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Vol. 21, No. 1, enero - julio, 2025
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Resumen
Las últimas décadas han sido marcadas por un incremento en el
número de usuarios que emplean los diferentes servicios de comu-
nicaciones desarrollados. Esto ha hecho necesario evolucionar las
tecnologías utilizadas para asegurar una mejor satisfacción de las
demandas actuales. El presente trabajo muestra la propuesta para el
desarrollo de un arreglo de antenas inteligentes con conmutación del
haz para su empleo en un sistema de comunicaciones. Utiliza como
plataforma de implementación tarjetas de radiofrecuencia HSMC
ARRadio acopladas a la placa de desarrollo TR4. El diseño propuesto
permite el control dinámico de la dirección principal de siete patro-
nes de radiación sintetizados digitalmente, garantizando la cobertura
espacial de un sector angular de 100º. Con la realización del proyecto
se abre una línea de trabajo aplicable en diferentes sistemas, capaz de
1*
Centro de Investigación y Desarrollo de Electrónica y Mecánica “CID
MECATRONICS”, Cuba, cid3@reduim.cu
2
Centro de Investigación y Desarrollo de Electrónica y Mecánica “CID
MECATRONICS”, Cuba, cid3@reduim.cu
3
Centro de Investigación y Desarrollo de Electrónica y Mecánica “CID
MECATRONICS”, Cuba, cid3@reduim.cu
INVESTIGACIÓN
Recibido:03/2025 Aceptado: 06/2025 Publicado: 08/2025
Implementación de un sistema
de antenas inteligentes con haz
conmutado
Implementation of a switched beam
antenna system
Ing. Alexander Rogelio Ramírez Zaldívar
1*
, Ing. Yunior Ibarra Guerra
2
,
Dr.C.T. Noslen Rojas Ramírez
3
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adaptarse con facilidad a geometrías de antenas complejas y con la
posibilidad de incorporar algoritmos adaptivos para incrementar el
rendimiento del formador digital de cada haz.
Palabras clave:
Formador digital del haz, antenas inteligentes, haz
conmutado
Abstract
The last few decades have witnessed a signifcant increase in users
applying the diverse communication services. This necessitates evol
-
ving existing technologies to better meet current demands. This work
proposes the development of an intelligent switched-beam antenna
array to be used in a communication system. The HSMC ARRadio RF
cards coupled to the TR4 development board are used as an implemen
-
tation platform. The proposed design enables dynamic control of the
main direction for seven digitally synthesized radiation patterns, en
-
suring spatial coverage across a 100º angular sector. Completing this
project establishes a versatile framework applicable to diverse systems,
adaptable easely to complex antenna geometries, and capable of in
-
corporating adaptive algorithms to enhance digital beamformer per
-
formance for each beam.
Keywords:
Digital beamforming, smart antenna, switched beam
Introducción
La posibilidad de controlar el patrón de radiación de una antena
permite elevar el rendimiento de sistemas de radiocomunicaciones en
los cuales la ubicación de los usuarios o las condiciones espectrales
de trabajo varían con el tiempo. Las antenas inteligentes constitu
-
yen el elemento clave para dar solución a la problemática anterior.
En estas, la combinación de un arreglo de unidades de radiación
con bloques de procesamiento digital de señales, garantiza la for
-
mación dinámica del haz en función de las necesidades de trabajo
reales (Ong, 2015).
En sus inicios, la utilización de antenas inteligentes se limitaba
a aplicaciones de radar, sonar y comunicaciones militares. Sin em
-
bargo, el desarrollo alcanzado por los dispositivos de procesamiento
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digital de señales ha posibilitado su incorporación en el mundo de
las telecomunicaciones modernas (Zhai, 2017). Son la base de los
enlaces satelitales con técnicas de acceso múltiple por división de
espacio (SDMA, del inglés
Space Division Multiple Access
) e incor
-
poradas en los estándares de telecomunicaciones IEEE802.11ac y
LTE (del inglés
Long Term Evolution
) (Chen&Haas, 2015).
