Antena con doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable.

Antena de doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable,

que comprende:

- por lo menos un conjunto de elementos radiantes (30) que comprenden:

• un grupo interno de elementos radiantes (100) que tienen por lo menos dos puertos de entrada (110, 111), y

• dos grupos externos de elementos radiantes (101, 102), - el grupo interno de elementos radiantes (100) está compuesto por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir dos señales nominalmente polarizadas de forma ortogonal,

- los grupos externos de elementos radiantes (101, 102) están compuestos por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir señales con una única polarización,

- comprendiendo la antena de doble polarización una única red de división de alimentación (200) que alimenta a los grupos interno (100) y externo (101, 102) de elementos radiantes, comprendiendo 20 dicha red única de división de alimentación (200) dos entradas (240, 241), una para cada una de las señales polarizadas de entrada, dos salidas (211, 212) conectadas a los dos puertos de entrada (110, 111) del grupo interno de elementos radiantes (100) respectivamente, dos salidas (221, 222), conectada cada una de ellas a uno de los grupos externos de elementos radiantes (101, 102),

caracterizada por que:

- la red de división de alimentación (200) es una red de acoplamiento (230) que comprende:

- dos líneas de transmisión (231, 232), estando cada una de las líneas de transmisión conectada entre uno de los puertos de entrada (110, 111) del grupo interno de elementos radiantes (100) y uno de los puertos de entrada (240, 241) de la red de acoplamiento (230), respectivamente,

- una línea de acoplamiento (233) que tiene una parte (233a) acoplada inductivamente a una parte (231a, 232a) de cada una de las líneas de transmisión (231, 232) de la red de acoplamiento (230), comprendiendo dicha línea de acoplamiento (233) en un lado, un primer extremo no conectado (234) y, en el otro lado, un segundo extremo conectado a dos líneas de salida (112, 113), formando de este modo una unión en T (235), estando cada línea de salida (112, 113) conectada a uno de los grupos de elementos radiantes externos (101, 102), respectivamente, y un único desfasador variable (15) dentro de la línea de acoplamiento (233) y conectado a un extremo de entrada (236) de la parte acoplada inductivamente (233a) de la línea de acoplamiento (233) y la unión en T (235).

Antena con doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable.

La presente invención se refiere a una antena con doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable.

Las estaciones base están equipadas típicamente con varias antenas de transmisión-recepción que cubren sectores de terreno que rodean la estación base. Una consideración importante en la determinación de la capacidad necesaria de una estación base es el número y la anchura angular de estos sectores. Es habitual que cada estación base esté equipada con múltiples antenas conectadas a transmisores y receptores de radiocomunicaciones, presentando cada antena un ancho de haz a potencia mitad (3 dB) en acimut, de entre 65 grados y 90 grados.

Muchos operadores de sistemas de radiocomunicaciones móviles proporcionan servicios que usan múltiples normativas de interfaz y bandas de frecuencia, por ejemplo utilizando el protocolo GSM en las bandas de frecuencia de 1.710 a 1.880 MHz y el protocolo W-CDMA en la banda de 1.900 a 2.170 MHz. Para reducir los costes y el tamaño físico de los sistemas de antenas que se requieren en cada estación base, es habitual que a estos sistemas de radiocomunicaciones diferentes les presten servicio antenas comunes. Es necesario que estas antenas proporcionen parámetros de funcionamiento esencialmente constantes por toda la banda de frecuencias de 1.710 a

2.170 MHz, un ancho de banda fraccional del 26%.

La capacidad de una estación base puede ser inferior al máximo teórico si se usan sectores de cobertura dispuestos regularmente en ubicaciones en las que la distribución de los usuarios es no uniforme, o en un terreno no uniforme.

En un sistema que haga uso de un protocolo de acceso múltiple por división de código (CDMA) , tal como el CDMA2000 o el W-CDMA, los usuarios cuya ubicación se sitúa en el área de solapamiento entre sectores adyacentes se comunican a través del equipo de radiocomunicaciones de todos los sectores dentro de cuya cobertura están situados. Aunque esta disposición proporciona un servicio altamente fiable, da como resultado también que un solo usuario consuma recursos de radiocomunicaciones en más de un sector, los cuales pueden remitir a las mismas estaciones base o a diferentes.

En estas circunstancias, resulta ventajoso poder ajustar de manera remota la anchura angular de los sectores de cobertura, parámetro que queda determinado principalmente por el ancho de haz en acimut de las antenas que prestan servicio a los sectores apropiados.

