DISPOSITIVO RADIANTE BI-BANDA DE DOBLE POLARIZACION.

Dispositivo radiante del tipo que comprende un primer elemento radiante,

que funciona en una primera banda de frecuencia F1, formado por cuatro dipolos (1, 2, 3, 4) dispuestos en cuadrado, y un segundo elemento radiante (23), que funciona en una segunda banda de frecuencia F2, formado al menos por un dipolo dispuesto en el centro del cuadrado de los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante, estando alimentado cada dipolo en su centro por un simetrizador, estando dispuesto el conjunto de los elementos radiantes por encima de un reflector (24), caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante y los simetrizadores (8, 9, 10, 11) que les están asociados están realizados en una misma placa metálica (5), estando formado cada simetrizador de un dipolo por una línea de ranura en cortocircuito, tallada en la placa metálica (5) según una dirección perpendicular al eje del dipolo, y porque el segundo elemento radiante (23) está formado al menos por un dipolo dispuesto en el interior de una cavidad metálica (7) colocada en el centro de la placa metálica (5)

Dispositivo radiante bi-banda de doble polarización.

La invención se refiere a las antenas y a sus elementos radiantes utilizables especialmente en las estaciones de base de las redes de radiocomunicación celular, por ejemplo de tipo GSM o UMTS.

Un elemento radiante de doble polarización puede estar formado por dos dipolos radiantes, estando constituido cada dipolo por dos hilos de conductores colineales. La longitud de cada hilo es sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de onda de trabajo. Los dipolos están montados en una estructura que permite su alimentación y su posicionamiento por encima de un reflector (plano-masa). Esto permite, por reflexión de la radiación trasera de los dipolos, afinar la directividad del diagrama de radiación del conjunto así formado.

Para realizar un dispositivo radiante que funcione en dos bandas de frecuencia y con polarizaciones ortogonales, se conoce disponer un primer elemento radiante, formado por cuatro dipolos en cuadratura que operan en una primera frecuencia F1, alrededor de un segundo elemento radiante formado por dos dipolos cruzados en cuadratura que operan en una segunda frecuencia F2, estando dispuesto el conjunto de estos elementos por encima de un reflector.

Según su orientación en el espacio, los dipolos pueden radiar o recibir ondas electromagnéticas según dos vías de polarización, por ejemplo una vía de polarización horizontal y una vía de polarización vertical o también según dos vías de polarización desplazadas un ángulo de pm 45º con respecto a la horizontal o la vertical.

Sin embargo, el desacoplamiento inter-banda depende fundamentalmente de la orientación relativa del segundo elemento radiante colocado en el centro del primero. En particular, los dipolos paralelos de los elementos que funcionan en las bandas de frecuencia F1 y F2 están insuficientemente desacoplados en la banda de frecuencia superior de frecuencia F2 para la cual los dipolos periféricos tienen una dimensión grande con respecto a la longitud de onda correspondiente a la frecuencia F2. En efecto, la interacción entre los dipolos periféricos que funcionan a la frecuencia F1 y los dipolos cruzados que funcionan a la frecuencia F2 es debida a la vez a la radiación directa, estando los dipolos en visibilidad directa, pero también a la radiación reflejada por el reflector. En cambio, las vías perpendiculares de los dos elementos radiantes están bien desacopladas en virtud de esta ortogonalidad geométrica. Pero si esta ortogonalidad no es respetada, especialmente si los dipolos del elemento radiante central tienen orientaciones arbitrarias con respecto a aquéllos de los dipolos periféricos que forman el primer elemento radiante, aparece entonces un acoplamiento inter-banda bastante importante entre las diferentes vías de transmisión o de recepción de los dos elementos radiantes.

Otra desventaja de esta estructura es que la radiación del elemento radiante central es perturbada por el elemento radiante periférico. En efecto, esta radiación es parcialmente refractada en particular por los dipolos del elemento radiante periférico, de modo que, en el mejor de los casos, el diagrama de radiación resultante presenta ondulaciones y, para una orientación relativa arbitraria de los dipolos del elemento radiante central, este diagrama es disimétrico con respecto al eje principal de radiación perpendicular al plano de los dipolos.

