ES2203196T3 - Antena multibanda polarizada dualmente. - Google Patents
Antena multibanda polarizada dualmente.Info
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Abstract
Antena multibanda polarizada dualmente para emitir y/o recibir ondas electromagnéticas con dos polarizaciones lineales ortogonales en una gama de frecuencias inferior y en otra superior, con las siguientes particularidades - con un primer equipo de antenas (1) en forma de un cuadrado de dipolos, que incluye dipolos (1a) dispuestos ortogonalmente entre sí, - con un segundo equipo de antenas (3) que incluye dipolos (3a) que se encuentran ortogonales unos respecto a otros, que está dispuesto dentro del primer equipo de antenas (1) configurado a modo de un cuadrado de dipolos y concéntricamente respecto a éste, y - estando dispuestos el primer y el segundo equipo de antenas (1, 3) delante de un reflector (5) caracterizada por las siguientes particularidades adicionales - el segundo equipo de antenas (13) está compuesto por un dipolo cruciforme (3) - los dipolos (3a) del dipolo cruciforme (3) están orientados en paralelo o bien perpendicularmente a los dipolos (1a) del primer equipo de antenas (1) y - la relación entre las frecuencias centrales de las bandas superior e inferior se encuentra entre 1, 5 y 4.
Description
Antena multibanda polarizada dualmente.
La invención se refiere a una antena multibanda
polarizada dualmente según el concepto general de la reivindicación
1.
Las antenas multibanda polarizadas dualmente
sirven para emitir (o recibir) dos polarizaciones lineales
orientadas ortogonalmente, que por ejemplo pueden estar orientadas
vertical y horizontalmente. No obstante, en la práctica son
significativos en particular aquellos casos de aplicación en los que
las polarizaciones están orientadas a +45º y -45º respecto a la
vertical (o bien respecto a la horizontal). En el caso de antenas
multibanda polarizadas dualmente, éstas funcionan en al menos dos
bandas de frecuencia, por lo general con dos frecuencias centrales
muy distanciadas entre sí. Entonces la frecuencia central superior
debe ser al menos 1,5 veces la frecuencia central inferior.
Con una distancia entre frecuencias tan grande se
utilizan usualmente dos módulos de antenas o bien baterías de
antenas dispuestos en el espacio separadamente uno de otro, para
emitir y recibir respectivamente en una y para emitir y recibir
respectivamente en la otra banda de frecuencia.
Las antenas polarizadas dualmente como tales son
conocidas. Sirven para emitir o recibir simultáneamente dos
polarizaciones ortogonales. Entonces tales sistemas emisores pueden
estar compuestos por ejemplo por varios elementos en forma de
dipolos, ranuras, elementos emisores planares o los llamados
emisores patch, tal como los conocidos por la EP 0 685 900 A1 o por
la publicación previa "Antenas, segunda parte, Instituto
Bibliográfico Mannheim/Viena/Zürich, 1970, páginas 47 a 50". En
los sistemas de dipolos se utilizan preferentemente dipolos
dispuestos en cruz (dipolos cruciformes) o bien sistemas de dipolos
dobles que en vista en planta presentan una estructura cuadrada
(cuadrado de dipolo).
Las antenas polarizadas dualmente son conocidas
además por ejemplo por la WO 98/01923.
Las antenas polarizadas dualmente son conocidas
igualmente por la publicación "Dual - Frecuency Patch
Antennas", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Vol. 39, nº 6,
Diciembre 1997, páginas13 y siguientes. Allí se describen antenas
multibanda polarizadas dualmente que utilizan distintas estructuras
patch, pero que presentan una serie de inconvenientes. Así por
ejemplo es típico un desacoplamiento insuficiente para ambas
polarizaciones. Las ejecuciones descritas permiten sólo una
orientación de posición horizontal/vertical Por ejemplo no es
posible por medios sencillos generar un sistema de baterías
múltiples con una orientación +45º/-45º.
Otras formas de antena ya conocidas aprovechan a
su vez dos antenas dispuestas separadamente una sobre otra para la
correspondiente banda de frecuencias.
