ES2848299T3 - Sistema de antenas con control de ancho de haz - Google Patents
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Abstract
Un sistema de antenas (300) que comprende: un conjunto de antenas de polarización dual (330, 410, 510, 520, 530, 600, 710, 720), que comprende: una pluralidad de células unitarias (330, 331, 332, 411, 412, 413, 511, 512, 513, 514, 521, 522, 531, 533, 610, 612, 711, 712, 713, 714, 721, 722, 723, 724, 800, 1011, 1012, 1013) para una primera banda de frecuencia dispuesta en una columna vertical, en donde cada una de la pluralidad de células unitarias incluye: al menos un elemento radiante de una polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) y al menos un elemento radiante de una polarización lineal vertical (350, 351, 801, 802, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042), siendo la polarización lineal vertical ortogonal a la polarización lineal horizontal; en donde la pluralidad de células unitarias incluye al menos una primera célula unitaria, en donde para la al menos una primera célula unitaria, el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical comprende al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) desplazados horizontalmente a un primer extremo y a un segundo extremo del respectivo al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044); el sistema de antenas (300) que comprende además un primer circuito de frecuencia de radio (390), acoplado al conjunto de antenas de polarización dual (330, 410, 510, 520, 530, 600, 710, 720), el primer circuito de frecuencia de radio (390) configurado para dividir una primera señal (340), destinada para su transmisión o recepción por la pluralidad de células unitarias en una primera polarización lineal de inclinación de 45 grados, en dos señales de componente en fase conjunta mediante la conexión a una entrada en fase (391) del primer circuito de frecuencia de radio (390), para usar una primera señal de componente en fase conjunta de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) de cada una de la pluralidad de células unitarias, y para usar una segunda señal de componente en fase conjunta de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical de cada una de la pluralidad de células unitarias, en donde el primer circuito de frecuencia de radio (390) está configurado para dividir la segunda señal de componente en fase conjunta de la primera señal entre un divisor de potencia (370) para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) de la al menos una primera célula unitaria, en donde el primer circuito de frecuencia de radio (390) está configurado además para dividir una segunda señal (341), destinada para su transmisión o recepción por la pluralidad de células unitarias en una segunda polarización lineal inclinada de 45 grados, en dos señales de componente en antifase mediante la conexión a una entrada desfasada (392) del primer circuito de frecuencia de radio (390), donde la segunda polarización lineal inclinada de 45 grados es ortogonal a la primera polarización lineal de inclinación de 45 grados, para usar una primera señal de componente en anti-fase de la segunda señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) de cada una de la pluralidad de células unitarias, y para usar una segunda señal de componente en anti-fase de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical de cada una de la pluralidad de células unitarias, en donde el primer circuito de frecuencia de radio está configurado para dividir la segunda señal de componente en anti-fase de la segunda señal entre el divisor de potencia (370) para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) de la al menos una primera célula unitaria.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de antenas con control de ancho de haz
Campo de la divulgación
La presente divulgación se refiere en general a conjuntos de antenas de polarización cruzada, y más específicamente a conjuntos de antenas con ancho de haz estrecho y empaquetamiento de elementos de antena eficaz.
Antecedentes
Los sitios de estación base celular están normalmente diseñados y desplegados con tres sectores dispuestos para dar servicio a diferentes orientaciones de acimut, por ejemplo sirviendo cada sector a un intervalo de 120 grados de ángulo desde una ubicación de sitio de célula. Cada sector incluye una antena con un patrón de radiación acimutal que define la huella de cobertura de sector. El ancho de haz de media potencia (HPBW) del patrón de radiación de acimut de una antena de sector de estación base es generalmente óptimo a aproximadamente 65 grados ya que esto proporciona ganancia suficiente y teselación de sitio de tres sectores eficaz de múltiples sitios en una red o agrupación de sitios que dan servicio a un área de red celular.
La mayoría de las tecnologías de acceso de red celular de datos móviles, incluyendo el Acceso por Paquetes de Alta Velocidad (HSPA) y la Evolución a Largo Plazo (LTE) emplean esquemas de reutilización de espectro 1:1 o completo para maximizar la eficacia y la capacidad espectral. Esta reutilización espectral agresiva significa que necesita minimizarse esa interferencia inter-sector e inter-célula de modo que pueda maximizarse la eficacia espectral. La basculación de la antena, normalmente proporcionada por la basculación de haz de conjunto en fase eléctrica proporciona una libertad de optimización de red para tratar la interferencia inter-célula, pero existen pocas opciones para optimizar la interferencia inter-sector. La relación de delante hacia atrás (FTB), de delante a un lado (FTS) y de potencia de sector (SPR) de un patrón de antena son parámetros que indican la cantidad de interferencia inter-sector; cuanto mayores son FTB y FTS y menor es el valor de SPR, menor la interferencia inter-sector.
Una manera para mejorar el rendimiento de red es mediante el control eficaz del ancho de haz de acimut de la antena de la estación base. Este ancho de haz de acimut se mide normalmente en la posición de menos 3 dB para HPBW, y menos 10 dB para FSR. En la mayoría de los despliegues celulares, el HPBW se requiere normalmente a 65 grados, mientras que el ancho de haz de FSR se establece a 120 para asegurar que la potencia no se derrame a células adyacentes, manteniendo por lo tanto una buena relación de portadora a interferencia (C/I).
