ES2263942T3 - Antena onmidireccional para la transmision y/o recepcion de señales de audio y/o video. - Google Patents

Abstract

Antena omnidireccional para la transmisión y/o la recepción de señales de audio y/o vídeo, del género que comprende cuatro elementos de antena idénticos (1) alimentados radio-eléctricamente por corrientes de similar fase y amplitud, cada elemento de antena comprendiendo un elemento radiante (3) de tipo biquad, un centro de alimentación (6) así como un reflector (2) asociado a este elemento radiante y cada uno de los centros de alimentación encontrándose sobre un círculo común y en los puntos de intersección de dos diámetros ortogonales a este círculo, caracterizada por el hecho de que cada elemento de la antena está en polarización rectilínea vertical y que los dos elementos de antena adyacentes están separados como máximo por una longitud de onda ë de trabajo, representando la medida entre sus centros de alimentación respectivos.

Description

Antena omnidireccional para la transmisión y/o recepción de señales de audio y/o vídeo.

La presente invención se refiere, de una manera general, a una antena omnidireccional para la transmisión y/o la recepción de señales de audio y/o vídeo.

Concretamente, la invención se refiere a una antena omnidireccional para la transmisión y/o la recepción de señales de audio y/o vídeo, de un género que comprende cuatro elementos de antena alimentados radioeléctricamente por corrientes de similar fase y amplitud, cada elemento de la antena comprendiendo un elemento radiante de tipo biquad y un centro de alimentación, así como un reflector asociado a este elemento radiante y cada uno de los centros de alimentación situándose sobre un círculo común y en los puntos de intersección de dos diámetros ortogonales con este círculo.

El sistema de recepción de señales electromagnéticas de vídeo a 2,4 ghz comprende habitualmente una antena omnidireccional de alto rendimiento, tras la que se sitúa un pre-amplificador para mejorar el factor de ruido y la dinámica del receptor.

En el mar, un sistema de este tipo procura resultados excelentes para las distancias del orden de 1 a 5 kilómetros, estando el mar en calma. Cuando la base se la ola alcanza cierta dimensión, la señal recibida se interrumpe y se anula y es necesario un margen de tres segundos para que vuelva a su valor original.

Se ha descrito en el texto de la patente US 4479127 una antena de polarización horizontal, formada por cuatro elementos de antena dispuestos respectivamente en un primer y un segundo par de elementos paralelos, siendo ambos pares perpendiculares el uno al otro y siendo los elementos de cada par equidistantes al eje del conjunto.

Cada uno de estos elementos se compone de dos bucles en cuadrado unidos por un vértice común que comporta varios centros de alimentación.

Sin embargo, esta antena presenta un VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) de escala 2:1 y, en consecuencia, un diagrama de radiación en forma de trébol de cuatro hojas con una atenuación importante en los bordes de cada lóbulo principal.

Este tipo de antena debe reservarse a aplicaciones de transmisión/recepción a larga distancia en condiciones medioambientales favorables pero no podría ser utilizada en condiciones en las que el riesgo de interferencia sea extremadamente elevado, por ejemplo en alta mar.

El objetivo de la presente invención es proponer una antena del tipo indicado anteriormente, utilizable por ejemplo a frecuencias del orden de 500 Mhz o de 2,4 Ghz y que permita paliar los inconvenientes del estado de la técnica.

Para alcanzar este objetivo la antena, de acuerdo con la invención, se caracteriza porque cada uno de sus elementos es de polarización rectilínea vertical y porque los dos lóbulos principales de radiación distan entre sí como máximo una longitud de onda \sim de trabajo, en el sentido de propagación de la onda, lo que significa en otros términos que dos elementos de antena adyacentes se hallan separados como máximo por una longitud de onda \lambda de trabajo, que representa la medida entre sus respectivos centros de alimentación.

Por otro lado, según una característica suplementaria y preferida, los centros de alimentación de dos elementos de antena adyacentes se hallan separados por una longitud igual a \lambda.

Cada elemento de antena comprende un elemento radiante o radiador constituido por un bucle contínuo que adopta la forma geométrica de dos cuadrados situados en un mismo plano y que tienen un vértice común y de perimetría sensiblemente igual a 2 a \lambda, así como un reflector asociado.

En la presente descripción así como en las reivindicaciones, se designará el elemento radiante así descrito por la denominación "biquad", y un elemento de antena provisto de un biquad por "elemento de antena biquad"

El elemento de antena biquad constituye un elemento de antena particularmente ventajoso en el marco de la invención en razón de la apertura de 90° de su lóbulo principal y de su rendimiento apreciable de 10 dbi.

Así, según una característica ventajosa de la invención, cada lóbulo principal de irradiación presenta una ligera obertura de 90° en los planos vertical y horizontal.

Igualmente, según una característica suplementaria de la invención, los elementos de antena se encuentran liados a un ensamblador por medio de un cable coaxial de alimentación de energía.

