ES2950561T3 - Antenas de estación base de banda múltiple que tienen elementos de radiación de dipolo cruzado - Google Patents

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Abstract

Un elemento radiante de doble polarización para una antena de estación base incluye un primer dipolo que se extiende a lo largo de un primer eje, incluyendo el primer dipolo un primer brazo dipolo y un segundo brazo dipolo y un segundo dipolo que se extiende a lo largo de un segundo eje, incluyendo el segundo dipolo un tercer brazo dipolo y un cuarto brazo dipolo y siendo el segundo eje generalmente perpendicular al primer eje, donde cada uno de los brazos dipolo primero a cuarto tiene segmentos conductores primero y segundo espaciados que juntos forman una forma generalmente ovalada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Antenas de estación base de banda múltiple que tienen elementos de radiación de dipolo cruzado Antecedentes
La presente invención se refiere generalmente a radio comunicaciones y, más particularmente, a antenas de estación base para sistemas de comunicaciones celulares.
Los sistemas de comunicaciones celulares se conocen bien en la técnica. En un sistema de comunicaciones celulares, un área geográfica se divide en una serie de regiones que se denominan "celdas" que se atienden por estaciones base respectivas. La estación base puede incluir una o más antenas de estación base que se configuran para proporcionar comunicaciones de radiofrecuencia ("RF") bidireccionales con suscriptores móviles que están dentro de la celda atendida por la estación base. En muchos casos, cada estación base se divide en "sectores". En tal vez la configuración más común, una celda de forma hexagonal se divide en tres sectores de 120°, y cada sector se atiende por una o más antenas de estación base que tienen un ancho de haz de media potencia (HPBW) de acimut de aproximadamente 65°. Típicamente, las antenas de estación base se montan en una torre u otra estructura elevada, con los patrones de radiación (denominados además en la presente descripción "haces de antena") que se generan por las antenas de estación base dirigidas hacia fuera. Las antenas de estación base se implementan a menudo como matrices en fase lineales o planas de elementos de radiación.
Para satisfacer el volumen cada vez mayor de comunicaciones celulares, los operadores celulares han agregado el servicio celular en una variedad de nuevas bandas de frecuencia. Aunque en algunos casos es posible usar matrices lineales de los denominados elementos de radiación de "banda ancha" o "banda ultraancha" para proporcionar el servicio en múltiples bandas de frecuencia, en otros casos es necesario usar diferentes matrices lineales (o matrices planas) de elementos de radiación para soportar el servicio en las diferentes bandas de frecuencia. En los primeros años de las comunicaciones celulares, cada matriz lineal se implementó típicamente como una antena de estación base separada.
A medida que el número de bandas de frecuencia ha proliferado, y el aumento de la sectorización se ha vuelto más común (por ejemplo, dividir una celda en seis, nueve o incluso doce sectores), el número de antenas de estación base desplegadas en una estación base típica ha aumentado significativamente. Sin embargo, debido, por ejemplo, a las ordenanzas de zonificación locales y/o las restricciones de peso y carga de viento para las torres de antenas, a menudo existe un límite en cuanto al número de antenas de estación base que pueden desplegarse en una estación base dada. Para aumentar la capacidad sin aumentar además el número de antenas de estación base, se han introducido las denominadas antenas de estación base de banda múltiple en los últimos años en los que se incluyen múltiples matrices lineales de elementos de radiación en una única antena. Un diseño de antena de estación base de banda múltiple muy común es la antena RVV, que incluye una matriz lineal de elementos de radiación de "banda baja" que se usan para proporcionar el servicio en parte o toda la banda de frecuencia de 694-960 MHz (que a menudo se denomina la "banda R") y dos matrices lineales de elementos de radiación de "banda alta" que se usan para proporcionar el servicio en parte o toda la banda de frecuencia de 1695-2690 MHz (que a menudo se denomina la "banda V"). Estas matrices lineales se montan una al lado de la otra.
Existe además un interés significativo en las antenas de estación base RRVV, que se refieren a antenas de estación base que tienen dos matrices lineales de elementos de radiación de banda baja y dos (o cuatro) matrices lineales de elementos de radiación de banda alta. Las antenas RRVV se usan en una variedad de aplicaciones que incluyen aplicaciones 4x4 de múltiples entradas múltiples salidas ("MIMO") o como antenas de banda múltiple que tienen dos bandas bajas diferentes (por ejemplo, una matriz lineal de banda baja de 700 MHz y una matriz lineal de banda baja de 800 MHz) y dos bandas altas diferentes (por ejemplo, una matriz lineal de banda alta de 1800 MHz y una matriz lineal de banda alta de 2100 MHz). Sin embargo, las antenas RRVV, son difíciles de implementar de una manera comercialmente aceptable debido a que lograr un haz de antena HPBW de acimut de 65° en la banda baja requiere típicamente elementos de radiación de banda baja que tienen al menos 200 mm de ancho. Cuando dos matrices de banda baja se colocan una al lado de la otra, con matrices lineales de banda alta dispuestas entre las mismas, esto da como resultado una antena de estación base que tiene un ancho de tal vez 600-760 mm. Dicha antena grande puede tener una carga de viento muy alta, puede ser muy pesada, y/o puede ser costosa de fabricar. Los operadores preferirían antenas de estación base RRVV que tienen anchos en el intervalo de 300-380 mm que es un ancho típico para antenas de estación base de última generación.
El documento de patente GB 2517735 A se refiere a una antena polarizada doble. Más particularmente, se refiere a antenas que emiten o reciben dos polarizaciones ortogonales tales como inclinaciones verticales y horizontales o de /-45 grados.
El documento de patente WO 2017/003374 A1 se refiere a antenas que emiten o reciben dos polarizaciones ortogonales tales como inclinaciones verticales y horizontales o de /-45 grados. Más particularmente, se refiere a antenas de lente que crean un conjunto de haces que tienen un ancho de haz constante independiente de la frecuencia.
El documento de patente CN 101714702 A se refiere a un vibrador de antena polarizada doble acoplado a la banda ancha, y pertenece al campo técnico de fabricación de antenas de estación base de comunicación.
El modelo de utilidad CN 201 011672 Y se refiere a un vibrador de antena de frecuencia doble de frecuencia ancha, que comprende una placa deflectora, una unidad de radiación superficial, una pieza alimentadora y una base de soporte.
El documento de patente US 2012/098725 A1 se refiere a radiadores de antena de radiofrecuencia (RF) direccionales para difusión de baja a media potencia, donde los radiadores son configurables para soportar alimentación única o doble y polarización lineal o elíptica, por ejemplo, circular.
El documento de patente CN 104953241 A se refiere a la antena transceptora de posicionamiento de polarización doble de un tipo de ancho de lóbulo de plano horizontal entre 55-75°, y dos polarizaciones de esta antena son mutuamente ortogonales, tales como el nivel ortogonal y vertical o de ± 45 grados de polarizaciones inclinadas. El documento de patente US 2015/295313 A1 se refiere a una matriz de radiación de banda múltiple que incluye una columna vertical de elementos de dipolo de banda inferior y una columna vertical de elementos de dipolo de banda superior.
Resumen
Conforme a las modalidades de la presente invención, se proporcionan elementos de radiación de polarización doble que incluyen un primer dipolo que se extiende a lo largo de un primer eje, el primer dipolo que incluye un primer brazo de dipolo y un segundo brazo de dipolo y un segundo dipolo que se extiende a lo largo de un segundo eje, el segundo dipolo que incluye un tercer brazo de dipolo y un cuarto brazo de dipolo. El segundo eje es generalmente perpendicular al primer eje. Cada uno del primer al cuarto brazos de dipolo tiene el primer y segundo segmentos conductores separados que forman entre sí una forma generalmente ovalada.
En algunas modalidades, los extremos distales del primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo se conectan eléctricamente entre sí de manera que el primer brazo de dipolo tiene una estructura de lazo cerrado. En otras modalidades, un extremo distal del primer segmento conductor del primer brazo de dipolo se separa de un extremo distal del segundo segmento conductor del primer brazo de dipolo de manera que el primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo sólo se conectan eléctricamente entre sí a través de extremos próximos del primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo.
En modalidades de acuerdo con la presente invención, cada uno del primer y segundo segmentos conductores del primer al cuarto brazos de dipolo incluye una primera sección ensanchada que tiene un primer ancho promedio, una segunda sección ensanchada que tiene un segundo ancho promedio y una sección estrechada que tiene un tercer ancho promedio, la sección estrechada que está entre la primera sección ensanchada y la segunda sección ensanchada. En estas modalidades, el tercer ancho promedio es menos de la mitad del primer ancho promedio y menos de la mitad del segundo ancho promedio. La sección estrechada comprende una traza conductora serpenteada. La sección estrechada puede crear una alta impedancia para las corrientes que están a una frecuencia que es aproximadamente el doble de la frecuencia más alta en el intervalo de frecuencia de operación del elemento de radiación de polarización doble.