Así pues, permanece difícil obtener un elemento radiante bi-banda simple de fabricar que tenga dos vías ortogonales de polarización lineal desacopladas de modo importante en una amplia banda de frecuencia. Con mayor razón es difícil realizar una red directiva bipolarizada que comprenda varios elementos radiantes de este tipo, y que ofrezca una buena pureza de polarización.

Desde otro punto de vista, sería deseable obtener un elemento radiante con dos vías ortogonales de polarización teniendo, cada una, un diagrama de radiación unidireccional y cuya abertura a media potencia en los planos diagonales, es decir en los planos situados a pm 45º de los planos principales E y H de cada dipolo, sea sustancialmente inferior a 90º.

La invención tiene por objeto mejorar la situación.

El dispositivo radiante bi-banda de doble polarización de acuerdo con la invención, comprende un primer elemento radiante que funciona en una primera banda de frecuencia F1 que está formado por cuatro dipolos dispuestos en cuadrado y un segundo elemento radiante que funciona en una segunda banda de frecuencia F2 que está formado al menos por un dipolo dispuesto en el centro del cuadrado de los dipolos que forman el primer elemento radiante, siendo alimentado cada dipolo en su centro por un simetrizador. El primer y el segundo elemento radiante están dispuestos por encima de un reflector.

De acuerdo con una disposición ventajosa, los dipolos que forman el primer elemento radiante y los simetrizadores están realizados en una misma placa metálica, estando formado cada simetrizador de un dipolo por una línea de ranura en cortocircuito tallada en la placa metálica según una dirección perpendicular al eje del dipolo. El segundo elemento radiante está formado al menos por un dipolo dispuesto en el interior de una cavidad que desemboca en el centro de la placa metálica.

De acuerdo con otro modo de realización ventajoso de la invención la placa metálica y la cavidad pueden estar realizadas en una sola pieza, por ejemplo por embutición. El segundo elemento radiante que funciona en la banda de frecuencia F2 es fijado a continuación en el interior y en el centro de la cavidad cuyo fondo sirve de plano de cortocircuito eléctrico al menos a un simetrizador o balun que sirve para la alimentación del segundo elemento radiante.

El primer elemento radiante y el segundo elemento radiante así realizados presentan una interacción electromagnética muy pequeña. Ésta es debida únicamente a la difracción de borde de la cavidad. De este modo, el desacoplamiento entre las dos bandas de frecuencia es muy importante cualquiera que sea la orientación relativa del dipolo o de los dipolos que forman el segundo elemento radiante en el interior de la cavidad, es decir su polarización.

Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto en la descripción detallada que sigue, hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:

- la figura 1 representa un primer modo de realización de un primer dispositivo radiante de doble polarización que puede funcionar en dos bandas de frecuencia diferentes de acuerdo con la invención,

- la figura 2 representa una vista según el corte AA de la figura 1.

- la figura 3 es una vista en perspectiva del dispositivo representado en las figuras 1 y 2.

- la figura 4 es una variante de realización del primer elemento radiante de la figura 1.

- la figura 5 representa un segundo modo de realización de un dispositivo de acuerdo con la invención.

- la figura 6 es una vista según el corte AA del dispositivo de la figura 5.

- la figura 7 es una vista en perspectiva del dispositivo de las figuras 5 y 6.

- la figura 8 es una vista parcial en perspectiva de una red colineal formada, por una parte, por elementos radiantes bi-banda y bipolarizados del tipo descrito en la figura 7 y por elementos radiantes monobanda y bipolarizados del mismo tipo que los elementos radiantes centrales de la figura 7.

Los dibujos contienen, en lo esencial, elementos de carácter cierto. Estos, por tanto, podrán servir no solamente para hacer comprender la descripción, sino también para, en su caso, contribuir a la definición de la invención.

