RED DE ANTENAS CON EXPLORACIÓN REFORZADA.

Un sistema de antenas que comprende una configuraci6n (600a, 600c;

620a, 620c) de alimentaci6n y una red (50) de antenas, que comprende: un plano (53) de tierra y una colecci6n espacialmente extendida de al menos dos elementos (50a, 50b, 50c) de antena colinealmente dispuestos a lo largo de un eje (OP3) que es paralelo a dicho plano (53) de tierra y capaz de estar excitados y equilibrados al menos parcialmente y de estar excitados y no equilibrados al menos parcialmente; donde cada uno de dichos elementos de antena tiene: - un primer elemento radiante (54aa, 54ca) y un primer puerto (52aa, 52ca) conectados entre si, y un segundo elemento radiante (54ab, 54cb) y un segundo puerto (52ab, 52cb) conectados entre si, y donde el primer y el segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) estan conectados a la configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n, donde los elementos radiantes (54aa, 54ab; 54ca, 54cb) estan dispuestos en parejas a lo largo de una linea recta (L2) paralela a dicho eje (OP3) y contiguos y paralelos entre si, para extenderse al menos en un cuarto de longitud de onda (E2) perpendicularmente desde dicho plano (53) de tierra, y - una configuraci6n radiante (51aa, 51ab; 51ca, 51cb) conectada a dicho primer y segundo elementos radiantes (54aa, 54ab; 54ca, 54cb) para extenderse a lo largo del eje (OP3) en direcciones opuestas, y al menos a un cuarto de longitud de onda (E1) , respectivamente, por encima y paralelos a dicho plano (53) de tierra caracterizado porque la configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n esta conectada al primer y segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) de cada elemento (50a, 50c) de antena, y esta dispuesta de manera que varia la diferencia de fase < entre una primera senal (I1) comunicada entre el primer puerto (52aa, 52ca) y la configuraci6n (600a, 600c, 620a, 620c) de alimentaci6n, y una segunda senal (I2) comunicada entre el primer puerto (52ab, 52cb) y la configuraci6n (600a, 600c, 620a, 620c) de alimentaci6n para proporcionar una conmutaci6n continua entre una alimentaci6n no equilibrada (1+º 1-) correspondiente a una diferencia de fase < = 180°, y una alimentaci6n equilibrada (1+º 1+) correspondiente a una diferencia de fase < = 0° de los elementos (50a, 50b, 50c) de antena, permitiendo con ello que la antena (50) transmita o reciba radiaci6n electromagnetica sustancialmente en cualquier direcci6n < a lo largo de un semicirculo que se extiende perpendicularmente desde dicho plano (53) de tierra, en un plano que esta definido por el eje (OP3)

Red de antenas con exploraci6n reforzada Campo de la invenci6n La presente invenci6n esta relacionada con una red de antenas para transmitir y recibir radiaci6n electromagnetica y, 5 mas en particular, con una red de antenas con capacidad reforzada para dirigir el l6bulo de la antena, especialmente la direcci6n del l6bulo de la antena.

Antecedentes de la invenci6n Las redes de antenas, y particularmente las redes de antenas controladas en fase, se han hecho cada vez mas atractivas no solamente para aplicaciones militares, sino tambien para aplicaciones civiles y comerciales. Las redes de antenas pueden ser utilizadas ventajosamente en sistemas de radas, en radio-telescopios o en las denominadas estaciones base de una red de telecomunicaciones inalambricas, etc. Una de las propiedades mas favorables de una red de antenas, y particularmente de una red de antenas controlada en fase, es el aumento de capacidad de dar forma y/o direccionamiento al l6bulo de la antena.

En particular, esto puede utilizarse para transmitir y/o recibir senales de interferencia hacia y desde transmisores y/o receptores vecinos. En muchos casos, el l6bulo de la antena puede formarse y/o dirigirse para evitar recibir y/o transmitir tales perturbaciones. En los sistemas de radar, esta capacidad puede ser utilizada, por ejemplo, para evitar fuentes de interferencias hostiles. En un sistema celular de telecomunicaciones o similar, esta capacidad puede utilizarse, por ejemplo, para reforzar la utilizaci6n del espectro de frecuencias disponible, por ejemplo, el espectro de frecuencias de un sistema GSM, un sistema COMA, un sistema WCOMA u otros sistemas similares de comunicaciones por radio. Estos son solamente unos ejemplos de aplicaciones. Existe un vasto espectro de aplicaciones diferentes, como es bien sabido.