En algunas modalidades, un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores que forman el primer brazo de dipolo es mayor que un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores que forman el segundo brazo de dipolo. En dichas modalidades, el elemento de radiación de polarización doble puede montarse en una antena de estación base, y el primer brazo de dipolo está más cerca de un borde lateral de la antena de estación base que el segundo brazo de dipolo.
En algunas modalidades, al menos la mitad de un área entre el primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo puede ser un área abierta.
En algunas modalidades, una primera traza serpenteada del primer segmento conductor del primer brazo de dipolo y una segunda traza serpenteada del segundo segmento conductor del primer brazo de dipolo se extienden hacia una sección interior del primer brazo de dipolo que está entre el primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo. En algunas modalidades, todos los segmentos de traza serpenteada en el primer brazo de dipolo se extienden hacia una sección interior del primer brazo de dipolo que está entre el primer y segundo segmentos conductores del primer brazo de dipolo.
En algunas modalidades, el primer dipolo irradia directamente señales de radiofrecuencia ("RF") a una polarización de 45° y el segundo dipolo irradia directamente señales de RF a una polarización de -45°.
En algunas modalidades, una placa conductora se monta por encima de las porciones centrales del primer y segundo dipolos. En algunas modalidades, la placa conductora puede colocarse dentro de una distancia de 0,05 veces una longitud de onda de operación del primer y segundo dipolos, donde la longitud de onda de operación es la longitud de onda correspondiente a la frecuencia central de una banda de frecuencia de operación del elemento de radiación de polarización doble.
En las modalidades de la presente invención aún adicionales, se proporcionan antenas de estación base que incluyen una primera matriz lineal de elementos de radiación que transmiten y reciben señales dentro de una banda de frecuencia de operación y una segunda matriz lineal de elementos de radiación que transmiten y reciben señales dentro de la banda de frecuencia de operación. Cada uno de los elementos de radiación en la primera y segunda matrices lineales de elementos de radiación incluye un primer dipolo y un segundo dipolo que se extienden en planos perpendiculares y una placa conductora se monta por encima de las porciones centrales del primer y segundo dipolos. La placa conductora se coloca dentro de una distancia de 0,05 veces una longitud de onda de operación del primer y segundo dipolos, donde la longitud de onda de operación es la longitud de onda correspondiente a la frecuencia central de la banda de frecuencia de operación.
En algunas modalidades, las placas conductoras se configuran para cambiar una frecuencia de una resonancia de modo común que está dentro de una banda de frecuencia de operación de la primera y segunda matrices lineales y que se genera en la segunda matriz lineal cuando la primera matriz lineal transmite señales de manera que la resonancia de modo común cae fuera de la banda de frecuencia de operación.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista lateral en perspectiva de una antena de estación base de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de la antena de estación base de la Figura 1 con el radomo eliminado. La Figura 3 es una vista frontal de la antena de estación base de la Figura 1 con el radomo eliminado.
La Figura 4 es una vista lateral de la antena de estación base de la Figura 1 con el radomo eliminado.
Las Figuras 5 y 6 son vistas ampliadas en perspectiva de varias porciones de la antena de estación base de las Figuras 1-4.
La Figura 7 es una vista ampliada en perspectiva de uno de los conjuntos de elementos de radiación de banda baja de la antena de estación base de las Figuras 1-6.
La Figura 8 es una vista superior del conjunto de elementos de radiación de banda baja de la Figura 7.
La Figura 9 es una vista lateral del conjunto de elementos de radiación de banda baja de la Figura 7.
La Figura 10 es una vista superior que ilustra los dipolos de uno de los elementos de radiación de banda baja incluidos en el conjunto de elementos de radiación de banda baja de las Figuras 7-9.
La Figura 11 es una vista superior que ilustra los dipolos de un elemento de radiación de banda baja de acuerdo con las modalidades de la presente invención adicionales.
La Figura 12 es una vista ampliada en perspectiva de uno de los conjuntos de elementos de radiación de banda alta de la antena de estación base de las Figuras 1-6.
Las Figuras 13A-13C son diagramas esquemáticos que ilustran una implementación ilustrativa de un filtro de modo común que puede incluirse en las bases de alimentación de los elementos de radiación de la antena de estación base de las Figuras 1-6.
La Figura 14 es un diagrama esquemático que ilustra una implementación ilustrativa de un filtro de modo común que puede integrarse en los brazos de dipolo de los elementos de radiación de banda baja de la antena de estación base de las Figuras 1-6.
La Figura 15 es una vista en perspectiva de un conjunto de elementos de radiación de banda baja de acuerdo con las modalidades de la presente invención que incluye placas conductoras respectivas montadas por encima de la sección central de los brazos de dipolo de cada elemento de radiación de banda baja.
Descripción detallada
Las modalidades de la presente invención se refieren generalmente a elementos de radiación de banda baja de polarización doble para una antena de estación base de banda doble y a antenas y métodos de estación base relacionados. Dichas antenas de banda doble pueden ser capaces de soportar dos o más estándares principales de interfaz de aire en dos o más bandas de frecuencia celular y permiten que los operadores inalámbricos reduzcan el número de antenas desplegadas en estaciones base, lo que reduce los costos de alquiler de torres mientras que aumentan la velocidad de capacidad de mercado.
Un desafío en el diseño de antenas de estación base de banda doble es reducir el efecto de dispersión de las señales de RF en una banda de frecuencia por los elementos de radiación de la otra banda de frecuencia. La dispersión es indeseable ya que puede afectar la forma del haz de antena tanto en los planos de acimut como de elevación, y los efectos pueden variar significativamente con la frecuencia, lo que puede dificultar la compensación de estos efectos mediante el uso de otras técnicas. Además, al menos en el plano de acimut, la dispersión tiende a impactar al ancho de haz, la forma del haz, el ángulo de señalización, la ganancia y la relación de adelante hacia atrás de formas indeseables. Los elementos de radiación de banda baja de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención pueden diseñarse para tener un impacto reducido en el patrón de antena de los elementos de radiación de banda alta ubicados estrechamente (es decir, dispersión reducida).
Conforme a las modalidades de la presente invención, se proporcionan antenas de estación base que tienen elementos de radiación de polarización doble de dipolo cruzado que incluyen el primer y segundo dipolos que se extienden a lo largo del primer y segundo ejes perpendiculares respectivos. Cada dipolo puede incluir un par de brazos de dipolo. Cada brazo de dipolo tiene el primer y segundo segmentos conductores separados que forman entre sí una forma generalmente ovalada o una forma rectangular generalmente alargada. El primer y segundo segmentos conductores separados de cada brazo de dipolo pueden incluir porciones centrales que se extienden en paralelo al eje de sus dipolos respectivos. El primer dipolo puede irradiar directamente señales de RF a una polarización de 45° y el segundo dipolo puede irradiar directamente señales de RF a una polarización de -45°.
En algunas modalidades, los extremos distales del primer y segundo segmentos conductores de cada brazo de dipolo pueden conectarse eléctricamente entre sí de manera que cada brazo de dipolo tiene cada uno una estructura de lazo cerrado. Cada uno del primer y segundo segmentos conductores puede incluir una pluralidad de secciones ensanchadas y secciones de traza conductora serpenteada estrechadas que conectan los adyacentes de las secciones ensanchadas. Las secciones de traza conductora serpenteada estrechadas pueden crear una alta impedancia para corrientes que están, por ejemplo, a frecuencias que son aproximadamente el doble de la frecuencia más alta en el intervalo de frecuencia de operación del elemento de radiación de polarización doble.
En algunas modalidades, los dipolos pueden desequilibrarse de manera que un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores que forman el primer brazo de dipolo es mayor que un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores que forman el segundo brazo de dipolo. El brazo de dipolo que tiene menos material conductor puede ser el brazo de dipolo interno del dipolo que está más cerca del centro de la antena.
Los brazos de dipolo pueden implementarse, por ejemplo, en una placa de circuito impreso u otro sustrato generalmente plano. Los elementos de radiación de polarización doble de dipolo cruzado de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden incluir además bases de alimentación que pueden implementarse, por ejemplo, en placas de circuito impreso. En algunas modalidades, las bases de alimentación pueden soportar los brazos de dipolo por encima de una placa base tal como un reflector.
En algunas modalidades, los elementos de radiación de polarización doble pueden incluirse en una antena de estación base y usarse para formar la primera y segunda matrices lineales. Cada elemento de radiación de polarización doble incluye una placa conductora que puede colocarse dentro de una distancia de 0,15 veces una longitud de onda de operación de los dipolos y puede ser generalmente paralela a los dipolos. En otras modalidades, la placa conductora puede colocarse dentro de una distancia de 0,1 veces la longitud de onda de operación de los dipolos o dentro de 0,05 veces la longitud de onda de operación de los dipolos. Las placas conductoras pueden configurarse para cambiar una frecuencia de una resonancia de modo común que está dentro de una banda de frecuencia de operación de la primera y segunda matrices lineales y que se genera en los elementos de radiación de la segunda matriz lineal cuando la primera matriz lineal transmite señales. La frecuencia de la resonancia de modo común puede cambiarse para caer fuera de la banda de frecuencia de operación.
