BRPI1013664B1 - antena de painel - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE MONTAGEM DE ANTENA.A presente invenção refere-se a um dispositivo para montagem dos componentes de uma antena de painel que compreende pelo menos um elemento de radiação volúmico compreendendo uma base sobre a qual é montado um plano de radiação e pelo menos um componente da estrutura mecânica da antena. O dispositivo compreende um elemento dielétrico compreendendo uma área central compreendendo um primeiro meio de fixação que coopera com componente de radiação, áreas laterais compreendendo um segundo meio de fixação que coopera com bordas longitudinais da estrutura mecânica da antena e uma área intermediária compreendendo um terceiro meio de união flexível entre os primeiro e segundo meios de fixação.

Description

[0001] A presente invenção refere-se ao campo de antenas detelecomunicações que transmitem ondas de rádio no domínio de hiperfrequências por meio de elementos de radiação volúmicos (tridimensionais) e, mais particularmente, mas não exclusivamente, a um dispositivo de montagem de antena.

[0002] A construção de uma antena compreende as etapas defixação mecânica de seus componentes uns aos outros. Atualmente, a maioria dos fabricantes de antena usam uma montagem mecânica compreendendo uma armação que serve como uma estrutura mecânica central, sobre a qual são presos todos os outros componentes, tais como elementos de radiação, divisores de energia, comutadores de fase, superfícies refletivas, elementos parasíticos, etc. Uma vez que todos os elementos tenham sido montados em torno da armação, todo o conjunto é envolvido por uma cúpula.

[0003] De forma a suportar as forças mecânicas em virtude do pesodos componentes e das restrições impostas pelo ambiente, essa armação é fabricada de um material, mais comumente um metálico, com dureza e espessura suficientes. Essa restrição inicial limita as posteriores escolhas mecânicas. Ela requer que os compromissos feitos no design, particularmente entre fatores elétricos e mecânicos e o custo de fabricação sejam orientados principalmente pelos requisitos mecânicos de forma a assegurar a estabilidade do desempenho da antena. Por exemplo, uma antena de cerca de 2 m de comprimento que funciona dentro de uma banda de frequência em torno de 2 GHz compreende uma armação de alumínio cuja espessura está entre 1,5 mm e 2,5 mm. Contudo, se apenas a profundidade relacionada ao efeito pelicular da faixa de frequência é levado em conta, a espessura requerida seria menos de 0,1 mm.

[0004] A presença de conexões metálicas e seu posicionamentoentre os componentes força a uma escolha de soluções de fixação mecânica, tais como parafusamento ou soldagem. De outro modo, em virtude de inevitável degradação dos contatos elétricos, a antena se defrontaria com produtos intermodulação (InterModulatin Products - IMPs) que se manifestam como uma distorção dos sinais que trafegam através da antena, tal como perdas de desempenho se essas degradações ocorrem em áreas onde campos eletromagnéticos são intensos. Essas técnicas de montagem têm graves deficiências. Elas levam a custos adicionais, em particular em virtude do tempo requerido para realizar a operação e também da necessidade de maiores controles de qualidade sobre a união que é criada. Além disso, essas técnicas de montagem são perigosas de desmontar ou mesmo impossíveis.

[0005] Antenas de painel normalmente compreendem uma série deelementos de radiação volúmicos presos sobre uma estrutura mecânica longitudinal. O problema, portanto, é descobrir um dispositivo demontagem que torna possível posicionar e prender elementos deradiação sobre a estrutura e potencialmente outros componentesenvolvidos na construção de uma antena de painel, de modo a obter uma união que seja mecânica e eletricamente eficiente e isenta deprodutos intermodulação (IMPs).

[0006] A finalidade da invenção é, portanto, propor particularmente um dispositivo para montagem dos componentes de uma antena de painel que torna possívelprender elementos de radiação volúmicos sobre um componente da estrutura mecânica da antena rápida, confiável, reversivelmente e de modo econômico.