La capacidad de dar forma y/o direccionamiento al l6bulo de la antena dinamicamente y muy rapidamente es tambien ventajosa en cuanto que el l6bulo de la antena puede ser dirigido para transmitir y/o recibir radiaci6n electromagnetica hacia y/o desde una pequena zona geografica, lo cual aumenta la eficiencia de la energia del sistema de antenas. Estas y otras ventajas proporcionadas por una red de antenas, y particularmente una red de antenas controladas en fase, son bien conocidas en la tecnica de las redes de antenas y no necesitan explicaci6n adicional.

Una red de antenas es basicamente una colecci6n extendida espacialmente de varios elementos de antena sustancialmente similares. La expresi6n "espacialmente extendidas" implica que cada elemento tiene al menos un 30 elemento vecino que esta colocado a una distancia cercana para evitar la emisi6n de radiaci6n electromagnetica en direcciones ambiguas. La expresi6n "similar" implica que, preferiblemente, todos los elementos tienen los mismos diagramas polares de radiaci6n, orientados en la misma direcci6n de un espacio tridimensional. Sin embargo, los elementos no tienen que estar espaciados en una cuadricula regular, ni tienen que tener las mismas tensiones en sus terminales, sino que se supone que todos son alimentados con la misma frecuencia y que se puede definir una amplitud y angulo de fase fijos para la senal de excitaci6n de cada elemento.

Ajustando las fases relativas de las respectivas senales que alimentan los elementos de antena de una red de antenas, el diagrama de radiaci6n efectivo (el l6bulo de la antena) se puede reforzar en una direcci6n deseada y suprimirse en direcciones no deseadas. Las amplitudes relativas y los efectos de interferencias constructivos y destructivos entre las senales radiadas por los elementos individuales de antena, determinan el diagrama eficaz de radiaci6n de la red de antenas. Se puede utilizar una red de antenas normal para conseguir un diagrama de radiaci6n fijo (l6bulo de antena fijo) , mientras que se puede utilizar una red de antenas mas sofisticada controlada en fase para explorar rapidamente el diagrama de radiaci6n (el l6bulo de la antena) en azimut y/o elevaci6n.

Sin embargo, dependiendo de los elementos individuales de antena elegidos para la red de antenas en cuesti6n, existe formalmente al menos una direcci6n en la cual el l6bulo de la antena no puede ser facilmente dirigido, es 45 decir, hay al menos un punto nulo.

Los elementos de antena individuales de una red de antenas pueden ser, por ejemplo, el muy conocido dipolo 10 o similar, como se ilustra esquematicamente en las figuras 1A - 1O. El dipolo 10 del ejemplo de la figura 1A comprende dos elemento radiantes opuestos 11a, 11b. Los elementos radiantes 11a, 11b tienen preferiblemente una forma de hilos, cilindros o rectangulos alargados, para extenderse en % (A/4) de la longitud de onda utilizada a lo 50 largo del eje horizontal OP1. Cada elemento radiante 11a, 11b esta individualmente conectado a una linea 12a, 12b de alimentaci6n de una manera bien conocida, para comunicar senales de alta frecuencia hacia y desde el dipolo 10. Por tanto, el dipolo 10 comprende formalmente dos puertos.

Se considera normalmente que la corriente equilibrada (o modo diferencial) 1dirr = (11 - 12) / 2 es la corriente que excita el dipolo, donde la potencia transportada por 1dirr se supone que se convierte en potencia electromagnetica 55 transmitida. El modo diferencial esta ilustrado en la figura 1A por una primera corriente 1+ alimentada en la primera linea 12a de alimentaci6n (el primer puerto) y una segunda corriente 1- alimentada en la segunda linea 12b de

alimentaci6n (el segundo puerto) . Las dos corrientes 1+, 1-son sustancialmente de igual magnitud pero provistas de sufijos opuestos para indicar que estan desfasadas en 180°, es decir, para indicar que el dipolo 10 esta funcionando de acuerdo con un modo equilibrado o diferencial de una manera muy conocida. Las antenas de dipolo de doble puerto equilibradas como esta han sido estudiadas extensivamente y pueden estar hechas tambien para banda ancha y tambien pueden explorar en una cierta medida.