Reducir el ancho de haz de acimut de 3 dB a 60 grados o incluso 55 grados normalmente mejora la SPR, pero puede impactar también la eficacia de teselación de red celular para cobertura de servicio básica, y requiere necesariamente una antena más ancha para conseguir la anchura de haz más estrecha que entonces pone presión adicional en el sitio en términos de zonificación, carga de viento y alquileres. Por ejemplo, están disponibles antenas de estación base con anchos de haz de acimut variable que pueden usarse para proporcionar mejor equilibrio de carga entre sectores y para ajustar el solapamiento sector a sector. Sin embargo, tales soluciones pueden no ser adecuadas para alojar múltiples conjuntos y por lo tanto soportar múltiples bandas de espectro que es un requisito deseable para antenas de estación base. Además, tales antenas de ancho de haz variable pueden ser grandes (rigiéndose el tamaño por el ancho de haz conseguible mínimo) requiriendo algunas soluciones de mecánica y electrónica activa y, por lo tanto, siendo potencialmente costosas de desplegar y mantener.
Yasuko, et al. (JP 2005-033261) parece describir un uso común de polarización de múltiples frecuencias o un sistema de polarización de múltiples frecuencias monomodo único que muestra un efecto de diversidad que puede instalarse en un espacio limitado por una pluralidad de conjuntos de elementos de antena y un reflector común. (véase, por ejemplo, Yasuko, párr. [0005]).
Mailandt, et al. (WO 98/27614) describe una antena con un primer conjunto de antenas que tiene una primera polarización, un segundo conjunto de antenas que tiene una segunda polarización, y un híbrido en cuadratura para transformar las polarizaciones del primer y segundo conjuntos de antenas a la tercera y cuarta polarizaciones diferentes que son ortogonales entre sí. (véase, por ejemplo, Mailandt, Resumen).
Petersson, et al. (Solicitud de Patente de Estados Unidos Pub. N.° 2012/0108297) describe un dispositivo de antena con un primer y segundo formadores de polarización, primera y segunda antenas para primera y segunda polarizaciones, y primer y segundo combinadores, por lo que las salidas de los formadores de polarización pueden combinarse como entradas a la primera y segunda antenas. (véase, Petersson, Resumen). Petersson describe el uso de pares de elementos verticales y elementos horizontales para "formación de haces", pero no describe detalle alguno de topología alguna sobre cómo se consigue esto, nada distinto de simplemente el uso de "dos elementos de antena en una o.ambas de las polarizaciones." (véase, Petersson párr. [0054]).
Deng, et al. (Solicitud de Patente de Estados Unidos Pub. N.° 2007/0229385) describe una antena de estación base de banda ancha de polarización dual con elementos radiantes de disposición en caja de polarización dual. (véase
Deng, Resumen). Para usar vectores radiantes de 45/-45 grados, los elementos radiantes están físicamente ubicados a orientaciones de 45/-45 grados. (véase, por ejemplo, Deng párr. [0025], [0028]-[0032]; Figuras 5 y 8a-8d).
Derneryd, et al. (Patente de Estados Unidos N. ° 6,091,365) describe el empaquetamiento de elementos de antena de parche de banda alta con elementos de antena de parche de banda baja, por ejemplo, donde cada elemento radiante tiene al menos una dimensión de radiación efectiva, donde la dimensión resonante efectiva de un primer elemento radiante es sustancialmente el doble de la de las dimensiones de los segundos elementos radiantes. (véase, por ejemplo, Derneryd col. 3, líneas 42-62).
Sumario
La presente divulgación proporciona una solución al problema anteriormente analizado proporcionando un sistema de antenas de acuerdo con las reivindicaciones 1-7 y proporcionando un método para usar un conjunto de antenas de polarización dual de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 9.
Breve descripción de los dibujos
La enseñanza de la presente divulgación puede entenderse fácilmente considerando la siguiente descripción detallada en conjunto con los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 representa un sistema de conjunto de antenas de estación base;
La Figura 2 representa una antena de estación base de banda dual;
La Figura 3 representa otro sistema de conjunto de antenas de estación base, de acuerdo con la presente divulgación;
La Figura 4 representa otra antena de estación base de banda dual de acuerdo con la presente divulgación; Las Figuras 5A, 5B y 5C representan ejemplos de conjuntos de antenas que tienen células unitarias con elementos radiantes orientados verticalmente divididos en diversas posiciones, de acuerdo con la presente divulgación; La Figura 6 ilustra un conjunto de antenas que tiene elementos radiantes orientados horizontalmente divididos, de acuerdo con la presente divulgación;
Las Figuras 7A y 7B representan conjuntos de antenas que tienen células unitarias de polarización dual que incluyen elementos radiantes orientados tanto verticalmente divididos como orientados horizontalmente divididos, de acuerdo con la presente divulgación;
La Figura 8 representa una célula unitaria que incluye tres elementos radiantes orientados verticalmente divididos, de acuerdo con la presente divulgación;
La Figura 9 representa una vista de arriba a abajo de un conjunto de antenas que tiene una célula unitaria con elementos radiantes orientados verticalmente divididos, de acuerdo con la presente divulgación; La Figura 10A representa un conjunto de antenas que tiene células unitarias que comprenden elementos radiantes orientados verticalmente divididos; y
Las Figuras 10B-10D representan conjuntos de antenas que tienen elementos radiantes orientados verticalmente divididos donde los elementos radiantes orientados verticalmente de cada célula unitaria están desplazados en direcciones verticales opuestas.