Conforme a las modalidades de la presente invención adicionales, se proporcionan métodos para ajustar una antena de estación base. La antena de estación base puede tener una primera matriz lineal de elementos de radiación que transmiten y reciben señales dentro de una banda de frecuencia de operación y una segunda matriz lineal de elementos de radiación que transmiten y reciben señales dentro de la banda de frecuencia de operación. Cada uno de los elementos de radiación puede incluir del primer al cuarto brazos de dipolo, y la banda de frecuencia de operación puede tener al menos una primera subbanda en un primer intervalo de frecuencia y una segunda subbanda en un segundo intervalo de frecuencia, y la primera y segunda subbandas pueden separarse por una tercera banda de frecuencia que no es parte de la banda de frecuencia de operación. Conforme a los métodos de acuerdo con las modalidades de la presente invención, los anchos de los espacios respectivos entre los adyacentes del primer al cuarto brazos de dipolo en los elementos de radiación respectivos pueden seleccionarse para ajustar una resonancia de modo común que se genera en la segunda matriz lineal cuando la primera matriz lineal transmite señales para estar dentro de la tercera banda de frecuencia. En algunas modalidades, la primera y segunda subbandas están ambas dentro de la banda de frecuencia de 694-960 MHz, y la tercera banda de frecuencia es la banda de frecuencia de 799-823 MHz.
Las modalidades de la presente invención se describirán ahora en más detalle con referencia a las figuras adjuntas.
Las Figuras 1-6 ilustran una antena de estación base 100 de acuerdo con ciertas modalidades de la presente invención. En particular, la Figura 1 es una vista frontal en perspectiva de la antena 100, mientras que las Figuras 2­ 4 son una vista en perspectiva, una vista frontal y una vista lateral, respectivamente, de la antena 100 con el radomo de la misma eliminado para ilustrar los componentes internos de la antena. Las Figuras 5 y 6 son vistas ampliadas en perspectiva parcial de la antena de estación base 100. Las Figuras 7-9 son una vista en perspectiva, una vista frontal y una vista lateral, respectivamente, de uno de los conjuntos de elementos de radiación de banda baja incluidos en la antena de estación base 100. La Figura 10 es una vista superior que ilustra los dipolos de uno de los elementos de radiación de banda baja incluidos en el conjunto de elementos de radiación de banda baja de las Figuras 7-9. Finalmente, la Figura 12 es una vista superior que ilustra los dipolos de uno de los conjuntos de elementos de radiación de banda alta incluidos en la antena de estación base 100. La Figura 11 es una vista superior que ilustra un diseño alternativo para los dipolos de los elementos de radiación de banda baja.
Como se muestra en las Figuras 1-6, la antena de estación base 100 es una estructura alargada que se extiende a lo largo de un eje longitudinal L. La antena de estación base 100 puede tener una forma tubular con una sección transversal generalmente rectangular. La antena 100 incluye un radomo 110 y una tapa de extremo superior 120. En algunas modalidades, el radomo 110 y la tapa de extremo superior 120 pueden comprender una única unidad integral, que puede ser útil para impermeabilizar la antena 100. Uno o más soportes de montaje 150 se proporcionan en el lado trasero del radomo 110 que puede usarse para montar la antena 100 sobre un soporte de antena (no mostrado) en, por ejemplo, una torre de antena. La antena 100 incluye además una tapa de extremo inferior 130 que incluye una pluralidad de conectores 140 montados en la misma. La antena 100 se monta típicamente en una configuración vertical (es decir, el eje longitudinal L puede ser generalmente perpendicular a un plano definido por el horizonte cuando la antena 100 se monta para una operación normal).
Las Figuras 2-4 son una vista en perspectiva, una vista frontal y una vista lateral, respectivamente, de la antena de estación base 100 de la Figura 1 con el radomo 110 eliminado.
Como se muestra en las Figuras 2-4, la antena de estación base 100 incluye un conjunto de antena 200 que puede insertarse de manera deslizable en el radomo 110 desde ya sea la parte superior o la parte inferior antes de que la tapa superior 120 o la tapa inferior 130 se unan al radomo 110.
El conjunto de antena 200 incluye una estructura de plano de tierra 210 que tiene paredes laterales 212 y una superficie reflectora 214. Varios componentes mecánicos y electrónicos de la antena pueden montarse en la cámara definida entre las paredes laterales 212 y el lado posterior de la superficie reflectora 214 tal como, por ejemplo, cambiadores de fase, unidades de inclinación electrónica remota ("RET"), enlaces mecánicos, un controlador, diplexores, y similares. La estructura de plano de tierra 210 puede no incluir una pared posterior para exponer los componentes eléctricos y mecánicos. La superficie reflectora 214 de la estructura de plano de tierra 210 puede comprender o incluir una superficie metálica que sirve como un reflector y un plano de tierra para los elementos de radiación de la antena 100. En la presente descripción la superficie reflectora 214 puede denominarse además el reflector 214.
Una pluralidad de elementos de radiación 300, 400 se montan en la superficie reflectora 214 de la estructura de plano de tierra 210. Los elementos de radiación incluyen elementos de radiación de banda baja 300 y elementos de radiación de banda alta 400. Como se muestra mejor en la Figura 3, los elementos de radiación de banda baja 300 se montan en dos columnas verticales para formar dos matrices lineales dispuestas verticalmente 220-1, 220-2 de elementos de radiación de banda baja 300. Cada matriz lineal 220 puede extenderse a lo largo de sustancialmente toda la longitud de la antena 100 en algunas modalidades. Los elementos de radiación de banda alta 400 pueden igualmente montarse en dos columnas verticales para formar dos matrices lineales dispuestas verticalmente 230-1, 230-2 de elementos de radiación de banda alta 400. En otras modalidades, los elementos de radiación de banda alta 400 pueden montarse en múltiples hileras y columnas para formar más de dos matrices lineales 230. Las matrices lineales 230 de elementos de radiación de banda alta 400 pueden colocarse entre las matrices lineales 220 de elementos de radiación de banda baja 300. Las matrices lineales 230 de elementos de radiación de banda alta 400 pueden o no extender toda la longitud de la antena 100. Los elementos de radiación de banda baja 300 pueden configurarse para transmitir y recibir señales en una primera banda de frecuencia. En algunas modalidades, la primera banda de frecuencia puede comprender el intervalo de frecuencia de 694-960 MHz o una porción del mismo. Los elementos de radiación de banda alta 400 pueden configurarse para transmitir y recibir señales en una segunda banda de frecuencia. En algunas modalidades, la segunda banda de frecuencia puede comprender el intervalo de frecuencia de 1695-2690 MHz o una porción del mismo.
Las Figuras 5-6 son vistas ampliadas en perspectiva de porciones de la antena de estación base 100 con el radomo 110 eliminado que ilustran varios de los elementos de radiación de banda baja 300 y varios de los elementos de radiación de banda alta 400 en mayor detalle. Como puede verse en las Figuras 5-6, muchos de los elementos de radiación de banda baja 300 se ubican en proximidad muy cercana de varios de los elementos de radiación de banda alta 400. Los elementos de radiación de banda baja 300 son más altos (por encima del reflector 214) que los elementos de radiación de banda alta 400 y pueden extenderse sobre al menos un elemento de radiación de banda alta 400.
Tenga en cuenta que la antena 100 y el conjunto de antena 200 se describen mediante el uso de términos que suponen que la antena 100 se monta para su uso en una torre con el eje longitudinal de la antena 100 que se extiende a lo largo de un eje vertical y la superficie frontal de la antena 100 montada opuesta a la torre que apunta hacia el área de cobertura para la antena 100. Por el contrario, los componentes individuales de la antena 100 tales como los elementos de radiación 300, 400 y varios otros componentes pueden describirse mediante el uso de términos que suponen que el conjunto de antena 200 se monta en una superficie horizontal con los elementos de radiación 300, 400 que se extienden hacia arriba. Por lo tanto, mientras que, por ejemplo, los brazos de dipolo 330 de los elementos de radiación de banda baja 300 se describirán como que son la porción superior del elemento de radiación 300 y como que están por encima del reflector 214, se apreciará que cuando la antena 100 se monta para su uso los brazos de dipolo 330 apuntarán hacia delante desde la estructura de plano de tierra 210 en oposición a hacia arriba.
Los elementos de radiación de banda baja 300 y los elementos de radiación de banda alta 400 se montan en la estructura de plano de tierra 210. La superficie reflectora 214 de la estructura de plano de tierra 210 puede comprender una lámina de metal que, como indicó anteriormente, sirve como un reflector y como un plano de tierra para los elementos de radiación 300, 400.