[0007] A solução há muito almejada deve, em particular, levar emconta simultaneamente os seguintes requisitos: - evitar o uso de técnicas tais como parafusamento e/ou soldagem para realizar a montagem mecânica dos elementos de radiação e do refletor, - usar uma parte não condutiva como um vetor mecânico da montagem, - criar conexões elétricas capacitivas, significando sem contato metal-metal direto.

[0008] É uma outra finalidade da presente invenção propor umaantena compreendendo elementos de radiação volúmicos mecanicamente conectados a um refletor cuja espessura é menor do que na técnica anterior, sem comprometer a resistência mecânica da antena.

[0009] É uma outra finalidade da presente invenção propor ummétodo para prender um elemento de radiação acoplado a um refletor condutivo, o qual fica mais preso ao mesmo tempo em que é mais confiável do que os métodos anteriores.

[00010] O objetivo da presente invenção é um dispositivo para montagem dos componentes de uma antena de painel que compreende pelo menos um elemento de radiação volúmico compreendendo uma base sobre a qual é montado um plano de radiação e pelo menos um componente da estrutura mecânica da antena, dispositivo o qual compreende um elemento dielétrico compreendendo: - uma área central compreendendo um primeiro meio de fixação que coopera com o elemento de radiação, - áreas laterais compreendendo dois meios de fixação que cooperam com bordas longitudinais da estrutura mecânica da antena, - uma área intermediária compreendendo um terceiro meio de união flexível entre o primeiro e o segundo meio de fixação.

[00011] O elemento dielétrico compreende o meio necessário para prender o elemento de radiação volúmico, particularmente incluindo os orifícios, grampos, pernos ou pinos. Vantajosamente, o primeiro meio de fixação que coopera com o elemento de radiação é um meio de fixação de encaixe no lugar. Assim, a montagem é feita rápida e facilmente e desmontagem é possível sem deterioração.

[00012] De acordo com uma modalidade preferida da invenção, o primeiro meio de fixação compreende pelo menos uma formação capaz de adaptação na base do elemento de radiação volúmico. A fixação do elemento mecânico sobre o elemento dielétrico por meio de encaixe no lugar pode ser realizada por formações de vários tipos: formatos de anel, formatos de saliência, formatos em U, torção, etc.

[00013] O elemento dielétrico deve ser capaz de absorção de vibrações e choques de forma a impedir transmissão dos mesmos ao elemento de radiação. Por essa razão, o elemento dielétrico pode ainda compreender pelo menos um amortecedor.

[00014] É uma vantagem da invenção que o refletor, que serve como uma estrutura mecânica, colocado no centro da antena ao longo de seu eixo longitudinal, não absorva mais diretamente tensões mecânicas externas, uma vez que o elemento de radiação está agora conectado ao mesmo por meio do elemento dielétrico. O refletor, sem essas tensões, retém sua função apenas como um refletor elétrico condutivo.

[00015] Todos os componentes envolvidos na construção de uma antena de painel, particularmente o refletor, os elementos de radiação, a cúpula, as telas, os elementos parasíticos, etc. podem ser conectados ao elemento dielétrico, o que assegura a rigidez mecânica do conjunto.

[00016] O elemento dielétrico deve ser rígido o bastante para suportar as tensões mecânicas que são impostas sobre o mesmo e deve, simultaneamente, assegurar a flexibilidade da união mecânica entre o elemento de radiação e o refletor. Esse elemento será, vantajosamente, feito de um material polimérico, tal como polioximetileno (POM), polipropileno (PP) ou um copolímero de acrilonitrila/butadieno/estireno (ABS), potencialmente reforçado com fibra de vidro. De preferência, o elemento dielétrico é moldado de apenas uma peça.

[00017] Pesquisando seu design e selecionado o material do elemento dielétrico, o dispositivo de montagem da invenção torna possível manter mais facilmente um controle sobre as vibrações ou choques externos. Por exemplo, o uso de plástico torna possível absorver, pelo menos parcialmente, as forças exercidas pelo ambiente mecânico externo e limitar sua propagação através dos componentes dentro da antena.

