ES2203196T3 - Antena multibanda polarizada dualmente. - Google Patents

Antena multibanda polarizada dualmente.

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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.
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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