Como indicó anteriormente, los elementos de radiación de banda baja y banda alta 300, 400 se disponen como dos matrices de banda baja 220 y dos matrices de banda alta 230 de elementos de radiación. Cada matriz 220, 230 puede usarse para formar un haz de antena separado. Cada elemento de radiación 300 en la primera matriz de banda baja 220-1 puede alinearse horizontalmente con un elemento de radiación 300 respectivo en la segunda matriz de banda baja 220-2. Igualmente, cada elemento de radiación 400 en la primera matriz de banda alta 230-1 puede alinearse horizontalmente con un elemento de radiación 400 respectivo en la segunda matriz de banda alta 230-2. Cada matriz lineal de banda baja 220 puede incluir una pluralidad de conjuntos de alimentación de elementos de radiación de banda baja 250, cada uno de los que incluye dos elementos de radiación de banda baja 300. Cada matriz lineal de banda alta 230 puede incluir una pluralidad de conjuntos de alimentación de elementos de radiación de banda alta 260, cada uno de los que incluye de uno a tres elementos de radiación de banda alta 400.
Con referencia ahora a las Figuras 7-9, uno de los conjuntos de alimentación de elementos de radiación de banda baja 250 se describirá en mayor detalle. El conjunto de alimentación de elementos de radiación de banda baja 250 incluye una placa de circuito impreso 252 que tiene el primer y segundo elementos de radiación de banda baja 300­ 1, 300-2 que se extienden hacia arriba desde cualquiera extremo del mismo. La placa de circuito impreso 252 incluye alimentadores de líneas de transmisión de RF 254 que proporcionan señales de RF a, y reciben señales de RF de, los elementos de radiación de banda baja 300-1, 300-2 respectivos. Cada elemento de radiación de banda baja 300 incluye un par de bases de alimentación 310, y el primer y segundo dipolos 320-1, 320-2. El primer dipolo 320-1 incluye el primer y segundo brazos de dipolo 330-1, 330-2, y el segundo dipolo 320-2 incluye el tercer y cuarto brazos de dipolo 330-3, 330-4.
Las bases de alimentación 310 cada una pueden comprender una placa de circuito impreso que tiene líneas de transmisión de RF 314 formadas en la misma. Estas líneas de transmisión de RF 314 transportan señales de RF entre la placa de circuito impreso 252 y los dipolos 320. Cada base de alimentación 310 puede incluir además un balun de gancho. Una primera de las bases de alimentación 310-1 puede incluir una ranura vertical inferior y la segunda de las bases de alimentación 310-2 incluye una ranura vertical superior. Estas ranuras verticales permiten que las dos bases de alimentación 310 se ensamblen entre sí para formar una columna que se extiende verticalmente que tiene secciones transversales horizontales generalmente en forma de x. Las porciones inferiores de cada placa de circuito impreso pueden incluir proyecciones chapadas 316. Estas proyecciones chapadas 316 se insertan a través de ranuras en la placa de circuito impreso 252. Las proyecciones chapadas 316 pueden soldarse a porciones chapadas en la placa de circuito impreso 252 que están adyacentes a las ranuras en la placa de circuito impreso 252 para conectar eléctricamente las bases de alimentación 310 a la placa de circuito impreso 252. Las líneas de transmisión de RF 314 en las bases de alimentación 310 respectivas pueden alimentar centralmente los dipolos 320-1, 320-2 a través de conexiones óhmicas directas entre las líneas de transmisión 314 y los brazos de dipolo 330.
Los soportes de dipolo 318 pueden proporcionarse además para contener el primer y segundo dipolos 320-1, 320-2 en sus posiciones adecuadas y reducir las fuerzas aplicadas a las juntas de soldadura que conectan eléctricamente los dipolos 320 a sus bases de alimentación 310.
Los anchos de haz de media potencia de acimut de cada elemento de radiación de banda baja 300 pueden estar en el intervalo de 55 grados a 85 grados. En algunas modalidades, el ancho de haz de media potencia de acimut de cada elemento de radiación de banda baja 300 puede ser de aproximadamente 65 grados.
Cada dipolo 320 puede incluir, por ejemplo, dos brazos de dipolo 330 que están entre aproximadamente 0,2 a 0,35 de longitud de una longitud de onda de operación, donde la "longitud de onda de operación" se refiere a la longitud de onda correspondiente a la frecuencia central de la banda de frecuencia de operación del elemento de radiación 300. Por ejemplo, si los elementos de radiación de banda baja 300 se diseñan como elementos de radiación de banda ancha que se usan para transmitir y recibir señales a través de toda la banda de frecuencia de 694-960 MHz, entonces la frecuencia central de la banda de frecuencia de operación sería de 827 MHz y la longitud de onda de operación correspondiente sería de 36,25 cm.
Como se muestra en la Figura 8, el primer dipolo 320-1 se extiende a lo largo de un primer eje 322-1 y el segundo dipolo 320-2 se extiende a lo largo de un segundo eje 322-2 que es generalmente perpendicular al primer eje 322-1. En consecuencia, el primer y segundo dipolos 320-1, 320-2 se disponen en la forma general de una cruz. Los brazos de dipolo 330-1 y 330-2 del primer dipolo 320-1 se alimentan centralmente por una línea de transmisión de RF común 314 y se irradian entre sí en una primera polarización. En la modalidad representada, el primer dipolo 320-1 se diseña para transmitir señales que tienen una polarización de 45 grados. Los brazos de dipolo 330-3 y 330-4 del segundo dipolo 320-2 se alimentan centralmente igualmente por una línea de transmisión de RF común 314 y se irradian entre sí en una segunda polarización que es ortogonal a la primera polarización. El segundo dipolo 320-2 se diseña para transmitir señales que tienen una polarización de -45 grados. Los brazos de dipolo 330 pueden montarse aproximadamente de 3/16 a % de una longitud de onda de operación por encima del reflector 214 mediante las bases de alimentación 310. El reflector 214 puede estar inmediatamente debajo de la placa de circuito impreso de la placa de alimentación 252.
Como puede verse mejor en las Figuras 8 y 10, cada brazo de dipolo 330 incluye el primer y segundo segmentos conductores separados 334-1, 334-2 que forman entre sí una forma generalmente ovalada. Un óvalo punteado en negrita se superpone en el brazo de dipolo 330-3 en la Figura 10 para ilustrar la naturaleza generalmente ovalada de la combinación de segmentos conductores 334-1 y 334-2. En la Figura 10 el primer y segundo óvalos punteados se superponen además en el brazo de dipolo 330-2 que rodean generalmente el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2 respectivos. Los segmentos conductores separados 334-1, 334-2 pueden implementarse, por ejemplo, en una placa de circuito impreso 332 y pueden estar en un primer plano que es generalmente paralelo a un plano definido por el reflector subyacente 214 en algunas modalidades. Todos los cuatro brazos de dipolo 330 pueden estar en este primer plano. Cada base de alimentación 310 puede extenderse en una dirección que es generalmente perpendicular al primer plano.
Cada segmento conductor 334-1, 334-2 puede comprender un patrón metálico que tiene una pluralidad de segmentos ensanchados 336 y al menos una sección de traza estrechada 338. El primer segmento conductor 334-1 puede formar la mitad de la forma generalmente ovalada y el segundo segmento conductor 334-2 puede formar la otra mitad de la forma generalmente ovalada. En la modalidad particular representada en las Figuras 7-10, las porciones de los segmentos conductores 334-1, 334-2 en el extremo de cada brazo de dipolo 330 que está más cercano al centro de cada dipolo 320 pueden tener bordes exteriores rectos en oposición a la configuración curva de un verdadero óvalo. Igualmente, las porciones de los segmentos conductores 334-1, 334-2 en el extremo distal de cada brazo de dipolo 330 pueden tener además bordes exteriores rectos o casi rectos. Se apreciará que dichas aproximaciones de un óvalo se consideran que tienen una forma generalmente ovalada para los propósitos de esta descripción (por ejemplo, un hexágono alargado tiene una forma generalmente ovalada).
Como se muestra en la Figura 10, cada sección ensanchada 336 de los segmentos conductores 334-1, 334-2 puede tener un ancho W1 respectivo en el primer plano, donde el ancho W1 se mide en una dirección que es generalmente perpendicular a la dirección del flujo de corriente a lo largo de la sección ensanchada 336 respectiva. El ancho W1 de cada sección ensanchada 336 no necesita ser constante, y por lo tanto en algunos casos se hará referencia al ancho promedio de cada sección ensanchada 336. Las secciones de traza estrechadas 338 pueden tener de manera similar un ancho W2 respectivo en el primer plano, donde el ancho W2 se mide en una dirección que es generalmente perpendicular a la dirección del flujo de corriente instantáneo a lo largo de la sección de traza estrechada 338. El ancho W2 de cada sección de traza estrechada 338 no necesita ser constante, además, y por lo tanto en algunos casos se hará referencia al ancho promedio de cada sección de traza estrechada 338.