[00018] A invenção também propõe uma antena de painel compreendendo pelo menos um elemento de radiação volúmico que compreende uma base sobre a qual é montado um plano de radiação, pelo menos um componente da estrutura mecânica da antena e um dispositivo de montagem conforme descrito anteriormente. O elemento dielétrico está disposto transversalmente em relação ao eixo longitudinal da antena. A conexão elétrica entre o elemento de radiação volúmico e a estrutura condutiva plana, que serve particularmente como refletor, colocada defronte ao plano de radiação, é capacitiva.

[00019] De acordo com uma primeira modalidade, o componente da estrutura mecânica da antena é a cúpula.

[00020] De acordo com uma segunda modalidade, o componente da estrutura mecânica da antena é o refletor.

[00021] Redução das tensões mecânicas exercidas sobre os componentes dentro da antena aumenta a confiabilidade global da antena. Sua expectativa de vida operacional também é aumentada por redução dos produtos intermodulação (IMPs). Primeiro, a invenção torna possível reduzir grandemente essas tensões sobre o refletor da antena, até o ponto em que não haja mais contato direto com o ambiente externo.

[00022] A invenção também propõe um método para montagem dos componentes de uma antena de painel compreendendo pelo menos um elemento de radiação volúmico compreendendo uma base sobre a qual é montado um plano de radiação a ser preso sobre pelo menos um componente da estrutura mecânica da antena e um dispositivo de montagem conforme previamente descrito, dentro do qual o elemento dielétrico está disposto transversalmente em relação ao eixo longitudinal da antena.

[00023] Outras características e vantagens da presente invenção se tornarão evidentes quando de leitura da descrição a seguir de uma modalidade a qual é, naturalmente, fornecida à guisa de um exemplo não limitativo e nos desenhos em anexo, nos quais: - a Figura 1 representa esquematicamente a fixação de um elemento de radiação volúmico por meio de um dispositivo de montagem de acordo com a invenção, - a Figura 2 representa esquematicamente a fixação de um elemento de radiação volúmico por meio de uma modalidade variante de um dispositivo de montagem de acordo com a invenção, - a Figura 3 mostra um primeiro modo de acoplamento capacitivo de um elemento de radiação volúmico com o refletor, - a Figura 4 mostra um segundo modo de acoplamento capacitivo de um elemento de radiação volúmico com o refletor, - a Figura 5 representa uma vista em perspectiva parcial de uma antena de painel compreendendo um elemento de radiação volúmico preso por meio de um dispositivo de montagem de acordo com uma modalidade preferida da invenção, - a Figura 6 é uma vista em perspectiva de cima para baixo do elemento dielétrico de um dispositivo de montagem de acordo com uma modalidade preferida da invenção, - a Figura 7 é uma vista em perspectiva de baixo para cima do dispositivo de montagem da Figura 6, - a Figura 8 é uma vista em perfil tridimensional do dispositivo de montagem na Figura 6, - a Figura 9 é uma seção transversal parcial da antena mostrando como os componentes da antena cooperam com um dispositivo de montagem de acordo com a modalidade na Figura 6.

[00024] A Figura 1 representa esquematicamente o princípio de uso de um dispositivo de montagem de acordo com uma modalidade da invenção compreendendo um elemento dielétrico 1 para fixação de um elemento de radiação volúmico (isto é, tridimensional) 2capacitivamente acoplado a uma estrutura condutiva plana, por exemplo, o refletor 3 de uma antena. Uma cúpula 4 envolve e protege os elementos que compõem a antena. O elemento de radiação 2 compreende um plano de radiação 5, formado de dipolos, suportado por uma base 6 que tem, normalmente, o formato de um tubo. O elemento de radiação 2 é alimentado por meio de acessórios 8, tais como um divisor de corrente, um comutador de fase, etc. O elemento dielétrico 1 compreende, em sua área central 8, um meio de fixação do elemento de radiação 2 e, em suas áreas laterais 9, meios de fixação que cooperam com bordas longitudinais 10 que pertencem a um componente da estrutura mecânica da antena, tal como o refletor 3 ou a cúpula 4.