La figura 1B ilustra una secci6n transversal de un diagrama esquematico de radicaci6n del dipolo 10, cortado a lo largo del eje OP1, y la figura 1C ilustra una vista superior de dicho diagrama esquematico de radiaci6n, mientras que la figura 1O ilustra una vista esquematica en perspectiva del diagrama de radiaci6n de las figuras 1B -1C. Como puede verse, no hay sustancialmente radiaci6n emanando a lo largo del eje OP1, es decir, no hay sustancialmente radiaci6n desde los extremos cortos de los elementos radiantes 11a, 11b. Esto implica que una red de antenas que comprende una colecci6n espacialmente extendida de dipolos 10, tendra una capacidad reducida de transmitir la radiaci6n electromagnetica a lo largo del eje OP1 de los dipolos 10, como sera descrito con mas detalle a continuaci6n. Naturalmente, el diagrama de radiaci6n como se describe ahora es igualmente valido para la recepci6n.

Los elementos de antena individuales de la red de antenas puede ser tambien el muy conocido monopolo 20 o similar, como se ilustra esquematicamente en las figuras 2A -2O. El monopolo 20 del ejemplo de la figura 2A tiene un solo elemento radiante 21 que se extiende en % (A/4) de la longitud de onda utilizada desde un plano de tierra 23 sustancialmente horizontal y a lo largo de un eje MP sustancialmente vertical. En otras palabras, el monopolo 20 es una antena de un cuarto de onda o tambien denominada antena de Marconi. El elemento radiante 21esta conectado a una linea de alimentaci6n (no ilustrada en las figuras 2a -2d) de una manera muy conocida, para comunicar senales de alta frecuencia hacia y desde el monopolo 20, y el elemento radiante 21 es alimentado por una sola corriente no equilibrada 1+ (no ilustrada en las figuras 2a -2d) como es bien sabido en la tecnica. Las antenas monopolo de un solo puerto no equilibradas como esta han sido estudiadas tambien extensivamente.

La figura 2B ilustra una secci6n transversal de un diagrama esquematico de radiaci6n del monopolo 20, cortado a lo largo del eje MP, y la figura 2C ilustra una vista superior de dicho diagrama esquematico de radiaci6n, mientras que la figura 2O ilustra una vista esquematica en perspectiva del diagrama de radiaci6n de las figuras 2B -2C. Como puede verse, no hay sustancialmente radiaci6n emanando a lo largo del eje MP, es decir, no hay sustancialmente radiaci6n emanando desde el elemento radiante 21 a lo largo de la normal al plano 23 de tierra. Esto implica que una red de antenas que comprenda una colecci6n espacialmente extendida de monopolos 20, tendra una capacidad reducida de transmitir la radiaci6n electromagnetica a lo largo del eje MP del monopolo, como sera descrito con mas detalle a continuaci6n. Naturalmente, el diagrama de radiaci6n... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de antenas que comprende una configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n y una red (50) de antenas, que comprende:

un plano (53) de tierra y una colecci6n espacialmente extendida de al menos dos elementos (50a, 50b, 50c) de antena colinealmente dispuestos a lo largo de un eje (OP3) que es paralelo a dicho plano (53) de tierra y capaz de estar excitados y equilibrados al menos parcialmente y de estar excitados y no equilibrados al menos parcialmente; donde cada uno de dichos elementos de antena tiene:

- un primer elemento radiante (54aa, 54ca) y un primer puerto (52aa, 52ca) conectados entre si, y un segundo elemento radiante (54ab, 54cb) y un segundo puerto (52ab, 52cb) conectados entre si, y donde el primer y el segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) estan conectados a la configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n, donde los elementos radiantes (54aa, 54ab; 54ca, 54cb) estan dispuestos en parejas a lo largo de una linea recta (L2) paralela a dicho eje (OP3) y contiguos y paralelos entre si, para extenderse al menos en un cuarto de longitud de onda (E2) perpendicularmente desde dicho plano (53) de tierra, y

