BR102012010380A2

BR102012010380A2 - Antena de múltiplas bandas

Info

Publication number: BR102012010380A2
Application number: BRBR102012010380-0A
Authority: BR
Inventors: Igor E Timofeev
Original assignee: Andrew Llc
Priority date: 2011-05-03
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2015-08-11
Also published as: EP2521222B1; US8674895B2; CN102769174A; CN102769174B; EP2521222A1; US20120280878A1

Abstract

Antena de múltiplas bandas. A invenção refere-se a uma antena de múltiplas bandas que tem um plano de terra longitudinal e diversas redes lineares de elementos de radiação montados sobre o plano de terra. Um primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação pode estar disposto no sentido de comprimento ao longo de um centro do plano de terra. Os primeiros elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma primeira banda de frequência, tal como uma faixa de frequência de aproximadamente 790-960 mhz. Um segunda conjunto de segundos elementos de radiação pode também estar disposto no sentido de comprimento ao longo do centro do plano de terra. Os segundos elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma segunda banda de frequência, tal como uma faixa de frequência de aproximadamente 1710-2170 mhz. Um terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação está disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um primeiro lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação. Os terceiros elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma terceira banda de frequência, tal como aproximadamente 2,5-2,7 ghz e/ou 3,4-3,8 ghz. O quarto conjunto de quartos elementos de radiação está disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um segundo lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação. Os quartos elementos de radiação estão dimensionados para operar na mesma banda de frequência que os terceiros elementos de radiação.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANTENA DE MÚLTIPLAS BANDAS".

As antenas de banda dupla para as comunicações de voz e dados sem fio são conhecidas. Por exemplo, as bandas de frequência comum para os serviços de GSM incluem GSM900 e GSM1800. A GSM900 opera a 880-960 MHz. Daqui em diante, este conjunto de frequências será referido como a "Banda 1". A GSM 1800 opera na faixa de frequência de 1710-1880 MHz. Daqui em diante, este conjunto de frequências será referido como a "Banda 2".

As antenas para comunicações nestas bandas de frequência tipicamente incluem uma rede de elementos de radiação conectados por uma rede de alimentação. Para uma eficiente transmissão e recepção de sinais de Frequência de Rádio (RF), as dimensões de elementos de radiação são tipicamente casadas com o comprimento de onda da banda de operação pretendida. Como o comprimento de onda da banda de 900 MHz é mais longo do que o comprimento de onda da banda de 1800 MHz, os elementos de radiação para uma banda tipicamente não são utilizados para a outra banda. Neste aspecto, as antenas de banda foram desenvolvidas as quais incluem diferentes elementos de radiação para as duas bandas. Ver, por exemplo, Patente Ü.S. Número 6.295.028, Patente U.S. Número 6.333.720, Patente U.S. Número 7.283.101 e Patente U.S. Número 7.405.710 as descrições das quais estão incorporadas por referência.

Nestas antenas de banda dupla conhecidas, os elementos de radiação da Banda 2 podem ser interdispersos com os elementos de radiação da Banda 1, ou embutidos dentro dos elementos de radiação da banda de 900 MHz, ou uma combinação de embutimento e interdispersão. Ver, por exemplo, a Patente U.S. Número 7.283.101, Figura 12; Patente U.S. Número 7.405.710, Figura 1, Figura 7. Nestas antenas de banda dupla conhecidas, os elementos de radiação estão tipicamente alinhados ao longo de um único eixo geométrico. Isto é feito para minimizar qualquer aumento na largura da antena quando indo de uma antena de banda única para uma de banda dupla.

Um aumento em largura de antena pode ter diversas desvantagens indesejáveis, por exemplo, uma antena mais larga pode não caber em uma localização existente, ou se esta puder fisicamente ser montada em uma torre existente, a torre pode não ter sido projetada para acomodar a carga de vento extra de uma antena mais larga. A substituição de uma estrutura de torre é uma despesa que as operadoras de rede de comunicações de celular preferiríam evitar quando aprimorando de uma antena de banda única para uma antena de banda dupla. Também, as regulamentações de zoneamento podem impedir a utilização de antenas maiores em algumas áreas.

As antenas de banda dupla conhecidas, apesar de úteis, não são suficientes para acomodar as futuras demandas de tráfego. O tráfego de dados sem fio está crescendo dramaticamente em vários mercados globais. Existe um número crescente de assinantes de serviços de dados e um tráfego aumentado por assinante. Isto é devido, pelo menos em parte, à crescente popularidade de "smartphones", tal como o iPhone, dispositivos baseados em Android, e modems sem fio. A demanda crescente de dados sem fio está excedendo a capacidade das redes de comunicações sem fio de duas bandas tradicionais.

Para resolver esta demanda crescente, as operadoras de rede sem fio estão adicionando novas bandas de frequências sem fio. Por exemplo, a banda de UMTS opera a 1920-2170 MHz. Este conjunto de frequências é suficientemente próximo da banda de GSM1800 que a UMTS pode ser considerada parte da Banda 2. Também, o espectro de Dividendo Digital inclui 790-862 MHz e será considerada daqui em diante como parte da Banda 1. No entanto, bandas adicionais estão sendo acrescentadas. Por exemplo, a LTE2.6 opera a 2,5-2,7 GHz (daqui em diante "Banda 3") e WiMax o-pera a 3,4-3,8 GHz (daqui em diante "Banda 4"). Para fazer uso das Bandas 3 e 4, as operadoras de comunicações sem fio tipicamente substituem as antenas de estações de base existentes por novas antenas de múltiplas bandas.