Para facilitar el entendimiento, se han utilizado números de referencia idénticos, donde fuera posible, para designar elementos idénticos que son comunes a las figuras.
Descripción detallada
La presente divulgación se refiere a conjuntos de antenas adecuados para despliegues de estaciones base celulares que pueden proporcionar una mitigación mejorada de la interferencia inter-sector o un solapamiento de sector ajustable para optimizar un diseño de red celular. En particular, la presente divulgación proporciona una solución para controlar la tasa de caída del patrón de radiación de acimut, Ancho de Haz de Media Potencia (HPBW), relación delante a un lado (FSR) y relación de potencia de sector (SPR). Los conjuntos de antenas de la presente divulgación son particularmente adecuados para su uso en un sitio de estación base en sectores, donde la interferencia inter-sector está limitada por las características de radiación de acimut de la antena de estación base. Como se usa en el presente documento, los términos y expresiones "antena" y "conjunto de antenas" se usan de manera intercambiable. Para consistencia, y a menos que se especifique de otra manera, con respecto a cualquiera de los conjuntos de antenas representados, el horizonte del mundo real se indica como de izquierda a derecha/de derecha a izquierda en la página, y la dirección arriba/vertical es en una dirección desde la parte inferior de la página a la parte superior de la página.
Convencionalmente, en la colocación de los elementos de antena sobre el reflector, se ha usado la selección de la altura de los elementos y dimensiones del reflector y la electrónica activa para controlar el ancho de haz de acimut de la antena. Por lo tanto, por ejemplo, se usa una antena más ancha para conseguir un ancho de haz más estrecho, que pone presión adicional en el sitio en términos de zonificación, carga de viento, alquileres y así sucesivamente. En contraste, en una realización de la presente divulgación, un conjunto de antenas comprende una pluralidad de células unitarias dispuestas verticalmente a lo largo de la longitud del conjunto. En una realización, cada célula unitaria comprende al menos dos elementos radiantes, por ejemplo, centrados a lo largo de la anchura del reflector. En una
realización, cada célula unitaria radia un campo de polarización lineal ortogonal dual, por ejemplo, polarizaciones de inclinación de 45 grados y -45 grados (por ejemplo, según se prefiere en sistemas comunicación celular convencionales). Sin embargo, en una realización, los elementos radiantes de cada célula unitaria están físicamente orientados de manera ortogonal a cero grados y 90 grados. Para conseguir los vectores/campos de radiación de /-45 grados, se usa una técnica de "polarización transversal virtual" donde se alimenta el elemento vertical (orientado a 90 grados) y el elemento horizontal (orientado a cero grados) en una potencia en fase conjunta o potencia en anti-fase para conseguir la rotación de vector. En una realización, el elemento de 90 grados, o el "elemento vertical", se separa además en al menos dos elementos radiantes, o un par radiante vertical. El par radiante vertical está dispuesto horizontalmente dentro de célula unitaria, con una separación horizontal máxima equivalente a la anchura del reflector. El par radiante vertical está en fase conjunta para conseguir un factor de conjunto en el plano de acimut donde se reducen significativamente HPBW y FSR. En particular, el uso de la técnica de "polarización transversal virtual" acoplada con una geometría de célula unitaria novedosa proporciona un control mejorado sobre los parámetros HPBW/FSR y SPR, para un despliegue de red celular optimizado.
Además, un conjunto de antenas que comprende una o más células unitarias con forma de "H", es adecuado para empaquetado de elementos optimizado en conjuntos integrados (por ejemplo, conjuntos de banda dual o de múltiples bandas). Por ejemplo, controlar la relación de los tipos de células unitarias usadas en el conjunto más el espaciado de los componentes verticales en la célula unitaria con forma de 'H' proporciona libertades de diseño y rendimiento adicionales para la capacidad de adaptar la forma de patrón de radiación de acimut a un requisito especificado. Al mismo tiempo, se minimizan los "efectos de sombreado" en caras de conjuntos integrados adyacentes. Estas y otras ventajas de la presente divulgación se describen en mayor detalle a continuación en relación con los ejemplos de las siguientes figuras.