- una configuraci6n radiante (51aa, 51ab; 51ca, 51cb) conectada a dicho primer y segundo elementos radiantes

(54aa, 54ab; 54ca, 54cb) para extenderse a lo largo del eje (OP3) en direcciones opuestas, y al menos a un cuarto de longitud de onda (E1) , respectivamente, por encima y paralelos a dicho plano (53) de tierra caracterizado porque la configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n esta conectada al primer y segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) de cada elemento (50a, 50c) de antena, y esta dispuesta de manera que varia la diferencia de fase < entre una primera senal (I1) comunicada entre el primer puerto (52aa, 52ca) y la configuraci6n (600a, 600c, 620a, 620c) de alimentaci6n, y una segunda senal (I2) comunicada entre el primer puerto (52ab, 52cb) y la configuraci6n (600a, 600c, 620a, 620c) de alimentaci6n para proporcionar una conmutaci6n continua entre una alimentaci6n no equilibrada (1+º 1-) correspondiente a una diferencia de fase < = 180°, y una alimentaci6n equilibrada (1+º 1+) correspondiente a una diferencia de fase < = 0° de los elementos (50a, 50b, 50c) de antena, permitiendo con ello que la antena (50) transmita o reciba radiaci6n electromagnetica sustancialmente en cualquier direcci6n < a lo largo de un semicirculo que se extiende perpendicularmente desde dicho plano (53) de tierra, en un plano que esta definido por el eje (OP3) .

2. Un sistema de antenas, segun la reivindicaci6n 1, en el que:

dicha configuraci6n radiante comprende un tercer elemento radiante (51aa, 51ba, 51ca) conectado a dicho primer elemento radiante (54aa, 54ba, 54ca) , y un cuarto elemento radiante (51ab, 51bb, 51cb) conectado a dicho segundo elemento radiante (54ab, 54bb, 54cb) .

3. Un sistema de antenas, segun la reivindicaci6n 1, en el que:

dicha configuraci6n radiante comprende un elemento sustancialmente continuo conectado a dicho primer elemento radiante (54aa, 54ba, 54ca) , y a dicho segundo elemento radiante (54ab, 54bb, 54cb) .

4. Un sistema de antenas, segun la reivindicaci6.

2. 3, en el que:

dicho tercer y cuarto elementos radiantes estan elegidos entre un grupo de elementos que comprende: elementos (51aa, 51ab; 51ba, 51bb; 51ca, 51cb) sustancialmente en forma de hilo o en forma de cilindro, elementos en forma sustancialmente de bucle; y elementos de placa sustancialmente plana.

5. Un sistema de antenas, segun la reivindicaci6n 1,

caracterizado porque la configuraci6n (600a, 600c) de alimentaci6n comprende un dispositivo (60a, 60c) dispuesto de manera que:

- una senal (10) comunicada con un primer terminal (SUM) del dispositivo (60a, 60c) se divide con una primera diferencia de fase <1, sustancialmente fija, entre dicha primera senal (11) y dicha segunda senal (12) ; y

- una senal (10) comunicada con un segundo terminal (OIFF) del dispositivo (60a, 60c) se divide con una segunda diferencia de fase <2 sustancialmente fija, entre dicha primera senal (11) y dicha segunda senal (12) .

6. Un sistema de antenas, segun la reivindicaci6n 5, caracterizado porque el primer terminal (SUM) del dispositivo y el segundo terminal (OIFF) del dispositivo estan conectados a un

conmutador (64a, 64c) , que en una primera posici6n permite que la senal (10) se comunique con el primer terminal (SUM) del dispositivo, y en una segunda posici6n, permite que la senal (10) se comunique con el segundo terminal (OIFF) del dispositivo.

7. Una red de antenas, segun la reivindicaci6n 1, caracterizada porque dicha configuraci6n (620a, 620c) de alimentaci6n comprende:

- una disposici6n (67a, 67c) de distribuci6n conectada a dicho primer y segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb)

y a una linea (62a, 62c) de alimentaci6n; y estando dispuesta de forma que combina las senales (11º 12) recibidas desde dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) en dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, y para dividir una senal (10) recibida desde dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, entre dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) , y

- al menos un cambiador (65a) de fase conectado entre al menos uno de dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb)

y dicha disposici6n de distribuci6n (67a) , para variar la fase < de una senal comunicada entre ese puerto (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) y la disposici6n (67a, 67c) de distribuci6n.

