ia cavidad. El enlace entre el exterior y el interior de Ia cavidad se hará dejando Ia puerta de Ia cavidad abierta con distintos ángulos de apertura y/o a través de ranuras de diversas formas y tamaños que comuniquen el exterior de Ia cavidad con el interior de Ia cavidad. De esta forma el entorno de propagación dejará de ser isotrópico (distribución uniforme del ángulo de llegada) y pasará a ser un entorno de propagación no isotrópico al llegar Ia mayor parte de Ia señal por Ia abertura de Ia puerta y/o las ranuras existentes en las paredes de Ia cavidad.
El tercer procedimiento que realiza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas consiste en evaluar los distintos entornos Rician a partir de una medida Rayleigh de forma que con una única medida se puedan emular todo el rango de de factores K existentes produciendo un ahorro de costes en tiempo y dinero.
Esta invención puede ser útil en el campo del calentamiento, secado y curado por microondas. Por ello se describe a continuación su posible uso en este campo.
Con el primer elemento, es decir, Ia pieza metálica con aperturas y piezas conmutadoras, se podrán uniformar el campo electromagnético y maximizar Ia eficiencia de radiación en Ia muestra en función del tipo de material de que esté compuesta. Por tanto, se abrirán y cerraran unas determinadas aperturas en función de Ia muestra permitiendo una alta eficiencia en el calentamiento, secado y curado de distintitos materiales Io que aumentará Ia versatilidad del horno siendo esto una clara ventaja.
El segundo elemento es Ia construcción de agitadores de modos en elementos no metálicos. Esto permite una homogenización del campo electromagnético al tiempo que evita las reflexiones hacia las fuentes o magnetrones maximizando
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Ia eficiencia del proceso.
El tercer elemento, Ia utilización de lentes, permite una concentración de los campos electromagnéticos en Ia muestra cuando se usan lentes convergentes Io que produce un aumento significativo de Ia eficiencia del proceso. Por otra parte si se utilizan lentes divergentes se producirá una dispersión del campo electromagnético logrando una homogenización del campo en Ia muestra Io que provocará un calentamiento, secado y curado más uniforme en toda Ia muestra.
Mediante los elementos anteriores se puede controlar y variar el campo electromagnético en Ia muestra por tanto se puede desarrollar un procedimiento parecido al descrito en Ia patente ES 2246183 de manera que se varíen las diferentes aperturas del elemento uno combinado con una determinada posición de los agitadores de modos y Ia utilización o no de las lentes de una eficiencia máxima en el calentamiento de Ia muestra al tiempo que homogenice Ia distribución del campo electromagnético en ella.
En los dibujos:
En Ia figura 1 se observa un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1 ) que comprende los siguientes elementos: una pieza ranurada (2) que separa el transmisor del receptor, unas piezas conmutadoras (4) móviles a través de unos ejes (5) que dejan abiertas o cerradas las diferentes ranuras (3) de Ia pieza metálica (2), un agitador de modos (6) construido en material no metálico, una lente (7) incrustada en una de las ranuras circulares y unas antenas (8) de banda ancha. También queda señalizada Ia parte en que se situarían los elementos bajo prueba (9). En esta zona (9) también se pueden situar otros elementos como maniquí (10) para Ia simulación de seres vivos.
En Ia figura 2 se muestra en detalle el primer elemento, es decir, Ia pieza con
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) ranuras (2), las piezas metálicas (4) que se mueven cerrando y abriendo las distintas ranuras (3) y los ejes (5) a través de los que se desplaza Ia pieza que abre y cierra las ranuras.
En Ia figura 3 se muestra en detalle Ia forma característica de los elementos de emisión de señal o antenas (8) específicos del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas y su punto de alimentación (10).
En Ia figura 4 se muestra un analizador de múltiples entradas y salidas para aplicaciones de calentamiento por microondas (12) con los siguientes elementos: tres fuentes o magnetrones (13), varias muestras (14), un agitador de modos (6), una pieza metálica ranurada (2).
En Ia Figura 5 se muestra Ia diversidad de ganancia frente a factor K para todas las agrupaciones con el nivel de probabilidad como parámetro. Es un ejemplo del análisis de capacidades que puede realizar el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas.