Normalmente, las estaciones base de radiocomunicaciones móviles están equipadas con antenas que prevén la transmisión y la recepción de dos señales de radiocomunicaciones independientes, estando polarizada linealmente cada señal y presentando planos de polarización inclinados nominalmente ± 45 grados con respecto al plano vertical. Dichas señales se polarizan mutuamente en ángulo recto y su uso facilita la obtención de diversidad de polarización ("Polarization diversity antennas for compact base stations", Microwave Journal, enero de 2000, volumen 43, n.º 1, págs. 76 a 88) .

La transmisión o recepción de señales con la polarización descrita requiere el uso de elementos radiantes de antena capaces de transmitir y recibir señales con estas polarizaciones.

Típicamente, se prevé que una matriz de antena tal como la descrita en el artículo citado comprenda una alineación de elementos radiantes idénticos.

Las figuras 1 y 2 de la presente solicitud son representativas de antenas.

La figura 1 muestra la configuración de una antena de estación base, en la cual una única columna vertical que comprende entre 4 y 16 elementos radiantes 1 en el plano vertical está montada en frente de una superficie conductora 2 la cual actúa como reflector, creando un haz unidireccional en la dirección de la flecha 3 típicamente en el plano horizontal o cerca de este último.

La figura 2 muestra una configuración de una antena de estación base que comprende múltiples columnas verticales de elementos radiantes.

Cada uno de los elementos radiantes 1 comprende un dipolo cruzado, un parche u otra configuración seleccionada para proporcionar las características requeridas de ancho de haz en acimut, adaptación de impedancias y polarización.

Es bien sabido que el ancho de haz en acimut de elementos radiantes simples que incluyen parches y dipolos cruzados se puede modificar mediante el uso de una pantalla reflectante con la forma adecuada por detrás de los elementos, mediante la conformación de los bordes de la pantalla, mediante la provisión de ranuras en los bordes de

la pantalla, o mediante el uso de ranuras en elementos parásitos pasivos adicionales colocados adecuadamente. Dichos elementos parásitos radian gracias a corrientes inducidas en ellos por los campos creados por los elementos cercanos de la antena excitados activamente.

El alcance del control del patrón de radiación mediante el uso de elementos parásitos queda limitado por el ancho de banda de frecuencia sobre el cual se requiere que funcione la antena. A medida que la frecuencia hace cambiar la amplitud y las fases de las corrientes en los elementos parásitos, cambia consecuentemente el patrón de radiación del elemento controlado en combinación con sus elementos parásitos asociados.

Se ha observado que la provisión de un ancho de haz acimutal estable a potencia mitad (3 dB) con una amplitud mayor de aproximadamente 70 grados (por ejemplo, 90 grados) no se puede obtener fácilmente sin el uso de configuraciones más complejas y caras de elementos radiantes.

Se puede obtener un ancho de haz acimutal amplio, estable y ajustable, mediante el uso de una pluralidad de elementos radiantes, en los cuales las amplitudes relativas de las señales aportadas a cada elemento se fijan a un valor adecuado, y se hacen variar las fases relativas de las señales. La fase de cada elemento radiante se puede ajustar de manera independiente.

Con la forma descrita previamente, una antena adecuada para su uso en una estación base de radiocomunicaciones móviles comprendería una matriz de n elementos radiantes de anchura en el plano horizontal (donde n tiene un valor típico de 3) y m elementos radiantes en el plano vertical, donde m tiene un valor seleccionado de acuerdo con la ganancia total requerida de la antena, típicamente entre 4 y 16 elementos radiantes, según se muestra en la figura 2.

Cada grupo de n elementos radiantes 1 dispuestos en el plano horizontal es típicamente idéntico en cuanto a configuración. En el caso de antenas diseñadas para radiar y recibir señales con doble polarización, cada elemento radiante 1 está diseñado típicamente para soportar corrientes radiantes que tienen cada una de las polarizaciones radiadas. En una matriz del tipo mencionado, es necesaria una red alimentadora completa con n x m ramas para cada una de las dos polarizaciones radiadas.

Esta configuración proporciona una matriz de antenas compleja de elementos radiantes con doble polarización idénticos, junto con redes de división de alimentación y desfasadores independientes asociados a cada polarización.

El objetivo de la presente invención es permitir la obtención de una antena con doble polarización que tenga un valor seleccionado de ancho de haz acimutal, usando una disposición más sencilla y menos costosa de elementos radiantes y redes alimentadoras.

Con este fin, la invención se refiere a una antena de doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable según se expone en la reivindicación 1.