Las secciones de traza estrechadas 338 se implementan como trazas conductoras serpenteadas. En la presente descripción, una traza conductora serpenteada se refiere a una traza conductora no lineal que sigue una trayectoria serpenteada para aumentar la longitud de trayectoria de la misma. Usar secciones de traza conductora serpenteada 338 proporciona una manera conveniente de extender la longitud de la sección de traza estrechada 338 mientras que aún proporciona una sección de traza conductora relativamente compacta 334. Como se discutirá más abajo, estas secciones de traza estrechadas 338 pueden proporcionarse para mejorar el rendimiento de la antena de banda doble 100.
El ancho promedio de cada sección ensanchada 336 puede ser, por ejemplo, al menos el doble del ancho promedio de cada sección de traza estrechada 338 en algunas modalidades. En otras modalidades, el ancho promedio de cada sección ensanchada 336 puede ser al menos tres veces el ancho promedio de cada sección de traza estrechada 338. En aún otras modalidades, el ancho promedio de cada sección ensanchada 336 puede ser al menos cuatro veces el ancho promedio de cada sección de traza estrechada 338. En modalidades aún adicionales, el ancho promedio de cada sección ensanchada 336 puede ser al menos cinco veces el ancho promedio de cada sección de traza estrechada 338.
Las secciones de traza estrechadas 338 pueden actuar como secciones de alta impedancia que se diseñan para interrumpir las corrientes en el intervalo de frecuencia de banda alta que de cualquier otra manera podrían inducirse en los brazos de dipolo 330. En particular, cuando los elementos de radiación de banda alta 400 transmiten y reciben señales, las señales de RF de banda alta pueden tender a inducir corrientes en los brazos de dipolo 330 de los elementos de radiación de banda baja 300. Esto puede ser particularmente cierto cuando los elementos de radiación de banda baja y banda alta 300, 400 se diseñan para operar en bandas de frecuencia que tienen frecuencias centrales que se separan por aproximadamente un factor de dos, ya que un brazo de dipolo de banda baja 330 que tiene una longitud que es una longitud de onda de un cuarto de la frecuencia de operación de banda baja, en ese caso, tendrá una longitud de aproximadamente una media longitud de onda de la frecuencia de operación de banda alta. Cuanto mayor sea la medida en que se inducen corrientes de banda alta en los brazos de dipolo de banda baja 330, mayor será el impacto en las características del patrón de radiación de las matrices lineales 230 de elementos de radiación de banda alta 400.
Las secciones de traza estrechadas 338 pueden diseñarse para actuar como secciones de alta impedancia que se diseñan para interrumpir corrientes en la banda alta que de cualquier otra manera podrían inducirse en los brazos de dipolo de banda baja 330. Las secciones de traza estrechadas 338 pueden diseñarse para crear esta alta impedancia para corrientes de banda alta sin impactar significativamente la capacidad de las corrientes de banda baja para fluir en el brazo de dipolo 330. Como tal, las secciones de traza estrechadas 338 pueden reducir corrientes de banda alta inducidas en los elementos de radiación de banda baja 300 y la consiguiente perturbación al patrón de antena de las matrices lineales de banda alta 230. En algunas modalidades, las secciones de traza estrechadas 338 pueden hacer que los elementos de radiación de banda baja 300 sean casi invisibles a los elementos de radiación de banda alta 400, y por lo tanto los elementos de radiación de banda baja 300 pueden no distorsionar los patrones de antena de banda alta.
Como puede verse además en las Figuras 7-10, en algunas modalidades, los extremos distales de los segmentos conductores 334-1, 334-2 pueden conectarse eléctricamente entre sí de manera que los segmentos conductores 334-1, 334-2 forman una estructura de lazo cerrado. En la modalidad representada, parte de los segmentos conductores 334-1, 334-2 se conectan eléctricamente entre sí mediante una sección de traza estrechada 338, mientras que en otras modalidades las secciones ensanchadas 336 en los extremos distales de los segmentos conductores 334-1, 334-2 pueden fusionarse entre sí. En aún otras modalidades, pueden usarse diferentes conexiones eléctricas. En aún otras modalidades, los extremos distales de los segmentos conductores 334-1, 334-2 pueden no conectarse eléctricamente entre sí. Como puede verse, además, el interior del lazo definido por los segmentos conductores 334-1, 334-2 (que puede ser o no un lazo cerrado) puede estar generalmente libre de material conductor. Adicionalmente, al menos parte del sustrato de montaje dieléctrico (por ejemplo, la capa dieléctrica de una placa de circuito impreso) en la que se montan los segmentos conductores 334 puede omitirse además en el interior del lazo. En algunas modalidades, al menos la mitad del área dentro del interior del lazo definido por el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2 de cada brazo de dipolo 330 puede comprender áreas abiertas 340. En modalidades donde los brazos de dipolo 330 se forman mediante el uso de placas de circuito impreso 332, estas áreas abiertas 340 pueden formarse, por ejemplo, al eliminar el sustrato dieléctrico de la placa de circuito impreso 332. Como se muestra mejor en la Figura 10, parte del dieléctrico de la placa de circuito impreso 332 puede dejarse en el interior de los lazos para reducir la tendencia de la placa de circuito impreso 332 a doblarse y/o para proporcionar ubicaciones para unir la estructura de soporte de dipolo 318 a cada brazo de dipolo 330. En otras modalidades, al menos dos tercios del área dentro del interior del lazo definido por el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2 de cada brazo de dipolo 330 pueden comprender áreas abiertas 340.
Como puede verse además en las Figuras 7-10, en algunas modalidades el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2 pueden incluir secciones de traza serpenteada 338 que están en posiciones opuestas alrededor del eje del dipolo 320. En dichas modalidades, estas secciones de traza opuesta serpenteada 338 pueden extenderse hacia el interior de la estructura de forma generalmente ovalada definida por el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2, y por lo tanto pueden extenderse además entre sí. En algunas modalidades, todas las secciones de traza serpenteada 338 en cada brazo de dipolo 330 pueden extenderse hacia una sección interior del brazo de dipolo 330 que está entre el primer y segundo segmentos conductores 334-1, 334-2 del brazo de dipolo 330.
En algunas modalidades, los capacitores pueden formarse entre brazos de dipolos adyacentes 330 de diferentes dipolos 320. Por ejemplo, puede formarse un primer capacitor entre los brazos de dipolo 330-1 y 330-3 y puede formarse un segundo capacitor entre los brazos de dipolo 330-2 y 330-4. Estos capacitores pueden usarse para ajustar (mejorar) el rendimiento de pérdida de retorno y/o el patrón de antena para los dipolos de banda baja 320-1, 320-2. En algunas modalidades, los capacitores pueden formarse en las bases de alimentación 310.
Al formar cada brazo de dipolo 330 como el primer y segundo segmentos conductores separados 334-1, 334-2, las corrientes que fluyen en el brazo de dipolo 330 pueden forzarse a lo largo de dos trayectorias relativamente estrechas que se separan entre sí. Este enfoque puede proporcionar un mejor control sobre el patrón de radiación. Adicionalmente, mediante el uso de la estructura de lazo, la longitud general del brazo de dipolo 330 puede reducirse ventajosamente, lo que permite una mayor separación entre cada brazo de dipolo 330 y los elementos de radiación de banda alta 400 y entre cada brazo de dipolo 330 y los elementos de radiación de banda baja 300 en la otra matriz de banda baja 220. Por lo tanto, los elementos de radiación de banda baja 300 de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden ser más compactos y pueden proporcionar un mejor control sobre los patrones de radiación, mientras que tienen además un impacto muy limitado en el rendimiento de los elementos de radiación de banda alta 400 separados estrechamente.
Como indicó anteriormente, el primer dipolo 320-1 se configura para transmitir y recibir señales de RF a una polarización inclinada de 45 grados, y el segundo dipolo 320-2 se configura para transmitir y recibir señales de RF a una polarización inclinada de -45 grados. En consecuencia, cuando la antena de estación base 100 se monta para una operación normal, el primer eje 322-1 del primer dipolo 320-1 puede estar en ángulo a aproximadamente 45 grados con respecto a un eje longitudinal (vertical) L de la antena 100, y el segundo eje 322-2 del segundo dipolo 320-2 puede estar en ángulo a aproximadamente -45 grados con respecto al eje longitudinal L de la antena 100.
Como puede verse mejor en la Figura 10, las porciones centrales 344 de cada uno del primer y segundo brazos de dipolo 330 se extienden en paralelo al primer eje 322-1, y las porciones centrales 344 de cada uno del tercer y cuarto brazos de dipolo 330 se extienden en paralelo al segundo eje 322-2. Además, los brazos de dipolo 330 en su totalidad se extienden generalmente a lo largo de uno u otro del primer y segundo ejes 322-1, 322-2. En consecuencia, cada dipolo 320 irradiará directamente en ya sea la polarización de 45° o -45°.