No entanto, simplesmente acrescentando elementos de radiação de polaridade cruzada adicionais para a Banda 3 e a Banda 4 a uma antena de banda dupla convencional apresenta certas dificuldades. Existe uma área limitada para a inclusão de elementos de radiação adicionais, porque o espaço entre os elementos de radiação de uma banda já está ocupado por e-lementos de radiação de outra banda. Também, os elementos de Banda 3 e Banda 4 podem introduzir uma interferência e uma distorção indesejáveis na operação dos elementos de Banda 1 e Banda 2.

SUMÁRIO

Um objeto da presente invenção é prover uma antena de múltiplas bandas que inclui uma capacidade de Banda 3 e/ou Banda 4, e tem um tamanho comparável com uma antena de banda dupla convencional, de modo que esta possa ser instalada em torres de antena existentes e/ou outros suportes. A antena de múltiplas bandas deve ser capaz de operar em a ou quatro banda, as quais podem estar bem afastadas umas das outras. Outro objeto da invenção é prover uma recepção de diversidade para a Banda 3 e/ou Banda 4.

Uma antena de múltiplas bandas está aqui provida. Em um e-xemplo da invenção, a antena de múltiplas bandas tem um plano de terra longitudinal e diversos conjuntos de elementos de radiação montados sobre o plano de terra, os quais podem estar dispostos em redes lineares. Um primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação pode estar disposto no sentido de comprimento ao longo de um centro do plano de terra. Os primeiros elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma primeira banda de frequência, tal como a Banda 1. Como acima notado, a-pesar dos elementos de radiação de Banda 1 estarem tipicamente dimensionados para operar em aproximadamente uma faixa de frequência de 880-960 MHz, o espectro de Dividendo Digital, o qual está em 790-862 MHz, é considerado para os propósitos desta invenção fazer parte desta banda.

Um segundo conjunto de segundos elementos de radiação pode também estar disposto no sentido de comprimento ao longo do centro do plano de terra. Os segundos elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma segunda banda de frequência, tal como a Banda 2. Como acima notado, apesar dos elementos de radiação de Banda 2 estarem tipicamente dimensionados para operar em aproximadamente uma faixa de frequência de 1710-1880 MHz, a banda de UMTS, a qual opera em 1920-2170 MHz, é considerada para os propósitos desta invenção fazer parte desta banda.

Uma terceira banda de frequências está acomodada por um terceiro e um quarto conjuntos de elementos de radiação. Ao invés de estarem dispostos ao longo de uma linha central do plano de terra, o terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação está disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um primeiro lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação. Os terceiros elementos de radiação podem estar dimensionados para operar em uma terceira banda de frequência, tal com como a Banda 3 ou a Banda 4. O quarto conjunto de quartos elementos de radiação está disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um segundo lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação. Os quartos elementos de radiação estão também dimensionados para operar na terceira banda de frequência. Isto é, o terceiro e o quarto conjuntos operam na mesma banda ou bandas uns dos outros. Em um e-xemplo, o terceiro e o quarto elementos de radiação estão dimensionados para operar em uma banda de frequência de aproximadamente 2,5-2,7 GHz. Em outro exemplo, o terceiro e o quarto elementos de radiação estão dimensionados para operar em uma banda de frequência de aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

Em um exemplo, o terceiro e o quarto elementos de radiação são elementos dipolo direcionados. Os elementos dipolo direcionados podem ser de uma configuração de estilo Yagi convencional, ou uma configuração torcida para prover uma polarização circular. Os dipolos direcionados podem ser fabricados sobre uma placa de circuito impresso ou fabricados de chapa metálica, tal como o plano de terra. Nestes exemplos, um conjunto inteiro de elementos de radiação pode ser fabricado como uma única unidade.

Em outro exemplo, ao invés de elementos dipolo direcionados, o terceiro e o quarto elementos de radiação compreendem elementos dipolo polarizados de +/- 45 graus. Neste exemplo, o plano de terra longitudinal pode ainda compreender um poço central e um primeiro e um segundo poços externos. O primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação e o segundo conjunto de segundos elementos de radiação estão dispostos dentro do poço central. O terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação está disposto dentro do primeiro poço externo, e o quarto conjunto de quartos elementos de radiação está disposto dentro do segundo poço externo. Os poços permitem a utilização de uma polarização de +/- 45 graus sobre o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação sem causar uma interferência indevida com o primeiro e o segundo conjuntos de elementos de radiação. Os poços externos podem ser inclinados para dentro para ajustar o desempenho.

Em outro exemplo, uma antena de quatro bandas está provida. Neste exemplo, a antena de múltiplas bandas ainda inclui um quinto conjunto de quintos elementos de radiação interdispersos com os terceiros elementos de radiação, os quintos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma quarta banda de frequência, e um sexto conjunto de sextos elementos de radiação interdispersos com os quartos elementos de radiação, os sextos elementos de radiação sendo dimensionados para operar na quarta banda de frequência. Neste exemplo, a primeira banda de frequência compreende aproximadamente 790-960 MHz, a segunda banda de frequência compreende aproximadamente 1710-2170 MHz, a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz, e a quarta banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1 é uma vista em perspectiva de uma antena de múltiplas bandas de acordo com um primeiro exemplo da invenção.

Figura 2a é uma rede de elementos de radiação a qual pode ser utilizada para a Banda 3 ou Banda 4 para os elementos de radiação de a-cordo com um exemplo da presente invenção.

Figura 2b é um dípolo direcionado o qual pode ser utilizado em uma rede de elementos de radiação de acordo com um aspecto da presente invenção.

Figura 3 é uma ilustração de um elemento dipolo direcionado circularmente polarizado de acordo com um exemplo alternativo da invenção.

Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma antena de múltiplas bandas com polarização circular na Banda 3 (4).

Figura 5 é um exemplo de uma rede de antenas de Banda 3 e Banda 4, a qual pode ser utilizada em uma antena de quatro banda de acordo com outro exemplo da presente invenção.

Figura 6 é uma vista plana e de extremidade de uma antena de múltiplas bandas e acordo com outro exemplo da invenção.

Figura 7 é uma vista plana e de extremidade de uma antena de múltiplas bandas e acordo com outro exemplo da invenção.

Figura 8 é uma vista plana e de extremidade de uma antena de múltiplas bandas e acordo com outro exemplo da invenção.

Figura 9 é uma vista plana e de extremidade de uma antena de múltiplas bandas onde todos os elementos são polarizados duplos.

Figura 10 é uma rede de antenas de Banda 3 (ou Banda 4) fabricada sobre uma placa de circuito impresso.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Uma antena de múltiplas bandas, de acordo com um exemplo, inclui um plano de terra e uma pluralidade de elementos de radiação. O plano de terra pode ser uma única estampagem de chapa metálica.

Referindo à Figura 1, um primeiro exemplo, uma antena de múltiplas banda 10 tem quatro conjuntos de elementos de radiação montados sobre um plano de terra 12. Um primeiro conjunto de elementos de radiação 14 compreende uma primeira rede linear de elementos de anel anulares de microtira 14a disposta sobre um eixo geométrico longitudinal, aproximadamente no centro do plano de terra 12. Os elementos de anel anulares de microtira 14a está dimensionados para transmitir e/ou receber eficientemente os sinais de RF na Banda 1. Neste exemplo, o primeiro conjunto de elementos de radiação compreende elementos de banda baixa. O segundo conjunto de elementos de radiação 16 compreende uma segunda rede linear de elementos dipolo cruzados 16a, 16b. Os elementos dipolo cruzados 16a, 16b estão também dispostos no centro do plano de terra 12 sobre o eixo geométrico longitudinal aproximadamente no centro do plano de terra 12. Os elementos dipolo cruzados estão dimensionados para transmissão e/ou recepção de sinais de RF, na Banda 2. Os elementos dipolo cruzados 16a podem estar interdispersos com os elementos de anel anulares. Além disso, ou alternativamente, os elementos dipolo cruzados 16b podem estar embutidos dentro dos elementos de anel anulares de microtira. Os elementos dipolo cruzados podem estar orientados de modo que os elementos dipolo estejam a aproximadamente +45 graus com a vertical e -45 graus com a vertical para prover uma recepção de diversidade de polarização. Os elementos de anel anulares têm duas polarizações de ± 45 graus, e podem ser utilizados para prover uma diversidade de polarização, também.

Em outro exemplo, elementos dipolo de caixa podem ser substituídos para os elementos dipolo cruzados 16a, 16b. Em outro exemplo, os elementos dipolo de caixa podem ser substituídos para os elementos de anel anulares de microtira 14a. Em outro exemplo, elementos de ligação polarizados duplos podem ser utilizados para a Banda 1 e a Banda 2 {como na Patente U.S. Número 6.295.028).

Um terceiro conjunto de elementos de radiação 20 pode compreender uma rede de elementos de radiação 20a. Em um exemplo, os terceiros elementos de radiação 20a compreendem elementos dipolo direcionados. Estes são comumente conhecidos como elementos de radiação do estilo Yagi-Uda. O terceiro conjunto de elementos de radiação 20 está localizado próximo da borda externa do plano de terra 12. Referindo às Figuras 1, 2a e 2b, neste exemplo, o terceiro conjunto de elementos de radiação 20 e o quarto conjunto de elementos de radiação 26 podem ser fabricados de chapa metálica. A rede de alimentação pode compreender condutores de tira de ar sobre um ou ambos os lados do plano de terra 32. Ver, por exemplo, a Figura 5. Um desíocador de fase (PCB ou tira de ar) pode também estar montado sobre o plano de terra 12 e acoplado nas linhas de alimentação de tira de ar como mostrado esquematicamente na Figura 5, Uma vantagem deste exemplo é que nenhum suporte adicional é necessário para os dire-cionadores e o custo do terceiro e quarto conjuntos de elementos de radiação é significativamente reduzido. Os terceiros elementos de radiação 20a estão dimensionados para transmissão e recepção de sinais de RF na Banda 3 ou Banda 4.

Referindo à Figura 2b, uma vista ampliada de um elemento de radiação de acordo com um aspecto da presente invenção está provida. Neste exemplo, o terceiro elemento de radiação 20a compreende um dipolo direcionado, que inclui um suporte de dipolo 30 que estende de um plano de terra 32, e um suporte de direcionador 31 que estende adicional mente do suporte de dipolo 30. O suporte de direcionador 31 e o suporte de dipolo 30 ainda incluem uma fenda de balun de 0,5 comprimento de onda 34. O dipolo 36 está suportado pelo suporte de dipolo 30. O dipolo 36 é perpendicular à fenda de balun 34. Além disso, direcionadores 38a, 38b, 38c estão suportados acima do dipolo 36 pelo suporte de direcionador 31. Uma extremidade da fenda de balun 34 está próxima do início do direcionador 38a, e a outra extremidade está próxima do início de plano de terra 32. A provisão da fenda de balun 34 torna o suporte de direcionador 31 entre o dipolo 36 e o primeiro direcionador 38a invisível com relação aos sinais de RF. A linha de tira de ar 40 está provida para excitar o elemento de radiação 20a. A linha de tira de ar 40 atravessa a fenda de balun 34 próximo do centro da fenda de balun 34. A linha de tira de ar 40 pode ser suportada fora do plano de terra 32 e do suporte de dipolo 30 por suportes plásticos para prover um dielétrico de ar. O plano de terra 32, o suporte de dipoJo 30, o suporte de direcionador 31, o dipolo 36, e os direcionadores 38a, 38b, 38c podem ser fabricados de uma única peça de chapa metálica. Em um exemplo, o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação podem ser formados integralmente com o plano de terra 12. Apesar de outras técnicas de fabricação poderem ser utilizadas para construir os dipolos direcionados do elemento de radiação 20a, o exemplo de metal estampado tem certos aspectos vantajosos. Todos os componentes (dipolo, direcionadores, supor- tes, plano de terra) de muitos elementos dipolo direcionados podem ser fabricados como uma peça única. Isto economiza custo e tempo de montagem.

