Sistema de antena de elementos en fase.

Sistema de antena que comprende:

a)un conjunto (102) de antena que tiene:

i) un ángulo de inclinación eléctrica;

ii) dos puertos (112, 114) de conjunto de antena,

iii) una pluralidad de elementos (E1-E8) de antena dispuestos en al menos una primera y segundasubagrupaciones (100A, 100B) , comprendiendo cada subagrupación uno o más de los elementos deantena;

iv) circuito (SC2, 124, 151 N1, 151 N2) de encaminamiento de señal para encaminar señales entre lospuertos (112, 114) de conjunto de antena y los elementos (E1-E8) de antena; y

b) primeros medios (132, 134) de control para controlar la fase de las señales suministradas a la primerasubagrupación (100A);

caracterizado porque

c) el sistema (100) de antena incluye dos alimentadores (136, 138) de señal para retransmitir respectivasseñales respectivamente entre los dos puertos (112, 114) de conjunto de antena y un controlador (104) deinclinación de antena ubicado alejado del conjunto (102) de antena;

d) los primeros medios de control son un aparato (132, 134) de desplazamiento de fase variableincorporado en el controlador (104) de inclinación de antena ubicado alejado y dispuesto para proporcionarcontrol eléctrico de diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores(136, 138) de señal; y

e) el circuito (SC2, 124, 151N1, 151 N2) de encaminamiento de señal incorpora segundos medios (124) decontrol para controlar automáticamente la fase de las señales suministradas a la segunda subagrupación(100B) en dependencia de la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación (100A), demanera que el ángulo de inclinación eléctrica del conjunto (102) de antena cambia en respuesta al cambioen la diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores (136, 138) deseñal.

Sistema de antena de elementos en fase

La presente invención se refiere a un sistema de antena y particularmente, aunque no exclusivamente, a un sistema de antena de elementos en fase que tiene una pluralidad de elementos de antena dispuestos en al menos dos subagrupaciones. El sistema de antena es adecuado para su uso en muchos sistemas de telecomunicaciones pero encuentra una aplicación particular en redes de radio móvil celular, denominadas habitualmente redes de telefonía móvil. Más específicamente, el sistema de antena de la presente invención puede usarse con redes de telefonía móvil de tercera generación (3G) y con el sistema universal de telefonía móvil (UMTS) .

Los operadores de redes de radio móvil celular emplean, en general, sus propias estaciones base, cada una de las cuales incluye una o más antenas. En una red de radio móvil celular, las antenas son un factor para definir el área de cobertura deseada que se divide generalmente en varias células solapadas, cada una asociada con una respectiva antena y estación base. Cada célula contiene una estación base de ubicación fija que se comunica con radios móviles en esa célula. Las propias estaciones base se interconectan por otros medios de comunicación, o bien enlaces de radio o bien líneas terrestres fijas, y están dispuestas en una rejilla o estructura en malla que permite la comunicación entre radios móviles en toda el área de cobertura de la célula, así como con la red telefónica pública fuera de la red de radio móvil celular.

Las antenas usadas en tales redes suelen ser dispositivos compuestos conocidos como antenas de elementos en fase que comprenden una pluralidad (habitualmente ocho o más) o agrupación de elementos de antena o dipolos individuales. La dirección de máxima sensibilidad de la antena, es decir, la dirección vertical u horizontal del haz de radiación principal o “eje de alineación” del patrón de antena, puede alterarse ajustando la relación de fase entre los elementos. Esto tiene el efecto de permitir la orientación del haz para modificar el área de cobertura de la antena.

En particular, los operadores de antenas de elementos en fase en redes de radio móvil celular tienen el requisito de ajustar el patrón de radiación vertical (VRP) , también conocido como la “inclinación” de la antena, puesto que esto tiene un efecto significativo en el área de cobertura de la antena. Puede requerirse el ajuste del área de cobertura, por ejemplo, debido a cambios en la estructura de red o a la adición o retirada de otras estaciones base o antenas en la célula.