Se apreciará que en otras modalidades los brazos de dipolo 330 pueden tener formas además de la forma generalmente ovalada mostrada en las Figuras 7-10. Por ejemplo, en otra modalidad, cada brazo de dipolo 330 puede tener una forma rectangular generalmente alargada (donde un rectángulo alargado se refiere a un rectángulo que no es un cuadrado o casi un cuadrado). En otra modalidad, las formas ovaladas y rectangulares pueden combinarse de manera que la porción interna del brazo de dipolo 330 tiene una forma generalmente ovalada y la porción exterior del brazo de dipolo 330 tiene una forma rectangular generalmente alargada. Dicha forma puede considerarse que cae dentro de la definición del término "forma generalmente ovalada" y "forma rectangular generalmente alargada". Otras modalidades son posibles. En cada caso, el brazo de dipolo 330 puede tener al menos dos segmentos conductores separados 334-1, 334-2 de manera que la división de corriente se produce con las corrientes que fluyen hacia abajo al menos dos trayectorias de corriente independientes en cada brazo de dipolo 330. Además, en cada caso los dipolos 320 pueden alimentarse centralmente de manera que sólo se requieren dos líneas de alimentación de RF, específicamente una línea de alimentación para cada dipolo 320.
En algunas modalidades, el primer y segundo dipolos 320-1, 320-2 pueden formarse mediante el uso de los denominados brazos de dipolo "desequilibrados" 330. En la presente descripción los brazos de dipolo 330 de un dipolo 320 se desequilibran si los dos brazos de dipolo 330 tienen diferentes formas o tamaños conductores. El uso de brazos de dipolo desequilibrados 330 puede ayudar a mejorar el rendimiento de pérdida de retorno y/o puede mejorar el rendimiento de aislamiento de polarización cruzada de los elementos de radiación de banda baja 300, como se discutirá en más detalle más abajo.
Tal vez la antena de banda doble más común es la antena RVV, que incluye típicamente una matriz lineal de elementos de radiación de banda baja que tiene una matriz lineal de elementos de radiación de banda alta a cada lado de la misma, para un total de tres matrices lineales. En estas antenas RVV, los elementos de radiación de banda baja se extienden típicamente por el centro de la antena. Como tal, la porción del reflector subyacente a los dos brazos de dipolo izquierdos de uno de los elementos de radiación de banda baja puede parecer generalmente idéntica a la porción del reflector subyacente a los dos brazos de dipolo derechos del elemento de radiación de banda baja. Sin embargo, como se muestra en las Figuras 2-3, en la antena de estación base 100, las matrices lineales 230 de los elementos de radiación de banda baja 300 están en los bordes exteriores de la antena 100. Además, como una antena RRVV es necesariamente grande (debido al número de matrices lineales y la inclusión de dos matrices lineales de banda baja, que tienen elementos de radiación grandes), se hacen esfuerzos típicamente para reducir el ancho de la antena tanto como sea posible, lo que significa que los elementos de radiación de banda baja 300 se colocan típicamente cerca de los bordes laterales del reflector 214. Cuando los elementos de radiación de banda baja 300 se colocan cerca de los bordes laterales del reflector 214, los brazos de dipolo internos 330 en cada elemento de radiación 300 pueden "ver" más del plano de tierra 214 que los brazos de dipolo exteriores 330. Esto puede provocar un desequilibrio en el flujo de corriente, lo que puede afectar negativamente los patrones de los haces de antena de banda baja.
Para corregir este desequilibrio, los brazos de dipolo 330 pueden desequilibrarse. Esto puede lograrse, por ejemplo, al modificar la longitud y/o ancho (y por lo tanto el área superficial) de una o más de las secciones ensanchadas 336 de los segmentos conductores 334-1, 334-2. En la modalidad particular de las Figuras 7-10, puede verse que las secciones ensanchadas más distales 336 en los segmentos conductores 334-1, 334-2 de los brazos de dipolo 330-1 y 330-3 tienen anchos aumentados en comparación con las secciones ensanchadas correspondientes de los brazos de dipolo 330-2 y 330-4. Modificar las longitudes y/o anchos de estas secciones 336 cambia efectivamente las longitudes de los brazos de dipolo 330-1 y 330-3 en comparación con los brazos de dipolo 330-2 y 330-4. En particular, los brazos de dipolo 330-1 y 330-3 con la mayor cantidad de área superficial metálica son los brazos de dipolo exteriores 330 en cada elemento de radiación de banda baja 300 (es decir, los brazos de dipolo 330 más cercanos a los bordes laterales respectivos de la antena de estación base 100).
Los elementos de radiación de banda baja 300 pueden, en algunos casos, crear además una resonancia a una frecuencia dentro de la banda de operación de los elementos de radiación de banda alta 400. Dicha resonancia puede degradar los patrones de antena de las matrices lineales de banda alta 230. Si esto se produce, se ha descubierto que la longitud de una o más de las trazas serpenteadas estrechas 338 puede modificarse para mover esta resonancia ya sea más baja o más alta hasta que esté fuera de la banda alta. En algunas modalidades, puede cambiarse la longitud de las trazas serpenteadas estrechas distales 338 que conecta los segmentos conductores 334-1 y 334-2 en los brazos de dipolo 330-2 y 330-4, debido a que cambiar la longitud de estas trazas serpenteadas estrechas 338 puede tender a tener el mayor impacto en los patrones de radiación de banda alta, y debido a que la magnitud de la corriente a través de estas trazas serpenteadas estrechas distales 338 son relativamente pequeñas y por lo tanto el cambio de longitud tiende a tener el menor impacto en el patrón de radiación de los elementos de radiación de banda baja 300. Las trazas serpenteadas estrechas 338 operan como secciones inductivas que tienen inductancia aumentada.
Por lo tanto, conforme a algunas modalidades de la presente invención, se proporcionan métodos para cambiar una frecuencia de una resonancia en un elemento de radiación de banda baja en el que una longitud de una sección de traza inductiva incluida en el elemento de radiación de banda baja se ajusta para cambiar la resonancia fuera de una banda de frecuencia de operación de un elemento de radiación de banda alta ubicado estrechamente. En algunas modalidades, las secciones de traza inductiva que tienen su longitud ajustada son las secciones de traza inductiva que están más alejadas de la ubicación donde se encuentran los cuatro brazos de dipolo (que puede ser la ubicación donde se cruzan el primer y segundo ejes 322-1, 322-2).
La Figura 12 es una vista en perspectiva de uno de los conjuntos de placas de alimentación de banda alta 260 que se incluyen en la antena 100. Como se muestra en la Figura 12, el conjunto de placa de alimentación de banda alta 260 incluye una placa de circuito impreso 262 que tiene tres elementos de radiación de banda alta 400-1, 400-2, 400-3 que se extienden hacia arriba desde la misma. La placa de circuito impreso 262 incluye alimentadores de líneas de transmisión de RF 264 que proporcionan señales de RF a, y reciben señales de RF de, los elementos de radiación de banda alta 400-1 a 400-3 respectivos. Cada elemento de radiación de banda alta 400 incluye un par de bases de alimentación 410 y el primer y segundo dipolos 420-1, 420-2.
Las bases de alimentación 410 cada una pueden comprender una placa de circuito impreso que tiene alimentadores de líneas de transmisión de RF formados en la misma. Las bases de alimentación 410 pueden ensamblarse entre sí para formar una columna que se extiende verticalmente que tiene secciones transversales horizontales generalmente en forma de x. Cada elemento de radiación de dipolo 420 comprende una placa de circuito impreso que tiene cuatro secciones chapadas (sólo tres de las que son visibles en la vista de la Figura 12) formadas en la misma que forman los cuatro brazos de dipolo 430. Los cuatro brazos de dipolo 430 se disponen en una forma de cruciforme general. Dos de los brazos de dipolo opuestos 430 entre sí forman el primer elemento de radiación 420-1 que se diseña para transmitir señales que tienen una polarización de 45 grados, y los otros dos brazos de dipolo opuestos 430 entre sí forman el segundo elemento de radiación 420-2 que se diseña para transmitir señales que tienen una polarización de -45 grados. El primer y segundo elementos de radiación 420-1, 420-2 pueden montarse aproximadamente de 0,16 a 0,25 de una longitud de onda de operación por encima del reflector 214 mediante las bases de alimentación 410. Cada elemento de radiación de banda alta 400 puede adaptarse para tener un ancho de haz de media potencia de acimut de aproximadamente 65 grados.
Los elementos de radiación 400 ilustrados en la Figura 12 incluyen además directores 440 que se montan en soportes de directores 450 por encima de los dipolos 420. Los directores 440 pueden comprender placas metálicas que pueden usarse para mejorar el patrón de los haces de antena de banda alta. Los directores 440 pueden omitirse en algunas modalidades, como se muestra en varias de las otras figuras.
Con referencia de nuevo a las Figuras 2-6, la antena de estación base 100 puede incluir una pluralidad de estructuras de aislamiento y/o elementos parasitarios ajustados que pueden usarse para reducir el acoplamiento entre las matrices lineales 220, 230 y/o para dar forma a uno o más de los haces de antena.
