ES2255614T3 - Procedimiento y dispositivo para alinear antenas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para alinear antenas de radio (10, 20, 30, 40, 50, 60) que disponen de medios (13, 14, 15, 16) para ajustar la alineación de unas antenas con otras y crear un enlace de radio fijo, que comprende las etapas de medir las propiedades (R(x)) de una señal transmitida a través del enlace entre las antenas, y ajustar la alineación, caracterizado además por las etapas siguientes: montar actuadores motorizados (7, 8) en las antenas (10) que forman cada uno de los extremos del enlace haciendo uso de los medios de sujeción de los actuadores, caracterizándose dichos actuadores porque permiten ajustar las alineaciones de las antenas y pueden ser reemplazados por medios de sujeción fijos (13, 14) después del procedimiento de alineación, realizándose dicho procedimiento de alineación desde una posición remota (70) y comprendiendo las etapas siguientes: controlar el movimiento de los actuadores (7, 8) para ajustar las alineaciones de antenas, medir continuamente las variaciones de las propiedades (R(x)) de la señal transmitida a través del enlace cuando los actuadores (7, 8) se mueven para ajustar la alineación de las antenas (10), hallar el conjunto de posiciones óptimas de los actuadores (x(max)), y bloquear y fijar las antenas en las posiciones óptimas halladas utilizando medios de fijación independientes de dichos medios de sujeción de los actuadores.

Description

Procedimiento y dispositivo para alinear antenas.

La presente invención se refiere a los sistemas de antenas de radio y, en particular, a un procedimiento para alinear unas antenas con otras y crear un enlace de radio fijo.

Habitualmente, para establecer un enlace de radio entre dos puntos, se monta una antena sobre una torre u otro tipo de estructura en cada uno de los puntos, y a continuación se ajusta la orientación de una antena y seguidamente la de la otra, mediante movimientos de elevación y de acimut, hasta hallar la alineación óptima. Una antena común utilizada con este propósito es la descrita en la patente US nº 4.563.687. En una instalación habitual, existen dos o más antenas en cada extremo del enlace y, para cada antena de transmisión, es posible seleccionar la antena óptima para utilizar como receptor.

Cada una de dichas pruebas requiere una gran cantidad de personal, en particular, instaladores para ajustar físicamente las alineaciones de antenas e ingenieros de puesta en marcha para obtener las mediciones necesarias. En una de las operaciones habituales, es necesario mover físicamente la antena en relación con el soporte haciendo girar un tornillo de localización con una llave inglesa, mientras se comprueba que el nivel de la señal sea el mejor. Esta tarea no es una tarea que pueda realizarse con gran precisión, en especial, debido a que la antena suele situarse por necesidad en la intemperie. En la práctica, tampoco es posible comprobar ambas direcciones de transmisión a la vez, en particular debido a que eso exigiría que los instaladores trabajaran demasiado cerca de una antena de transmisión. En la práctica, los instaladores deben bajar de la torre de la antena entre las diferentes comprobaciones de transmisión. También es necesario comprobar el enlace a diversas frecuencias diferentes del ancho de banda de funcionamiento de la antena. Por consiguiente, el procedimiento es muy lento. En el transcurso del procedimiento, las variaciones de las condiciones ambientales, tales como las condiciones climáticas, pueden afectar a las propiedades de las señales y enmascarar las variaciones de intensidad de señal ocasionadas por los ajustes de alineación que se desean comprobar.

El uso creciente de comunicaciones digitales de alta velocidad requiere una mayor calidad de la señal. No obstante, las frecuencias más altas (de la banda de los gigahercios) utilizadas actualmente requieren una mayor precisión en la alineación. Además, las condiciones ambientales provocan un aumento de la variación de la intensidad de la señal (por ejemplo, a esas frecuencias, la longitud de onda es comparable con la de las olas de la superficie del mar, por lo tanto, las condiciones del mar pueden interferir con las señales). Por otra parte, la atenuación debida al agua líquida es significativa a estas frecuencias y, entonces, las nubes o la lluvia pueden afectar a los resultados.