En Ia Figura 6 se muestra Ia diversidad de ganancia frente al nivel de probabilidad acumulada para todas las agrupaciones con distintas. Es un ejemplo del análisis de capacidades que puede realizar el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas.
En Ia figura 7 se representa Ia curva de secado del contenido de humedad en base seca frente al tiempo para las muestras 01 , 02, 03 y 04 con una potencia de fuentes de 700 W
En Ia figura 8 se representa Ia curva de secado del contenido de humedad en base seca frente al tiempo para las muestras 05, 06 y 07 con una potencia de fuentes de 540 W
Modo de realización de Ia invención
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar Ia invención y no deben ser considerados limitativos del alcance de Ia misma.
Ejemplo 1: Analizador de múltiples entradas y múltiples salidas para comunicaciones inalámbricas
En Ia realización favorita del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1 ), el número de ranuras (3) de Ia pieza metálica (2) es 16 que se cierran y se abren mediante las piezas metálicas (4) situadas en Ia parte superior y Ia parte inferior de dicha pieza metálica. En esta realización favorita del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1 ) en una de las ranuras (3) en forma de círcuio se encuentra una lente (7). Los agitadores de modos (6) se sitúan debajo de Ia pieza metálica (2). Los elementos de transmisión de señal (8) son antenas de banda ancha situadas en Ia parte superior del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas. En Ia zona de prueba (9) se pueden introducir tanto recipientes rellenos de líquidos con pérdidas como materiales absorbentes, además de maniquís u otros elementos que simulen seres vivos. Este analizador de múltiples entradas y múltiples salidas presenta las siguientes novedades:
Posibilidad de emular entornos Rayleigh de las siguientes formas: mediante el uso de Ia pieza metálica con ranuras (2) que se van abriendo y cerrando Io que provoca una distribución del campo eléctrico con esa función y mediante el uso de las lentes divergentes (7).
Posibilidad de emular entornos Rician con diferentes K de diferentes formas: concentrando el rayo directo a través de Ia lente convergente y con el procedimiento por el cual se controla el campo electromagnético en Ia zona de prueba de manera que se varié el cociente entre rayo directo y rayos reflejados.
Posibilidad de emular entornos no-isotrópicos de diferentes formas: mediante Ia medida en el exterior de Ia cavidad e introduciendo materiales con pérdidas en el interior del analizador.
Posibilidad de emular entornos con una distribución cualquiera mediante el procedimiento por el cual se controla el campo electromagnético.
Posibilidad de emular entornos con una distribución Rician a partir de entornos
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) Rayleigh.
La realización preferida del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas esta diseñada para utilizarse en el campo de las comunicaciones inalámbricas proporcionando Ia posibilidad de emular todo tipo de entornos y de diferentes formas Io que proporciona una ventaja competitiva frente a las cavidades resonantes multimodo tradicionales que solo pueden emular entornos Rayleigh e isotrópicos. Como ejemplo se muestra el análisis de diversidad de ganancia para distintas agrupaciones de 3 entradas y 3 salidas en diferentes entornos Rician. Las distintas agrupaciones tienen las siguientes separaciones entre elementos adyacentes: agrupación A 0.01 d/λ, agrupación B 0.05 d/λ, agrupación C 0.1 d/λ.
El análisis de Ia diversidad de ganancia se realizará mediante las figuras 5, 6 realizadas en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas. En Ia figura 5 se representa Ia ganancia de diversidad frente factor K para todas las agrupaciones para un valor de probabilidad acumulada del 1% y el 10%. De esta gráfica podemos extraer equivalencias entre las distintas agrupaciones. Por ejemplo, que Ia agrupación A con una K=O.001 es equivalente a Ia agrupación B con una K=2, y a Ia agrupación C con una K=3.5 para una probabilidad del 1 %, (GD= 5.8 dB). Para una probabilidad del 10% Ia agrupación B con una K=3 es equivalente a Ia agrupación C con una K=6 (GD=2.2 dB). Otras equivalencias es Ia agrupación B con Ia K=O.001 con Ia agrupación C con una K=O.8 para unas probabilidades del 1 %. Con estas comparaciones se puede establecer que factor causa mayor influencia si el entorno de propagación o Ia configuración de Ia agrupación en recepción.
