FR2888672A1 - Antenne a angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement reglables - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comportant au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants (30) alignés suivant un axe d'alignement (7) et au moins un premier ensemble de déphaseurs (40).Selon l'invention, l'antenne comprend une unité de commande associée à chacun des déphaseurs (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs (2) aux signaux appliqués aux éléments rayonnants (1) associés et un bus (9) relié à une unité centrale (10) et à chacune des unités de commande pour transmettre aux unités de commande des signaux de commande représentatifs d'une loi de phase régie par l'unité centrale (10).
Description
La présente invention concerne une antenne pour station de base de système
de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables.
Dans les systèmes de communication radiofréquence, du type téléphonie mobile, la propagation du signal représentatif de la voix d'un utilisateur s'effectue de l'antenne du téléphone mobile vers une station de base. Ce signal est ensuite acheminé par un réseau filaire, par exemple, vers une autre station de base, qui transmet le signal jusqu'au correspondant. Chaque station de base, encore appelée antenne relais, couvre une portion de territoire dénommée "cellule". Une zone de couverture est donc constituée d'un ensemble de cellules formant un réseau maillé de station de base.
Dans ces réseaux, on peut rechercher à limiter la portée radio d'une antenne en dépointant vers le bas son maximum de rayonnement pour ne pas interférer avec les cellules adjacentes. Ce dépointage du maximum de rayonnement est obtenu en ajustant de manière connue les phases relatives entre les signaux électriques alimentant chaque élément rayonnant d'une antenne.
Ces éléments rayonnants sont associés à des déphaseurs permettant d'ajuster leur phase.
L'ensemble de ces éléments rayonnants entraîne la formation d'un lobe de rayonnement ayant un axe principal pouvant être incliné d'un angle (a) par rapport à une perpendiculaire à la droite formée par un alignement d'éléments rayonnants.
Les valeurs imposées aux amplitudes et phases des éléments rayonnants permettent avantageusement d'imposer la direction du maximum de rayonnement et d'atténuer les lobes supérieurs secondaires, indésirables.
Cependant, il subsiste des zones difficiles à recouvrir par le lobe de rayonnement. Ce sont par exemple les zones situées à proximité et en dessous de l'antenne. La forme initiale du lobe de rayonnement et l'angle de dépointage ne permettent pas de recouvrir ces zones. Le lobe de rayonnement présente alors des trous de rayonnement en dessous du lobe principal.
On connaît des antennes à angle d'inclinaison réglable (document WO 05050129) dans lequel tous les éléments déphaseurs sont commandés simultanément au moyen d'une commande unique tout en respectant la loi de variation relative de phase entre les antennes élémentaires. Cette commande unique permet ainsi un réglage aisé de l'angle de dépointage du rayonnement. Ce réglage peut alors être ajusté soit de façon manuelle au niveau de l'antenne elle-même, soit de façon motorisée par incorporation d'un moteur au niveau de l'antenne et en lui adjoignant des moyens de mesure de la position.
Néanmoins, dans l'antenne de l'art antérieur ci-dessus, le déplacement simultané de tous les éléments déphaseurs ne permet pas d'ajuster la forme du lobe. Certaines zones restent difficiles à recouvrir.
L'opération qui consiste à combler le premier trou de rayonnement en dessous du lobe principal est communément appelée null fill .
Actuellement, le réglage de l'angle d'inclinaison du lobe de rayonnement des antennes pour station de base de système de téléphonie mobile est contraignant.
En effet, ces réglages dans les plans vertical ou horizontal s'effectuent directement à partir de la base, à l'aide d'un système 25 mécanique ou électromécanique.
L'opérateur doit donc se déplacer successivement sur tous les sites disposant de station de base afin de régler les inclinaisons des lobes de rayonnement de chaque antenne.
L'objectif de la présente invention est donc de proposer une antenne permettant de régler l'angle d'inclinaison et la forme du lobe de rayonnement pour combler les trous de rayonnement et éliminer les lobes secondaires au dessus du lobe principal à partir d'une unité de commande unique permettant de commander le réglage des angles d'inclinaison et la forme du lobe de rayonnement à distance.
A cet effet, l'invention concerne une antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comportant: - au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants alignés suivant un axe d'alignement, - au moins un premier ensemble de déphaseurs, chaque déphaseur du premier ensemble de déphaseurs étant associé à au moins un élément rayonnant du premier ensemble d'éléments rayonnants, tous les éléments rayonnants du premier ensemble d'éléments rayonnants ne pouvant être associés au même déphaseur, le lobe de rayonnement émis par le premier ensemble d'éléments rayonnants ayant un axe principal pouvant être incliné d'un angle (a) par rapport à une perpendiculaire à l'axe d'alignement de l'ensemble d'éléments rayonnants.