La invención se comprenderá mejor y otros de sus fines, características y ventajas se aclararán en el curso de la descripción explicativa posterior, que se refiere a los diseños que figuran en el anexo, dados únicamente a título de ejemplos para ilustrar diferentes modos de realización de la invención y en los que:

\bullet La figura 1 es una vista esquemática en plano de una antena que según la invención comprende 4 elementos de antena biquad fijados a unos soportes de elementos de antena y un ensamblador.

\bullet La figura 2 es una vista frontal de un elemento de antena biquad en la figura 1, fijado a unos soportes de elementos de antena.

\bullet La figura 3 es una vista en corte longitudinal de un ensamblador de 5 vías.

\bullet La figura 4 representa la curva que define la longitud del conductor cilíndrico de un ensamblador en función de la frecuencia de trabajo.

\bullet La figura 5 es una vista esquemática en plano de otro modo de realización de una antena según la invención, que comprende 4 elementos de antena biquad.

\bullet La figura 6 es una vista frontal de un elemento de antena biquad en la figura 5

Tal y como ha sido representada en las figuras 1 y 2, la antena según la invención comprende un conjunto de cuatro elementos de antena biquad 1, comprendiendo cada uno el reflector 2 y el biquad 3 propiamente dicho vinculados a un ensamblador de 5 vías, indicado en 4. Esta unión se asegura por medio de un cable coaxial 5 de alimentación de energía.

Por otro lado, los centros de alimentación 6 de estos elementos de antena biquad se encuentran sobre un círculo común y en los puntos de intersección de dos diámetros ortogonales con este círculo, de tal manera que la cuerda que sostiene el arco situado entre los dos centros de alimentación adyacentes sea igual a \lambda. Además, cada biquad 3 es tangente al círculo común.

La figura 1 muestra igualmente el ángulo de apertura de 90° del lóbulo principal de cada elemento de antena, dos lóbulos adyacentes y distando el uno del otro una longitud \lambda. En consecuencia, los cuatro elementos de antena biquad 1 cubren en total un ángulo de 360°.

Tal y como ha sido representado en la figura 2, el biquad 3 se configura en bucle cerrado formando dos cuadrados dentro de un mismo plano, unidos por un vértice común y siendo cada lado de aproximadamente \lambda/4. Este biquad está constituido por un hilo de cobre desnudo soldado al cable coaxial 5, estando las dos extremidades del hilo de cobre fijadas, en caso de necesidad, al reflector 2 por un medio cualquiera que sirva a rigidificar el conjunto.

El reflector 2, por su parte, esta compuesto por una placa metálica generalmente de cobre. El acero, en particular el acero inoxidable o el policlorobifenilo ("PCB") pueden ser utilizados igualmente. En ese caso, puede ser ventajoso soldar cobre, por ejemplo, al orificio de paso del cable coaxial 5 efectuado en este reflector, con objetó de asegurar una buena conexión física y eléctrica. Tal ensamblaje ha sido ya descrito por ejemplo en el "Biquad Antenna Construction" Martybugs.net, Wireless Networking Info (http://martbugs.net/wireless biquad) (fechas de puesta a disposición del público: 2 de mayo de 2003 y 20 de julio de 2003).

La figura 2 muestra igualmente que cada elemento de antena 1, por medio de su reflector 2, está fijado a un soporte 7 que puede tomar la forma de cuatro perfiles en escuadra. Habitualmente este soporte es de acero inoxidable. Sin embargo, pueden utilizarse otros materiales, en concreto materiales aislantes como el polimetilmetacrilato.

En cuanto al ensamblador 4, éste es visible en la figura 3, en la que aparecen representados los cuatro conectores N hembra 8 del armazón 9, el conector N hembra de entrada 10, así como los conductores lineales 11 y cilíndrico 12.

En otro modo de realización, de acuerdo con las figuras 5 y 6, la antena según la invención se halla desprovista de soporte de elementos de antena pero comprende un conjunto de cuatro elementos de antena biquad 1 comprendiendo cada uno el reflector 2 y el biquad 3 unidos al ensamblador 4 por medio del cable coaxial 5. En dicha realización, el reflector 2 se configura igualmente como soporte de elemento de antena.

Las diferentes medidas necesarias para la elaboración de cada uno de los elementos de antena biquad antes mencionados pueden determinarse libremente a partir de los valores de los parámetros explicados en la descripción antes mencionada y ello en función de la longitud de onda de trabajo \sim en el aire, siendo aplicado un coeficiente de disminución K en caso de que los elementos de antena se ahoguen en un medio eléctricamente aislante.

Los ejemplos no limitativos siguientes ilustran diversos modos de realización de una antena omnidireccional según la invención:

Ejemplo 1

Antena de 2,4 Ghz

En un modo de realización idóneo para una antena de 2,4 Ghz, tal y como ha sido representado en las figuras 1 a 3, cada uno de los cuatro biquads 3 que tienen su centro de alimentación en 6, se encuentra liado a un ensamblador de 2,4 Ghz indicado en 4 y representado en la figura 3. Esta conexión se efectúa por medio de un cable coaxial 5 de una impedancia de 50 \Omega, cable semi-rígido de alimentación de energía recubierto de un material eléctricamente aislante.