En Ia figura 6 se representa Ia ganancia de diversidad frente a Ia densidad de probabilidad acumulada para diversos valores de K y todas las agrupaciones. En ella se puede observar que para valores de K=10000 se obtienen los mismos resultados en todos las agrupaciones y para todas las probabilidades de densidad acumulada, por otro lado se pueden establecer comparativas para valores dados de ganancia de diversidad. Por ejemplo, si queremos alcanzar una ganancia de diversidad de 8 dB en las distintas agrupaciones se ha de tomar las siguientes combinaciones: para Ia agrupación A existe una única opción y es p=0.18 y K=O.001. Para Ia agrupación B existen dos opciones; p=4.1 % y K=O.001 o p=1 % y una K=1 . Por último para Ia agrupación C las dos posibilidades son p=3.5% y K=0.001 o p=6% y una K=1. Con estas otras comparaciones se puede establecer que factor causa mayor influencia si en Ia probabilidad a Ia que evaluemos el sistema o las distintas agrupaciones en su
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) correspondiente entorno de propagación.
Como es sabido Ia ganancia de diversidad esta influenciada por Ia agrupación que se utilice, Ia probabilidad a Ia que se vaya a evaluar y el entorno de propagación. Estos tres factores han de ser combinados de manera óptima por el diseñador del sistema para utilizar los recursos de forma óptima. Por ello el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es un elemento muy útil para el diseñador de sistemas con múltiples entradas y salidas en comunicaciones inalámbricas.
Ejemplo 2 Analizador de múltiples entradas y múltiples salidas para calentamiento por microondas
La utilización de los elementos inventivos del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas en el campo del secado, curado, y calentamiento por microondas se muestra en Ia realización favorita número 2. Esta realización favorita es un aplicador (12) provisto de Ia pieza metálica para concentrar el campo (2) y maximizar Ia eficiencia, al tiempo que se coloca un agitador de modos (6) de un material no metálico para maximizar tanto Ia eficiencia como Ia homogenización de los campos en Ia muestra. En función del material a calentar, Ia posición y tamaño del mismo se abrirán unas ranuras u otras de forma que mediante el procedimiento número 1 motivo de Ia invención se logren los objetivos de maximizar Ia eficiencia y Ia homogenización del calentamiento, secado y curado de los diferentes materiales. Este aplicador está destinado al uso industrial y posee las siguientes ventajas frente al resto:
Maximiza Ia eficiencia, Io cual provoca un importante ahorro de costes.
Homogeniza el calentamiento, secado y curado que tiene como consecuencia en Ia mayoría de los productos un aumento de Ia calidad del mismo.
Se puede configurar para diversos materiales Io cual añade funcionalidad y versatilidad al mismo.
Como ejemplo se muestra el análisis de homogeneización de muestras de cuero con diferentes contenidos de humedad iniciales y para diferentes niveles de potencia de las fuentes. Las distintas muestras tienen los siguientes contenidos de humedad iniciales: muestra 01 1.85, muestra 02 1.81 , muestra 03 0.73,
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) muestra 04 0.46, muestra 05 1.40, muestra 06 0.58, muestra 07 032. El análisis de Ia homogeneización se realizará mediante las figuras 7, 8 realizadas en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas. En Ia figura 7 se representa Ia curva de secado del contenido de humedad en base seca frente al tiempo para las muestras 01 , 02, 03 y 04 con una potencia de fuentes de 700 W. De esta gráfica podemos extraer que para un tiempo de 7 minutos Ia homogeneización del contenido de humedad es completa, alcanzando todas las muestras el mismo contenido de humedad a velocidades diferentes en función de su contenido inicial de humedad. En Ia figura 8 se representa Ia curva de secado del contenido de humedad en base seca frente al tiempo para las muestras 05, 06 y 07 con una potencia de fuentes de 540 W. De esta gráfica podemos extraer que en este caso hacen falta al menos 10 minutos pero que se consigue igualmente una homogeneización del contenido de humedad completa en todas las muestras, alcanzando asimismo todas las muestras el mismo contenido de humedad a velocidades diferentes en función de su contenido inicial de humedad. Como es sabido el secado asistido por microondas está influenciado por Ia distribución de campo electromagnético en Ia muestra, el factor de pérdidas de Ia misma y el contenido de humedad de Ia misma. Estos tres factores han de ser combinados de manera óptima por el diseñador del sistema para utilizar los recursos de forma óptima. Por ello el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas es un elemento muy útil para el diseñador de aplicadores industriales de calentamiento asistido por microondas.