Por la US-A-4 434
425 genérica se conoce una antena multibanda que incluye al menos
dos cuadrados de dipolos con en cada caso varios elementos de
dipolo. Dentro de un primer cuadrado de dipolos formado por cuatro
elementos de dipolo se prevé concéntricamente con el mismo un
segundo equipo de antenas con un segundo cuadrado de dipolos,
dispuesto dentro del primer cuadrado de dipolos concéntricamente con
éste. El cuadrado de dipolos que se encuentra en el interior está
dispuesto tendido tal que está girado 45º respecto al exterior. Las
gamas de bandas de frecuencias recibidas o enviadas a su través son
contiguas o se solapan ligeramente.
Además, se conoce por ejemplo una antena
microstrip por la DE-A1 362 079, que es adecuada
para emitir en dos gamas de frecuencias, por supuesto con sólo una
polarización. Este sistema de antenas presenta no sólo una reducida
ganancia, sino que resulta además desventajoso que los diagramas de
radiación que pueden lograrse con una antena de este tipo no puedan
utilizarse para antenas en batería.
Por el contrario es tarea de la presente
invención lograr una antena multibanda polarizada dualmente, en
particular una llamada antena multibanda polarizada en X, que evite
los inconvenientes antes citados. La misma debe por lo tanto
funcionar al menos en dos gamas de frecuencia preferentemente muy
distanciadas entre sí. Además debe poseer preferentemente un elevado
desacoplamiento entre ambas polarizaciones.
La tarea se resuelve en el marco de la invención
según las particularidades indicadas en la reivindicación 1. En las
reivindicaciones secundarias se indican perfeccionamientos
ventajosos de la invención.
La antena multibanda polarizada dualmente
correspondiente a la invención presenta ventajas y particularidades
hasta ahora insospechadas. Estas ventajas se refieren tanto al
desacoplamiento, la anchura de banda, la sensibilidad, como también
a la flexibilidad de la antena. La antena correspondiente a la
invención se caracteriza porque presenta al menos un módulo emisor
con forma de dipolo cruciforme a modo de un cuadrado de dipolos, que
se encuentra delante de un reflector y que puede funcionar con
polarización dual en dos orientaciones que se encuentran
ortogonalmente entre sí, que por lo general, es decir,
preferentemente asumen una orientación de +45º y -45º respecto a la
vertical o bien la horizontal. Este módulo emisor en forma de un
cuadrado de dipolos puede funcionar en una gama inferior de
frecuencias. Los dipolos previstos adicionalmente para funcionar en
una segunda banda de frecuencia superior con polarización dual,
están dispuestos entonces dentro de un cuadrado de dipolos. Estos
dipolos adicionales dispuestos dentro del cuadrado de dipolos están
conFigurados según la invención como dipolo cruciforme. Estos
elementos de dipolo configurados a modo de dipolo cruciforme están
orientados entonces paralela o bien perpendicularmente a los
elementos del dipolo del cuadrado de dipolos, presentando por lo
tanto preferentemente en una antena en X igualmente una orientación
de +45º y -45º respecto a la vertical o bien la horizontal.
En un perfeccionamiento de la invención se prevé
que el correspondiente soporte de los dipolos de la gama de
frecuencias inferior, que funcionan simultáneamente como la llamada
simetrización, esté dimensionado y/o inclinado, orientado y/o
dispuesto y/o dimensionado de tal manera que no se presenta
resonancia alguna en la gama de frecuencias superior o al menos no
hay una resonancia relevante en la gama de frecuencias superior.
Se ha demostrado además que es favorable que la
altura de los dipolos, en función de la longitud de onda dependiente
de la frecuencia asociada a los mismos, corresponda a una
disposición alejada no más de una longitud de onda del relector o
bien de la superficie del reflector. Los valores favorables se
encuentran en la gama de 1/8 a 1/2 de la correspondiente longitud de
onda de funcionamiento.
Resulta sorprendente ante todo en la antena
correspondiente a la invención que la misma por una lado sea de
banda ancha y por otro presente un elevado desacoplamiento entre
ambas polarizaciones. La misma se caracteriza ante todo porque es
posible garantizar mediante la antena correspondiente a la
invención que las anchuras del lóbulo horizontales de ambos módulos
emisores sean idénticas o casi idénticas, es decir, esencialmente
de igual magnitud tanto en la gama de banda de frecuencias inferior
como en la superior.
