Sistema de antenas con ajuste de fase.

Sistema de antenas de ajuste de fase (1) que presenta, como mínimo,

un segmento de antena (2) de banda ancha, en el que el segmento de antena (2) presenta múltiples elementos de antena ranurados (3) que emiten ondas polarizadas linealmente, y en el que, como mínimo, dos elementos de antena (3) están orientados en un ángulo recto entre sí y el segmento de antena (2) está conformado, por lo tanto, para la radiación de ondas en dos direcciones de polarización perpendiculares entre sí, y en el que los elementos de antena (3) están conformados en chapa de metal, presentando los elementos de antena (3) la estructura de una antena Vivaldi que presenta un espacio libre circular (8) en una superficie de metal y una ranura (7) que sale del espacio libre cuya anchura aumenta en la dirección de radiación, caracterizado porque las superficies interiores (30) de los elementos de antena (3) que se encuentran en oposición a los lados ranurados de dichos elementos de antena (3) están plegados transversalmente con respecto a la dirección de radiación.

Sistema de antenas con ajuste de fase La presente invención se refiere a un sistema de antenas de ajuste de fase que presenta, como mínimo, un segmento de antena de banda ancha, en el que el segmento de antena presenta múltiples elementos de antena ranurados que emiten ondas polarizadas linealmente, y en el que como mínimo dos elementos de antena están dispuestos en ángulo recto entre sí y el segmento de antena está conformado, por lo tanto, para la radiación de ondas en dos direcciones de polarización rectangulares entre sí. La invención se refiere, además, a un procedimiento para generar ondas electromagnéticas con polarización en el tiempo y en el espacio.

Actualmente, la alimentación de radio y televisión terrestre está en una fase de grandes cambios en la que la anticuada tecnología analógica es sustituida por la moderna tecnología digital. Al principio, en este cambio se aprovechan, generalmente, las antenas emisoras existentes de radio analógica para la radio digital. Al cambiar a la radio digital se adoptan esencialmente los rangos de frecuencia de la radio analógica, por esto se pueden seguir utilizando también las antenas emisoras en un principio. Pero la concepción de la radio digital presenta algunas diferencias básicas con respecto a la radio analógica.

A efectos de aprovechar de forma efectiva las escasas frecuencias de emisión de radio y televisión, en la radio analógica se utilizan, en la medida de lo posible, las antenas más altas y con mayor potencia en el menor número de emplazamientos posible para abastecer con una sola antena grandes territorios. Las emisoras emiten las ondas electromagnéticas con una polarización fija que está orientada ya sea en horizontal o bien en vertical. Para la recepción estacionaria de estas señales, las antenas receptoras de alta ganancia están orientadas hacia el emplazamiento de la emisora y se utilizan en la misma dirección de polarización que la emisora. Las antenas emisoras vecinas tienen que trabajar con otras frecuencias, ya que en la tecnología analógica se producirían interferencias y, por lo tanto, lagunas de recepción locales y alteraciones de recepción en una zona de solape entre dos antenas que emiten con la misma frecuencia. En sistemas digitales de alimentación de radio y televisión, el procesamiento digital de la señal hace posible que múltiples emisoras puedan emitir con la misma frecuencia. Todas las señales de estas emisoras son evaluadas en el receptor y mejoran substancialmente, de esta manera, las condiciones de recepción. El requisito previo es la radiación sincrónica en el tiempo con los mismos contenidos. De esta manera es posible conformar la radio digital como una denominada red de radio de longitud de onda única.

Debido a la instalación de redes de frecuencia única ya no es necesario cubrir grandes territorios con emisoras potentes. En lugar de ello, múltiples antenas emisoras pueden abastecer zonas pequeñas, respectivamente. El fin del desarrollo de las antenas para estas redes de radio digitales de zona pequeña es poder abastecer todos los territorios sin lagunas y conseguir una buena recepción en todas partes incluso con equipos móviles.