Por consiguiente, será deseable diseñar un procedimiento de comprobación que pueda realizarse con suficiente rapidez para determinar la alineación óptima, en un período de tiempo suficientemente corto como para que las condiciones climáticas y otro tipo de condiciones ambientales permanezcan esencialmente constantes. También será deseable una reducción del personal necesario, particularmente para el trabajo desagradable y potencialmente peligroso de subir a una torre de antena y ajustar físicamente las alineaciones de las antenas.

Según la presente invención, se proporciona un procedimiento para alinear antenas de radio que disponen de medios para ajustar la alineación de unas antenas con otras y crear un enlace de radio fijo, que comprende las etapas de medir las propiedades de una señal transmitida a través del enlace entre las antenas, y ajustar la alineación, caracterizado además por las etapas siguientes:

montar actuadores motorizados en las antenas que forman cada uno de los extremos del enlace haciendo uso de los medios de sujeción de los actuadores, caracterizándose dichos actuadores porque permiten ajustar las alineaciones de las antenas y pueden ser reemplazados por medios de sujeción fijos después del procedimiento de alineación, realizándose dicho procedimiento de alineación desde una posición remota y comprendiendo las etapas siguientes:

controlar el movimiento de los actuadores para ajustar las alineaciones de antenas,

medir continuamente las variaciones de las propiedades de la señal transmitida a través del enlace cuando los actuadores se mueven para ajustar la alineación de las antenas, hallar el conjunto de posiciones óptimas de los actuadores y bloquear y fijar las antenas en las posiciones óptimas halladas utilizando medios de fijación independientes de dichos medios de sujeción de los actuadores.

Según un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para alinear entre sí antenas de radio y crear un enlace de radio fijo, que comprende:

medios para ajustar la alineación de una antena, y medios de medición para medir las propiedades de la señal transmitida a través del enlace;

caracterizado porque los medios para ajustar la alineación de la antena comprenden uno o más actuadores motorizados, cada uno de los cuales presenta medios para su montaje en una antena, que permiten ajustar la alineación de la respectiva antena,

medios de sujeción para los actuadores que permiten la sujeción temporal de los actuadores a las antenas y la posterior recuperación y reutilización de éstos,

medios de control para controlar el movimiento del actuador o cada uno de los actuadores y variar las alineaciones de las antenas,

medios asociados a los medios de medición para permitir la determinación de la posición óptima de los actuadores,

medios de bloqueo y fijación para fijar las antenas en la posición óptima, utilizando medios de fijación independientes de dichos medios de sujeción de los actuadores y

medios para utilizar los medios de control y los medios de bloqueo y supervisar los medios de medición, desde una posición remota respecto de los actuadores.

La misma antena puede disponer de dos o más actuadores para controlar la orientación en dos dimensiones. En una disposición preferida, se supervisa continuamente la calidad de la señal mientras se ajusta la alineación de una antena, se determina la posición de alineación óptima y se coloca la antena en la alineación óptima determinada por medio de los actuadores. Los medios para bloquear la posición de la antena pueden estar incorporados en los actuadores o pueden ser medios de bloqueo independientes.

Como se describirá con referencia a la forma de realización preferida, la presente invención puede utilizarse para alinear los elementos de una agrupación de antenas situada en un emplazamiento particular con los de una correspondiente agrupación situada en otro emplazamiento.

Cuando las antenas van a ajustarse por medio de actuadores motorizados, el procedimiento completo puede ser realizado por un operador que controlará remotamente los actuadores situados en ambos extremos del enlace de radio. No obstante, los actuadores motorizados adecuados, tales como los pistones eléctricos o hidráulicos, son caros y, por lo tanto, resulta costoso proveer a todas las antenas de un equipamiento que sólo se necesita para la fase de alineación. Por consiguiente, según la presente invención, los actuadores están diseñados para una unión temporal con las antenas, pudiendo ser pues reemplazados por medios de sujeción fijos una vez concluida la alineación. Los actuadores podrán ser reutilizados posteriormente en otra tarea de instalación. Por este motivo, los actuadores vienen preferentemente provistos de bridas de fijación para sujetarse a la estructura de la antena, que son independientes del sistema de ajuste manual existente en la mayoría de antenas, de tal forma que, una vez finalizada la alineación, es posible utilizar el sistema de ajuste manual para sujetar la antena en su posición antes de retirar los actuadores. Para realizar este procedimiento de recuperación de los actuadores, los instaladores deben subir a la torre de la antena, pero esta tarea es mucho más simple y rápida que la tarea de alineación de la técnica anterior y puede realizarse en cualquier momento adecuado tras la finalización del procedimiento de ajuste.