Haciendo referencia ahora a la Figura 1, un sistema de conjunto de antenas de estación base 100 de acuerdo con un ejemplo útil para el entendimiento de la presente divulgación incluye dos redes (110) y (111) de suministro corporativo (CF) que convierten las señales de frecuencia de radio (RF) de estación base en señales de control de elemento de antena para un número de células unitarias polarizadas linealmente duales (130-132) dispuestas verticalmente a lo largo de la longitud del conjunto de antenas 120. Cada célula unitaria 130-132 radia un campo de polarización lineal ortogonal dual, por ejemplo, en vectores de radiación de polarización de inclinación de 45 grados y -45 grados preferidos. En particular, se muestra cada célula unitaria 130 que incluye dos elementos de antena de dipolo transversal linealmente polarizados duales orientados a 45/-45 grados 140 y 141 que están dispuestos horizontalmente. Cada uno de los elementos de antena 140 y 141 en célula unitaria 130 incluye dos elementos radiantes, un elemento radiante de 45 grados (150 y 151 respectivamente) y un elemento radiante de -45 grados (160 y 161 respectivamente), que se alimentan desde las respectivas redes de CF 110 y 111 mediante divisores de potencia (PD) 170 y 171 respectivamente para proporcionar una división de fase y amplitud iguales de la señal antes de la alimentación en los pares de elementos radiantes (150, 160 y 151, 161). Esto da como resultado la formación de un factor de conjunto en el plano de acimut. Dependiendo de la separación de los elementos de antena 140 y 141 en la célula unitaria 130, pueden optimizarse los patrones de radiación de acimut de la célula unitaria 130. Por ejemplo, si los dos elementos de antena dispuestos horizontalmente 140 y 141 están espaciados a 0,8 A de la frecuencia de operación, el ancho de haz de acimut resultante es normalmente la mitad del ancho de haz de acimut de una célula unitaria de división (por ejemplo, un "único" elemento de antena de dipolo transversal de polarización dual, tal como en célula unitaria 131 o 132). En una realización, la combinación de un número de células unitarias divididas y no divididas dispuestas verticalmente a lo largo del conjunto de antenas posibilitará que se seleccione un ancho de haz de conjunto global deseado. Sin embargo, una desventaja de esta topología de conjunto es que se requiere una solución de antena mucho más ancha para adaptar los dos elementos de antena de dipolo transversal de polarización dual orientados 45/-45 grados horizontalmente desplazados.
Con referencia a la Figura 2, muchas antenas de estación base pueden incluir un conjunto combinado de banda dual con dos columnas o pilas de conjunto de elementos de antena, una pila para la operación de banda baja (por ejemplo, de 690-960 MHz), y una pila para operación de banda alta (por ejemplo, de 1695-2690 MHz). Las antenas de estación base más complejas pueden incluir tres pilas como se muestra en el conjunto de antenas de banda dual 200 de la Figura 2 donde la pila de elementos de antena de polarización dual de banda baja 210 está situada en el centro del reflector mientras que las dos pilas de conjunto de banda alta 280 y 290 están ubicadas en cada lado de los elementos de banda baja 210 (para facilidad de ilustración, únicamente se etiquetan dos de los elementos de antena de polarización dual de banda alta 231 en la Figura). Esto ilustra claramente algunas de las limitaciones del espacio disponible en el reflector donde los efectos de sombreado e interacción mutua entre los elementos de banda baja y de banda alta pueden degradar el rendimiento de la antena. El sombreado entre los elementos puede mitigarse si se aumenta la separación entre las dos pilas de banda alta 280 y 290. Sin embargo, esto es en general desventajoso puesto que esto daría como resultado una plataforma de antena mucho más ancha.
La Figura 3 ilustra un sistema de conjunto de antenas de estación base 300 donde cada una de las células unitarias 330-332 del conjunto de antenas 320 incluye elementos radiantes ortogonales orientados a cero grados y 90 grados, o en una orientación horizontal/vertical (H/V). En particular, la célula unitaria 330 incluye dos elementos radiantes orientados verticalmente divididos 350 y 351 para formar un factor de conjunto de acimut. El elemento de antena orientado horizontalmente 360 en la célula unitaria 330 permanece en la misma posición que en un dipolo transversal de polarización dual convencional con orientación H/V (tal como en la célula unitaria 331 o 332), mientras que están
dispuestos dos elementos radiantes orientados verticalmente divididos 350 y 351 en cualquier lado del elemento de antena orientado horizontalmente 360 (es decir, situado en ambos extremos del elemento de antena orientado horizontalmente 360).
Para conseguir el patrón de radiación preferido de polarizaciones lineales de inclinación de 45/-45 deseadas para las antenas de estación base, los elementos radiantes orientados H/V ortogonales están alimentados en fase (es decir, cuando una señal de información desde la red de CF 310 alimentada a través del puerto P1 380 está igualmente en fase a una copia de la señal de información enviada a través del puerto P2382 desde la red de CF 311 para conseguir un vector de polarización lineal de inclinación de 45 resultante o virtual y alimentarse en anti-fase (es decir, cuando una señal de información alimentada a través del puerto P2382 comprende una versión desfasada o retardada de la misma señal de información alimentada a través del puerto P1 380) para generar un vector de polarización lineal de inclinación de -45 grados. Esto se muestra en detalle para la célula unitaria 330 mostrada en la Figura 3. Un divisor de potencia 370 proporciona una fase igual y amplitud dividida de la señal desde el puerto P2 382 a los elementos radiantes orientados verticalmente divididos 350 y 351. Por lo tanto, los elementos radiantes verticales y los elementos radiantes horizontales de cada célula unitaria 330-332 están orientados físicamente ortogonales entre sí, y también se transmiten y/o reciben mediante vectores radiantes de polarización lineal de inclinación de 45/-45 grados ortogonales.
En una realización, esto se consigue alimentando los elementos mediante un circuito de microondas tal como un acoplador híbrido/anillo de 180 grados (o combinador híbrido), un acoplador de carrera de ratas, un circuito de procesamiento de señal digital y/o una solución implementada por software. Por ejemplo, la división en fase y potencia relativa para las señales de alimentación proporciona una rotación virtual de los vectores radiantes de los elementos radiantes de cada célula unitaria 330-332 a las polarizaciones lineales de inclinación de 45/- 45 grados deseadas.