[00025] A Figura 2 mostra uma modalidade variante de um dispositivo de montagem que compreende um elemento dielétrico 21 compreendendo amortecedores 22 que tornam possível reduzir a transmissão, sobre o elemento de radiação 2, de choques e vibrações provenientes do ambiente externo da antena.

[00026] De forma a evitar produtos intermodulação (IMPs) causados por contato metal-metal direto tão grandemente quando possível, as conexões elétricas são criadas por acoplamento capacitivo. Acoplamento capacitivo pode ser realizado de diferentes formas, conforme representado nas Figuras 3 e 4.

[00027] No exemplo da Figura 3, o acoplamento capacitivo 30 do elemento de radiação 2 com o refletor 3 é obtido combinando, primeiro, um espaço de ar 31 que forma uma camada isolante entre a base 6 do elemento de radiação 2 e a borda dobrada 32 do refletor 3 e, segundo, um elemento dielétrico 33 que pertence ao dispositivo de montagem do elemento de radiação 2. Alternativamente, um filme sólido de material dielétrico pode ser colocado dentro do espaço 31.

[00028] A Figura 4 mostra outro acoplamento capacitivo 40 exemplificativo do elemento de radiação 2 com um refletor plano 41. Nesse caso, é necessário colocar um filme 42 de material isolante entre a base 6 do elemento de radiação 2 e o refletor plano 41.

[00029] A Figura 5 representa uma vista em perspectiva de uma antena 50 compreendendo um dispositivo de montagem de acordo com uma modalidade preferida da invenção. Os elementos de radiação 51, o refletor 52 e o elemento dielétrico 53 do dispositivo de montagem, dispostos por trás de uma cúpula 54, se tornam visíveis impondo uma transparência.

[00030] O elemento de radiação 51 é composto de uma base 55 que sustenta um plano de radiação 56 compreendendo dois dipolos 57, 58, cada um com um comprimento de metade do comprimento de onda, ortogonalmente unidos para obter uma configuração de polarização cruzada e dupla. Cada dipolo 57, 58 é, respectivamente, dotado de uma alimentação. A base 55 é composta de quatro porções tubulares: duas porções tubulares 59 são usadas para permitir a alimentação dos dipolos e duas porções tubulares 60 estão livres.

[00031] Note que o elemento dielétrico 53 do dispositivo de montagem colocado por trás do refletor 52 compreende um amortecedor 61 em cada extremidade. As áreas laterais 62 do elemento dielétrico 53 sustentam meios de fixação 63 que se encaixam sobre cada extremidade do refletor 52 sobre as bordas longitudinais 64, pertencendo a um componente 65 da estrutura mecânica da antena, aqui a parte inferior da cúpula 54. A base 55 do elemento de radiação 51 é retida pelo meio de fixação localizado dentro da área central 66 do elemento dielétrico 53. Áreas intermediárias 67 unem a área central 66 às áreas laterais 62.

[00032] As Figuras 6, 7 e 8 serão agora consideradas; elas mostram a modalidade preferida do elemento dielétrico 70 do dispositivo de montagem em maiores detalhes.

[00033] O elemento dielétrico 70 compreende uma área central 71 compreendendo um meio de fixação incluindo pelo menos uma formação 72 capaz de adaptação em uma das porções tubulares abertas da base do elemento de radiação de forma a mantê-lo encaixado no lugar. A área central 71 ainda compreende pelo menos um orifício 73 para permitir alimentação dos dipolos.

[00034] O elemento dielétrico 70 ainda compreende áreas laterais 74 equipadas, vantajosamente, com amortecedores 75 para limitar a transmissão, sobre o elemento de radiação, de vibrações ou choques que possam se originar do ambiente externo. Cada área lateral é equipada com um meio de fixação 76 sobre um componente da estrutura mecânica da antena. No presente caso, esse meio de fixação 76 tem aproximadamente o formato de um gancho, destinado a se encaixar sobre as bordas longitudinais.