Los sistemas con haz conmutado constituyen una variante de im
-
plementación de antenas inteligentes. En estos son formados múltiples
haces directivos fjos. En cada dirección se activa el sistema de recep
-
ción para identifcar la presencia de señales. Al detectar una fuente de
información útil es almacenada la identifcación y ubicación del usua
-
rio para establecer la comunicación a través del diagrama de radiación
predefnido que apunte en su dirección. Cuando la fuente se traslada
se realiza la conmutación de los diagramas para mantener el enlace
con la máxima ganancia de antenas posible (Sharma, Sarkar, Maity, &
Bhattacharya, 2014).
Varios autores han tratado el desarrollo y empleo de esta tecno
-
logía. Rosa expone la implementación de una Red de Área Local con
conmutación electrónica de ocho antenas dispuestas en una geometría
cilíndrica (Rosa, Supriyanto, Rahman, Rahim, & Moradikordalivand,
2014). Almorabeti propone un diseño basado en la matriz de Butler
para formar cuatro diagramas ortogonales, realiza su implementación
sobre microcinta e incorpora un conmutador con diodos PIN (Almo
-
rabeti, Rif, Terchoune, & Tizyi, 2018). Ahmed y Tiang analizan la utili
-
zación de conmutación de haces en sistemas de comunicaciones V2V
(del inglés
Vehicle-to-Vehicle)
(Ahmed, Tiang, Mahmud, Gwo-Chin, &
Do, 2023; Settawit Poochaya, 2016).
El presente trabajo muestra la implementación de un arreglo de an
-
tenas con formación digital de múltiples diagramas de radiación para
un sistema con haz conmutado. Se basa en el empleo de tarjetas trans
-
ceptoras HSMC ARRadio acopladas a la placa de desarrollo TR4. El ob
-
jetivo principal es exponer una arquitectura de diseño aplicable a esta
variante de sistema inteligente, capaz de adaptarse a geometrías de an-
tenas complejas e incorporar algoritmos adaptativos para incrementar
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el rendimiento del formador digital de cada haz. El desarrollo no inclu
-
ye el algoritmo de búsqueda e identifcación de señales, pero brinda
la plataforma que garantiza la formación y conmutación de múltiples
haces durante la recepción. El principal aporte del trabajo es la expo
-
sición de una variante de diseño para el desarrollo de antenas inteli
-
gentes en sistemas de telecomunicaciones.
Materiales y métodos
Para la implementación del sistema de antena inteligente con
conmutación de haz se empleó una arquitectura hardware compuesta
por una placa de desarrollo TR4 con FPGA Stratix IV EP4SGX230C2
como núcleo de procesamiento principal y cuatro tarjetas hijas HSMC
ARRadio equipadas con transceptores AD9361 de Analog Devices,
proporcionando un total de ocho canales de recepción independien-
tes. El arreglo de antenas consistió en ocho dipolos de media onda
dispuestos en confguración lineal uniforme con una separación en
-
tre elementos de 0.6 a la frecuencia de operación de 2.412 GHz. La
metodología experimental se estructuró en tres fases secuenciales:
confguración hardware, programación del procesamiento de señales
y validación metrológica. Inicialmente se confguraron los parámetros
operativos de los RFICs AD9361 mediante un softcore NIOS II embe
-
bido en el FPGA, gestionando mediante interfaz SPI la frecuencia cen
-
tral, ancho de banda, ganancia y tasa de muestreo. El procesamiento
digital de señales implementado en el FPGA incluyó la adquisición y
demultiplexación de datos I/Q, seguido de un algoritmo de calibración
en dominio de frecuencia basado en Transformada de Fourier Discre
-
ta para compensar desviaciones de amplitud y fase, y la síntesis de
siete haces direccionales mediante la aplicación de pesos complejos
precalculados. La validación experimental se realizó en cámara ane
-
coica, utilizando una señal sinusoidal de referencia a 2.4121 GHz para
caracterizar el rendimiento del sistema. Los patrones de radiación se
midieron mediante barrido angular con posicionador rotatorio y los
datos obtenidos se exportaron a MATLAB para análisis comparativo
con las simulaciones teóricas, evaluando específcamente el nivel de
lóbulos laterales y la precisión en el ángulo de radiación.