A continuación, se describirá a título de ejemplo una forma de realización de la presente invención, haciendo referencia a los dibujos, en los que:

la Figura 1 ilustra una antena común con el sistema de alineación mecánica;

la Figura 2 ilustra la misma antena provista de actuadores motorizados acoplados según la presente invención;

la Figura 3 ilustra un sistema de alineación según la presente invención, que presenta seis antenas, cada una de las cuales se acopla según la disposición de la Figura 2 y

la Figura 4 es un gráfico ilustrativo generado durante el procedimiento de la presente invención.

La Figura 1 ilustra esquemáticamente un armazón fijo 1 que forma parte de un mástil, torre u otro tipo de estructura fija. Montadas en el armazón 1, se hallan diversas antenas 10, 20 y 30 (véase la Figura 3), de las cuales sólo se muestra la antena 10 (vista oblicuamente desde atrás) en la Figura 1. La antena presenta un transceptor 11 proporcionado por medio de un conductor eléctrico 12. La antena 10 se monta en el armazón 1 y se ajusta a éste por medio de cuatro tornillos de localización 3, 4, 5 y 6 fijados a la antena 10 y conectados reversiblemente al armazón 1 por medio de respectivas bridas de bloqueo 13, 14, 15 y 16. La posición angular de la antena 10 en relación con el armazón 1 puede ajustarse liberando una de las bridas 13, 14, 15 y 16, manipulando uno de los tornillos de localización para mover la antena y, finalmente, bloqueando el tornillo en su nueva posición por medio de la brida. Por ejemplo, la antena puede girarse en torno al eje vertical delimitado por las bridas 13 y 15, liberando las bridas 14 y 16, ajustando la orientación de la antena por medio de la manipulación de uno de los respectivos tornillos de localización 4 (dando al otro tornillo 6 libertad de movimiento en la dirección complementaria con respecto a su brida 16) y bloqueando los tornillos 4 y 6 en sus nuevas posiciones mediante las bridas 14 y 16. El ajuste en torno al eje transversal horizontal delimitado por las bridas 14 y 16 puede realizarse de forma similar, ajustando los tornillos 3 y 5.

La intensidad de señal recibida por el transceptor 11 de una segunda antena (cuya propia alineación puede haber sido ajustada de manera similar) puede ser supervisada por un detector conectado al conductor eléctrico 12. El procedimiento se repite para las antenas situadas en ambos extremos del enlace de radio tantas veces como sea necesario para determinar la combinación óptima de alineaciones de antenas. Este procedimiento es muy incómodo y lento y precisa de la presencia de personal en los emplazamientos de las antenas de transmisión y las antenas de recepción. El ajuste debe realizarse según un procedimiento de ensayo y error, siendo necesario que el personal de instalación responsable de los ajustes de los tornillos de fijación se retire a un lugar seguro mientras se efectúan las pruebas, debido a los intensos campos de radiación presentes cerca de una antena operativa. En una instalación de gran tamaño con varias antenas, la duración del procedimiento es larga en comparación con los cambios de las condiciones ambientales, circunstancia que puede afectar a los resultados de las mediciones.