[00035] O elemento dielétrico 70 compreende, finalmente, áreas intermediárias 77 que conectam a área central 71 às áreas laterais 74, respectivamente. A área intermediária 77 deve assegurar uma união flexível de forma a assegurar ao elemento dielétrico a capacidade de absorver quaisquer variações, choques ou deformações que possam ocorrer.

[00036] Graças a essas diferentes partes, torna-se possível usar o elemento dielétrico 70 para montar múltiplos componentes da antena, tal como o refletor, os elementos de radiação, a cúpula, as telas, os elementos parasíticos, etc. O elemento dielétrico 70 deve ser rígido o bastante para suportar as tensões mecânicas causadas pelos componentes da antena que são presos ao mesmo, ainda que flexível o bastante para limitar a transmissão de vibrações e choques. Essa capacidade de absorção torna possível aumentar a expectativa de vida dos componentes colocados dentro da antena, os quais recebem menos força. Ao mesmo tempo, o desempenho com relação a produtos intermodulação (IMPs) é aprimorado em virtude da transmissão reduzida de tensões externas para o interior da antena. De preferência, o elemento dielétrico 70 é moldado de uma única peça de um material plástico.

[00037] A seção transversal na Figura 9 mostra em detalhes a fixação de um elemento de radiação dentro de uma antena por meio de um dispositivo de montagem de acordo com uma modalidade particular da invenção. A base 90 do elemento de radiação 91 é composta, aqui, de quatro porções tubulares 92. A principal função da base 90 é manter o plano de radiação 93 longe do elemento de radiação 91 do refletor 94 e permitir o aterramento do elemento de radiação 91. Duas dessas porções tubulares são usadas para permitir que cabos coaxiais alimentem os dipolos. As duas outras porções tubulares 92 estãodisponíveis para fixação do elemento de radiação 91.

[00038] No modo da modalidade representada aqui, pinosformatados 95 suportados pelo elemento dielétrico 96 são empurrados nas porções tubulares 92 pela força. Esses pinos 95 são, de preferência, corrugados, de modo a aumentar o atrito para assegurar a retenção do elemento de radiação 91. O refletor 94 está disposto acima do elemento dielétrico 96 e compreende aberturas para permitir a passagem de porções usadas para permitir que cabos passem. O elemento dielétrico 96 suporta, simultaneamente, o elemento de radiação 91, o refletor 94, os acessórios 97 associados à alimentação do elemento de radiação e a cúpula 98. Cada área lateral é equipada com um meio de fixação sobre um componente da estrutura mecânica da antena o qual, no presente caso, é a parte inferior da cúpula 98. Graças a esse dispositivo de montagem, a fixação do elemento de radiação 91 e dos outros componentes 94, 97, 98 da antena é muito fácil, simples e eficaz. Nenhuma ferramenta ou parte externa é necessária para montar os componentes juntos.

[00039] Um filme de isolamento fino 99, tal como uma peça de plástico ou filme plástico fino, por exemplo, pode, se necessário, ser colocado entre o elemento de radiação 91 e o refletor 94. Dada a superfície da base 90 do elemento de radiação 91 com relação ao domínio de frequência da antena, um filme de isolamento fino disposto entre o elemento de radiação 91 e o refletor 94 é suficiente para criar as condições para acoplamento capacitivo, significando que o campo eletromagnético entre o elemento de radiação 91 e o refletor 94 é alto o bastante para acoplar a energia eletromagnética de um para o outro. Essa capacidade de criar acoplamento capacitivo é obtida com materiais muito econômicos (filme plástico fino). Isso também torna possível aumentar a capacidade de IMP da antena. Uma vez que campos eletromagnéticos são muito altos nessa região, a união entre o elemento de radiação 91 e o refletor 94 é sensível a produtos intermodulação (PIM), o que é uma possível causa da formação de IMPs. Isolamento do elemento de radiação 91 do refletor 94 é uma forma de remediar esse problema.