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Formación digital del haz
En una antena convencional la contribución del campo electromag-
nético para diferentes direcciones en la zona lejana se encuentra de
-
terminada por la ley de distribución de corriente en su superfcie del
radiador. Por tanto, su característica direccional es condicionada por
la geometría de la antena y el punto de alimentación (Stincer, 2001).
Un arreglo de antenas incluye unidades de radiación alimentadas
de forma independiente. Al modifcar la amplitud y fase de las señales
en su entrada se establece una distribución de corriente equivalente
por lo que se puede obtener la característica direccional deseada. Di
-
cho proceso es conocido como formación del diagrama de radiación
(Rodríguez, García, & Miller, 2017).
Un salto crucial para el desarrollo de los sistemas inteligentes es
el empleo de formadores digitales del haz. En estos las señales adqui
-
ridas por los elementos son digitalizadas y enviadas a un procesador
de señales. En su interior, se aplica a cada canal un factor de peso
complejo para garantizar la síntesis del diagrama. Trabajar en el do
-
minio digital brinda la posibilidad de conformar múltiples haces con
características diferentes y dinámicas sin necesidad de modifcar la
estructura física del arreglo de antenas; cuestión aprovechada por los
sistemas con haz conmutado (Bailleul, 2016).
Plataforma de recepción y procesamiento
El elemento inicial para la formación digital del haz es la adqui-
sición y digitalización de las señales a la entrada de cada elemento.
Para ello, Peter Delos propone el empleo de un Circuito Integrado de
Radiofrecuencia (RFIC, por sus siglas en inglés) (Delos, 2017). En el tra
-
bajo (Delos, Frick, & Jones, 2020), se muestra un prototipo desarrollado
sobre la base del transceptor de cuatro canales AD9061. Operar di
-
rectamente con los RFIC disponibles requiere de una tecnología de
montaje avanzada capaz de soportar diseños complejos. El integrado
AD9361, por ejemplo, necesita la conexión de 144 pines en un área de
102 mm2 (HSMC ARRadio Daughter Car).
Una respuesta es el empleo de placas de evaluación que incluyen
RFIC y los elementos de hardware necesarios para su funcionamiento.
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En el presente trabajo se utiliza la tarjeta HSMC ARRadio. Esta puede
ser acoplada a un dispositivo de manejo externo a través de la inter
-
faz de alta velocidad HSMC (del inglés
High Speed Mezzanine Card
)
y contiene como elemento base al RFIC de dos canales transceptores
AD9361.
Las etapas de procesamiento en los formadores digitales se carac-
terizan por presentar una arquitectura híbrida (Yu, 2017). Predominan
los DSP y FPGA (del inglés
Digital Signal Processor
y
Field Programmable
Gate Array
respectivamente) para la realización de la formación digi
-
tal del haz. La selección de uno u otro se encuentra condicionada por
la aplicación específca a desarrollar, aunque la mayor parte de las
bibliografías sobre el tema coinciden en el empleo de FPGA (Dikmese,
Kucuk, Sahin, & Tangel, 2010).
El RFIC AD9361 presenta dos buses de datos de 12 bits, a través de
los cuales circulan entrelazadas las señales de transmisión y recepción
(en banda base) de dos transceptores; un bus de control, para el mane
-
jo de la comunicación y una interfaz SPI (del inglés
Serial Peripherical
Interface
) para la confguración de los parámetros de operación del
sistema (Frecuencia, ancho de banda, tasa de muestreo, etc.). El ARRadio
garantiza el acceso a todas las señales mencionadas a través del co
-
nector HSMC. El dispositivo empleado para el procesamiento digital
de los datos debe garantizar la conexión con dicha interfaz.