Para ilustrar, la Figura 3 también incluye un circuito o divisor de potencia 390 para rotar, o controlar los vectores radiantes efectivos de cada uno de los elementos radiantes orientados horizontalmente y orientados verticalmente de cada una de las células unitarias 330-332. En un ejemplo, el divisor de potencia 390 comprende un acoplador híbrido o un acoplador de anillo híbrido (180 grados), tal como un acoplador de carrera de radas, cada uno de los cuales puede denominarse también en el presente documento como un combinador híbrido. Como se muestra en la Figura 3, el divisor de potencia 390 incluye dos puertos de entrada (suponiendo la conexión a señales pretendidas para transmisión), designados como puerto de entrada positivo 'P' 391 (también denominado en el presente documento como una entrada en fase) y el puerto de entrada menos 'M' 392 (también denominado en el presente documento como una entrada desfasada) y dos puertos de salida, designados como puerto de salida 'V' 393 y el puerto de salida 'H' 394. Por ejemplo, las señales 340 y 341 introducidas en el puerto de entrada positivo 'P' 391 y el puerto de entrada menos 'M' 392 respectivamente, pueden ser para transmisión en polarizaciones de inclinación lineal de 45 y -45 grados, respectivamente. Para ilustrar esto, considérese que la señal 340 que se introduce en el puerto de entrada positivo 391, entra en el divisor de potencia 390, que en este caso es un acoplador de anillo híbrido de 180 grados, divide la potencia igualmente en dos ramales recorriendo un ramal en el sentido de las agujas del reloj al puerto de salida 'V' etiquetado 393 y recorriendo el otro ramal en el sentido contrario de las agujas del reloj al puerto de salida 'H' etiquetado 394. En particular, la distancia entre el puerto de entrada positivo 391 y el puerto 'H' 394 y la distancia entre el puerto de entrada positivo 391 y el puerto 'V' 393 son la misma distancia. En un ejemplo, esta distancia también se encuentra en, o sustancialmente cerca de, una distancia que es el equivalente de 90 grados de fase para una frecuencia central en una banda de frecuencia de las señales que van a transmitirse y recibirse mediante los elementos radiantes de células unitarias 330-332. En cualquier caso, puesto que la señal 340 recibida en el puerto de entrada 391 recorre la misma distancia, los dos puertos de salida 393 y 394 reciben señales idénticas de la misma potencia y misma fase (por ejemplo, estas dos son señales de componente "en fase conjunta"). De manera similar, la señal 341 recibida en el puerto de entrada menos 392 entra en el divisor de potencia 390, divide la potencia igualmente en dos ramales recorriendo un ramal en el sentido de las agujas del reloj y recorriendo un ramal en el sentido contrario de las agujas del reloj. En particular, la distancia entre el puerto de entrada menos 392 y el puerto 'V' 393 es la misma distancia que entre el puerto de entrada positivo 391 y el puerto de salida 'V' 393, por ejemplo, una distancia que proporciona 90 grados de desplazamiento de fase. Por lo tanto, la señal 341 desde el puerto de entrada menos 392 llega como el puerto de salida 'V' 393 que tiene una misma fase que la señal 340 en el puerto de entrada positivo 391. Sin embargo, en un ejemplo, la distancia entre el puerto de entrada menos 392 y el puerto de salida 'H' 394 es tres veces la distancia entre el puerto de entrada menos 392 y el puerto 'V' 393. Por ejemplo, esta distancia puede ser una distancia o longitud que proporciona 270 grados de desplazamiento de fase, por ejemplo, para una señal en una frecuencia central de una banda de frecuencia deseada. En otras palabras, cuando la señal 341 desde el puerto de entrada menos 392 llega en el puerto 'H' 394, está 180 grados desfasada con respecto a la señal 340 que llega en el puerto de salida 'H' 394 desde el terminal de entrada positivo 391. Además, puesto que la señal 341 recibida en el puerto de entrada 392 recorre una distancia diferente a los dos puertos de salida 393 y 394, los puertos de salida reciben señales de la misma potencia menos 180 grados desfasada (por ejemplo, estas son dos señales de componente "en anti-fase").
Como se ha descrito anteriormente, el puerto de salida 'H' 394 y el puerto de salida 'V' 393 reciben las señales 340 y 341 desde el terminal de entrada positivo 391 y el terminal de entrada menos 392, respectivamente. Estas señales se combinan en los respectivos terminales de salida 393 y 394 y se reenvían a las redes de CF 310 y 311 respectivamente. Las señales pueden a continuación pasarse desde las redes de CF 310 y 311 a los respectivos elementos radiantes orientados horizontalmente y orientados verticalmente de las células unitarias 330-332. Sin
embargo, antes de activar los elementos radiantes orientados verticalmente divididos 350 y 351 de la célula unitaria 330, la señal desde la red de CF 311 mediante el puerto P2382 puede procesarse además por el divisor de potencia 370 para proporcionar dos señales de activación de elemento de antena en fase iguales en amplitud.