La Figura 2 ilustra esquemáticamente un conjunto de antenas del tipo representado en la Figura 1, pero acoplado con un aparato de alineación según la presente invención. Dos de los tornillos de ajuste 3 y 4 y las bridas asociadas 13 y 14 se han soltado o retirado por completo y, en su lugar, se han colocado respectivos actuadores motorizados 7 y 8, sujetados temporalmente al armazón 1 y la antena 10 mediante abrazaderas (no representadas) incorporadas con este propósito. Los actuadores 7 y 8 pueden ser pistones motorizados eléctricamente o hidráulicamente, controlados (véase la Figura 3) a través de respectivos cables de control 17 y 18 desde un emplazamiento central 70 (véase la Figura 3) o por medio de una conexión inalámbrica (no representada). Los actuadores 7 y 8 pueden utilizarse para ajustar continuamente la alineación de la antena 10 en relación con el armazón 1 hasta obtener la disposición óptima. Los actuadores 7 y 8 se cambian, después, a sus posiciones óptimas. El personal de instalación puede regresar a la antena 10 en el momento que considere oportuno para reinstalar los tornillos de ajuste 3 y 4 (sin realizar más ajustes de la posición de la antena 10) y recuperar los actuadores 7 y 8 y los cables de control 17 y 18 o el equipo de conexión inalámbrica y las abrazaderas de fijación para reutilizarlos en otro proyecto de instalación.

La Figura 3 representa un proyecto de instalación completo que comprende una primera agrupación de antenas 10, 20 y 30, montada en una primera torre 1, y una segunda agrupación de antenas 40, 50 y 60, montada en una segunda torre 9, que se disponen en alineación mutua. Como se ha representado detalladamente en la Figura 2 para la antena 10, cada antena 10, 20, 30, 40, 50 y 60 está dotada de un par de actuadores que presentan respectivos cables de control 17, 18; 27, 28; 37, 38; 47, 48; 57, 58 y 67, 68 y un conductor 12, 22, 32, 42, 52 y 62 de su respectivo transceptor.

Los cables de control están conectados a una unidad de control 70, que puede colocarse en cualquier emplazamiento adecuado. Aunque estos cables se representan como cables fijos, es posible utilizar conexiones inalámbricas, a condición de que no interfieran con las transmisiones de las antenas que se están instalando. Como se representa, la unidad de control comprende dos controles de ajuste 77 y 78 para ajustar las posiciones de los respectivos actuadores 7 y 8, y seis conmutadores de selección 71 a 76 para conectar uno de los pares de cables de control 17, 18; 27, 28; 37, 38; 47, 48; 57, 58 y 67, 68 a los respectivos controles de ajuste para seleccionar qué antena debe ajustarse. Por lo tanto, si la alineación de la antena 40 debe ajustarse en torno al eje vertical, el usuario selecciona el conmutador 74 (para conectar los cables de control 47 y 48 a los controles de ajuste 77 y 78) y, a continuación, utiliza el control de ajuste 78 para accionar el actuador conectado al cable 48.

Se proporciona una unidad de supervisión 80 que está conectada al transceptor de cada antena 10, 20, 30, 40, 50 y 60 mediante su respectivo conductor 12, 22, 32, 42, 52 y 62. Se proporciona una serie de conmutadores 81, 82, 83, 84, 85 y 86 para permitir al respectivo conductor de transceptor conectarse a una salida 87, que representa visualmente en pantalla la intensidad de la señal y proporciona la capacidad para realizar la siguiente serie de pruebas de calidad de la señal con respecto a la posición del actuador:

movimiento panorámico en acimut y elevación tras la identificación del lóbulo principal 90;

discriminación por polarización cruzada;

inclinaciones bipolares (para saltos# sobre el agua) del lanzador (mecanismo distribuidor) y

respuestas de los saltos# (utilizando mediciones escalares de polarización en paralelo y polarización cruzada).