Para equipos móviles cuyo lugar de recepción es variable y cambia con el tiempo, cuando el receptor se está desplazando, una buena comunicación por radio es una tarea muy exigente. Los equipos móviles utilizan sólo antenas pequeñas y las antenas pequeñas, además, no pueden ser orientadas de forma óptima a una polarización horizontal o vertical de las antenas emisoras que se utilizan en las radiocomunicaciones analógicas. Actualmente se utilizan grandes intensidades de campo para conseguir una suficiente relación señal/ruido para receptores móviles. Sin embargo, para evitar contaminación electromagnética y despilfarro de energía, son deseables potencias de emisión lo más pequeñas posible; estructuras de abastecimiento de zona pequeña pueden operar con una potencia de emisión total reducida. Además, las estructuras de abastecimiento de zona pequeña presentan niveles de señal muy uniformes, es decir una reducida dinámica de nivel, lo cual resulta beneficioso para una recepción sin interferencias.

La construcción de redes de longitud de onda única, de zona pequeña, es atractiva especialmente para zonas urbanas. Para conseguir una cobertura óptima de áreas en una red de longitud de onda única es deseable que se puedan formar diagramas adecuados para las antenas emisoras. En una red de frecuencia única no solamente se puede reducir la potencia, sino que mediante una recepción multicanal utilizada de forma dirigida se puede mejorar también según un múltiplo la señal de recepción total y la calidad de recepción. Para la construcción de una red de longitud de onda única resulta favorable utilizar antenas emisoras de alta ganancia y con un gran ancho de banda. Debido a la alta ganancia, la potencia de emisión se concentra en el área a abastecer y debido a la amplia anchura de banda, la radiación es posible en diferentes frecuencias. Con el fin de conseguir una buena calidad de recepción en receptores móviles con una orientación aleatoria de la antena receptora en el lugar de recepción, se lleva a cabo además una alimentación con ondas en cada dirección de polarización transversal, lo cual se consigue mediante una polarización circular.

Según el estado de la técnica se conoce que se puede conseguir una ganancia alta de las antenas, por ejemplo formando un conjunto (array) de antenas mediante la combinación de varias antenas. Las soluciones conocidas para la realización de antenas de banda ancha son, por ejemplo, estructuras de antena Vivaldi. Las antenas Vivaldi son estructuras bidimensionales que están realizadas, por ejemplo, a partir de un material de circuito impreso de doble cara, en el que una delgada capa de metal aplicada sobre una base dieléctrica, o un correspondiente "microstrip" o microtira aplicado sobre un material dieléctrico presenta una ranura en el sentido de emisión, y en el que la ranura está ensanchada exponencialmente en dirección al final de radiación de la capa de metal. Una antena de este tipo emite ondas polarizadas linealmente, estando situada la dirección de polarización de la intensidad de campo eléctrico de la radioonda generada en el plano del circuito impreso y perpendicularmente con respecto a la dirección de radiación. Para la alimentación de las antenas Vivaldi conocidas se necesita un segundo plano de circuitos impresos en el que está conformada una línea de ranura.

Las antenas Vivaldi pueden ser fabricadas de forma económica mediante una técnica conocida de circuitos impresos. También se conocen conjuntos de estructuras de antenas Vivaldi cruzadas ortogonalmente que presentan estructuras de antenas para dos direcciones de polarización. Un conjunto de antenas de estructuras Vivaldi cruzadas se describe, por ejemplo, por el documento EP 0 349 069 A1. Una antena de este tipo se compone de elementos económicos. Sin embargo, el montaje y la conexión de una antena de este tipo resulta costoso, de manera que el coste total para una antena de este tipo es elevado.

Un conjunto similar también está descrito por el documento US 6839036.

Al controlar una antena de este tipo mediante una señal con desplazamiento de fase para las estructuras de antenas cruzadas también se pueden emitir o recibir ondas polarizadas circularmente. Un conjunto de antenas para la emisión de ondas polarizadas circularmente se conoce, por ejemplo, por el documento WO 89/08933.

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo de la presente invención es dar a conocer un sistema de antenas de banda ancha que puede emitir ondas polarizadas circularmente y que se pueda fabricar de forma tecnológicamente sencilla y con dimensiones compactas. Además, se dará a conocer un procedimiento adecuado para generar un campo eléctrico con una polarización variable en el tiempo basada en un sistema de antenas de este tipo.