La necesidad del empleo de múltiples tarjetas de adquisición, así
como las cuestiones asociadas al control de estas conducen a la selec-
ción de la Placa de Desarrollo TR4. Esta presenta un total de 6 conec
-
tores HSMC para la conexión de tarjetas transceptoras y su núcleo de
procesamiento es el FPGA EP4SGX230C2 de la familia Stratix IV.
Arquitectura del sistema
A partir de la plataforma de recepción y procesamiento selecciona
-
da, se propone el esquema de conexión de la fgura 1 para el sistema
de antenas con haz conmutado. Incluye cuatro tarjetas HSMC ARRadio
conectadas a la placa de desarrollo TR4. Con estas, es posible procesar
las señales de ocho antenas para la formación digital de los múltiples
diagramas de radiación.
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La imagen de la izquierda muestra la vía de comunicación entre
los transceptores integrados y la tarjeta de desarrollo TR4. A través de
las líneas de alta velocidad HSMC se enlazan los AD9361 con el FPGA
donde tiene lugar el grueso del procesamiento. En la derecha se inclu
-
yen los puntos para conexión de un oscilador local para garantizar la
coherencia en radiofrecuencia de las señales de cada canal y el modo
de distribución del reloj para asegurar el sincronismo en banda base.
Implementación de un sistema de antenas inteligentes con haz conmutado
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Figura 1.
Esquema del arreglo de antenas inteligente. a) Conexión entre los
transceptores y el sistema de procesamiento. b) Conexión de las señales para
la coherencia multicanal
A
B
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El FPGA cumple con tres funciones esenciales para el sistema: efec
-
túa la confguración de las tarjetas transceptoras, garantiza la correcta
recepción y calibración de las señales procedentes de los AD9361 y
realiza la síntesis digital de los siete patrones de radiación formados
digitalmente. El esquema funcional que muestra sus elementos funda
-
mentales se representa en la fgura 2.
Figura 2.
Esquema funcional del diseño en FPGA
Para la inicialización de los parámetros de funcionamiento de los
AD9361, se emplea el Softcore desarrollado por la empresa Altera
NIOS II, embebido en el FPGA. A través de la interfaz de comunicación
SPI envía la secuencia de confguración que incluye:
•
Habilitación de los dos canales receptores.
•
Confguración del ancho de banda del receptor en radiofrecuencia.
•
Confguración de la frecuencia central de trabajo.
•
Confguración de las tasas de muestreo de las señales.
•
Programación del fltro digital interno.
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•
Confguración de la ganancia manual.
• Calibración interna del
ofset
de recepción y el balance de los ca
-
nales en fase y cuadratura.
La lógica para el control de la comunicación se elabora a partir del
protocolo de comunicación establecido por el fabricante del AD9361.
Tomando como base el reloj de muestreo de los datos defnidos du
-
rante la inicialización efectúa la recuperación de los datos de cada ca-
nal los cuales se encuentran entrelazados con la secuencia I1, Q1, I2,
Q2, donde I y Q representan las componentes en fase y cuadratura de
las señales, y la numeración indica el canal transceptor.
El primer bloque de procesamiento por el que circulan las seña
-
les adquiridas es el de calibración. Este comienza su funcionamiento
durante la inicialización del sistema, donde emplea una señal de refe
-
rencia generada por uno de los transmisores, y distribuida a todos los
canales de recepción, para obtener las diferencias de amplitud y fase
entre canales. Para ello emplea un algoritmo basado en la transforma
-
da de Fourier. Una vez determinadas las diferencias se elaboran los
coefcientes de corrección, que son aplicados continuamente durante
el funcionamiento del sistema.
Las señales calibradas son enviadas al bloque para la formación
digital de los diagramas direccionales. Se encuentra formado por un
total de siete subsistemas similares encargados de la síntesis de cada
haz. Las direcciones de radiación deseadas son aplicadas a cada sub
-
sistema según corresponda. El cálculo de los pesos para la formación
de cada haz, se realiza mediante un algoritmo convencional basado
únicamente en la dirección de radiación introducida (S. Venkata Rama
Rao, 2019).