El ajuste del ángulo de inclinación de una antena se conoce y se logra de manera convencional por medios mecánicos, medios eléctricos, o ambos, dentro de la propia antena. Cuando la inclinación se ajusta mecánicamente, por ejemplo, moviendo mecánicamente los propios elementos de antena o moviendo mecánicamente el alojamiento de los elementos, un ajuste de este tipo se denomina con frecuencia “ajuste del ángulo de inclinación mecánica”. El efecto de ajustar el ángulo de inclinación mecánica es volver a posicionar el eje de alineación de manera que apunte

o bien por encima o bien por debajo del horizonte. Cuando la inclinación se ajusta eléctricamente, ajustando la fase de las señales suministradas a los elementos de antena sin mover físicamente ni el alojamiento de los elementos, ni los propios elementos de antena ni cualquier otra parte de la cúpula de antena, un ajuste de este tipo se denomina habitualmente “ajuste del ángulo de inclinación eléctrica”. El efecto de ajustar el ángulo de inclinación eléctrica también es volver a posicionar el eje de alineación de modo que apunte o bien por encima o bien por debajo del horizonte pero, en este caso, se logra cambiando el retardo de tiempo de las señales alimentadas a cada elemento (o grupo de elementos) en la agrupación.

Una desventaja del ajuste mecánico del ángulo de inclinación eléctrica es que debe llevarse a cabo in situ mediante el ajuste mecánico manual de la antena.

Un objeto de la presente invención es proporcionar una antena mejorada que supere el problema mencionado anteriormente.

En la siguiente descripción, el término “sistema de antena” se usa en lugar del término anterior “antena” para describir un sistema que tiene un “conjunto de antena”, es decir, una agrupación de elementos de antena, y medios de control para controlar las señales suministradas a los elementos de antena en el conjunto de antena.

Según la presente invención, se proporciona un sistema de antena que comprende:

Un sistema de antena que comprende:

a) un conjunto de antena que tiene:

i) un ángulo de inclinación eléctrica;

ii) dos puertos de conjunto de antena,

iii) una pluralidad de elementos de antena dispuestos en subagrupaciones al menos primera y segunda,

comprendiendo cada subagrupación uno o más de los elementos de antena;

iv) circuito de encaminamiento de señal para encaminar señales entre los puertos de conjunto de antena y los elementos de antena; y

b) primeros medios de control para controlar la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación;

caracterizado porque

c) el sistema de antena incluye dos alimentadores de señal para retransmitir respectivas señales respectivamente los dos puertos de conjunto de antena y un controlador de inclinación de antena ubicado alejado del conjunto de antena;

d) los primeros medios de control son un aparato de desplazamiento de fase variable incorporado en el controlador de inclinación de antena ubicado alejado y dispuesto para proporcionar control eléctrico de diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores de señal; y

e) el circuito de encaminamiento de señal incorpora segundos medios de control para controlar automáticamente la fase de las señales suministradas a la segunda subagrupación en dependencia de la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación, de manera que el ángulo de inclinación eléctrica del conjunto de antena cambia en respuesta al cambio en la diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores de señal.

Los elementos de antena pueden estar dispuestos en subagrupaciones primera, segunda y tercera, incluyendo el sistema terceros medios de control para controlar la fase de las señales suministradas a la tercera subagrupación, y estando dispuestos los segundos medios de control para controlar la fase de las señales suministradas a la segunda subagrupación en dependencia de una función predeterminada de la fase de las señales suministradas a las subagrupaciones primera y tercera. La función predeterminada puede ser una suma vectorial de las fases de las señales suministradas a las subagrupaciones primera y tercera.

El sistema puede comprender además respectivos medios de distribución de señal asociados con cada subagrupación para dividir y distribuir señales a respectivos elementos de antena de subagrupación. Cada medio de distribución de señal puede incluir una disposición de división para dividir y distribuir señales a elementos de antena en la subagrupación asociada. La disposición de división puede estar dispuesta para proporcionar una distribución sustancialmente uniforme de intensidad de señal a las subagrupaciones.