Las ventajas correspondientes a la invención se
llevan a la práctica sobre todo cuando la antena correspondiente a
la invención no está configurada solamente como un cuadrado de
dipolos y un dipolo cruciforme dispuesto en el interior, sino a modo
de una batería de antenas con varios dipolos de cuadrado de este
tipo con otros dipolos respectivos dentro de ellos, ventajosamente
en forma de dipolos cruciformes. En particular en esta forma
constructiva es posible prever entre ambos cuadrados de dipolos para
emitir y recibir la banda inferior de frecuencias en cada caso un
módulo emisor adicional para emitir la banda de frecuencias
superior.
No obstante, este módulo emisor adicional está
entonces configurado preferentemente no como cruz de dipolos, sino
igualmente como cuadrado de dipolos.
La invención se describe a continuación más en
detalle en base a los dibujos. Al respecto muestran en
particular:
figura 1: una vista esquemática en planta
sobre un ejemplo de ejecución correspondiente a la invención de
una antena multibanda polarizada dualmente;
figura 2: una vista lateral esquemática
paralelamente al reflector;
figura 3: una representación esquemática en
perspectiva del ejemplo de ejecución reproducido en la figura 1 y en
la figura 2;
figura 4: un ejemplo de ejecución evolucionado
con varios módulos de antena reunidos en una batería;
figura 5: un ejemplo de ejecución evolucionado
respecto a la figura 4;
figura 6: una vista en planta del ejemplo de
ejecución correspondiente a la figura 5; y
figura 7: una vista lateral del ejemplo de
ejecución correspondiente a las figuras 5 y 6.
En las figuras 1 y 2 se muestra respectivamente
una vista esquemática en planta y una vista lateral paralelamente a
un reflector de una antena multibanda polarizada dualmente, que
incluye un primer módulo emisor 1 para una primera banda de
frecuencias y un segundo módulo emisor 3 para una segunda banda de
frecuencias.
Ambos módulos emisores 1, 3, están dispuestos
delante de un reflector 5 conformado en el ejemplo de ejecución
mostrado tal que es casi cuadrado. El reflector es conductor. En la
parte posterior del reflector puede encontrarse una red de
alimentación, a través de la cual están conectados eléctricamente y
de forma separada tanto el primer como el segundo módulo emisor. El
primer módulo emisor 1 está compuesto aquí por varios dipolos 1a, en
el ejemplo de ejecución mostrado por cuatro dipolos 1a, dispuestos a
modo de un cuadrado de dipolos. Los dipolos 1a se mantienen
mecánicamente mediante la llamada simetrización 7 respecto al
reflector o a una platina que se encuentra detrás y toma contacto,
es decir, se alimenta eléctricamente mediante la citada red de
alimentación.
La propia chapa de reflector presenta en la
dirección de emisión horizontal en cada caso un borde de reflector 6
que se eleva hasta una cierta altura, en el ejemplo de ejecución
mostrado perpendicularmente respecto al plano de la chapa del
reflector 15, con lo cual el diagrama de emisión puede verse
influido de manera ventajosa.
La longitud de los elementos de dipolo del primer
módulo emisor concuerda de tal manera que a su través pueden
enviarse o recibirse las correspondientes ondas electromagnéticas en
una gama de frecuencias inferior. Mediante la orientación ortogonal
de los elementos de dipolo se obtiene de esta manera, de la forma
conocida, una antena polarizada dualmente. La orientación de los
dipolos 1a se realiza en el ejemplo de ejecución en cada caso a un
ángulo de + 45º y
- 45º respecto a las verticales (o bien de igual manera respecto a las horizontales), formando una antena denominada también abreviadamente antena polarizada en X.
- 45º respecto a las verticales (o bien de igual manera respecto a las horizontales), formando una antena denominada también abreviadamente antena polarizada en X.
Dentro del primer módulo emisor 1 formado a modo
de un cuadrado de dipolos se encuentra el segundo módulo emisor 3.