[00040] A Figura 9 representa em detalhes a fixação dos acessórios 97 associados à série de alimentação dos elementos de radiação 91, o refletor 94 e a cúpula 98 por meio do dispositivo de montagem 96. É observado que a espessura do refletor 94 foi consideravelmente diminuída comparado com a técnica anterior porque essa parte não tem mais de suportar a massa dos componentes da antena (elemento de radiação 91, alimentação e seus acessórios 97, telas ou interceptadores, elementos parasíticos, cúpula 98, etc.) e as forças mecânicas correspondentes. Na modalidade exemplificativarepresentada aqui, a diminuição na espessura do refletor 94 pode atingir facilmente um fator de 5. Consequentemente, o custo do refletor 94 será grandemente reduzido. Além disso, redução da espessura do refletor 94 tornará agora possível obter formatos que, de outro modo, teriam sido mecanicamente difíceis e/ou caros de obter. Por exemplo, um formato redondo da parte de radiação do refletor 94, significando a parte do refletor localizada defronte ao elemento de radiação 91 que serve como um interceptador, pode ser diretamente integrado no design do refletor 94 sem quaisquer restrições particulares. O formato redondo do refletor 94 na ausência de qualquer ângulo agudo próximo das áreas de corrente de energia torna possível estabilizar o desempenho da antena dentro da banda de frequência, limitando as reflexões e, desse modo, reduzindo a proporção entre o nível da onda eletromagnética em direção à parte de trás da antena e o nível da mesma irradiado em direção à parte frontal da antena. Uma vez que o refletor 94 é de uma espessura muito menor, todos os tipos de curvas são agora muito mais fáceis de transportar e a função de interceptação pode, desse modo, ser diretamente integrada no refletor 94. A série de alimentação dos elementos de radiação 91 é mantida no lugar pelos ganchos 100 colocados na parte de trás do dispositivo de montagem. Todos os componentes 91, 94, 97, 98 montados pelo dispositivo de montagem 96 são, finalmente, inseridos na cúpula 98.

[00041] É entendido, a partir da descrição precedente, que o dispositivo da invenção tem muitas vantagens. Redução da espessura torna possível expandir a escolha de materiais para o refletor para materiais de baixo custo, tais como plástico metalizado ou metais de espessura muito baixa. Isso leva a uma diminuição significativa nos custos. Contatos metal-metal diretos são evitados tão grandemente quanto possível. O conjunto pode ser desmontado sem qualquer dano. O elemento dielétrico permite que os componentes (elementos de radiação, refletor, etc.) que estão conectados ao mesmo suportem maiores vibrações e choques mecânicos. Através desse design, o dispositivo de montagem torna possível superar os produtos intermodulação (IMPs).

Claims (8)

1. Antena de painel tendo uma estrutura mecânica e compreendendo pelo menos um elemento de radiação volúmico de polarização cruzada e dupla (51) compreendendo um suporte (55) sobre o qual é montado um plano de radiação, a antena sendo caracterizada pelo fato de que compreende um dispositivo de montagem compreendendo o dito suporte (55) feito de porções tubulares (59, 60) e um elemento dielétrico (70) compreendendo: uma área central (71) compreendendo um primeiro meio de fixação, que inclui pelo menos uma formação (72) capaz de encaixar em uma das porções tubulares livres (60) do dito suporte (55) que coopera com o elemento de radiação (51), áreas laterais (74) compreendendo um segundo meio de fixação (76) que coopera com a estrutura mecânica da antena, e uma área intermediária (77) compreendendo um terceiro meio de união flexível entre os primeiro e segundo meios de fixação, em que o elemento dielétrico está disposto transversalmente ao eixo longitudinal da antena.

2. Antena acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro meio de fixação que coopera com o elemento de radiação (51) é um meio de fixação por encaixe no lugar.

3. Antena de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o segundo meio de fixação que coopera com a estrutura mecânica de antena é principalmente de formato de gancho.

4. Antena de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o elemento dielétrico (70) ainda compreende pelo menos um amortecedor (75).

5. Antena de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o elemento dielétrico (70) é feito de um material polimérico.

6. Antena de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o elemento dielétrico (70) é moldado de uma única peça.

7. Antena de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o segundo meio de fixação coopera com uma cúpula.

8. Antena de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o segundo meio de fixação coopera com um refletor.

Images