Um quarto conjunto de elementos de radiação 26 (ver Figura 1) pode compreender uma rede de elementos dipolo direcionados dispostos ao longo de uma borda do plano de terra 12 opostos ao terceiro conjunto de elementos de radiação 20. De preferência, o quarto conjunto de elementos de radiação 26 é fabricado para ser o mesmo que o terceiro conjunto de e-lementos de radiação 20. Neste exemplo, os quartos elementos de radiação 26a são elementos dipolo direcionados os quais estão dimensionados para serem os mesmos que o terceiro conjunto de elementos de radiação, e a rede de alimentação é equivalente. Por exemplo, se os elementos de radiação 20a do terceiro conjunto de elementos de radiação 20 forem dimensionados para transmissão e/ou recepção de sinais de RF na Banda 3, assim também são os quartos elementos de radiação 26a do quarto conjunto de elementos de radiação 26.

Em um exemplo alternativo (Figura 10), o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação são fabricados sobre uma Placa de Circuito Impresso (PCB). Uma rede de alimentação pode ser fabricada sobre a PCB. A rede de alimentação pode incluir vários elementos, tais como deslo-cadores de fase, para ajustar os atributos de radiação de antena, tal como a inclinação de feixe. A rede de alimentação pode também incluir um dipiexa-dor (por exemplo, entre a Banda 1 e Banda 3 ou 4). A distância entre o terceiro conjunto de elementos de radiação 20 e o quarto conjunto de elementos de radiação 26 pode ser na faixa de 1,5 a 4 comprimentos de onda dos sinais de Banda 3 ou Banda 4 para permitir uma diversidade de espaço com um coeficiente de correlação < 0,5 e um ganho de diversidade > 8 dB. Ver, por exemplo, Compact Antenna Arrays for MIMO Application, IEEE AP-S 2001, v.3, pp. 708-11. Ver também, "Encyclo-pedia for RF Microwave Engineering, editor Chang, Ky, 2005 (John Wiley & Sons, p.332). Uma antena de banda dupla de estação de base típica tem uma largura de aproximadamente 300 mm. Consequentemente, de prefe- rêncía, os terceiros e quartos elementos de radiação estão localizados próximo das bordas externas do plano de terra 12, para conseguir uma separação de aproximadamente 2,2 comprimentos de onda da Banda 3.

Com as redes dipolo direcionadas de estilo Vagí separadas por 2-4 comprimentos de onda, 35-40 dB de isolamento interporias é obtenível, o que é bem acima da especificação da indústria (< 25-30 dB) e um aperfeiçoamento de 10-15 dB sobre os dipolos comuns. A utilização de esquemas de diversidade de espaço compacto tem sido anteriormente limitada por dipolos comuns conhecidos. A utilização de elementos de estilo Yagi e polarização vertical (ao invés de polarização de inclinação de 45 graus, como é conhecido) permite conseguir um aperfeiçoamento de razão F/B de 5 dB a 10 dB. A disposição de dipolo direcionado do exemplo dado acima foi descoberta operar satisfatoriamente sem causar níveis indesejáveis de interferência com o primeiro e o segundo conjuntos de elementos de radiação (por exemplo, Banda 1 e Banda 2). Graças ao pequeno tamanho elétrico do dipolo direcionado para a Banda 1,2. No entanto, em outro exemplo, defleto-res podem ser incluídos entre os elementos de Banda 1 e Banda 3 e os elementos de Banda 3 e/ou Banda 4. Os deffetores podem aperfeiçoar o F/B e a simetria do padrão radiado.

Ajustando o número de direcionadores, a largura de feixe de a-zímute pode ser ajustada, casando com a largura de banda de Banda 1, Banda 2. Por exemplo, um feixe de 65 graus requer 3-5 direcionadores.

Em outro aspecto deste exemplo, altos elementos de estilo Yagi diretivos (com um padrão de elemento de ~60 graus em azimute e ~45 graus em elevação, o que pode ser conseguido com 5-6 direcionadores) elementos são utilizados. Os altos elementos diretivos permitem um aumento em espaçamento entre os elementos (até 1,2 comprimentos de onda) e reduz o número de elementos requeridos em 30% comparado com os elementos de radiação dipolo comuns. Isto provê uma economia de custo adicional.

Referindo às Figuras 3 e 4, em outro exemplo, o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação podem compreender elementos direcionados de estilo Yagi com polarização circular. Os elementos 14, 16 na Figura 4 que são os mesmos que os elementos na Figura 1 recebem os mesmos caracteres de referência, e a discussão destes elementos não é aqui repetida. Referindo à Figura 3, um elemento de radiação 44a está ilustrado. O elemento de radiação 44a compreende um dipolo direcionado, que inclui um suporte de dipolo 50 que estende de um plano de terra 52, e um suporte de direcionador 51 que estende adicionalmente do suporte de dipolo 50. O suporte de direcionador 51 e o suporte de dipolo 50 ainda incluem uma fenda de balun de 0,5 comprimento de onda 54. O dipolo 56 está suportado pelo suporte de dipolo 50. O dipolo 56 é perpendicular à fenda de balun 54. Além disso, direcionadores 58a, 58b, 58c, 58d, 58e estão suportados acima do dipolo 56 pelo suporte de direcionador 51.