Si cada centro de alimentación dista una longitud \lambda de un centro de alimentación adyacente, el diámetro del círculo que une estos cuatro centros es, en consecuencia, de 174 mm.

Los biquads 3 están constituídos cada uno por un hilo de cobre continuo de un diámetro de entre 1,5 a 2,5 mm aproximadamente, de preferencia 2,5 mm, configurado en dos cuadrados iguales con un vértice común, cuyos lados tienen una longitud de 36 mm (1/4 de onda = 31 mm). La longitud de cada biquad, es decir, la distancia que separa los dos vértices más alejados, es de 90 mm, y cada uno de estos biquads dista 17 mm del reflector 2 asociado. Cada reflector esta constituído por una placa de cobre de 100 mm x 100 mm y de un espesor de 1,5 mm, fijada sobre un soporte 7 de elemento de antena, dos reflectores opuestos distando entre sí 140 mm.

En lo tocante al ensamblador 4 representado en la figura 3, la longitud de sus conductores lineales 11 es de 19 mm cada uno, el conductor cilíndrico 12 compuesto de una barra de cobre o de latón, que tiene un diámetro de 8,73 mm y una longitud de 65 mm determinada por la curva en la figura 4.

Ejemplo 2

Antena de 500 Mhz

En otro modo de realización idóneo para una antena de 500 Mhz, tal y como muestran las figuras 5 y 6, cada uno de los cuatro biquads 3 tiene su centro de alimentación en 6 y está unido a un ensamblador de 500 Mhz indicado en 4 y representado en la figura 3, y ello por medio de un cable coaxial de alimentación 5 (impedancia: 50 \Omega).

Como cada centro de alimentación dista una longitud de \lambda de un centro de alimentación adyacente, el diámetro del círculo que une estos cuatro centros es de 850 mm.

Por otro lado, los biquads 3, constituídos cada uno de un hilo de cobre contínuo, se configuran en dos cuadrados iguales, con un vértice común, cuyos lados tienen una longitud aproximada de 150 mm (1/4 de onda). La longitud de cada biquad (distancia que separa los dos vértices más alejados) es de 420 mm y cada uno de estos biquad dista 85 mm del reflector 2 asociado. Además, cada reflector 2 está constituído por una placa de acero inoxidable de 680 mm de longitud y de aproximadamente 600 mm de altura, de manera que dos reflectores opuestos distan 680 mm. De igual modo, cada reflector esta provisto de un orificio 13 de paso del cable coaxial 5, orificio en torno al cuál hay cobre soldado.

El ensamblador 4 por su parte es idéntico al del ejemplo 1, a excepción de la longitud del conductor cilíndrico que es de 320 mm, tal y como ha sido determinado por la curva en la figura 4.

La antena según la invención se revela particularmente interesante para combatir el fenómeno del oleaje típico del mar. En efecto, la imagen de vídeo recibida a 2,4 Ghz es de calidad perfectamente explotable e ininterrumpible incluso por un oleaje de 4 m entre dos barcos que disten entre sí aproximadamente 6 km.

Además, esta antena puede ser adaptada a frecuencias distintas de 2,4 Ghz y concretamente a frecuencias del orden de 500 Mhz para la gama de longitud de onda herziana (teléfono y datos), donde se ha mostrado igualmente eficaz.

Por otro lado, esta antena puede ser utilizada tanto para la recepción como para la emisión e igualmente ser objeto de otras aplicaciones como la transmisión a 2 Mbits entre navíos.

Claims (7)

1. Antena omnidireccional para la transmisión y/o la recepción de señales de audio y/o vídeo, del género que comprende cuatro elementos de antena idénticos (1) alimentados radio-eléctricamente por corrientes de similar fase y amplitud, cada elemento de antena comprendiendo un elemento radiante (3) de tipo biquad, un centro de alimentación (6) así como un reflector (2) asociado a este elemento radiante y cada uno de los centros de alimentación encontrándose sobre un círculo común y en los puntos de intersección de dos diámetros ortogonales a este círculo, caracterizada por el hecho de que cada elemento de la antena está en polarización rectilínea vertical y que los dos elementos de antena adyacentes están separados como máximo por una longitud de onda \lambda de trabajo, representando la medida entre sus centros de alimentación respectivos.

2. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque el hecho de que los dos elementos de antena adyacentes están separados por una longitud de onda \lambda de trabajo, que representa la medida entre sus centros de alimentación respectivos.

3. Antena según la reivindicación 1 o 2 caracterizada por el hecho de que los cuatro elementos de antena cubren en totalidad un ángulo de 360°.

4. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por el hecho de que los elementos de antena se hallan liados a un ensamblador (4) por medio de un cable coaxial (5) de alimentación de energía.

5. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por el hecho de que cada elemento de antena comprende un elemento radiante (3) constituido por un bucle continuo que adopta la forma geométrica de dos cuadrados situados dentro de un mismo plano teniendo un vértice común y de perímetro similar a 2 \lambda.

6. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 5 para utilización a frecuencias del orden de 2,4 Ghz.

7. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 5 para utilización a frecuencias del orden de 500 Mhz.