La Figura 3 también representa el conjunto 320 con una combinación de células unitarias con forma de "H" (por ejemplo, la célula unitaria 330), con elementos radiantes verticales divididos, y células unitarias/elementos de antena verticales no divididos (por ejemplo, las células unitarias 331 y 332). Por ejemplo, la célula unitaria 331 y la célula unitaria 332 en la Figura 3 se muestran usando elementos radiantes orientados H/V no divididos, y aunque no se muestra, se alimentarían desde las respectivas redes de alimentación corporativas (CF) 310 y 311 tal como para entregar polarizaciones lineales de inclinación de 45/-45 grados virtuales. Ventajosamente, la realización de la Figura 3 permite que el frente del conjunto sea físicamente más estrecha en comparación con un conjunto de estación base de antenas más convencional con elementos de antena de polarización dual de 45/-45 grados físicamente orientados. Esto es particularmente beneficioso en los despliegues donde la carga de viento en los sitios de estación base es crítica.
Haciendo referencia ahora a la Figura 4, las realizaciones de la presente divulgación también posibilitan la co-ubicación de múltiples pilas de conjuntos de banda alta con una pila de conjunto de banda baja en un espacio de reflector limitado. Los intervalos de frecuencia de banda baja y banda alta típicos se han mencionado anteriormente en relación con la Figura 2. Sin embargo, debería entenderse que la presente divulgación no está limitada a ninguna frecuencia o intervalos de frecuencia particulares y que la mención de algún valor específico es para los fines de ilustración únicamente. La Figura 4 muestra un ejemplo de un conjunto de antenas de tres pilas 400 donde las dos pilas 480 y 490 de elementos de banda alta están empaquetadas de manera eficiente entre una pila de banda baja 410 que comprende el elemento de banda baja dividido 411 y los elementos de banda baja no divididos 412 y 413. Obsérvese que la topología del frente del conjunto resultante tiene elementos de banda baja que no ensombrecen a los elementos de banda alta. Evitando un efecto de ensombrecimiento en los elementos de banda alta, puede reducirse el acoplamiento mutuo entre los elementos de antena de banda baja y de banda alta. En particular, los elementos de banda baja 411-413 pueden alimentarse mediante las mismas alimentaciones corporativas o similares como se ilustra en la Figura 3, y pueden proporcionar los mismos vectores radiantes efectivos virtualmente rotados de polarización lineal de inclinación de 45/-45 grados. Sin embargo, puesto que los elementos de antena de banda alta de los conjuntos de banda alta 480 y 490 pueden comprender dipolos transversales con elementos radiantes físicamente orientados a 45/-45 grados, los elementos de antena de banda alta pueden alimentarse mediante medios convencionales.
Las Figuras 5A, 5B y 5C ilustran realizaciones adicionales de la presente divulgación donde se varía el número de células unitarias con forma de "H" que tienen elementos radiantes de polarización orientados verticalmente divididos y sus posiciones a lo largo de la longitud vertical del conjunto de antenas. Por ejemplo, la Figura 5A ilustra células unitarias 511-514 divididas con forma de "H" a lo largo de la longitud del conjunto de antenas 510. La Figura 5B ilustra una combinación de células unitarias divididas (521 y 522) y células unitarias no divididas (523 y 524) a lo largo de la longitud del conjunto de antenas 520. La Figura 5C ilustra células unitarias divididas (531 y 533) y células unitarias no divididas (532 y 534) alternas a lo largo de la longitud del conjunto de antenas 530. En particular, variando el número y posiciones de las células unitarias divididas y no divididas, se consiguen diferentes anchos de haz de acimut deseados. Además, cualquiera de los ejemplos de las Figuras 5A-5C puede implementarse también en conjuntos de antenas de banda dual y de múltiples bandas, por ejemplo, de manera similar a la realización de la Figura 4.
La Figura 6 ilustra una realización adicional donde un conjunto de antenas 600 incluye una o más células unitarias que presentan elementos radiantes orientados horizontalmente divididos, por ejemplo, las células unitarias 611 y 613. En particular, aunque puede usarse la inclusión de células unitarias que tienen elementos radiantes de polarización orientados verticalmente divididos, por ejemplo, las células unitarias 610 y 612, para controlar el ancho de haz de acimut, pueden usarse células unitarias que tienen elementos radiantes de polarización orientados horizontalmente divididos, por ejemplo, pueden usarse las células unitarias 611 y 613 para controlar el ancho de haz de elevación, por ejemplo, basándose en el número de células unitarias que tienen elementos radiantes de polarización horizontalmente orientados divididos, las ubicaciones de tales células unitarias con la pila, y así sucesivamente.
Las Figuras 7A y 7B ilustran conjuntos de antenas que tienen células unitarias de polarización dual que incluyen tanto elementos radiantes orientados verticalmente divididos como elementos radiantes orientados horizontalmente divididos. Las Figuras 7A y 7B también muestran disposiciones donde las células unitarias de polarización dual que tienen tanto elementos radiantes orientados verticalmente divididos como orientados horizontalmente divididos están incluidas en conjuntos con elementos de antena orientados verticalmente divididos como con elementos de antena de polarización dual orientados H/V convencionales. Por ejemplo, la Figura 7A ilustra el conjunto de antenas 710 con elementos de antena orientados verticalmente divididos 711 y 713 alternados con los elementos de antena divididos horizontal y vertical 712 y 714. La Figura 7B ilustra el conjunto de antenas 720 con elementos de antena orientados H/V convencionales 721 y 723 alternados con elementos de antena divididos horizontal y vertical 722 y 724. De nuevo, pueden utilizarse diversas combinaciones de diferentes tipos de células unitarias, por ejemplo, con elementos de antena orientados de 45/-45 grados, elementos de antena orientados H/V convencionales, elementos de antena verticales divididos, elementos de antena horizontales divididos, elementos de antena con elementos radiantes tanto verticales divididos como horizontales divididos y similares en un conjunto de antenas/pila de antenas para control de
ancho de haz de acimut y elevación, Ancho de Haz de Media Potencia (HPBW), Relación de Adelante hacia Atrás (FSR), Relación de Potencia de Sector (SPR) y así sucesivamente.