Selon l'invention, l'antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprend: - une unité de commande associée à chacun des déphaseurs du premier ensemble de déphaseurs pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs aux signaux appliqués aux éléments rayonnants associés, et - un bus relié à une unité centrale et à chacune des unités de commande pour transmettre aux unités de commande des signaux de commande représentatifs d'une loi de phase régie par l'unité centrale déterminant l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement émis.
Dans différents modes de réalisation possibles, la présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: -les éléments rayonnants d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants sont alignés verticalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement dans le plan vertical, - les éléments rayonnants d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants sont alignés horizontalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement dans le plan horizontal.
L'invention concerne également une antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprenant: - au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants comportant n éléments rayonnants alignés suivant un axe vertical, - au moins un premier ensemble de déphaseurs, chaque déphaseur du premier ensemble de déphaseurs étant associé à au moins un élément rayonnant du premier ensemble d'éléments rayonnants, tous les éléments rayonnants du premier ensemble d'éléments rayonnants ne pouvant être associés au même déphaseur.
Selon l'invention, cette antenne comprend: - une unité de commande associée à chacun des déphaseurs du premier ensemble de déphaseurs pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs du premier ensemble de déphaseurs aux signaux appliqués aux éléments rayonnants du premier ensemble d'éléments rayonnants associés, - au moins un deuxième ensemble d'éléments rayonnants comportant n éléments rayonnants alignés suivant un axe vertical, chaque élément rayonnant du deuxième ensemble d'éléments rayonnants étant alignés suivant un axe horizontal avec un élément rayonnant du premier ensemble d'éléments rayonnants, formant ainsi une matrice d'éléments rayonnants à n rangées horizontales et au moins deux colonnes verticales, - au moins un deuxième ensemble de déphaseurs, chaque déphaseur du deuxième ensemble de déphaseurs étant associé à au moins un élément rayonnant du deuxième ensemble d'éléments rayonnants, tous les éléments rayonnants du deuxième ensemble d'éléments rayonnants ne pouvant être associés au même déphaseur, - une unité de commande associée à chacun des déphaseurs du deuxième ensemble de déphaseurs pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs du deuxième ensemble de déphaseurs aux signaux appliqués aux éléments rayonnants du deuxième ensemble d'éléments rayonnants associés, et - un bus relié à une unité centrale et à chacune des unités de commande, pour commander les déphasages impartis par chacun des déphaseurs suivant une loi de phase régie par l'unité centrale déterminant l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement dans les plans vertical et horizontal.
Dans différents modes de réalisation possibles, la présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le bus est un bus série, - le bus est un bus parallèle, - le ou les ensembles d'éléments rayonnants comportent au 20 moins deux éléments rayonnants, - le premier ensemble d'éléments rayonnants est le seul ensemble d'éléments rayonnants de l'antenne et comporte trois éléments rayonnants alignés suivant un axe horizontal, - le premier ensemble de déphaseurs comporte un unique 25 déphaseur associé à l'élément rayonnant central, - l'unité de commande est associée au déphaseur pour commander le déphasage imparti par le déphaseur au signal appliqué à l'élément rayonnant central, et - le bus transmet à l'unité de commande une commande 30 représentative de la loi de phase régie par l'unité centrale déterminant l'angle d'inclinaison et la conformation du lobe de rayonnement dans le plan horizontal, - l'unité centrale comprend un algorithme calculant le déphasage nécessaire pour chacun des déphaseurs d'un ensemble de déphaseurs en fonction de la loi de phase sélectionnée, - l'unité centrale comprend une mémoire résiduelle comportant au moins une loi de phase standard préétablie, - l'unité centrale comprend une commande manuelle pour la sélection d'au moins une loi de phase préétablie, - l'unité centrale comprend une interface d'adressage et de commande des déphaseurs, - un déphaseur comporte un élément déphaseur ayant une ligne de transmission d'entrée, une ligne de transmission de sortie, un moyen de couplage radio-électrique mobile des lignes de transmission d'entrée et de sortie et un moteur permettant le déplacement des moyens de couplage radioélectrique mobiles, le moteur étant commandé par l'unité de commande, - le déphaseur est un déphaseur de type coaxial, - le déphaseur est un déphaseur de type à lignes plates, -le déphaseur est un déphaseur de type électronique. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: -la figure 1 représente une antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe réglables comprenant un alignement d'éléments rayonnants dans le plan vertical; - la figure 2 représente une antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe réglables comprenant un alignement d'éléments rayonnants dans le plan horizontal; - la figure 3 représente un déphaseur selon un mode de réalisation particulier de l'invention; - la figure 4 représente un diagramme de rayonnement d'un lobe sans null fill suivant une coupe verticale obtenue pour un alignement d'éléments rayonnants dans le plan vertical; - la figure 5 représente un autre diagramme de rayonnement d'un lobe avec null fill suivant une coupe verticale obtenue pour un alignement d'éléments rayonnants dans le plan vertical; la figure 6 représente un mode de réalisation particulier de l'invention avec trois éléments rayonnants alignés horizontalement; la figure 7 représente un diagramme de rayonnement d'un lobe ayant un angle d'ouverture de 47 à - 3db, suivant une coupe horizontale obtenue pour un alignement de 3 éléments rayonnants dans le plan horizontal; la figure 8 représente un diagramme de rayonnement d'un lobe ayant un angle d'ouverture de 78 à - 3db, suivant une coupe horizontale obtenue pour un alignement de 3 éléments rayonnants dans le plan horizontal; la figure 9 représente un mode de réalisation particulier de l'invention avec une combinaison d'alignements d'éléments rayonnants verticaux et horizontaux; Les figures 1 et 2 représentent chacune une antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon deux modes de réalisation particuliers de l'invention.
Ces antennes comportent au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants 30 alignés suivant un axe d'alignement 7.
Les éléments rayonnants 1 sont généralement en forme de plaque avec deux surfaces planes ou de type dipôle.
Le ou les ensembles d'éléments rayonnants 30 comportent au moins deux éléments rayonnants 1.
Sur la figure 1, les éléments rayonnants 1 d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants 30 sont alignés verticalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement 3 dans le plan vertical.
Sur la figure 2, les éléments rayonnants 1 d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants 30 sont alignés horizontalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement 3 dans le plan horizontal.
Ces antennes comprennent au moins un premier ensemble de déphaseurs 40. Chaque déphaseur 2 du premier ensemble de déphaseurs 40 est associé à au moins un élément rayonnant 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30.
Tous les éléments rayonnants 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30 ne peuvent être associés au même déphaseur 2.
Le lobe de rayonnement 3, représenté sur la figure 4, émis par le premier ensemble d'éléments rayonnants 30 présente un axe principal 4 pouvant être incliné d'un angle (a) par rapport à une perpendiculaire 6 à l'axe d'alignement 7 de l'ensemble d'éléments rayonnants 30.
Dans ces modes de réalisation particuliers, les déphaseurs 2 sont avantageusement associés à un seul élément rayonnant 1.
L'association d'un déphaseur 2 avec un seul élément rayonnant 1 rend le contrôle de l'orientation du lobe de rayonnement et de ses principaux paramètres (niveau de lobes secondaires, comblement de trous) plus aisé.
Dans l'alimentation des éléments rayonnants 1 d'une antenne, ce qui importe est la phase relative des signaux l'un par rapport à l'autre. L'un des éléments rayonnants de l'ensemble 30 peut être alimenté directement depuis le répartiteur 17 sans interposition de déphaseur, comme le montre la figure 6. Tous les déphasages imposés par les déphaseurs seront relatifs au signal fourni à cet élément rayonnant non relié à un déphaseur. Ce mode de réalisation particulier équivaut à un arrangement plus général représenté par les figures 1, 2 et 9.
Selon l'invention, une unité de commande 8 est associée à chacun des déphaseurs 2 du premier ensemble de déphaseurs 40.
Cette association permet de commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs 2 aux signaux appliqués aux éléments rayonnants 1 associés. Les déphaseurs 2 sont indépendants les un des autres.
Un bus 9 est également relié à une unité centrale 10 unique et 35 à chacune des unités de commande 8 pour transmettre aux unités de commande 8 des signaux de commande représentatifs d'une loi de phase régie par l'unité centrale 10. Cette loi de phase détermine l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement 3 émis.
Le bus 9 peut être un bus parallèle ou série.
Le déphaseur 2, représenté sur la figure 3, comporte un élément déphaseur 11 ayant une ligne de transmission d'entrée 12, une ligne de transmission de sortie 13 et un moyen de couplage radio-électrique mobile 14 des lignes de transmission d'entrée 12 et de sortie 13.