El problema se resuelve mediante un sistema de antenas del tipo indicado anteriormente en el que los elementos de antena están conformados de chapa de metal. Mediante la conformación de los elementos de antena, que pueden entenderse como antenas individuales en un conjunto de antenas, a partir de chapa de metal se consigue una notable simplificación de la tecnología de fabricación comparado con la técnica de circuitos impresos conocida por el estado de la técnica. La chapa de metal consiste en el caso más sencillo sólo de una capa de metal que se puede recortar y preparar de forma muy sencilla, por ejemplo doblándola. De la buena capacidad... [Seguir leyendo]

1. Sistema de antenas de ajuste de fase (1) que presenta, como mínimo, un segmento de antena (2) de banda ancha, en el que el segmento de antena (2) presenta múltiples elementos de antena ranurados (3) que emiten ondas 5 polarizadas linealmente, y en el que, como mínimo, dos elementos de antena (3) están orientados en un ángulo recto entre sí y el segmento de antena (2) está conformado, por lo tanto, para la radiación de ondas en dos direcciones de polarización perpendiculares entre sí, y en el que los elementos de antena (3) están conformados en chapa de metal, presentando los elementos de antena (3) la estructura de una antena Vivaldi que presenta un espacio libre circular (8) en una superficie de metal y una ranura (7) que sale del espacio libre cuya anchura aumenta en la dirección de radiación, caracterizado porque las superficies interiores (30) de los elementos de antena (3) que se encuentran en oposición a los lados ranurados de dichos elementos de antena (3) están plegados transversalmente con respecto a la dirección de radiación.

2. Sistema de antenas de ajuste de fase, según la reivindicación 1, caracterizado porque en cada banda de chapa de metal están conformados, como mínimo, dos elementos de antena (3) conjuntamente, formando al menos una hilera (5) de elementos de antena; y porque al menos dos hileras (5) de elementos de antena están dispuestas de forma cruzada entre sí al menos una vez, formando un conjunto de elementos de antena, en el que las ranuras de montaje (10, 11) están formadas entre los elementos de antena (3) guiadas una dentro de la otra.

3. Sistema de antenas de ajuste de fase, según la reivindicación 2, caracterizado porque la banda de chapa de metal está acodada, formando al menos dos hileras (5) de elementos de antena.

4. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la superficie plegada de los elementos de antena (3) comprende también el espacio libre circular, y porque la ranura 25 de los elementos de antena (3) se extiende de la superficie no plegada a la superficie plegada.

5. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segmento de antena (2) está montado sobre una pared posterior (4) dieléctrica.

6. Sistema de antenas de ajuste de fase, según la reivindicación 5, caracterizado porque la pared posterior dieléctrica (4) presenta elementos de alimentación y de funcionamiento (20, 21, 22) del sistema de antenas de ajuste de fase (1) .

7. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el 35 sistema de antenas de ajuste de fase (1) presenta un radom (12) que está hecho de un material dieléctrico.

8. Sistema de antenas de ajuste de fase, según la reivindicación 7, caracterizado porque en o sobre el radom (12, 14) están dispuestos directores.

9. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de antena del sistema de antenas de ajuste de fase (1) están escalados en función del rango de longitud de onda destinado a los mismos.

10. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la 45 fase y/o la potencia puede ser ajustada y/o modificada para cada elemento de antena (3) por separado.

11. Sistema de antenas de ajuste de fase, según la reivindicación 10, caracterizado porque se prevé un circuito de control de HF (24) con un amplificador de potencia y un controlador de fase para cada elemento de antena (3) , en el que la posición del circuito de control de HF (24) se prevé en el punto de control (25) del elemento de antena (3) , y 50 en el que el elemento de antena (3) está dispuesto como disipador de calor para el circuito de control de HF.

12. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los elementos de antena (3) están recubiertos al menos parcialmente por un material dieléctrico.

55 13. Sistema de antenas de ajuste de fase, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de antenas de ajuste de fase (1) está formado por al menos dos segmentos de antena (2) que están dispuestos y controlados de tal manera que se cubre una zona predeterminada del ángulo sólido.

14. Procedimiento para generar un campo eléctrico con una polarización que varía en el tiempo, en el que se utiliza 60 un sistema de antenas de ajuste de fase (1) , según una de las reivindicaciones 1 a 13 como sistema de antenas de radio.