Al menos una señal de salida de los medios de distribución asociados con la primera subagrupación puede combinarse con al menos una señal de salida de los medios de distribución asociados con la tercera subagrupación para proporcionar señales de salida combinadas primera y segunda a elementos de antena primero y segundo de la segunda subagrupación.

El sistema de la invención puede comprender al menos una unidad de combinación de cuadratura para recibir una primera señal de entrada que tiene la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación y una segunda señal de entrada que tiene la fase de las señales suministradas a la tercera subagrupación, y para proporcionar una primera señal de salida a un elemento de antena de la segunda subagrupación y una segunda señal de salida a otro elemento de antena de la segunda subagrupación, siendo las señales de salida primera y segunda... [Seguir leyendo]

1. Sistema de antena que comprende:

a) un conjunto (102) de antena que tiene:

i) un ángulo de inclinación eléctrica;

ii) dos puertos (112, 114) de conjunto de antena,

iii) una pluralidad de elementos (E1-E8) de antena dispuestos en al menos una primera y segunda subagrupaciones (100A, 100B) , comprendiendo cada subagrupación uno o más de los elementos de antena;

iv) circuito (SC2, 124, 151 N1, 151 N2) de encaminamiento de señal para encaminar señales entre los puertos (112, 114) de conjunto de antena y los elementos (E1-E8) de antena; y

b) primeros medios (132, 134) de control para controlar la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación (100A) ;

caracterizado porque

c) el sistema (100) de antena incluye dos alimentadores (136, 138) de señal para retransmitir respectivas señales respectivamente entre los dos puertos (112, 114) de conjunto de antena y un controlador (104) de inclinación de antena ubicado alejado del conjunto (102) de antena;

d) los primeros medios de control son un aparato (132, 134) de desplazamiento de fase variable incorporado en el controlador (104) de inclinación de antena ubicado alejado y dispuesto para proporcionar control eléctrico de diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores (136, 138) de señal; y

e) el circuito (SC2, 124, 151N1, 151 N2) de encaminamiento de señal incorpora segundos medios (124) de control para controlar automáticamente la fase de las señales suministradas a la segunda subagrupación (100B) en dependencia de la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación (100A) , de manera que el ángulo de inclinación eléctrica del conjunto (102) de antena cambia en respuesta al cambio en la diferencia de fase entre las señales retransmitidas a través de los dos alimentadores (136, 138) de señal.

2. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque los elementos (E1-E12) de antena están dispuestos en subagrupaciones (100A, 100B, 100C) primera, segunda y tercera, el sistema incluye terceros medios (134) de control para controlar la fase de las señales suministradas a la tercera subagrupación (100C) , y los segundos medios (124) de control están dispuestos para controlar la fase de las señales suministradas a la segunda subagrupación (100B) en dependencia de una función predeterminada de la fase de las señales suministradas a las subagrupaciones (100A, 100C) primera y tercera.

3. Sistema de antena según la reivindicación 2, caracterizado porque la función predeterminada es una suma vectorial de las fases de las señales suministradas a las subagrupaciones (100A, 100C) primera y tercera.

4. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema (100) comprende además medios (151N1, 151N2) de distribución de señal respectivos asociados con cada subagrupación (140A, 100B) para dividir y distribuir señales a elementos (E1-E4, E5-E8) de antena de subagrupación respectivos.

5. Sistema de antena según la reivindicación 4, caracterizado porque cada uno de los medios (151N1, 151N2) de distribución de señal incluye una disposición (116A, 116B, 116C, 118A, 118B, 118C) de división para dividir y distribuir señales a elementos (E1-E4, E5-E8) de antena en la subagrupación (100A, 100B) asociada.

6. Sistema de antena según la reivindicación 5, caracterizado porque la disposición (116A, 116B, 116C, 118A, 118B, 118C) de división está dispuesta para proporcionar una distribución sustancialmente uniforme de intensidad de señal a las subagrupaciones (100A, 100B) .

7. Sistema de antena según la reivindicación 5, caracterizado porque al menos una señal de salida de los medios (151N1) de distribución asociados con la primera subagrupación (100A) se combina con al menos una señal de salida de los medios (151N3) de distribución asociados con la tercera subagrupación (100C) para proporcionar señales de salida combinadas primera y segunda a elementos de antena primero y segundo de la segunda subagrupación (100B) respectivamente.