Como circuito de conmutación se propone el esquema simple mos-
trado en la fgura 3. En este, se confgura un diagrama direccional fjo
en los canales sintetizados con el fn de efectuar la lectura secuen
-
cial de las salidas de cada uno. Esta confguración es útil cuando las
unidades de procesamiento de datos que siguen al arreglo de ante-
nas no son capaces de manejar un número elevado de información.
La plataforma desarrollada, permite implementar arquitecturas de
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procesamiento complejas como son los sistemas adaptativos u otras
donde cada haz opere de forma aislada conmutando secuencialmente.
Figura 3.
Sistema de conmutación del haz
Resultados y discusión
La tecnología propuesta en el presente trabajo para el desarrollo
de antenas inteligentes con conmutación del haz fue validada con el
objetivo de verifcar las posibilidades reales de empleo. Para ello
fue empleado un sistema de verifcación compuesto por ocho líneas
de recepción con antenas separadas a 0.6 veces la longitud de onda de
trabajo. Las pruebas fueron realizadas en la frecuencia de 2.412 GHz
correspondiente al primer canal de acceso wif.
La calibración constituye un elemento clave para la correcta for
-
mación del diagrama direccional, por lo que fue el primer elemento
comprobado. La fgura 4 muestra los componentes en fase y cuadratu
-
ra de las señales recibidas por los receptores antes y después de reali
-
zar este proceso.
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Se aprecia la alineación de la fase de las señales y la compensación
de la diferencia de amplitud entre los canales. Como referencia se uti
-
lizó una señal sinusoidal desplazada 0.1 MHz con respecto al centro
de la frecuencia de trabajo.
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0
102030405060
Número de muestras
-2000
-1000
0
1000
2000
Amplitud
Canal I sin calibrar
0102030405060
Número de muestras
-2000
-1000
0
1000
2000
Amplitud
Canal Q sin calibrar
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Número de muestras
-2000
-1000
0
1000
2000
Amplitud
Canal I calibrado
0
5
10
15
20
253035404550
Número de muestras
-2000
-1000
0
1000
2000
Amplitud
Canal Q calibrado
Figura 4.
Señales recibidas antes y después de la calibración
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Para valorar el comportamiento de la calibración entre canales con
el tiempo se efectuaron 40 capturas de las señales de salida, distribui
-
das en grupos de 10 realizaciones, separados entre sí por una hora. De
esta forma, se obtuvo información durante las tres primeras horas de
trabajo del sistema tras la calibración (el primer grupo de datos per
-
tenece al momento en que se realizó la aplicación de los pesos). Estos
datos fueron procesados en la herramienta computacional Matlab y se
presentan en a tabla 1 los resultados obtenidos.
Tiempo (minutos)
Desviación estándar del
error absoluto de fase (°)
Desviación estándar del error
de amplitud relativo (%)
00.03510.0621
600.14730.2828
1200.68280.3594
1800.75380.3971
Tabla 1.
Comportamiento de los errores de amplitud y fase entre los canales
tras la calibración
Los valores mostrados en la tabla indican la tendencia a incremen-
tar las desviaciones tras la calibración. Esto es resultado de las varia
-
ciones con la temperatura de los elementos del sistema transceptor.
A pesar de ello, tanto los errores de amplitud como los de fase toman
valores pequeños, incluso en el peor de los casos. Por tanto, es posible
garantizar la formación del diagrama de radiación sin introducir erro-
res signifcativos en los patrones sintetizados (Mailloux, 2018).
Seguidamente, se verifcó la formación de la característica direc
-
cional para lo cual se empleó el esquema de medición mostrado en
la fgura 5. La comprobación fue realizada en una cámara anecoica
donde se emularon las condiciones de espacio libre. Las señales resul
-
tantes de cada haz fueron enviadas a través de una interfaz de comu
-
nicación serie hacia una PC donde un programa desarrollado para la
verifcación del sistema se encarga de grafcar la forma del diagrama
direccional sintetizado digitalmente.