Se efectúan transmisiones de prueba desde el transceptor de una de las antenas 10 del primer mástil 1 y éstas se reciben en el transceptor de una de las antenas 60 del otro mástil 9 (o viceversa), mientras se ajusta la posición de una de las dos antenas 10 ó 60 de la forma descrita anteriormente. Por lo tanto, si la antena 10 debe transmitir a la antena 60 mientras se está utilizando el actuador 7 de la antena 10, el usuario seleccionará los conmutadores 71 y 86 y, a continuación, accionará el controlador 77. Esto determinará que el actuador de elevación 7 (Figura 2) se desplace a lo largo de su recorrido y que la alineación de la antena 10 varíe. Cuando suceda esto, la intensidad de señal detectada por el transceptor de la antena 60 variará y, entonces, se representará visualmente un gráfico de la intensidad de señal R(x) en función de la posición x del actuador, en la pantalla 87 de la unidad de supervisión. En la Figura 4, puede observarse uno de dichos gráficos comúnmente representado visualmente. Después de realizar un movimiento panorámico amplio que permitirá determinar el lóbulo principal 90 y los lóbulos laterales 91 y 92 representados en la Figura 4, el usuario puede centrarse en el lóbulo principal y repetir un movimiento panorámico de poca amplitud para hallar, mediante el gráfico, la posición óptima x_{max} del actuador en la que R(x) alcanza el valor máximo (90), correspondiente al lóbulo principal de la antena, y puede volver a colocar el actuador 7 en su posición mediante el controlador 77.

A continuación, la antena puede ajustarse en acimut, utilizando el controlador 78 para accionar el otro actuador 8. Cuando se desconecta el conmutador 71 que controla los actuadores 7 y 8 de la antena 10, los actuadores se bloquean para fijar la antena en su posición.

Se sobrentenderá que el operador humano de esta forma de realización puede ser sustituido por un ordenador que ejecuta un algoritmo bajo control de las entradas 12, 22, 32, 42, 52 y 62 de los transceptores 11, 21, 31, 41, 51 y 61, para generar señales en las conexiones de salida 17, 18, 27, 28, 37, 38, 47, 48, 57, 58, 67 y 68 y transmitirlas a los respectivos actuadores. Como sobrentenderán los expertos en la materia, una parte o todo el software utilizado para implementar la presente invención puede estar contenido en diversos medios de transmisión o almacenamiento, tales como un disquete, un CD-ROM o una cinta magnética, de tal forma que el programa puede copiarse en uno o más ordenadores universales o puede bajarse a través de una red informática utilizando medios de transmisión adecuados.

Concentrando toda la supervisión y el control en un mismo emplazamiento, controlado por una persona o un ordenador, se simplifica mucho el procedimiento de alineación. Por otra parte, debido a que la alineación de la antena puede realizarse de forma remota, no es necesario interrumpir las transmisiones mientras se efectúan los ajustes, tal como se haría por motivos de seguridad si el personal de instalación tuviera que estar presente para realizar manualmente dichos ajustes. Esto permite medir la calidad de la señal de forma continua en vez de gradual y agilizar en gran medida el procedimiento, que, de lo contrario, podría durar varias semanas (si fuera necesario alinear varias antenas en cada mástil) y, de este modo, dura sólo unas horas. Aparte de mejorar el rendimiento de la mano de obra, esta agilización permite mejorar la precisión, debido a que es menos probable que las condiciones ambientales que podrían influir en la calidad de la señal varíen de forma significativa durante el reducido período de comprobación.

Claims (16)

1. Procedimiento para alinear antenas de radio (10, 20, 30, 40, 50, 60) que disponen de medios (13, 14, 15, 16) para ajustar la alineación de unas antenas con otras y crear un enlace de radio fijo, que comprende las etapas de medir las propiedades (R(x)) de una señal transmitida a través del enlace entre las antenas, y ajustar la alineación, caracterizado además por las etapas siguientes:

montar actuadores motorizados (7, 8) en las antenas (10) que forman cada uno de los extremos del enlace haciendo uso de los medios de sujeción de los actuadores, caracterizándose dichos actuadores porque permiten ajustar las alineaciones de las antenas y pueden ser reemplazados por medios de sujeción fijos (13, 14) después del procedimiento de alineación, realizándose dicho procedimiento de alineación desde una posición remota (70) y comprendiendo las etapas siguientes:

controlar el movimiento de los actuadores (7, 8) para ajustar las alineaciones de antenas,

medir continuamente las variaciones de las propiedades (R(x)) de la señal transmitida a través del enlace cuando los actuadores (7, 8) se mueven para ajustar la alineación de las antenas (10),