La Figura 8 ilustra una realización adicional de la presente divulgación donde una célula unitaria 800 incluye tres elementos radiantes orientados verticalmente divididos 801, 802 y 803 dispuestos en diversas posiciones a lo largo de un elemento radiante horizontal 804. En particular, variando el espaciado de los respectivos elementos radiantes verticales (por ejemplo, entre 801 y 802, entre 802 y 803 y entre 801 y 803), se hacen disponibles patrones de radiación acimutales adicionales para los diseñadores y operadores de estaciones base celulares.
La Figura 9 ilustra otra realización más de la presente divulgación que tiene una célula unitaria 910 con elementos radiantes orientados verticalmente divididos 920 y 921, donde se muestra (mirando hacia abajo a un conjunto de antenas 900 desde la parte superior) que los elementos orientados verticalmente divididos 920 y 921 están montados a una distancia horizontal de D2, normalmente justo más corta que la anchura del reflector de antena global 930 para obtener una apertura máxima del factor de conjunto de acimut. El elemento radiante horizontal se muestra mediante el número de referencia 960. Los elementos orientados verticalmente 920 y 921 pueden montarse en un ángulo de pliegue 940 determinado por 0 dando una distancia de separación de D1 de las partes radiantes de los elementos radiantes orientados verticalmente. Esto es de manera que los elementos radiantes orientados verticalmente 920 y 921 pueden empaquetarse eficazmente dentro de un perfil preferido del radomo que encapsula la antena 900 para minimizar la carga de viento frontal de la antena. En particular, los elementos radiantes orientados verticalmente 920 y 921 pueden inclinarse a ángulos lejos de un ángulo perpendicular a un plano de un plano de tierra del frente del conjunto del conjunto de antenas 900.
Las Figuras 10A-10D se pretende que ilustren realizaciones adicionales de la presente divulgación donde los elementos radiantes orientados verticalmente divididos se desplazan verticalmente a diversas posiciones con respecto a elementos radiantes orientados horizontalmente. Para los fines de comparación, la Figura 10A muestra un conjunto de antenas 1010 con elementos de antena divididos verticalmente 1011-1013. La Figura 10B muestra un conjunto de antenas 1020 donde conjuntos de elementos radiantes orientados verticalmente divididos 1021 y 1022 están desplazados en direcciones opuestas centradas en los respectivos elementos radiantes orientados horizontalmente 1023. La Figura 10C muestra un conjunto de antenas 1030 donde los elementos radiantes orientados horizontalmente 1033 están alineados con los puntos medios de los elementos radiantes orientados verticalmente divididos 1031 y con los extremos de los elementos radiantes orientados verticalmente divididos 1032. La Figura 10D ilustra un conjunto de antenas 1040 que es similar al conjunto de antenas 1030 de la Figura 10C, con elementos radiantes orientados horizontalmente 1044 añadidos. Los conjuntos de elementos radiantes orientados verticalmente divididos 1041 y 1042 y elementos radiantes orientados horizontalmente 1043 son similares a los correspondientes componentes en la Figura 10C. Los ejemplos de las Figuras 10B-10D proporcionan opciones adicionales para el empaquetamiento de topología de conjunto, además del ejemplo de la Figura 10A y los ejemplos de las figuras anteriormente analizadas.
Debería observarse que los ejemplos de la presente divulgación describen el uso de polarizaciones lineales de inclinación de 45/-45 grados.