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Figura 5.
Esquema para la medición de la característica direccional
Como resultado se obtuvieron los patrones de radiación mostrados
en la fgura 6.
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-50-40-30-20-1001020304050
Ángulo (
°
)
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Amplitud normalizada en escala logarítmica(dB)
Diagrama de radiación con ángulo de escaneo: 0
°
Teórico
Medido
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Ángulo (
°
)
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
Amplitud normalizada en escala logarítmica(dB)
Diagrama de radiación con ángulo de escaneo: 19
°
Teórico
Medido
Figura 6.
Diagramas
de radiación
formados
digitalmente
arriba 0 grados,
abajo 19 grados
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La fgura 6 representa los diagramas medidos y simulados para dos
de los canales del sistema de antenas con haz conmutado. Existe una
correspondencia entre ambos con un error absoluto en el nivel de los
lóbulos laterales inferior a 1.5 dB y en el ángulo de radiación de 0.39°.
Las diferencias fundamentales entre ambos se manifestan en la profun
-
didad de los nulos de radiación y son una consecuencia directa de los
errores de amplitud y fase presentes en el sistema. Con la geometría
empleada utilizando siete diagramas direccionales es posible cubrir
un sistema de exploración de 100° para el sistema de antenas con haz
conmutado, como se muestra en la fgura 7.
Figura 7.
Característica direccional del sistema con múltiples haces
Conclusiones
El sistema implementado garantiza la formación de múltiples ha-
ces direccionales simultáneos de recepción por lo que puede ser em-
pleado en un sistema con haz conmutado. En el trabajo se exponen los
principales elementos tecnológicos que posibilitaron su desarrollo. La
arquitectura de diseño propuesta además de ser aplicable a antenas
inteligentes con conmutación del haz, es capaz de adaptarse a geome-
trías de antenas complejas pues, al formar el diagrama con técnicas
digitales, solo necesita modifcar la ecuación para la determinación
de los pesos en el bloque de formación del haz. Esa misma razón hace
que también sea posible el desarrollo de algoritmos adaptativos. Lo
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-100-50050100
Ángulos de escaneo (
°
)
-40
-30
-20
-10
0
Potencia recibida(dBW)
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anterior ratifca el cumplimiento del objetivo propuesto para la reali
-
zación del trabajo.
En las mediciones realizadas se comprobó la correcta formación
del diagrama de radiación. Los errores de amplitud y fase medidos en
cada canal de recepción fueron inferiores a 0.3971% y 0.7538° respec
-
tivamente. Como consecuencia, las diferencias entre los haces medi
-
dos en la cámara anecoica y los simulados no superaron 1.5 dB para el
nivel de los lóbulos laterales inferior y 0.39° en el ángulo de radiación.
Referencias bibliográfcas
Ahmed, T. H., Tiang, J. J., Mahmud, A., Gwo-Chin, C., & Do, D.-T. (2023). Eva
-
luating the Performance of Proposed Switched Beam Antenna Systems in Dy
-
namic V2V Communication Networks.
SENSORS
, 23(15), 1-20. doi:10.3390/
s23156782
Almorabeti, S., Rif, M., Terchoune, H., & Tizyi, H. (2018). Design and Implemen
-
tation of a Switched Beam Smart Antenna For Wireless Power Transfer System
at 5.8 GHz.
Paper presented at the 2018 Renewable Energies, Power Systems &
Green Inclusive Economy
(REPS-GIE), Casablanca, Morocco.
Bailleul, P. K. (2016).
A New Era in Elemental Digital Beamforming for Spa-
ceborne Communications Phased Arrays
. 104, 623-632. doi:10.1109/
JPROC.2015.2511661
Chen, Z., & Haas, H. (2015). Space division multiple access in visible light com
-
munications.