hallar el conjunto de posiciones óptimas de los actuadores (x(max)), y

bloquear y fijar las antenas en las posiciones óptimas halladas utilizando medios de fijación independientes de dichos medios de sujeción de los actuadores.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ordenador (70) controla los actuadores (7, 8) en respuesta a las variaciones de las propiedades (R(x)) de la señal recibida y halla el conjunto de posiciones óptimas de los actuadores.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que se proporcionan dos o más actuadores (7, 8) en cada antena para controlar la orientación en dos dimensiones.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que los actuadores (7, 8) son pistones eléctricos o hidráulicos.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los actuadores (7, 8) son controlados, y las mediciones de las propiedades de la señal son recibidas, por señales transmitidas a través de un enlace de comunicaciones inalámbricas.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las antenas se bloquean en su posición mediante el bloqueo de los actuadores (7, 8).

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los actuadores (7, 8) están provistos de bridas de fijación para sujetarse a la estructura de la antena (10), que son independientes de los medios de sujeción fijos (13, 14), de tal forma que los medios de sujeción fijos pueden utilizarse para sujetar la antena en su posición antes de recuperar los actuadores.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se alinea una pluralidad de antenas (10, 20, 30) de un emplazamiento con una correspondiente pluralidad de antenas (40, 50, 60) de un segundo emplazamiento, según el procedimiento.

9. Programa informático o conjunto de paquetes de programas informáticos adaptados especialmente para su utilización con uno o más ordenadores para controlar los actuadores en respuesta a las mediciones de señal, como se indica en la reivindicación 2.

10. Aparato para alinear entre sí antenas de radio y crear un enlace de radio fijo, que comprende:

medios para ajustar la alineación de una antena (10), y medios de medición (11) para medir las propiedades (R(x)) de la señal transmitida a través del enlace;

caracterizado porque los medios para ajustar la alineación de la antena (10) comprenden uno o más actuadores motorizados (7, 8), cada uno de los cuales presenta medios para su montaje en una antena, que permiten ajustar la alineación de la respectiva antena,

medios de sujeción para los actuadores que permiten la sujeción temporal de los actuadores a las antenas y la posterior recuperación y reutilización de éstos,

medios de control (70) para controlar el movimiento del actuador o cada uno de los actuadores (7, 8) y variar las alineaciones de las antenas (10),

medios (80) asociados a los medios de medición (11) para permitir la determinación de la posición óptima de los actuadores (x(max)),

medios de bloqueo y fijación para fijar las antenas en la posición óptima, utilizando medios de fijación independientes de dichos medios de sujeción de los actuadores, y

medios (70) para hacer funcionar los medios de control y los medios de bloqueo y supervisar los medios de medición, desde una posición remota respecto de los actuadores.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que los actuadores (7, 8) son pistones eléctricos o hidráulicos.

12. Aparato según la reivindicación 10 u 11, en el que los medios de bloqueo comprenden medios para bloquear los actuadores en su posición.

13. Aparato según la reivindicación 10, 11 u 12, en el que los medios de sujeción de los actuadores comprenden bridas de fijación para sujetarse a la estructura de la antena, que son independientes de los medios de sujeción fijos de la antena (13, 14), de tal forma que los medios de sujeción fijos de la antena (13, 14) pueden ser utilizados para sujetar la antena en su posición antes de recuperar los actuadores.

14. Aparato según la reivindicación 10, 11, 12 ó 13, que comprende medios de comunicación inalámbrica para transmitir mandatos desde los medios de control (70) hasta los actuadores, y para transmitir señales de medición desde los medios de medición (11) hasta los medios de representación visual
(80).

15. Aparato según la reivindicación 10, 11, 12, 13 ó 14, que comprende además un ordenador para generar mandatos de control de los actuadores en respuesta a las mediciones realizadas por los medios de medición (11), y para determinar la posición óptima de los actuadores (x(max)) a partir de dichas mediciones.

16. Aparato según la reivindicación 10, 11, 12, 13 ó 14, que comprende además medios de representación visual (80) para representar visualmente las variaciones de las propiedades de la señal (R(x)) en relación con el funcionamiento de los medios de control (70), de tal forma que sea posible identificar la posición óptima de los actuadores (x(max)).