La Figura 11 ilustra los dipolos 320-1, 320-2 de un elemento de radiación de banda baja 300' de acuerdo con las modalidades de la presente invención adicionales. El elemento de radiación de banda baja 300' es similar al elemento de radiación de banda baja 300 descrito anteriormente, pero en el elemento de radiación de banda baja 300' los extremos distales de los segmentos conductores 334-1, 334-2 en los cuatro brazos de dipolo 330 se conectan entre sí mediante una sección de traza serpenteada 338, mientras que en el elemento de radiación de banda baja 300 sólo dos de los brazos de dipolo 330 tenían segmentos conductores 334-1, 334-2 que se conectan entre sí mediante la sección de traza serpenteada 338 respectiva mientras que los segmentos conductores 334-1, 334-2 en los otros dos brazos de dipolo 330 se conectan entre sí al fusionar las secciones ensanchadas distales 336 en cada uno de los segmento conductores 334-1, 334-2 entre sí. Se debe señalar que las vistas parciales de la antena de estación base 100 en las Figuras 5 y 6 incluyen el elemento de radiación 300' en oposición al elemento de radiación 300.
Como se discutió anteriormente, a menudo se hacen esfuerzos para disminuir el ancho de una antena RRVV. Típicamente, los operadores inalámbricos quieren que las antenas de estación base tengan un ancho de aproximadamente 350 mm o menos, aunque a veces se consideran aceptables antenas ligeramente más anchas (por ejemplo, 400 mm). Si los anchos de antena aumentan aún más, pueden surgir problemas en términos de carga de viento en la antena, que puede requerir estructuras de torre y/o montajes de antena mejorados, y pueden surgir problemas de ordenanzas de zonificación locales y presentación visual insatisfactoria. Para reducir los anchos tanto como sea posible, puede ser necesario mover las dos matrices lineales 220 de elementos de radiación de banda baja 300 más cerca entre sí. Desafortunadamente, cuando se hace esto, puede dar como resultado la generación de resonancias de modo común en los elementos de radiación 300 de la segunda matriz de banda baja 220-2 cuando se acciona la primera matriz de banda baja 220-1, y viceversa, debido a la proximidad cercana de las dos matrices lineales 220. En algún caso, estas resonancias de modo común pueden, por ejemplo, distorsionar los patrones de antena de banda baja en un intervalo de frecuencia estrecho alrededor, por ejemplo, de 800 MHz. Estas resonancias de modo común pueden surgir debido a que en el intervalo de frecuencia estrecho el flujo de corriente en los brazos de dipolo 330 puede fluir en una o más direcciones no deseadas. Los elementos de radiación de banda baja 300 de acuerdo con las modalidades de la presente invención pueden suprimir estas resonancias de modo común a través de una o más de varias técnicas diferentes.
En una primera técnica, un filtro de modo común puede integrarse en las bases de alimentación 310 de los dipolos 320-1, 320-2 de cada elemento de radiación de banda baja 300. Se ha mostrado a través de la simulación que la inclusión de un filtro de modo común en las bases de alimentación 310 puede ser suficiente para filtrar cualquier resonancia de modo común que se genera en las bases de alimentación 310. El filtro de modo común puede implementarse, por ejemplo, como un par de líneas serpenteadas inductivas acopladas entre sí a lo largo de la línea de transmisión de RF 314.
Las Figuras 13A-13C son diagramas esquemáticos que ilustran una implementación ilustrativa de dicho filtro de modo común 360 en una base de alimentación 310. En particular, la Figura 13A muestra una modalidad de una placa de circuito impreso de la base de alimentación 310 con un filtro de modo común integrado. La Figura 13B muestra el diseño metálico de la capa superior de la placa de circuito impreso de la base de alimentación 310 y la Figura 13C muestra el diseño metálico de la capa inferior de la placa de circuito impreso de la base de alimentación 310. El material de sustrato de la placa de circuito impreso de la base de alimentación 310 se omite en las Figuras 13A-13C para ilustrar mejor la estructura del filtro de modo común 360. Como se muestra en las Figuras 13A y 13B, la parte izquierda inferior de la línea de transmisión de RF se conecta a la parte derecha superior de la línea de transmisión de RF a través de una línea serpenteada estrechada. Como se muestra en las Figuras 13A y 13C, la parte derecha inferior de la línea de transmisión de RF se conecta a la parte izquierda superior de la línea de transmisión de RF a través de otra línea serpenteada estrechada y agujeros pasantes chapados. Las dos líneas estrechadas serpenteadas que forman el filtro de modo común se acoplan electromagnéticamente entre sí en el centro. Debido a la interacción de inductancia mutua entre las líneas serpenteadas, las corrientes en fase no deseadas en dos lados de las líneas de transmisión de RF se suprimen mientras que las corrientes fuera de fase en dos lados de las líneas de transmisión de RF pueden pasar a través del filtro. El filtro de modo común 360 puede bloquear efectivamente cualquier resonancia de modo común que surja en las bases de alimentación 310.
Sin embargo, se apreciará, que las resonancias de modo común pueden ser más probables que surjan en los brazos de dipolo 330 que las bases de alimentación 310 ya que los brazos de dipolo 330 de las dos matrices de banda baja 220 están más cerca entre sí que las bases de alimentación 310 de las dos matrices bajas de banda baja 220. La Figura 14 ilustra un filtro de modo común 370 de acuerdo con las modalidades de la presente invención adicionales. Los filtros de modo común 360 y/o 370 pueden implementarse en cualquiera de los elementos de radiación de banda baja 300 de acuerdo con las modalidades de la presente invención (y pueden implementarse además en los elementos de radiación de banda alta 400 en algunas modalidades).
Como se muestra en la Figura 14, el filtro de modo común 370 puede implementarse cerca del centro del elemento de radiación 300. El mismo concepto explicado anteriormente con referencia a las Figuras 13A-13C para un filtro de modo común implementado en una placa de circuito impreso de la base de alimentación 310 puede aplicarse en los brazos de dipolo 330 para detener que las corrientes de fase fluyan a cada lado de los capacitores 342.
En un segundo enfoque, la resonancia de modo común puede reducirse o eliminarse potencialmente al disminuir los espacios 350 entre los brazos de dipolo adyacentes 330 en el centro del elemento de radiación 300. En particular, la frecuencia a la que surgen las resonancias de modo común puede ser una función del tamaño del espacio, con la resonancia de modo común que se produce a frecuencias más altas a medida que aumenta el ancho del espacio 350. En ciertos anchos del espacio, la resonancia de modo común puede caer dentro de la banda de operación de los elementos de radiación de banda baja 300. Desafortunadamente, sin embargo, reducir los anchos de estos espacios 350 puede hacer que sea más difícil hacer coincidir la impedancia de los brazos de dipolo 330 con las líneas de transmisión de RF 314 en las bases de alimentación 310. Si se degrada la coincidencia de impedancia de los brazos de dipolo 330 y las bases de alimentación 310, aumenta la pérdida de retorno del elemento de radiación de banda baja 300.
Como se muestra en la Figura 15, conforme a las modalidades de la presente invención, una placa conductora 380 puede colocarse sobre el centro del elemento de radiación 300 que se acopla capacitivamente con los brazos de dipolo 330. La placa conductora 380 puede ser similar a un director tal como, por ejemplo, el director 440 mostrado en las Figuras 5A-5D de la solicitud de patente de los Estados Unidos con número de serie 62/312,701 (la solicitud '701"), presentada el 24 de marzo de 2016, excepto que la placa conductora 380 puede ser más pequeña y/o mucho más cercana a los dipolos 320 que el director descrito en la solicitud '701. La placa conductora 380 puede mover la frecuencia de la resonancia de modo común más abajo y puede usarse para mover la frecuencia resonante fuera de la banda baja. El tamaño del espacio 350 puede ajustarse en cierta medida para ajustar aún más dónde cae la resonancia de modo común. La placa conductora 380 puede actuar como una capacitancia parasitaria que puede usarse para mover la frecuencia a la que se produce la resonancia de modo común a una ubicación conveniente. Conforme a aún otra técnica, la resonancia de modo común puede ajustarse a una parte no usada del espectro que está dentro de la banda baja. Como se discutió anteriormente, al ajustar el tamaño (ancho) del espacio 350 entre los brazos de dipolo adyacentes 330 puede ser posible ajustar la frecuencia donde se produce la resonancia de modo común. Desafortunadamente, cuando la resonancia de modo común se produce cerca del medio de la banda baja, el ajuste al ancho del espacio 350 necesario para mover la resonancia de modo común fuera de banda puede ser suficientemente grande lo que hace que sea difícil hacer coincidir la impedancia de los brazos de dipolo 330 con las bases de alimentación 310, lo que puede dar como resultado el rendimiento de pérdida de retorno degradado. Sin embargo, en al menos algunas jurisdicciones, una pequeña parte del espectro dentro de la banda baja puede no usarse. En particular, en Norteamérica, existe una porción de 24 MHz del espectro de banda baja que se centra en aproximadamente 811 MHz que no está actualmente en uso por algunos operadores. Conforme a las modalidades de la presente invención, el ancho de los espacios 350 puede ajustarse para ajustar una resonancia de modo común que se produce en la banda baja de manera que cae dentro de esta porción no usada del espectro. Aunque la resonancia de modo común puede degradar el patrón de antena en esta porción del espectro, los elementos de radiación de banda baja no transmiten o reciben señales en esta banda de frecuencia, y por lo tanto la degradación no es de particular preocupación. Este enfoque puede ser exitoso debido a que la resonancia de modo común puede ser muy estrecha y por lo tanto puede ajustarse para caer mayor o completamente dentro de una porción no usada del espectro de banda baja.