Paper presented at the 2015 IEEE International Conference on
Communications (ICC)
, London, UK.
Delos, P. (2017).
Digital beamforming techniques for phased array system
[Web
-
cast]. Retrieved from https://www.analog.com/en/education/education-library/
webcasts/digital-beamforming-techniques-for-phased-array-system.html
Delos, P., Frick, C., & Jones, M. (2020).
Multichannel RF-to-Bits development Pla
-
tform Enables Rapid Prototyping for Phased Arrays
. Retrieved from https://ana
-
log.com/en/design-notes/multichannel-to-bits-development-platform.html.
Dikmese, S., Kucuk, K., Sahin, S., & Tangel, A. (2010). Digital signal processor
against feld programmable gate array implementations of space-code correla
-
tor beamformer for smart antennas.
IET Microwaves, Antennas & Propagation
,
4(5), 593–599.
HSMC ARRadio Daughter Car. Retrieved from https://www.terasic.com.tw/cgi-
bin/page/archive.pl?Lenguage=English&CategoryNo=65&No=946&PartNo=1
Implementación de un sistema de antenas inteligentes con haz conmutado
Ing. Alexander Rogelio Ramírez Zaldívar, Ing. Yunior Ibarra Guerra, Dr.C.T. Noslen Rojas Ramírez
pp. 50 - 65
65
ISSN: 2224-6274, RNPS: 0514,
Vol. 21, No. 1, enero - julio, 2025
.
Mailloux, R. J. (2018).
Phased Array Antenna Handbook
(3rd ed.): Artech House.
Ong, L. T. (2015). Adaptive Beamforming Algorithms for Cancellationof Multiple
Interference Signals.
Progress In Electromagnetics Research
, 43(M), 109-118.
doi:10.2528/PIERM15061202
Rodríguez, D. C., García, E., & Miller, R. B. (2017). Diseño e Implementación de un
Beamformer Transmisor en una FPGA. 6. Retrieved from https://silo.tips/down
-
load/una-antena-tipica
Rosa, S. L., Supriyanto, E., Rahman, T. A., Rahim, S. K. A., & Moradikordalivand,
A. (2014). Switched Beam Smart Antenna for Wireless Local Area Network.
Pa-
per presented at the International Conference on Electrical Engineering, Com
-
puter Science and Informatics (EECSI 2014)
, Yogyakarta, Indonesia.
S. Venkata Rama Rao, A. M. P., Ch. Santhi Rami. (2019). Antenna Array Weight
Synthesis for Low Side Lobe Levels using Window Functions. International
Journal of Engineering and Advanced Technology
, 9(1), 8. doi:10.35940/ijeat.
A1664.109119
Settawit Poochaya, P. U. (2016). Beam Tracking in Switched-Beam Antenna Sys
-
tem for V2V Communication.
International Journal of Antennas and Propaga-
tion
, 2016(Special), 1-13. doi:http://dx.doi.org/10.1155/2016/4169619
Sharma, B., Sarkar, I., Maity, T., & Bhattacharya, P. P. (2014). An introduction to
smart antenna system.
International Journal of Business and Engineering Re-
search
, 8(11).
Stincer, E. P. (2001).
Antenas. Teoría general
. La Habana: ITM.
Yu, X. (2017).
Digital signal processor based real-time phased array radar bac
-
kend system and optimization algorithms
. (Doctor of Philosophy). University
of Oklahoma, Norman, Oklahoma. Retrieved from https://shareok.org/hand
-
le/11244/52417
Zhai, M. (2017). Smart Antenna Technology in Mobile Communication and Its
Research Progress.
Paper presented at the International Conference on Compu-
ter Technology, Electronics and Communication (ICCTEC)
, Sanya, China.
pp. 50 - 65
Implementación de un sistema de antenas inteligentes con haz conmutado
Ing. Alexander Rogelio Ramírez Zaldívar, Ing. Yunior Ibarra Guerra, Dr.C.T. Noslen Rojas Ramírez