Este segundo módulo emisor 3 no está configurado en el ejemplo de
ejecución mostrado como cuadrado de dipolos, sino con forma de un
dipolo en cruz. Ambos dipolos 3a que están dispuestos ortogonalmente
uno respecto a otro, se alimentan eléctricamente y apoyan
mecánicamente, al igual que en el caso anterior, mediante la
simetrización 9 asociada a los mismos respecto al reflector o a una
platina que se encuentra detrás.
Este segundo módulo emisor 3 funciona en una gama
de frecuencias superior, siendo en el ejemplo de ejecución mostrado
la frecuencia central superior aproximadamente el doble de la
frecuencia central inferior del primer módulo emisor 1. Mediante
esta disposición pueden generarse anchuras de lóbulo horizontales en
ambas gamas de frecuencias de unos 60º y a la vez lograrse elevados
valores de desacoplamiento respecto a las diferentes polarizaciones
a \pm45º. No obstante, es igualmente imaginable una disposición
comparable no con una orientación en forma de X, sino con una
orientación vertical/horizontal, en la que unos elementos de dipolo
1a o bien 3a están orientados horizontalmente y los elementos de
dipolo ortogonales verticalmente al respecto.
Tal como se deduce de la representación lateral
de la figura 2, se observa que tanto el primer como también el
segundo módulo emisor 1, 3 están dispuestos a una cierta distancia
del reflector 5, siendo estas distancias distintas. La altura de
los dipolos sobre el reflector no debe ser superior a la longitud de
onda de funcionamiento de la correspondiente frecuencia de
servicio, preferentemente no más de la mitad de la longitud de onda
de servicio correspondiente. De forma preferente, la distancia es no
obstante superior a 1/16, en particular es superior a 1/8 de la
correspondiente longitud de onda de servicio.
Lo sorprendente es que, a pesar de la disposición
imbricada entre sí de los módulos emisores, estando compuesto el
primer módulo emisor por un cuadrado de dipolos y, preferentemente,
el segundo módulo radiador 3 por un dipolo en cruz, la antena así
formada presente tales propiedades características sobresalientes.
Que resulte para ambos módulos emisores, para ambas gamas de
frecuencia, un diagrama de radiación similar que no era de esperar,
puede explicarse eventualmente, entre otros, porque los elementos de
dipolo 1a del primer módulo emisor actúen como reflectores respecto
al segundo módulo radiador 3.
En la figura 4 se muestra una antena multibanda
ampliada polarizada dualmente, que reproduce una forma constructiva
para altos valores de ganancia de la antena.
Para ello es necesario poner correspondientemente
en cascada varios sistemas de dipolo de los descritos en base a las
figuras 1 a 3. En el ejemplo de ejecución mostrado, la antena
multibanda polarizada dualmente así formada está compuesta por dos
sistemas de antenas descritos en base a las figuras 1 a 3, en los
cuales los módulos emisores están orientados de nuevo en dirección
\pm45º entre sí y las direcciones de montaje de ambos sistemas de
antenas reproducidos individualmente en la figura 1 están dispuestas
una sobre otra en dirección vertical. De la misma manera pueden
también ensamblarse los módulos de antena también en la dirección de
montaje horizontal para formar una batería de antenas. Finalmente
pueden disponerse también en cascada en varias filas y columnas
varios módulos de antena lateralmente uno junto a otro y uno sobre
otro.
Los espacios intermedios que así se forman entre
los respectivos primeros módulos emisores 1 para la zona de
frecuencias inferior, se rellenan con los correspondientes sistemas
emisores para la gama de frecuencias superior, es decir, con
segundos módulos emisores 3' adicionales. Con otras palabras, en el
ejemplo de ejecución mostrado se disponen dos módulos emisores 1 y
un segundo módulo emisor 3 con elementos de dipolo 3b delante de una
chapa de reflector. La antena generada de esta manera presenta una
elevada ganancia vertical, pudiéndose lograr para ambos módulos
emisores la misma anchura de lóbulo horizontal de unos 60º.