8. Sistema de antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende al menos una unidad (174A, 174B) de combinación de cuadratura para recibir una primera señal de entrada que tiene la fase de las señales suministradas a la primera subagrupación (100A) y una segunda señal de entrada que tiene la fase de las señales suministradas a la tercera subagrupación (100C) , y para proporcionar una primera señal de salida a un elemento de antena de la segunda subagrupación (100B) y una segunda señal de salida a otro elemento de antena de la segunda subagrupación (100B) , siendo las señales de salida primera y segunda dependientes de la función predeterminada de la fase de las señales de entrada primera y segunda.

9. Sistema de antena según la reivindicación 8, caracterizado porque la fase de las señales de salida primera y segunda proporcionadas por la unidad (174A, 174B) de combinación de cuadratura es el promedio de la fase de las señales de entrada primera y segunda.

10. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito (151N1, 151N2) de encaminamiento de señal está dispuesto de manera que cada alimentador (136, 138) de señal y su respectivo puerto (112, 114) proporcionan la retransmisión de señales entre el controlador (104) de inclinación de antena alejado y multiplican los elementos (E1-E4, E5-E8) de antena de los que al menos algunos no están asociados con la retransmisión de señal a través del otro alimentador (136, 138) .

11. Sistema de antena según la reivindicación 10, caracterizado porque el controlador (104) de inclinación de antena se ubica en una base de un soporte de antena que sostiene el conjunto (102) de antena, y el sistema (100) incluye medios (150E1 -150E8) de ajuste de fase mecánicos para ajustar adicionalmente la fase de señal de elemento de antena.

12. Sistema de antena según la reivindicación 11, caracterizado porque el controlador (104) de inclinación de antena incluye medios (132, 134) de ajuste de fase primero y segundo, un único puerto (126) para recibir una única señal de entrada al sistema (100) y medios (125) para dividir la señal de entrada en señales primera y segunda para su suministro a los medios (132, 134) de ajuste de fase primero y segundo respectivamente.

13. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque el controlador (104) de inclinación de antena incorpora medios (132, 134) de ajuste de fase primero y segundo para ajustar las fases de las señales suministradas a respectivas subagrupaciones (100A, 100B) .

14. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque las subagrupaciones al menos primera y segunda comprenden subagrupaciones (100A, 100B, 100C) primera, segunda y tercera y los segundos medios (124) de control son para controlar automáticamente la fase de las señales suministradas a una subagrupación (100B) en dependencia de la fase de las señales suministradas a las otras subagrupaciones (100A, 100C) .

15. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de encaminamiento de señal comprende un respectivo aparato (151N1, 151N2) de distribución de señal asociado con cada subagrupación (100A, 100B) para dividir y distribuir señales a esos elementos (E1 -E4, E5 -E8) de antena de esa subagrupación desde un respectivo alimentador (136, 138) de señal y puerto (112, 114) de conjunto de antena.

16. Sistema de antena según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medios de ajuste de fase mecánicos que incorporan una agrupación de elementos (606, 706) dieléctricos cada uno de los cuales puede moverse para cambiar una respectiva velocidad de propagación de señal para un respectivo elemento de antena.

17. Sistema de antena según la reivindicación 16, caracterizado porque cada elemento de antena tiene una línea (T) de transmisión de entrada asociada y cada elemento (606) dieléctrico está dispuesto para el movimiento lineal en relación con su línea de transmisión asociada para desplazar la velocidad de propagación y la fase de una señal suministrada al mismo a través de esa línea (T) de transmisión.

18. Sistema de antena según la reivindicación 16, caracterizado porque cada elemento de antena tiene una línea (T) de transmisión de entrada asociada y cada elemento (706) dieléctrico está dispuesto para el movimiento giratorio en relación con su línea (T) de transmisión asociada para desplazar la velocidad de propagación y la fase de las señales suministradas al mismo a través de esa línea (T) de transmisión.