Las modalidades de la presente invención se han descrito anteriormente con referencia a los dibujos acompañantes, en los que se muestran las modalidades de la invención. Sin embargo, esta invención, puede realizarse de muchas formas diferentes y no debe interpretarse como limitada a las modalidades expuestas en la presente descripción. Más bien, estas modalidades se proporcionan de manera que esta descripción será exhaustiva y completa, y transmitirá totalmente el alcance de la invención para los expertos en la técnica. Los números similares se refieren a elementos similares de principio a fin.
Se debe entender que, aunque los términos primero, segundo, etc. pueden usarse en la presente descripción para describir varios elementos, estos elementos no deben limitarse por estos términos. Estos términos sólo se usan para distinguir un elemento de otro. Por ejemplo, un primer elemento podría denominarse un segundo elemento y, de manera similar, un segundo elemento podría denominarse un primer elemento, sin apartarse del alcance de la presente invención. Como se usa en la presente, el término "y/o" incluye todas y cada una de las combinaciones de uno o más de los elementos enumerados asociados.
Se debe entender que cuando un elemento se denomina que está "en" otro elemento, puede estar directamente en el otro elemento o elementos intermedios pueden estar presentes, además. Por el contrario, cuando un elemento se denomina que está "directamente en" otro elemento, no existen elementos intermedios presentes. Se debe entender además que cuando un elemento se denomina que se "conecta" o "acopla" a otro elemento, puede conectarse o acoplarse directamente al otro elemento o elementos intermedios pueden estar presente. Por el contrario, cuando un elemento se denomina que se "conecta directamente" o "acopla directamente" a otro elemento, no existen elementos intermedios presentes. Otras palabras usadas para describir la relación entre elementos deben interpretarse de manera similar (es decir, "entre" frente a "directamente entre", "adyacente" frente a "directamente adyacente", etc.).
En la presente descripción pueden usarse términos relativos tales como "más abajo" o "por encima" o "superior" o "inferior" u "horizontal" o "vertical" para describir una relación de un elemento, capa o región con otro elemento, capa o región como se ilustra en las figuras. Se debe entender que estos términos pretenden abarcar diferentes orientaciones del dispositivo en adición a la orientación representada en las figuras.
La terminología usada en la presente descripción tiene el propósito de describir sólo modalidades particulares y no pretende limitar la invención. Como se usa en la presente, las formas singulares "un", "una" y "el/la" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique claramente de cualquier otra manera. Se debe entender además que los términos "comprende" "que comprende", "incluye" y/o "que incluye" cuando se usan en la presente descripción, especifican la presencia de características, operaciones, elementos y/o componentes declarados, pero no excluyen la presencia o adición de una o más de otras características, operaciones, elementos, componentes, y/o grupos de los mismos.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un elemento de radiación de polarización doble (300-1), que comprende:
un primer dipolo (320-1) que se extiende a lo largo de un primer eje (322-1), el primer dipolo (320-1) que incluye un primer brazo de dipolo (330-1) y un segundo brazo de dipolo (330-2);
un segundo dipolo (320-2) que se extiende a lo largo de un segundo eje (322-2), el segundo dipolo (320-2) que incluye un tercer brazo de dipolo (330-3) y un cuarto brazo de dipolo (330-4) y el segundo eje (322-2) que es generalmente perpendicular al primer eje (322-1);
en donde el primer brazo de dipolo (330-1) comprende el primer y segundo segmentos conductores separados (334-1, 334-2) que forman entre sí una forma generalmente ovalada,
en donde el segundo brazo de dipolo (330-2) comprende el primer y segundo segmentos conductores separados (334-1, 334-2) que forman entre sí una forma generalmente ovalada,
en donde el tercer brazo de dipolo (330-3) comprende el primer y segundo segmentos conductores separados (334-1, 334-2) que forman entre sí una forma generalmente ovalada,
en donde el cuarto brazo de dipolo (330-4) comprende el primer y segundo segmentos conductores separados (334-1, 334-2) que forman entre sí una forma generalmente ovalada,
caracterizado porque
cada uno del primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer al cuarto brazos de dipolo (330­ 1, 330-2, 330-3, 330-4) incluye una primera sección ensanchada (336) que tiene un primer ancho promedio, una segunda sección ensanchada (336) que tiene un segundo ancho promedio y una sección estrechada (338) que tiene un tercer ancho promedio, la sección estrechada (338) que está entre la primera sección ensanchada (336) y la segunda sección ensanchada (336), en donde el tercer ancho promedio es menos de la mitad del primer ancho promedio y menos de la mitad del segundo ancho promedio, y la sección estrechada (338) comprende una traza conductora serpenteada.
2. El elemento de radiación de polarización doble de acuerdo con la Reivindicación 1, en donde la sección estrechada (338) se configura para crear una alta impedancia para corrientes que están a una frecuencia que es aproximadamente el doble de la frecuencia más alta en el intervalo de frecuencia de operación del elemento de radiación de polarización doble (300-1).
3. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-2, en donde un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) que forman el primer brazo de dipolo (330-1) es mayor que un área superficial combinada del primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) que forman el segundo brazo de dipolo (330-2).
4. El elemento de radiación de polarización doble de acuerdo con la Reivindicación 3 en combinación con y montado en una antena de estación base (100), en donde el primer brazo de dipolo (330-1) está más cerca de un borde lateral de la antena de estación base (100) que el segundo brazo de dipolo (330-2).
5. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-4, en donde, al menos la mitad de un área entre el primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1) comprende un área abierta.
6. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-5, en donde el primer brazo de dipolo (330-1) comprende una primera traza serpenteada (338) y el segundo brazo de dipolo (330-2) comprende una segunda traza serpenteada (338), y la primera y segunda trazas serpenteadas se extienden hacia una sección interior del primer brazo de dipolo (330-1) que está entre el primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1).
7. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-6, en donde el primer brazo de dipolo (330-1) comprende una pluralidad de segmentos de traza serpenteada (338), y todos los segmentos de traza serpenteada (338) en el primer brazo de dipolo (330-1) se extienden hacia una sección interior del primer brazo de dipolo (330-1) que está entre el primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1).
8. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-7, en donde el primer dipolo (330-1) se configura para irradiar directamente señales de radiofrecuencia ("RF") a una polarización de 45° y el segundo dipolo (330-2) se configura para irradiar directamente señales de RF a una polarización de -45°.
9. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-8, en donde los extremos distales del primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1) se conectan entre sí de manera que el primer brazo de dipolo (330-1) tiene una estructura de lazo cerrado.
10. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-8, en donde un extremo distal del primer segmento conductor (334-1) del primer brazo de dipolo (330-1) se separa de un extremo distal del segundo segmento conductor (334-2) del primer brazo de dipolo (330-1) de manera que el primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1) sólo se conectan eléctricamente entre sí a través de extremos próximos del primer y segundo segmentos conductores (334-1, 334-2) del primer brazo de dipolo (330-1).
11. El elemento de radiación de polarización doble de cualquiera de las Reivindicaciones 1-10, en donde una placa conductora (380) se monta por encima de las porciones centrales del primer y segundo dipolos (320-1, 320-2).
12. El elemento de radiación de polarización doble de acuerdo con la Reivindicación 11, en donde la placa conductora (380) se coloca dentro de una distancia de 0,05 veces una longitud de onda de operación del primer y segundo dipolos (320-1, 320-2), donde la longitud de onda de operación es la longitud de onda correspondiente a la frecuencia central de una banda de frecuencia de operación del elemento de radiación de polarización doble (300-1).
13. Una antena de estación base (100) que tiene una primera matriz lineal (220-1) de los elementos de radiación de polarización doble de acuerdo con las Reivindicaciones 11 o 12 y una segunda matriz lineal (220-2) de los elementos de radiación de polarización doble de acuerdo con las Reivindicaciones 11 o 12, en donde las placas conductoras (380) incluidas en cada elemento de radiación de polarización doble se configuran para cambiar una frecuencia de una resonancia de modo común que está dentro de una banda de frecuencia de operación de la primera y segunda matrices lineales y que se genera en la segunda matriz lineal cuando la primera matriz lineal transmite señales de manera que la resonancia de modo común cae fuera de la banda de frecuencia de operación.
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