Claims (9)
1. Un sistema de antenas (300) que comprende:
un conjunto de antenas de polarización dual (330, 410, 510, 520, 530, 600, 710, 720), que comprende:
una pluralidad de células unitarias (330, 331, 332, 411, 412, 413, 511, 512, 513, 514, 521, 522, 531, 533, 610, 612, 711, 712, 713, 714, 721, 722, 723, 724, 800, 1011, 1012, 1013) para una primera banda de frecuencia dispuesta en una columna vertical, en donde cada una de la pluralidad de células unitarias incluye:
al menos un elemento radiante de una polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) y al menos un elemento radiante de una polarización lineal vertical (350, 351, 801, 802, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042), siendo la polarización lineal vertical ortogonal a la polarización lineal horizontal;
en donde la pluralidad de células unitarias incluye al menos una primera célula unitaria, en donde para la al menos una primera célula unitaria, el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical comprende al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) desplazados horizontalmente a un primer extremo y a un segundo extremo del respectivo al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044);
el sistema de antenas (300) que comprende además un primer circuito de frecuencia de radio (390), acoplado al conjunto de antenas de polarización dual (330, 410, 510, 520, 530, 600, 710, 720), el primer circuito de frecuencia de radio (390) configurado
para dividir una primera señal (340), destinada para su transmisión o recepción por la pluralidad de células unitarias en una primera polarización lineal de inclinación de 45 grados, en dos señales de componente en fase conjunta mediante la conexión a una entrada en fase (391) del primer circuito de frecuencia de radio (390), para usar una primera señal de componente en fase conjunta de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) de cada una de la pluralidad de células unitarias, y
para usar una segunda señal de componente en fase conjunta de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical de cada una de la pluralidad de células unitarias, en donde el primer circuito de frecuencia de radio (390) está configurado para dividir la segunda señal de componente en fase conjunta de la primera señal entre un divisor de potencia (370) para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) de la al menos una primera célula unitaria,
en donde el primer circuito de frecuencia de radio (390) está configurado además
para dividir una segunda señal (341), destinada para su transmisión o recepción por la pluralidad de células unitarias en una segunda polarización lineal inclinada de 45 grados, en dos señales de componente en anti fase mediante la conexión a una entrada desfasada (392) del primer circuito de frecuencia de radio (390), donde la segunda polarización lineal inclinada de 45 grados es ortogonal a la primera polarización lineal de inclinación de 45 grados,
para usar una primera señal de componente en anti-fase de la segunda señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) de cada una de la pluralidad de células unitarias, y para usar una segunda señal de componente en anti-fase de la primera señal como una señal de accionamiento para el al menos un elemento radiante de la polarización lineal vertical de cada una de la pluralidad de células unitarias, en donde el primer circuito de frecuencia de radio está configurado para
dividir la segunda señal de componente en anti-fase de la segunda señal entre el divisor de potencia (370) para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) de la al menos una primera célula unitaria.
2. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en donde para la al menos una primera célula unitaria, el respectivo al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal comprende:
al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal (1043, 1044), en donde los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical están desplazados en el primer extremo y el segundo extremo de los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal (712, 714, 722, 724).
3. El sistema de antenas de la reivindicación 2, que comprende además un divisor de potencia adicional para dividir la primera señal de componente en fase conjunta de la primera señal para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal, y para dividir además la primera señal de componente en anti-fase de la segunda señal para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal.
4. El sistema de antenas de la reivindicación 1,
en donde la pluralidad de células unitarias incluye al menos una segunda célula unitaria que comprende al menos un elemento de antena de dipolo transversal de polarización dual (331, 332, 523, 524, 532, 534, 721, 723).
5. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en donde los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical están inclinados en ángulos (940) lejos de un ángulo perpendicular a un plano de un conjunto frente al plano de tierra del conjunto de antenas de polarización dual.
6. El sistema de antenas de la reivindicación 1, que comprende además: al menos un elemento de antena para una segunda banda de frecuencia, en donde el conjunto de antenas de polarización dual comprende una disposición de pila dual con una primera pila que incluye la pluralidad de células unitarias (410, 412, 413) y una segunda pila (480, 490) que incluye el al menos un elemento de antena para la segunda banda de frecuencia.
7. El sistema de antenas de la reivindicación 1, en donde la al menos una primera célula unitaria (800) comprende además:
un tercer elemento radiante de la polarización lineal vertical (802), en donde el tercer elemento radiante de la polarización lineal vertical está situado entre los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (801, 803).
8. Un método para usar un conjunto de antenas de polarización dual, que comprende:
recibir una primera señal (340) para transmisión a una primera polarización lineal de inclinación de 45 grados; dividir la primera señal en una primera señal de componente en fase conjunta y una segunda señal de componente en fase conjunta;
recibir una segunda señal (341) para su transmisión a una segunda polarización lineal inclinada de 45 grados, en donde la segunda polarización lineal inclinada de 45 grados es ortogonal a la primera polarización lineal de inclinación de 45 grados;
dividir la segunda señal de componente en una primera señal de componente en anti-fase y una segunda señal de componente en anti-fase; y
para cada una de una pluralidad de células unitarias (330, 331, 332, 411,412, 413, 511, 512, 513, 514, 521, 522, 531, 533, 610, 612, 711, 712, 713, 714, 721, 722, 723, 724, 800, 1011, 1012, 1013) del conjunto de antenas de polarización dual para una primera banda de frecuencia dispuesta en una columna vertical que comprende al menos un elemento radiante de una polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044) y al menos dos elementos radiantes de una polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042), en donde los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical (350, 351, 801, 803, 1021, 1022, 1031, 1032, 1041, 1042) están desplazados horizontalmente a un primer extremo y un segundo extremo del al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal (360, 804, 1023, 1033, 1043, 1044):
accionar el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal con la primera señal de componente en fase conjunta y la primera señal de componente en anti-fase (380); y
accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical con la segunda señal de componente en fase conjunta y la segunda señal de componente en anti-fase (382).
9. El método de la reivindicación 8, en donde el al menos un elemento radiante de la polarización lineal horizontal comprende al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal (1043, 1044), en donde los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal vertical están desplazados en el primer extremo y el segundo extremo de los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal (712, 714, 722, 724), comprendiendo además el método:
dividir la primera señal de componente en fase conjunta de la primera señal y dividir la primera señal de componente en anti-fase de la segunda señal para accionar los al menos dos elementos radiantes de la polarización lineal horizontal.
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