Un moteur 15, commandé par l'unité de commande 8, permet le déplacement des moyens de couplage radioélectrique mobiles 14. Ce moteur 15 peut actionner le déplacement du moyen de couplage radio-électrique mobile 14 du déphaseur 2 sur une distance de +/- 45 mm, sans être limitatif. Ce déplacement de +/-45 mm correspond à une variation de l'angle d'inclinaison du lobe de 10 degrés.
Le déphaseur 2 peut être un déphaseur de type coaxial, comme représenté sur l'exemple de la figure 3. Il peut également être un déphaseur de type à lignes plates ou de type électronique, sans être limitatif. Le déphaseur de type électronique permet de générer un déphasage sans moyen de couplage radio-électrique mobile 14.
Un déphaseur 2 de type coaxial comprend un câble coaxial comme élément déphaseur 14. Ce type de câble permet de limiter les pertes globales du circuit de formation de lobe car un câble coaxial présente moins de pertes au mètre qu'une ligne imprimée, même si le circuit imprimé comprend un diélectrique de très bonne qualité.
Pour faire varier la phase, on fait varier de manière mécanique ou électromécanique la longueur du moyen de couplage radio-électrique mobile 14.
L'unité centrale 10 comprend un algorithme calculant le déphasage nécessaire pour chacun des déphaseurs 2 d'un ensemble de déphaseurs 40 en fonction de la loi de phase sélectionnée.
L'unité centrale 10 comprend également une mémoire résiduelle comportant au moins une loi de phase standard préétablie. Une loi de phase définit un angle d'inclinaison et une forme de lobe. Cette mémoire peut comprendre plusieurs lois de phase prédéfinies. La forme du lobe peut donc consister en une variété de forme quelconque selon la configuration géométrique de la zone à recouvrir. De nouvelles lois de phase peuvent être intégrées dans la mémoire résiduelle.
Une commande manuelle, reliée à l'unité centrale 10, permet de sélectionner au moins une loi de phase préétablie et enregistrée dans la mémoire résiduelle. Le choix de l'orientation et de la forme du lobe s'opère de façon simplifiée à l'aide de la commande manuelle qui permet de sélectionner une loi de phase. La loi de phase n'est donc plus fixée offrant une grande flexibilité dans la forme des lobes.
La commande manuelle peut être remplacée par un dispositif commandé à distance.
Les zones intéressantes à recouvrir se situent préférentiellement à proximité de l'antenne, sous le lobe principal. II est en effet avantageux de combler les trous de rayonnement en dessous du lobe principal. Il est aussi possible de supprimer les lobes secondaires indésirables au dessus du lobe principal.
L'unité centrale 10 peut être reliée à plusieurs antennes à distance ce qui permet de simplifier la couverture d'une zone comportant plusieurs antennes.
L'unité centrale 10 comprend un algorithme calculant une loi de phase à partir d'une forme de lobe sélectionnée. L'algorithme permet de calculer le déphasage nécessaire pour chaque déphaseur 2 indépendant. Ce déphasage correspond à un déplacement du moyen de couplage radio-électrique mobile 5 du déphaseur 2. La loi de phase est calculée à partir d'une loi d'amplitude et d'une loi de phase prédéfinies au départ (Déphasage=0).
L'unité centrale 10 comprend une interface d'adressage et de commande 16 des déphaseurs 2. Cette interface 16 permet d'adresser à un déphaseur 2 bien identifié, le déplacement du moyen de couplage radio-électrique mobile 5 à effectuer.
L'interface d'adressage et de commande 16 est reliée aux unités de commande 6 des déphaseurs 2 au travers du bus 9.
L'antenne peut également comprendre des moyens de répartition de puissance 17 pour répartir la puissance entre les déphaseurs 2.
Le premier exemple qui suit illustre les différentes possibilités d'inclinaisons d'angle et de formes de lobes que l'on peut obtenir dans le plan vertical.
Cet exemple concerne une antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprenant dix éléments rayonnants 10 alignés verticalement correspondant à la configuration de la figure 1.
Les déphaseurs 2 sont couplés à un seul élément rayonnant 1. Les éléments rayonnants 1 sont distants de 115 mm.
Les moyens de couplage radio-électrique mobile 14 des lignes de transmission d'entrée 12 et de sortie 13 ont un déplacement linéaire de + 1- 45 mm. Les phases sont exprimées en longueurs de trajet.
La bande de fréquences utilisée est comprise entre 1700 MHz 25 et 2100 MHz par pas de 100 MHz (cinq fréquences).