Neste exemplo, os direcionadores 58a, 58b, 58c, 58d, 58e não estão localizados no mesmo plano que o dipolo 56 (como é em antenas Yagi conhecidas) dos elementos de radiação 44a, mas são gradualmente girados de uma posição vertical para uma posição horizontal. Alem disso, os direcionadores 58a-58e podem ser girados para conseguir polarizações ortogonais para o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação 44, 46. Por exemplo, os terceiros elementos de radiação 44a podem ter os direcionadores 58a-58e girados para a direita (sentido horário), enquanto que os quartos elementos de radiação 46a podem ter os direcionadores girados para a esquerda (sentido anti-horário). Para 2,5-2,7 GHz (7% de largura de banda), uma Polarização Circular Esquerda e uma Polarização Circular Direita são obteníveis com uma razão axial < 2dB, como os testes mostraram. Eletricamente, estes elementos são relativamente pequenos comparados com os elementos de Banda 1 e Banda 2, e não os afetam. Os elementos circular-mente polarizados podem ser construídos como elementos fabricados de uma estampagem metálica ou de acordo com qualquer outro exemplo aqui descrito, por exemplo, como PC Bs ou como uma estampagem única integral com o plano de terra 12. A combinação de diversidade de espaço e diversidade de polarização leva a uma correlação muito baixa e um bom ganho de diversidade. Também, a polarização circular é conhecida para boa penetra- ção em prédios e menos descasamento com os aparelhos portáteis.

Em um exemplo, cada direcionador está girado a um ângulo Θ com relação ao direcionador imediatamente precedente. O direcionador 58a, adjacente ao dipolo 56, é girado a um ângulo Θ com relação ao dipolo 56. O ângulo Θ pode ser constante ou variável. O ângulo Θ pode estar na faixa de aproximadamente 5 graus a 25 graus. Um exemplo vantajoso, como ilustrado na Figura 3, ilustra que um elemento dipolo direcionado circularmente polarizado pode ser fabricado de uma única estampagem de chapa metálica. Isto está em contraste com os esquemas de polarização circular convencionais, o que envolve um acoplador de quadratura e dois conjuntos de dipolos ortogonais.

Referindo à Figura 5, um conjunto pode incluir tanto os elementos de radiação de Banda 3 60 quanto os elementos de radiação de Banda 4 62. Neste exemplo, a inclusão dos elementos de radiação tanto de Banda 3 quanto de banda 4 60, 62 significa que um quinto conjunto de elementos de radiação e um sexto conjunto de elementos de radiação estão providos. O terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação compreendem elementos dipolo direcionados e são dimensionados para uma eficiente transmissão e recepção de sinais de RF de Banda 3. Os elementos de radiação que compreendem o quinto e o sexto conjuntos de elementos de radiação são também elementos dipolo direcionados, e estão dimensionados para uma eficiente transmissão e recepção de sinais de RF em Banda 4. O quinto conjunto de elementos de radiação pode estar interdisperso com o terceiro conjunto de elementos de radiação, e o sexto conjunto de elementos de radiação pode estar interdisperso com o quarto conjunto de elementos de radiação. O espaçamento para cada elemento de radiação em cada banda pode ser de aproximadamente 100 mm (1,2 comprimentos de onda para a Banda 4 e 0,9 comprimentos de onda para a Banda 3), permitindo que os elementos de Banda 4 sejam colocados entre os elementos de Banda 3. Graças ao padrão de elemento estreito do dipolo direcionado no plano de elevação, os lobos de grade são < -10dB na Banda 3, 4 com inclinações de feixe de até 10°. Deste modo, uma antena de baixo custo é realizada com 8 conectores / portas, e com uma largura < 300 mm somente. O terceiro, quarto, quinto e sexto conjuntos de elementos de radiação podem compreender qualquer uma das configurações e técnicas de fabricação acima descritas, por exemplo, dipolos direcionados verticalmente orientados, dipolos direcionados circularmente polarizados, e/ou elementos de radiação de PCB e redes de alimentação ou dipolos fabricados em uma peça com o plano de terra 12. Referindo à Figura 5, um exemplo utilizando um dipolo direcionado fabricado integralmente com o plano de terra está mostrado. No exemplo ilustrado, a rede de alimentação de microtira 64 para os elementos de Banda 3 está mostrada, mas, a rede de alimentação de microtira para os elementos de Banda 4 está no lado oposto do plano de terra 32 e não está mostrada. Diplexadores podem ser integrados para reduzir o número de conectores de antena.

Referindo à Figura 10, um exemplo de um conjunto de elementos de radiação 70 adequados para a Banda 3 ou Banda 4 está ilustrado utilizando as técnicas de fabricação de Placa de Circuito Impresso (PCB). A PCB 72 inclui uma pluralidade de dipolo direcionados 74, os quais são cobre depositados sobre um substrato de plástico reforçado com vidro. Também ilustrada uma rede de alimentação 76 para os elementos de radiação dispostos sobre a PCB.