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. El analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1) es una cavidad resonante multimodo que comprende los siguientes elementos:
-Elemento que separa los sistemas de emisión de señal de los sistemas de recepción de señal (2). Este elemento incorpora piezas conmutadoras (4).
- Uno o varios agitadores de modos (6).
- Una lente o varias lentes (7). - Unos medios de transmisión de señal y unos medios de recepción de señal
2. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según Ia reivindicación 1 , caracterizado por el hecho de que el elemento que separa los sistemas de emisión de señal de los sistemas de recepción de señal esta caracterizado por el hecho de tener diversas ranuras, con diversas formas, que pueden abrirse y cerrarse para modificar los campos electromagnéticos en una cavidad resonante.
3. Un elemento según Ia reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que esta construido en un elemento no metálico de forma que permita atravesar parcialmente los campos electromagnéticos.
4. Un elemento según Ia reivindicación 2, caracterizado por el hecho de que se puedan abrir y cerrar diversas ranuras simultáneamente y que se puedan quedar entreabiertas cualquiera de las ranuras simultáneamente.
5. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según Ia reivindicación 1 , caracterizado por el hecho de que los agitadores de modos (6) están construidos en un elemento no metálico de forma que permita atravesar
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) parcialmente los campos electromagnéticos.
6. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1 ) según Ia reivindicación 1 , caracterizado por el hecho de que contenga una lente (7) para modificar los campos electromagnéticos dentro de una cavidad resonante.
7. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas (1) según Ia reivindicación 1 , caracterizado por el hecho de que contenga antenas de banda ancha (8).
8. Procedimiento que utilice de manera individual o de forma combinada los elementos del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descritos en Ia reivindicación 1 caracterizado por el hecho que tiene como objetivo emular diferentes entornos de propagación para sistemas de comunicaciones inalámbricas.
9. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en Ia reivindicación 1 con el objetivo de emular diferentes entornos de propagación para sistemas de comunicaciones inalámbricas caracterizado por que se introducen materiales con pérdidas dentro del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas.
10. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en Ia reivindicación 1 con el objetivo de emular diferentes entornos de propagación para sistemas de comunicaciones inalámbricas caracterizado por el hecho de que los elementos de recepción de Ia señal se sitúan en el exterior del analizador de múltiples entradas y múltiples salidas.
1 1. Un procedimiento como el descrito en Ia reivindicación 10 caracterizado por que Ia comunicación entre los medios de transmisión y recepción se realiza a
HOJA DE REEMPLAZO (Regia 26) través de una puerta con diferentes grados de apertura.
12. Un procedimiento como el descrito en Ia reivindicación 10 caracterizado por que Ia comunicación entre los medios de transmisión y recepción se realiza a través de una o varias ranuras situadas en una o varias paredes de Ia cavidad resonante multimodo.
13. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en Ia reivindicación 1 con el objetivo de emular diferentes entornos de propagación para sistemas de comunicaciones inalámbricas caracterizado por el hecho de que transforma un entorno emulado en el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas a otro entorno de propagación distinto.
14. Procedimiento que utiliza el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas descrito en Ia reivindicación 1 con el objetivo de emular diferentes entornos de propagación para sistemas de comunicaciones inalámbricas caracterizado por el hecho de que existan elementos que emulen Ia presencia de seres vivos como puede ser un maniquí relleno de diversos líquidos.
15. Un analizador de múltiples entradas y múltiples salidas para procesos industriales de calentamiento, secado y curado de materiales asistido por microondas que utilice cualquiera de los elementos que comprende el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según Ia reivindicación 1.
16. Un procedimiento que utilice cualquiera de los elementos que comprende el analizador de múltiples entradas y múltiples salidas según Io descrito en Ia reivindicación 1 para procesos industriales de calentamiento, secado y curado de materiales asistido por microondas caracterizado por que pueda aumentar Ia eficiencia u homogenización en el proceso de calentamiento, secado y curado
HOJA DE REEMPLAZO (Regía 26) de materiales por microondas.
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