De forma más precisa, la antena de la invención con doble polarización comprende:

- por lo menos un conjunto de elementos radiantes que comprenden:

un grupo interno de elementos radiantes que tienen por lo menos dos puertos de entrada,

dos grupos externos de elementos radiantes, y

- por lo menos una red de división de alimentación conectada a cada grupo de elementos radiantes.

De acuerdo con la invención:

- el grupo interno de elementos radiantes está compuesto por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir dos señales nominalmente polarizadas de forma ortogonal, -los grupos externos de elementos radiantes están compuestos por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir señales con una única polarización.

De acuerdo con varias formas de realización, la presente invención hace referencia también a las siguientes características, consideradas individualmente o... [Seguir leyendo]

1. Antena de doble polarización para una estación base de sistemas de radiocomunicaciones móviles con ancho de haz acimutal ajustable, que comprende:

- por lo menos un conjunto de elementos radiantes (30) que comprenden:

un grupo interno de elementos radiantes (100) que tienen por lo menos dos puertos de entrada (110, 111) , y

dos grupos externos de elementos radiantes (101, 102) ,

- el grupo interno de elementos radiantes (100) está compuesto por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir dos señales nominalmente polarizadas de forma ortogonal.

15. los grupos externos de elementos radiantes (101, 102) están compuestos por unos elementos radiantes capaces de radiar y/o recibir señales con una única polarización, -comprendiendo la antena de doble polarización una única red de división de alimentación (200) que alimenta a los grupos interno (100) y externo (101, 102) de elementos radiantes, comprendiendo dicha red única de división de alimentación (200) dos entradas (240, 241) , una para cada una de las señales polarizadas de entrada, dos salidas (211, 212) conectadas a los dos puertos de entrada (110, 111) del grupo interno de elementos radiantes (100) respectivamente, dos salidas (221, 222) , conectada cada una de ellas a uno de los grupos externos de elementos radiantes (101, 102) , caracterizada por que:

- la red de división de alimentación (200) es una red de acoplamiento (230) que comprende:

- dos líneas de transmisión (231, 232) , estando cada una de las líneas de transmisión conectada entre uno de los puertos de entrada (110, 111) del grupo interno de elementos radiantes (100) y uno de los puertos de entrada (240, 241) de la red de acoplamiento (230) , respectivamente, - una línea de acoplamiento (233) que tiene una parte (233a) acoplada inductivamente a una parte (231a, 232a) de cada una de las líneas de transmisión (231, 232) de la red de acoplamiento (230) , comprendiendo dicha línea de acoplamiento (233) en un lado, un primer extremo no conectado (234) y, en el otro lado, un segundo extremo conectado a dos líneas de salida (112, 113) , formando de este modo una unión en T (235) , estando cada línea de salida (112, 113) conectada a uno de los grupos de elementos radiantes externos (101, 102) , respectivamente, y un único desfasador variable (15) dentro de la línea de acoplamiento (233) y conectado a un extremo de entrada (236) de la parte acoplada inductivamente (233a) de la línea de acoplamiento (233) y la unión en T (235) .

2. Antena de doble polarización según la reivindicación 1, caracterizada por que el grupo interno de elementos radiantes (100) comprende un único elemento radiante de doble polarización. 45

3. Antena de doble polarización según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que los elementos radiantes de doble polarización son elementos radiantes de dipolo cruzado.

4. Antena de doble polarización según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que los elementos radiantes de doble polarización son elementos radiantes de parche.

5. Antena de doble polarización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que los grupos externos de elementos radiantes (101, 102) comprenden, cada uno de ellos, un único elemento radiante.

6. Antena de doble polarización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que comprende asimismo dos desfasadores variables (15) , estando cada desfasador variable (15) conectado a uno de los dos puertos de entrada (110, 111) del grupo interno de elementos radiantes (100) y a una de las dos salidas (211, 212) de la red de división de alimentación (200) .

7. Antena de doble polarización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que comprende m conjuntos de elementos radiantes (30) alineados en el plano vertical, formando una matriz de antena.

8. Antena de doble polarización según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que cada

desfasador variable (15) comprende un dispositivo de control, estando el dispositivo de control de cada uno de los 65 desfasadores variables (15) conectado a un bus enlazado con una unidad central, con lo cual las señales 9

correspondientes a un ancho de haz acimutal seleccionado se transmiten a cada desfasador variable (15) desde la unidad central.

9. Antena de doble polarización según la reivindicación 8, caracterizada por que la unidad central está enlazada a unos medios de comunicación de datos de manera que el ancho de haz se pueda controlar de forma remota.