8. Un metodo para transmitir o recibir por medio de una red (50) de antenas, segun la reivindicaci6n 1, incluyendo dicho metodo los pasos de:

variar la diferencia de fase < entre una primera senal (11) comunicada con el primer puerto (52aa, 52ca) y una segunda senal (12) comunicada con el segundo puerto (52ab, 52cb) del elemento (50a, 50c) de antena, para proporcionar una conmutaci6n continua entre una alimentaci6n no equilibrada (1+º 1-) correspondiente a una diferencia de fase < = 180°, y una alimentaci6n equilibrada (1+º 1+) correspondiente a una diferencia de fase < = 0° de los elementos (50a, 50b, 50c) de antena, permitiendo con ello que la antena (50) transmita o reciba radiaci6n electromagnetica sustancialmente en cualquier direcci6n < a lo largo de un semicirculo que se extiende perpendicularmente desde dicho plano (53) de tierra, en un plano que esta definido por el eje (OP3) .

9. Un metodo segun la reivindicaci6n 8, en el que:

la red (50) de antenas comprende una configuraci6n de alimentaci6n (600a, 600c; 620a, 620c) conectada al primer y segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) de cada elemento (50a, 50c) de antena, comprendiendo el metodo los pasos de actuar sobre la configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n para variar la diferencia de fase < entre: una primera senal (11 ) comunicada entre dicho primer puerto (52aa, 52ca) y dicha configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n; y una segunda senal (12 ) comunicada entre dicho segundo puerto (52ab, 52cb) y dicha configuraci6n (600a, 600c; 620a, 620c) de alimentaci6n.

10. Un metodo segun la reivindicaci6n 9, en el que:

la configuraci6n (600a, 600c) de alimentaci6n comprende un dispositivo (60a, 60c) de alimentaci6n de balun, comprendiendo el metodo los pasos de

- dividir una senal (10) comunicada con un primer terminal (SUM) del dispositivo (60a, 60c) con una primera diferencia de fase <1 sustancialmente fija, entre dicha primera senal (11) y dicha segunda senal (12) , y

- dividir una senal (10) comunicada con un segundo terminal (OIFF) del dispositivo (60a, 60c) con una segunda diferencia de fase <2 sustancialmente fija, entre dicha primera senal (11) y dicha segunda senal (12) .

11. Un metodo segun la reivindicaci6n 9, en el que:

el primer terminal (SUM) del dispositivo y el segundo terminal (OIFF) del dispositivo estan conectados a un conmutador (64a) , comprendiendo el metodo los pasos de accionar el conmutador de manera que en una primera posici6n se comunique una senal 10 con el primer terminal SUM del dispositivo, y de manera que en una segunda posici6n permite que se comunique la senal 10 con el segundo terminal OIFF del dispositivo.

12. Un metodo segun la reivindicaci6n 9, en el que:

la diferencia de fase < se consigue utilizando una configuraci6n (620a, 620c) de alimentaci6n, donde:

- una disposici6n (67a, 67c) de distribuci6n esta conectada a dicho primer y segundo puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) y a una linea (62a, 62c) de alimentaci6n; y estando dispuesta de forma que combina las senales (11º 12) recibidas desde dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) en dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, y para dividir una senal (10) recibida desde dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, entre dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) , y

- hay conectado al menos un cambiador (65a) de fase entre al menos uno de dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 5 52cb) y dicha disposici6n de distribuci6n (67a) , para variar la fase < de una senal comunicada entre ese puerto (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) y la disposici6n (67a, 67c) de distribuci6n

comprendiendo el metodo los pasos de

- utilizar la configuraci6n (620a, 620c) de alimentaci6n para combinar las senales (11º 12) recibidas desde dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) en dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, y para dividir una senal (10) recibida 10 desde dicha linea (62a, 62c) de alimentaci6n, entre dichos puertos (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) , y

- utilizar el cambiador (65a) de fase para variar la fase < de una senal comunicada entre ese puerto (52aa, 52ab; 52ca, 52cb) y la disposici6n (67a, 67c) de distribuci6n.