Pour ces exemples, on a considéré une loi d'amplitude fixe et une loi de phase fixe pour un dépointage de 5 .
Données pour la loi d'amplitude fixe: élément 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Amplitude -2.5 -2 -0.8 0 0 -0.8 -2 -2.5 -3 (dB) Données pour la loi de phase fixe: élément 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Phase -50 -35 -25 -15 -5 5 15 25 35 50 (mm air) La loi de phase ci-dessus impose un dépointage de 5 . C'est autour de ces valeurs que les déphaseurs variables permettront de modifier la longueur de trajet.
Les différentes possibilités (inclinaison de l'angle du lobe, suppression des lobes supérieurs, comblement des trous de rayonnement), dans le plan vertical, sont représentées sur des diagrammes de rayonnement (figures 4 et 5) pour les 5 fréquences (tracés superposés de 5 lobes).
De telles performances sont obtenues en faisant varier uniquement la phase des déphaseurs 2.
Les diagrammes de rayonnement des figures 4 et 5 sont représentés dans un plan vertical.
Les différents lobes montrent que la performance n'est pas 15 obtenue que pour une seule fréquence dans la gamme de fréquences à couvrir.
La figure 4 représente les lobes de rayonnement dans sa configuration d'origine, c'est-à-dire sans modification de la loi de phase par rapport à la loi de base ci-dessus.
Les lobes de rayonnement principaux 3 présentent une inclinaison vers le bas d'un angle de 5 avec des lobes supérieurs secondaires 18 au dessus.
Le tableau suivant donne quelques paramètres représentant les performances obtenues pour les 5 fréquences: Fréquence Max Dépointage 3db 1700 MHz 18,32db -5,15 8,26 1800 MHz 18,31db -5,16 7,80 1900 MHz 18, 31db -5,17 7,40 2000 MHz 18,31db -5,18 7,03 2100 MHz 18,31db -5,18 6, 70 Le Max indique le niveau rayonné, sans que cette valeur soit reliée à une référence comme par exemple le gain de l'antenne. Il permet de vérifier la relative constance du niveau rayonné dans la bande de fréquence, ce qui est important pour l'application envisagée. Il doit rester quasiment constant dans la bande de fréquences utilisée.
Le dépointage (ou angle d'inclinaison) doit aussi être constant dans la bande de fréquences utilisée.
Le 3dB indique l'ouverture angulaire du lobe de rayonnement dans le plan vertical. II diminue quand la fréquence augmente, ce qui est normal.
Les lobes supérieurs sont indésirables. La suppression (ou forte réduction) des niveaux des lobes secondaires dans un secteur angulaire au dessus du lobe principal (en général 20 ) est une performance demandée aux antennes de station de base.
La figure 5 représente des lobes de rayonnement 3 avec une modification de la loi de phase par rapport à la loi de base ci-dessus. Les dix déphaseurs 2 ont été déphasés des valeurs suivantes: élément 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Déphasage 3 -7 6 1 3 2 -6 -3 -13 -6 (mm) Les différentes valeurs de déphasages des déphaseurs 2 illustrent la non proportionnalité des déphasages entre les éléments rayonnants 1 pour obtenir la performance illustrée.
Les lobes de rayonnement 3 de la figure 5 présentent une inclinaison vers le bas d'un angle de 5 avec une suppression des lobes secondaires supérieurs 18 et avec un comblement 19 du premier trou de rayonnement en dessous du lobe de rayonnement principal 3.
Le tableau suivant donne quelques paramètres illustrant les performances obtenues pour les 5 fréquences: Fréquence Max Dépointage 3db 1700 MHz 18, 07db -4,97 8,36 1800 MHz 18,04db -4,98 7 92 1900 MHz 18,01db -4,99 7, 51 2000 MHz 17,97db -4,99 7,16 2100 MHz 17,93db -5,00 6,84 Le deuxième exemple, concerne un mode de réalisation particulier de l'invention, comme représenté sur la figure 6, où l'antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprend 3 éléments rayonnants 21, 22 et 23 alignés horizontalement suivant un axe horizontal 36.
Dans un autre mode de réalisation, les 3 éléments rayonnants 21, 22 et 23 peuvent être alignés verticalement suivant un axe 15 vertical 36.
Le premier ensemble d'éléments rayonnants 30 est le seul ensemble d'éléments rayonnants de l'antenne.