Os exemplos acima proveem os seguintes benefícios. Existe uma diversidade de polarização na Banda 1 e Banda 2, e existe uma diversidade de espaço na Banda 3 e/ou Banda 4. Além disso, em alguns exemplos a diversidade de espaço está acoplada com a diversidade de polarização na Banda 3 e/ou Banda 4. Também, provendo redes de alimentação separadas, uma elevação independente em inclinação de feixe é conseguida para todas três a quatro bandas. Existe a mesma largura de banda de azi-mute (por exemplo, 65 graus) para todas as quatro bandas, e uma razão dianteira para traseira aceitável para todas as quatro bandas, devido aos radiadores de estilo Yagi para a Banda 3, 4, apesar de sua localização bem na borda do plano de terra 12.

Em outro exemplo, ilustrado na antena de múltiplas bandas 110 na Figura 6, pode ser desejado utilizar uma polarização de inclinação de ± 45 convencional para todas as bandas sem a utilização de dipolos direcionados de estilo Yagi. Em um exemplo de tal antena de múltiplas bandas 110, um plano de terra 112 e uma pluralidade de elementos de radiação estão providos. O plano de terra 112 pode compreender um poço central 170 e um primeiro poço externo 172 e um segundo poço externo 172. O plano de terra 112 pode ser uma única estampagem de chapa metálica, ou o poço centrai 170 e os poços externos 172 podem ser definidos por paredes ou defletores.

Referindo à Figura 6, um exemplo desta modalidade que tem quatro conjuntos de elementos de radiação está ilustrado. Um primeiro conjunto de elementos de radiação 114 compreende uma primeira rede linear de primeiros elementos de radiação de ligação 114a disposta sobre um eixo geométrico longitudinal, aproximadamente no centro do plano de terra 112. Os primeiros elementos de ligação estão dimensionados para transmitir e/ou receber eficientemente os sinais de RF na Banda 1. O segundo conjunto de elementos de radiação 116 compreende uma segunda rede linear de segundos elementos de ligação 116a. Os segundos elementos de ligação estão também dispostos dentro do poço central 170 sobre o eixo geométrico longitudinal aproximadamente no centro do plano de terra 112. Os segundos e-lementos de ligação estão dimensionados para uma transmissão e/ou recepção de sinais de RF, na Banda 2. Os segundos elementos de ligação podem estar interdispersos com os primeiros elementos de ligação. Em e-xemplos alternativos, os segundos elementos de ligação podem estar embutidos dentro dos primeiros elementos de ligação.

Em outro exemplo, outros tipos de elementos de radiação polarizados duplos podem ser utilizados para a Banda 1 e 2; por exemplo, de anel anulares de microtira, dipolos de caixa, e/ou dipolos cruzados.

Um terceiro conjunto de elementos de radiação 124 pode compreender uma rede de elementos de radiação dipolo 124a, disposta a um ângulo de +45° em relação ao eixo geométrico longitudinal do plano de terra 112, e disposta dentro do primeiro poço externo 172. O terceiro conjunto de elementos de radiação 124 está dimensionado para a transmissão e recep- ção de sinais de RF na Banda 4 ou Banda 4.

Um quarto conjunto de elementos de radiação 126 pode compreender uma rede de elementos de radiação dipolo 126a, disposta a um ângulo de -45° em relação ao eixo geométrico longitudinal do plano de terra 112, e disposta dentro do segundo poço externo 172. Os elementos dipolo do quarto conjunto de elementos de radiação estão dimensionados para serem os mesmos que os elementos dipolo do terceiro conjunto de elementos de radiação, somente orientados de modo que a polarização seja de 90° em relação ao terceiro conjunto de elementos de radiação. Por exemplo, se os elementos dipolo do terceiro conjunto de elementos de radiação forem dimensionados para transmissão e/ou recepção de sinais de RF na Banda 3, assim são os elementos dipolo do quarto conjunto de elementos de radiação. Neste exemplo, tanto a diversidade de polarização (+ 45 graus) quanto a diversidade de espaço (com um espaçamento de aproximadamente 2,2 comprimentos de onda) são conseguidas para a Banda 3 (ou Banda 4), provendo uma redução de coeficiente de correlação e um aumento de ganho de diversidade. A utilização do primeiro e do segundo poços externos 172 permite a utilização de elementos dipolo convencionais em inclinações de 45 graus, sem afetar adversamente o desempenho dos elementos Banda 1 e Banda 2.

No exemplo da Figura 6, o primeiro poço externo 172 e o segundo poço externo 172 estão aproximadamente paralelos com o poço central 170. Em um exemplo alternativo, ilustrado na Figura 7, uma antena de múltiplas bandas 2100 está ilustrada. Neste exemplo, o plano de terra 212 está formado de modo que o primeiro e o segundo poços externos 272 fiquem inclinados para dentro com relação ao poço central 270. Neste exemplo, a rotação dos poços externos 172 aperfeiçoa o padrão oblíquo da Banda 3 e Banda 4 e sem degradação do padrão de radiação de Banda 3 (4) devido ao efeito de borda. Especificamente, os poços 172 estão aperfeiçoando as razões dianteira para traseira e de polarização cruzada para a Banda 3 (4).