Finalmente, se muestra en base al ejemplo de
ejecución de la figura 5 que los módulos emisores 3 dispuestos en
los primeros módulos emisores 1 se pueden diferenciar de los
segundos módulos emisores 3' que están dispuestos en los espacios
intermedios 15 entre los dos primeros cuadrados de dipolos 1. Esto
es así ya que, tal como puede verse en las figuras 4 y 5, el módulo
emisor 3 adicional dispuesto entre dos módulos emisores 1 en la
figura 4 está compuesto por un dipolo cruciforme, es decir, un
sistema de dipolos cruciforme, y en la forma constructiva de la
figura 5 por un cuadrado de dipolos, es decir, en general por un
sistema de dipolos 3'' similar al cuadrado de dipolos con elementos
de dipolo 3b. Mediante esta adaptación fina y sintonización puede
lograrse un mejor ajuste de la anchura del lóbulo del sistema de
emisores para las gamas de frecuencia superior e inferior.
Claims (9)
1. Antena multibanda polarizada dualmente para
emitir y/o recibir ondas electromagnéticas con dos polarizaciones
lineales ortogonales en una gama de frecuencias inferior y en otra
superior, con las siguientes particularidades
- - con un primer equipo de antenas (1) en forma de un cuadrado de dipolos, que incluye dipolos (1a) dispuestos ortogonalmente entre sí,
- - con un segundo equipo de antenas (3) que incluye dipolos (3a) que se encuentran ortogonales unos respecto a otros, que está dispuesto dentro del primer equipo de antenas (1) configurado a modo de un cuadrado de dipolos y concéntricamente respecto a éste, y
- - estando dispuestos el primer y el segundo equipo de antenas (1, 3) delante de un reflector (5)
caracterizada por las siguientes
particularidades adicionales
- - el segundo equipo de antenas (13) está compuesto por un dipolo cruciforme (3)
- - los dipolos (3a) del dipolo cruciforme (3) están orientados en paralelo o bien perpendicularmente a los dipolos (1a) del primer equipo de antenas (1) y
- - la relación entre las frecuencias centrales de las bandas superior e inferior se encuentra entre 1,5 y 4.
2. Antena polarizada dualmente según la
reivindicación 1,
caracterizada porque la altura o la
distancia máxima entre los elementos del dipolo (1a, 3a) sobre el
reflector (5) es inferior a la longitud de onda de servicio
asociada al correspondiente elemento de dipolo (1a, 3a), y
preferentemente es inferior a la mitad de la longitud de onda de
servicio.
3. Antena polarizada dualmente según la
reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque la distancia mínima
entre los elementos de dipolo (1a, 3a) sobre el reflector (5) es
igual o superior a 1/16 de la correspondiente longitud de onda de
servicio, preferentemente superior a 1/8 de la correspondiente
longitud de onda de servicio.
4. Antena polarizada dualmente según una de las
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizada porque para los elementos de
dipolo (1a) del primer equipo de antenas (1) previsto para la gama
de frecuencias inferior se prevé un soporte en forma de
simetrizaciones (7).
5. Antena polarizada dualmente según una de las
reivindicaciones 1 a 4,
caracterizada porque la antena está
configurada de tal manera que los elementos de dipolo (1a, 3a) se
colocan por un lado perpendiculares respecto al reflector (5) y por
otro lado simétricos respecto a un plano que va por las esquinas del
cuadrado de dipolos del primer equipo de antenas.
6. Antena polarizada dualmente según una de las
reivindicaciones 1 a 5,
caracterizada porque están dispuestos
varios equipos de antena (1) con un segundo equipo de antenas (3)
dispuesto en el interior en la dirección de montaje, preferentemente
en la dirección de montaje vertical, uno sobre otro delante de un
reflector (5).
7. Antena polarizada dualmente según la
reivindicación 6,
caracterizada porque en los espacios
intermedios (15) entre dos primeros equipos de antena (1) contiguos
se prevé un segundo equipo de antenas (3', 3'') adicional.
8. Antena polarizada dualmente según la
reivindicación 7,
caracterizada porque el segundo equipo de
antenas (3') adicional que se encuentra asentado en los espacios
intermedios (15) está compuesto por un dipolo cruciforme.
9. Antena polarizada dualmente según la
reivindicación 7,
caracterizada porque el segundo equipo de
antenas (3'') dispuesto en los espacios intermedios (15) está
configurado en forma de un cuadrado de dipolos.
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