Le premier ensemble de déphaseurs 40 comporte un unique déphaseur 2 associé à un seul élément rayonnant, dans l'exemple 2, l'élément rayonnant central 23. Les deux éléments rayonnants d'extrémité 21 et 22 sont alimentés ensemble. Ainsi, le déphaseur 2 permet un déphasage relatif du signal fourni à l'élément rayonnant central 23 par rapport aux signaux identiques fournis aux éléments rayonnants 21 et 22.
L'unité de commande 8 (non représentée sur la figure 6) est associée au déphaseur 2 pour commander le déphasage imparti par le déphaseur 2 au signal appliqué à l'élément rayonnant central 23 par rapport aux éléments rayonnants d'extrémité 21 et 22.
Le bus 9 transmet à l'unité de commande 8 une commande représentative de la loi de phase régie par l'unité centrale 10 déterminant l'angle d'inclinaison et la conformation du lobe de rayonnement 3 dans le plan horizontal.
Avec trois éléments rayonnants alignés horizontalement, il est possible d'obtenir un lobe de 45 à plus de 80 en ne réglant que la phase.
Les éléments rayonnants 21, 22 et 23 sont distants de 115 mm. La bande de fréquences utilisée est comprise entre 1700 MHz 15 et 2100 MHz par pas de 100 MHz (cinq fréquences).
Pour cet exemple, on a également considéré une loi d'amplitude et une loi de phase fixes pour un angle d'inclinaison de 0 .
Données pour la loi d'amplitudes fixe: Elément 1 2 3 Amplitude (dB) 0 -24 0 Données pour la loi de phase fixe: Elément 1 2 3 Phase 0 P1 0 Ainsi, l'arrangement de la figure 6 permet de faire varier l'ouverture du lobe de rayonnement dans le plan horizontal dans des proportions significatives avec un seul déphaseur 2 variable. Cela apporte un grand intérêt pour les antennes de station de base Les diagrammes de rayonnement dans le plan horizontal des figures 7 et 8 sont obtenus en faisant varier la phase (P1) du déphaseur 2. La phase reste donc identique pour les deux éléments rayonnants 21 et 22.
Pour une loi d'amplitude et une phase donnée (P1), les diagrammes de rayonnement de cet alignement horizontal peuvent donner une ouverture à demi puissance (-3 dB) variable de 47 à 80 . Ce résultat est obtenu avec une faible variation de l'angle d'ouverture (environ +1- 4 dans la bande de fréquence de 1700 à 2100 MHz, soit 21 %).
La figure 7 représente des lobes de rayonnement 10 correspondant aux cinq fréquences citées ci-dessus dans le plan horizontal et dans leur configuration d'origine (P1=0).
L'ouverture à demi puissance (-3 dB) est de 47 .
Le tableau suivant donne quelques paramètres représentant les performances obtenues pour les 5 fréquences: Fréquence Max Dépointage 3db 1700 MHz 1,03db 0,00 49,25 1800 MHz 1,03db 0,00 48,24 1900 MHz 1,03db 0,00 47,26 2000 MHz 1,03db 0,00 46,32 2100 MHz 1,03db 0,00 45,41 La figure 8 représente des lobes de rayonnement correspondant aux cinq fréquences précédentes dans le plan horizontal et une configuration pour laquelle P1 est égal à 61 mm. 20 L'ouverture à demi puissance (-3 dB) est de 78 .
Le tableau suivant donne quelques paramètres représentant les performancesobtenues pour les cinq fréquences: Fréquence Max Dépointage 3db 1700 MHz -0,59db -0,00 74,61 1800 MHz -0,72db -0,00 77,32 1900 MHz -0,83db -0,25 79,58 2000 MHz -0,92db -0,01 81,16 2100 MHz -0,93db -13,25 81,62 II est aussi possible de combiner un alignement vertical d'éléments rayonnants avec un alignement horizontal d'éléments rayonnants.
La figure 9 représente un mode de réalisation particulier de l'invention pour lequel l'antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprend un alignement vertical d'éléments rayonnants et un alignement horizontal d'éléments rayonnants.
Cette antenne comprend un premier ensemble d'éléments rayonnants 30 comportant n éléments rayonnants 1 alignés suivant un axe vertical 32.
Elle comprend également un premier ensemble de déphaseurs 40. Chaque déphaseur 2 du premier ensemble de déphaseurs 40 est associé à un seul élément rayonnant 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30. Tous les éléments rayonnants 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30 ne peuvent être associés au même déphaseur 2.
Selon l'invention, cette antenne comprend une unité de commande 8 associée à chacun des déphaseurs 2 du premier ensemble de déphaseurs 40. Cette association permet de commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs 2 du premier ensemble de déphaseurs 40 aux signaux appliqués aux éléments rayonnants 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30 associés.