El dispositivo representado en las figuras 1, 2 y 3, en las que los elementos homólogos están representados con las mismas referencias, hace aparecer cuatro dipolos indicados por 1 a 4 que forman un cuadrado, recortados en una placa metálica 5 que comprende un agujero central 6 en el cual desemboca la extremidad abierta de una cavidad radiante 7. El lado del cuadrado formado por cada dipolo tiene una longitud típica igual a la semilongitud de onda de la onda de frecuencia F1 radiada por los dipolos para una abertura a media potencia del haz próxima a 65º en el plano horizontal.

Sin embargo, hay que señalar que la separación (d) entre dos dipolos paralelos de la placa radiante 5 y por consiguiente la longitud de los lados del cuadrado formado por los cuatro dipolos 1 a 4, es la que determina en gran parte la directividad del diagrama de...

1. Dispositivo radiante del tipo que comprende un primer elemento radiante, que funciona en una primera banda de frecuencia F1, formado por cuatro dipolos (1, 2, 3, 4) dispuestos en cuadrado, y un segundo elemento radiante (23), que funciona en una segunda banda de frecuencia F2, formado al menos por un dipolo dispuesto en el centro del cuadrado de los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante, estando alimentado cada dipolo en su centro por un simetrizador, estando dispuesto el conjunto de los elementos radiantes por encima de un reflector (24), caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante y los simetrizadores (8, 9, 10, 11) que les están asociados están realizados en una misma placa metálica (5), estando formado cada simetrizador de un dipolo por una línea de ranura en cortocircuito, tallada en la placa metálica (5) según una dirección perpendicular al eje del dipolo, y porque el segundo elemento radiante (23) está formado al menos por un dipolo dispuesto en el interior de una cavidad metálica (7) colocada en el centro de la placa metálica (5).

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la cavidad (7) es de forma cilíndrica, cónica o de sección poligonal de 2 elevado a N lados iguales, con N = 2, 3, 4... etc.

3. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la cavidad está realizada por embutición de la placa metálica (5).

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los simetrizadores (8, 9, 10, 11) están formados por líneas de ranura en cortocircuito de longitud sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de funcionamiento del primer elemento radiante.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque las líneas de ranura (8, 9, 10, 11) son en forma de meandros.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque las líneas de ranura (8, 9, 10, 11) comprenden un primer tramo rectilíneo seguido de un segundo tramo circular.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante están alimentados por cables coaxiales (17, 18, 19, 20) dispuestos a lo largo de los simetrizadores, estando la funda conductora externa de cada cable en contacto eléctrico con la primera mitad del dispositivo al que éste alimenta, estando conectado su conductor a la base de la otra mitad de este mismo dipolo.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante están en parte sobreelevados con respecto al plano formado por la abertura de la cavidad (7).

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la cavidad (7) comprende un fondo (7b) sobre el cual reposa el segundo elemento radiante (23) por intermedio de tubos soporte (24, 25).

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los tubos soporte (24, 25) forman líneas bifilares de tipo "Balun" para la alimentación de los dipolos del segundo elemento radiante (23).

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo elemento radiante (23) está formado por dos dipolos cruzados en ángulo recto.

12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la altura del elemento radiante (23) con respecto al fondo (7b) de la cavidad (7) es próxima a un cuarto de la longitud de onda radiada por el segundo elemento radiante al tiempo que es inferior a la profundidad de la cavidad (7).

13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la profundidad de la cavidad (7) es sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de onda de la onda radiada por el segundo elemento radiante (23).

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque, para las cavidades cilíndricas de sección circular, o para las cavidades de sección poligonal, el diámetro de la cavidad (7) o el del círculo circunscrito a la sección poligonal, está comprendido sensiblemente entre 0,45?2, y ?2, designando ?2 la longitud de onda de la onda radiada por el segundo elemento radiante (23).

15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el primer elemento radiante (1, 2, 3, 4) y el segundo elemento radiante (23) están orientados en el espacio para radiar respectivamente dos ondas de polarizaciones ortogonales inclinadas pm 45º con respecto a la vertical.

16. Red de antenas, caracterizada porque comprende varios dispositivos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, alineados verticalmente en un mismo reflector (24) y dispuestos sobre el reflector (24) de modo que forman dos vías de polarización ortogonales inclinadas pm 45º con respecto a la dirección vertical en cada banda de frecuencia.