Nos exemplos acima descritos, os elementos de radiação 124a do terceiro conjunto de elementos de radiação 124 estão dispostos sobre um eixo geométrico longitudinal, e os elementos de radiação 126a do quarto conjunto de elementos de radiação 126 estão dispostos sobre outro eixo geométrico longitudinal. Em um exemplo alternativo, ilustrado na Figura 8, a antena de múltiplas bandas 310 tem um poço central 370 e poços externos 372. Um terceiro conjunto de elementos de radiação 324 e um quinto conjunto de elementos de radiação 344 estão dispostos dentro de um primeiro poço externo 372, enquanto que um quarto conjunto de elementos de radiação 326 e um sexto conjunto de elementos de radiação 346 estão dispostos dentro de um segundo poço externo 372. Neste exemplo, o terceiro e o quarto conjuntos de elementos de radiação 324, 326 são elementos de radiação de Banda 3, e o quinto e o sexto conjuntos de elementos de radiação 344, 346 são elementos de radiação de Banda 4. Direcionadores podem ser utilizados acima dos dipolos 326, 346 para diminuir a interferência entre estes. Os e-lementos de radiação 324a podem ser escalonados com relação aos elementos de radiação 344a, e os elementos de radiação 326a podem ser escalonados com relação aos elementos de radiação 346a, de modo que estes não compartilhem um eixo geométrico comum, e/ou podem estar deslocados do centro do poço externo 372. Em uma modalidade alternativa, a antena de múltiplas bandas pode ter somente os elementos de Banda 3 ou Banda 4, e os elementos de radiação dentro de um conjunto de elementos de radiação podem estar deslocados uns com relação aos outros. Isto provê um aperfeiçoamento adicional de estabilidade de feixe e estreita a largura de feixe de azimute para 60-65°.

Em outro exemplo (não ilustrado), o terceiro conjunto de elementos de radiação compreende uma rede de elementos dipolo de caixa disposta dentro do primeiro poço externo. O terceiro conjunto de elementos de radiação está dimensionado para uma transmissão e recepção eficientes de sinais de RF na Banda 3. O quarto conjunto de elementos de radiação compreende uma rede de elementos dipolo de caixa disposta dentro do segundo poço externo. O quarto conjunto de elementos de radiação está dimensionado para uma transmissão e recepção eficientes de sinais de RF na Banda 4. Neste exemplo, uma antena de quatro bandas 8 portas é executada. Alterna- tivamente, o terceiro conjunto de elementos de radiação e o quarto conjunto de elementos de radiação não precisam ser elementos dipolo de caixa. Em um exemplo, o terceiro conjunto de elementos de radiação pode compreender elementos dipolo de caixa e o quarto conjunto de elementos de radiação pode compreender elementos dipolo cruzados. Outras combinações de elementos de radiação são contempladas, incluindo um dipolo de Banda 3 cruzado com o dipolo de Banda 4.

Em outro exemplo, referindo à Figura 9, um terceiro e um quarto conjuntos de elementos de radiação 424, 426 são redes polarizadas duplas idênticas de elementos de Banda 3 (ou Banda 4). Esta antena de 3 bandas tem 8 portas (2 portas para a Banda 1, 2 portas para a Banda 2, 4 portas para a Banda 3 (ou 4)). Os elementos de radiação do terceiro e do quarto conjuntos 424a, 426a estão localizados dentro do primeiro e do segundo poços externos 472 respectiva mente, e podem ser dipolos cruzados polarizados +/- 45, dipolos de caixa, (como mostrado na Figura 9), ou elementos de ligação. Devido à ortogonalidade de polarizações e à separação física entre estas 2 redes idênticas, um coeficiente de correlação muito baixo entre estas é conseguido, o que beneficia o desempenho de LTE2.6 e a utilização de esquemas de múltiplas saídas (MIMO) 4x2 e 4x4. Também, a colocação de 2 redes idênticas para o mesmo setor de estação de base aumenta a capacidade de sistema e o rendimento.

Apesar dos exemplos acima descritos serem relacionados a bandas de comunicações sem fio, as soluções propostas podem ser utilizadas para outras bandas e aplicações onde antenas de múltiplas bandas são requeridas.

Claims

1. Antena de múltiplas bandas, que compreende: um plano de terra longitudinal; um primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação polarizados duplos disposto no sentido de comprimento ao longo de um centro do plano de terra, os primeiros elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma primeira banda de frequência; um segundo conjunto de segundos elementos de radiação polarizados duplos disposto no sentido de comprimento ao longo de um centro do plano de terra, os segundos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma segunda banda de frequência; um terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um primeiro lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação, os terceiros elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma terceira banda de frequência; e um quarto conjunto de quartos elementos de radiação disposto no sentido de comprimento sobre o plano de terra sobre um segundo lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação, os quartos elementos de radiação sendo dimensionados para operar na terceira banda de frequência.

2. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que a primeira banda de frequência compreende aproximadamente 790-960 MHz, a segunda banda de frequência compreende aproximadamente 1710-2170 MHz, e a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz.

3. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que a primeira banda de frequência compreende aproximadamente 790-960 MHz, a segunda banda de frequência compreende aproximadamente 1710-2170 MHz, e a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

4. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que o terceiro e o quarto elementos de radiação compreendem elementos dipolos direcionados.

5. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que o terceiro e o quarto elementos de radiação compreendem elementos dipolos direcionados circularmente polarizados.

6. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que o terceiro e o quarto elementos de radiação estão dispostos sobre uma placa de circuito impresso.

7. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 6, em que a placa de circuito impresso ainda inclui uma rede de alimentação.

8. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que a terceira rede linear de terceiros elementos de radiação e a quarta rede linear de quartos elementos de radiação são fabricados de chapa metálica.

9. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que o terceiro e o quarto elementos de radiação compreendem um plano de terra, um suporte de dipolo que estende do plano de terra, um dipolo suportado pelo suporte de dipolo, um suporte de direcionador que estende do suporte de dipolo, e uma pluralidade de direcionadores que estende do suporte de direcionador, em que o plano de terra, o suporte de dipolo, o dipolo, o suporte de direcionador, e os direcionadores são fabricados de uma única peça de chapa metálica.

10. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 9, ainda compreendendo uma fenda de balun de 0,5 comprimento de onda formado pelo menos em parte sobre o suporte de dipolo.

11. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 10, em que cada um da pluralidade de direcionadores está girado a um ângulo Θ com relação ao seu direcionador imediatamente precedente, e um direcionador mais inferior está girado a um ângulo Θ com relação ao dipolo.

12. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 9, em que os terceiros elementos de radiação são fabricados de uma única peça de chapa metálica para formar o terceiro conjunto de elementos de ra- diação, e em que os quartos elementos de radiação são fabricados de uma única peça de chapa metálica para formar o quarto conjunto de elementos de radiação.

13. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que os terceiros e os quartos elementos de radiação compreendem elementos polarizados de +/- 45 graus.

14. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, em que o plano de terra longitudinal ainda compreende um poço central e um primeiro e um segundo poços externos, e em que o primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação e o segundo conjunto de segundos elementos de radiação estão dispostos dentro do poço central, e o terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação está disposto dentro do primeiro poço externo, e o quarto conjunto de quartos elementos de radiação está disposto dentro do segundo poço externo.

15. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 14, em que os terceiros e os quartos elementos de radiação compreendem elementos dipolo polarizados de +/- 45 graus.

16. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 1, ainda compreendendo um quinto conjunto de quintos elementos de radiação interdispersos com os terceiros elementos de radiação, os quintos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma quarta banda de frequência; e um sexto conjunto de sextos elementos de radiação interdispersos com os quartos elementos de radiação, os sextos elementos de radiação sendo dimensionados para operar na quarta banda de frequência.

17. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 16, em que a primeira banda de frequência compreende aproximadamente 790-960 MHz, a segunda banda de frequência compreende aproximadamente 1710-2170 MHz, a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz, e a quarta banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

18. Antena de múltiplas bandas, que compreende: um plano de terra longitudinal; um primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação disposto em uma rede linear ao longo de um centro do plano de terra, os primeiros elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma primeira banda de frequência de aproximadamente 790-960 MHz; um segundo conjunto de segundos elementos de radiação disposto em uma rede linear ao longo do centro do plano de terra, os segundos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma segunda banda de frequência de aproximadamente 1710-2170 MHz; um terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação disposto em uma rede linear sobre o plano de terra sobre um primeiro lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação, os terceiros elementos de radiação sendo elementos dipolo direcionados dimensionados para operar em uma terceira banda de frequência; e um quarto conjunto de quartos elementos de radiação disposto em uma rede linear sobre o plano de terra sobre um segundo lado do primeiro e do segundo conjuntos de elementos de radiação, os quartos elementos de radiação sendo elementos dipolo direcionados dimensionados para operar na terceira banda de frequência.

19. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 18, em que a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz.

20. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 18, em que a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

21. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 18, ainda compreendendo um quinto conjunto de quintos elementos de radiação interdispersos com os terceiros elementos de radiação, os quintos elementos de radiação sendo elementos dipolo direcionados dimensionados para operar em uma quarta banda de frequência; e um sexto conjunto de sextos elementos de radiação interdispersos com os quartos elementos de radiação, os sextos elementos de radiação sendo elementos dipolo direcionados dimensionados para operar na quarta banda de frequência, em que a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz, e a quarta banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.

22. Antena de múltiplas bandas, que compreende: um plano de terra longitudinal que tem um poço central, um primeiro poço externo, e um segundo poço externo; um primeiro conjunto de primeiros elementos de radiação disposto no sentido de comprimento dentro do poço central do plano de terra, os primeiros elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma primeira banda de frequência de aproximadamente 790-960 MHz; um segundo conjunto de segundos elementos de radiação disposto no sentido de comprimento dentro do poço central do plano de terra, os segundos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma segunda banda de frequência de aproximadamente 1710-2170 MHz; um terceiro conjunto de terceiros elementos de radiação disposto no sentido de comprimento dentro do primeiro poço externo do plano de terra, os terceiros elementos de radiação sendo elementos dipolo dimensionados para operar em uma terceira banda de frequência e sendo orientados a +45 graus em relação a um eixo geométrico longitudinal do plano de terra longitudinal; e um quarto conjunto de quartos elementos de radiação disposto no sentido de comprimento dentro do segundo poço externo do plano de terra, os quartos elementos de radiação sendo elementos dipolo dimensionados para operar na terceira banda de frequência e sendo orientados a -45 graus em relação a um eixo geométrico longitudinal do plano de terra longitudinal.

23. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 22, em que a terceira banda de frequência compreende uma de aproximadamente 2,5-2,7 GHz e 3,8 GHz.

24. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 22, em que o terceiro conjunto de elementos de radiação não estão todos dispostos sobre um eixo geométrico no sentido de comprimento comum e o quarto conjunto de elementos de radiação não estão todos dispostos sobre um eixo geométrico no sentido de comprimento comum.

25. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 22, em que os terceiros elementos de radiação são elementos polarizados duplos e os quartos elementos de radiação são elementos polarizados duplos.

26. Antena de múltiplas bandas de acordo com a reivindicação 22, ainda compreendendo um quinto conjunto de quintos elementos de radiação interdispersos com os terceiros elementos de radiação dentro do primeiro poço externo, os quintos elementos de radiação sendo dimensionados para operar em uma quarta banda de frequência e sendo orientados a +45 graus em relação a um eixo geométrico longitudinal do plano de terra; e um sexto conjunto de sextos elementos de radiação dipolo interdispersos com os quartos elementos de radiação dentro do segundo poço externo, os sextos elementos de radiação sendo dimensionados para operar na quarta banda de frequência e sendo orientados a -45 graus em relação a um eixo geométrico longitudinal do plano de terra, em que a terceira banda de frequência compreende aproximadamente 2,5-2,7 GHz, e a quarta banda de frequência compreende aproximadamente 3,4-3,8 GHz.