Elle comprend également au moins un deuxième ensemble d'éléments rayonnants 31 comportant n éléments rayonnants alignés suivant un axe vertical 33.
Chaque élément rayonnant du deuxième ensemble d'éléments rayonnants 31 est aligné suivant un axe horizontal 34 avec un élément rayonnant 1 du premier ensemble d'éléments rayonnants 30, formant ainsi une matrice d'éléments rayonnants à n rangées horizontales et au moins deux colonnes verticales.
L'antenne comprend au moins un deuxième ensemble de déphaseurs 41. Chaque déphaseur 2 du deuxième ensemble de déphaseurs 41 est associé à au moins un élément rayonnant 1 du deuxième ensemble d'éléments rayonnants 31. Tous les éléments rayonnants 1 du deuxième ensemble d'éléments rayonnants 31 ne peuvent être associés au même déphaseur 2.
Une unité de commande 8 est associée à chacun des déphaseurs 2 du deuxième ensemble de déphaseurs 41 pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs 2 du deuxième ensemble de déphaseurs 41 aux signaux appliqués aux éléments rayonnants 1 du deuxième ensemble d'éléments rayonnants 31 associés.
Un bus 9 est relié à une unité centrale 10 et à chacune des unités de commande 8 permettant de commander les déphasages impartis par chacun des déphaseurs 2 suivant une loi de phase. Cette loi de phase est régie par l'unité centrale 10 déterminant l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement 3 dans les plans vertical et horizontal.
Comme cela est connu, chaque ensemble de déphaseurs 2 est 30 relié à un répartiteur de puissance 17.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible de combiner un alignement vertical d'éléments rayonnants avec un alignement horizontal d'éléments rayonnants agencé comme dans l'exemple représenté sur la figure 6.
Chacun des éléments rayonnants 21, 22 et 23 alignés horizontalement peut en fait lui-même constituer un des éléments rayonnants d'un alignement vertical d'éléments rayonnants. Chaque alignement horizontal comprend un déphaseur 2 unique associé à un unique élément rayonnant 23.
Il est également possible d'utiliser des éléments rayonnants comprenant une double polarisation, c'est-à-dire disposant d'un accès de polarisation par polarisation. En effet, les antennes de station de base sont fréquemment à double polarisations croisées.
Chaque accès de polarisation de l'élément rayonnant est associé à un déphaseur. Chaque élément rayonnant comprend deux accès, il faut donc deux déphaseurs par élément rayonnant. En général, on cherche à obtenir le même dépointage et la même conformation de lobe pour chaque polarisation.
Ces deux déphaseurs peuvent être reliés à la même unité de commande. Il est également possible de relier chacun de ces deux déphaseurs à une unité de commande respective, soit un déphaseur par unité de commande.
Ces unités de commande sont toutes reliées au même bus.
Cette configuration permet de corriger d'éventuels écarts de rayonnement entre chaque polarisation. 30
Claims (16)
1. Antenne pour station de base de système de téléphonie mobile à angle d'inclinaison et conformation du lobe de 5 rayonnement réglables comportant: - au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants (30) alignés suivant un axe d'alignement (7), - au moins un premier ensemble de déphaseurs (40), chaque déphaseur (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) étant associé à au moins un élément rayonnant (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30), tous les éléments rayonnants (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30) ne pouvant être associés au même déphaseur (2), le lobe de rayonnement (3) émis par le premier ensemble d'éléments rayonnants (30) ayant un axe principal (4) pouvant être incliné d'un angle (a) par rapport à une perpendiculaire (6) à l'axe d'alignement (7) de l'ensemble d'éléments rayonnants (30), antenne caractérisée en ce qu'elle comprend en outre: - une unité de commande (8) associée à chacun des déphaseurs (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs (2) aux signaux appliqués aux éléments rayonnants (1) associés, et - un bus (9) relié à une unité centrale (10) et à chacune des unités de commande (8) pour transmettre aux unités de commande (8) des signaux de commande représentatifs d'une loi de phase régie par l'unité centrale (10) déterminant l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement (3) émis.
2. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments rayonnants (1) d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants (30) sont alignés verticalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement (3) dans le plan vertical.
3. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments rayonnants (1) d'au moins le premier ensemble d'éléments rayonnants (30) sont alignés horizontalement de façon à permettre le réglage de l'angle d'inclinaison (a) et de la forme du lobe de rayonnement (3) dans le plan horizontal.
4. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables comprenant: - au moins un premier ensemble d'éléments rayonnants (30) comportant n éléments rayonnants (1) alignés suivant un axe vertical (32), - au moins un premier ensemble de déphaseurs (40), chaque déphaseur (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) étant associé à au moins un élément rayonnant (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30), tous les éléments rayonnants (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30) ne pouvant être associés au même déphaseur (2), antenne caractérisée en ce qu'elle comprend en outre - une unité de commande (8) associée à chacun des déphaseurs (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs (2) du premier ensemble de déphaseurs (40) aux signaux appliqués aux éléments rayonnants (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30) associés, - au moins un deuxième ensemble d'éléments rayonnants (31) comportant n éléments rayonnants alignés suivant un axe vertical (33), chaque élément rayonnant du deuxième ensemble d'éléments rayonnants (31) étant alignés suivant un axe horizontal (34) avec un élément rayonnant (1) du premier ensemble d'éléments rayonnants (30), formant ainsi une matrice d'éléments rayonnants à n rangées horizontales et au moins deux colonnes verticales, - au moins un deuxième ensemble de déphaseurs (41), 35 chaque déphaseur (2) du deuxième ensemble de déphaseurs (41) étant associé à au moins un élément rayonnant (1) du deuxième ensemble d'éléments rayonnants (31), tous les éléments rayonnants (1) du deuxième ensemble d'éléments rayonnants (31) ne pouvant être associés au même déphaseur (2), - une unité de commande (8) associée à chacun des déphaseurs (2) du deuxième ensemble de déphaseurs (41) pour commander indépendamment les uns des autres les déphasages impartis par chacun des déphaseurs (2) du deuxième ensemble de déphaseurs (41) aux signaux appliqués aux éléments rayonnants (1) du deuxième ensemble d'éléments rayonnants (31) associés, et - un bus (9) relié à une unité centrale (10) et à chacune des unités de commande (8), pour commander les déphasages impartis par chacun des déphaseurs (2) suivant une loi de phase régie par l'unité centrale (10) déterminant l'angle d'inclinaison (a) et la conformation du lobe de rayonnement (3) dans les plans vertical et horizontal.
5. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bus (9) est un bus série.
6. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le bus (9) est un bus parallèle.
7. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le ou les ensembles d'éléments rayonnants (30, 31) comportent au moins deux éléments rayonnants (1).
8. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de 30 rayonnement réglables selon la revendication 3, caractérisée en ce que: - le premier ensemble d'éléments rayonnants (30) est le seul ensemble d'éléments rayonnants de l'antenne et comporte trois éléments rayonnants (21, 22, 23) alignés suivant un axe horizontal (36), - le premier ensemble de déphaseurs (40) comporte un unique déphaseur (2) associé à l'élément rayonnant central (23), - l'unité de commande (8) est associée au déphaseur (2) pour commander le déphasage imparti par le déphaseur (2) au signal appliqué à l'élément rayonnant central (23) associé, et - le bus (9) transmet à l'unité de commande (8) une commande représentative de la loi de phase régie par l'unité centrale (10) déterminant l'angle d'inclinaison et la conformation du lobe de rayonnement (3) dans le plan horizontal.
9. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'unité centrale (10) comprend un algorithme calculant le déphasage nécessaire pour chacun des déphaseurs (2) d'un ensemble de déphaseurs (40) en fonction de la loi de phase sélectionnée.
10. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que l'unité centrale (10) comprend une mémoire résiduelle comportant au moins une loi de phase standard préétablie.
11. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'unité centrale (10) comprend une commande manuelle pour la sélection d'au moins une loi de phase préétablie.
12. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce que l'unité centrale (10) comprend une interface d'adressage et de commande (16) des déphaseurs (2).
13. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'un déphaseur (2) comporte un élément déphaseur (Il) ayant une ligne de transmission d'entrée (12), une ligne de transmission de sortie (13), un moyen de couplage radio-électrique mobile (14) des lignes de transmission d'entrée (12) et de sortie (13) et un moteur (15) permettant le déplacement des moyens de couplage radioélectrique mobiles (14), ledit moteur (15) étant commandé par l'unité de commande (8).
14. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 13, caractérisée en ce que le déphaseur (2) est un déphaseur de type coaxial.
15. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 13, caractérisée en ce que le déphaseur (2) est un déphaseur de type à lignes plates.
16. Antenne à angle d'inclinaison et conformation du lobe de rayonnement réglables selon la revendication 13, caractérisée en ce que le déphaseur (2) est un déphaseur de type électronique.
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