MX2007015343A - Una antena repetidora pasiva. - Google Patents

Abstract

La presente invencion describe una antena repetidora (130, 200) que consta de una pluralidad de elementos de radiacion (210, 260) ordenados en una primera capa o plano conductor de electricidad. La antena repetidora tambien consta de un plano conectado a tierra (320) separado de los elementos de radiacion por medio de una , capa de material dielectrico (310), y a cada uno de los lo elementos de radiacion se les da una extension (L1, L2, L3 ) y una distancia (D12, D23) a los elementos de radiacion proximos que reflejaran una onda electromagnetica incidente (110) desde la antena repetidora en un angulo (a2) que por una cantidad predeterminada sera mayor o menor que el angulo incidente (a2) de la onda electromagnetica. La antena repetidora es rectilinea, y puede ser curva o plana.

Description

UNA ANTENA REPETIDORA PASIVA CAMPO TÉCNICO La presente invención describe una antena repetidora pasiva con una pluralidad de elementos de radiación ordenados en una primera capa o plano, y también consta de un plano conectado a tierra separado de los elementos de radiación por medio de un material dieléctrico.

ANTECEDENTE DE LA INVENCIÓN Los operadores de sistemas inalámbricos como pueden ser, por ejemplo, sistemas de telefonía celular, frecuentemente desean aumentar la capacidad del sistema en ciertas áreas. En el caso de la telefonía celular, el operador puede desear aumentar la capacidad del sistema dentro de ciertas áreas de una celda.

Un aumento en la capacidad del sistema en una cierta área en una celda se puede obtener instalando una estación base adicional para cubrir esa área. Esa estación base adicional generalmente se llamará estación base "micro" o "pico", es decir, una estación base con una capacidad reducida comparada con una estación base ordinaria, propuesta para ser utilizada para mejorar la capacidad de una estación base ordinaria. Naturalmente, el mismo efecto también se puede lograr usando una estación base ordinaria.

La forma más fácil de conectar esa estación base adicional al siguiente nivel más alto en el sistema, generalmente la estación base "ordinaria" de la celda, en general para usar una conexión de enlace de radio de la clase de "punto a punto". Esto significa instalar un enlace de radio en la estación base adicional y en el siguiente nivel más alto en el sistema. Para hacer la conexión de trabajo, se necesita una Línea de Vista (LOS) entre los dos enlaces de radio. Sin embargo, los operadores que desean hacer esa instalación frecuentemente encuentran que el sitio en el cual debería instalarse la estación base adicional no está dentro de la línea de vista (LOS) a los niveles más altos en el sistema.

Una solución al problema de tener dos enlaces de radio que necesitan LOS pero no lo tienen es instalar antenas repetidoras para conectar los dos enlaces de radio entre sí. Las antenas repetidoras en los intervalos de frecuencia usados para la telefonía celular, es decir, el intervalo microonda, en general están diseñadas para usar dos reflectores parabólicos conectados por medio de una guía de onda, con los reflectores apuntando en diferentes direcciones.

Una antena repetidora que consiste en dos reflectores parabólicos será incómoda, y esto dificulta encontrar un sitio para la instalación adecuada, especialmente en áreas urbanas, y también puede ser costoso.

Una conocida antena repetidora alternativa consiste en una hoja de un material reflejante como el metal. En esa antena repetidora, el ángulo incidente y el ángulo de reflexión serán iguales, lo que limitará la utilidad del reflector.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Como se describe anteriormente, hay una necesidad para una antena repetidora que se pueda usar en aplicaciones en el intervalo microonda, y la cual superará los inconvenientes de las antenas repetidoras conocidas.

Esa antena repetidora es ofrecida por la presente invención en que describe una antena repetidora que consta de una pluralidad de elementos de radiación ordenados en una primera capa o plano.

La antena repetidora también consta de un plano conectado a tierra separado de los elementos de radiación por medio de un material dieléctrico, y a los elementos de radiación se les da una extensión y tienen una distancia entre ellos que una onda electromagnética incidente reflejará desde la antena repetidora en un ángulo que por medio de una cantidad predeterminada será mayor o menor que el ángulo incidente de la onda electromagnética.

En una modalidad preferida la antena repetidora es esencialmente rectilínea, debido a la forma del plano conductor, el plano conectado a tierra y la capa de material dieléctrico. En otra modalidad preferida, la antena repetidora es, en adición a ser esencialmente rectilínea, también esencialmente plana, debido a la forma del plano conductor, el plano conectado a tierra y la capa de material dieléctrico.

Por medio de la invención, se obtiene una antena repetidora que se puede instalar en lugares que anteriormente no se usaban para antenas repetidoras con un alto grado de directividad y pérdidas bajas. La antena de la invención es también menos costosa de producir que las antenas repetidoras anteriores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describirá en más detalle en la siguiente descripción, con referencia a los dibujos anexados, en los cuales La Fig. 1 muestra un sistema en el cual se usa la antena repetidora, y Las Figs. 2 y 3 muestran una modalidad de la antena repetidora, y La Fig. 4 muestra un principio detrás de la antena repetidora.

MODALIDADES DE LA INVENCIÓN En la Fig. 1, se muestra esquemáticamente un sistema 100 que usa la invención. Una estación base de radio (RBS) 105 intenta cubrir una celda en un sistema de telefonía celular. Dentro de la celda, hay un área que no puede cubrir la RBS 105, ya sea debido a una alta concentración de usuarios en esa área, por lo que la capacidad de la RBS no es suficiente, o debido al hecho de que la Línea de Vista (LOS) de la RBS al área se oscurece por medio de, por ejemplo edificios de gran altura. En la Fig. 1, se muestra el área de la RBS que se oscurece por un edificio 111.

Naturalmente, los dos factores mencionados pueden ocurrir en combinación, un área con una concentración alta de usuarios se puede oscurecer por los edificios u otros obstáculos.

Como se muestra en la Fig. 1, hay una RBS adicional 140, instalada en una estructura 111 como puede ser un edificio, para ayudar a la RBS 105 a cubrir el área en cuestión. Esta RBS adicional 140 se puede llamar una estación base "micro" o "pico", es decir una estación base con capacidad reducida comparada con una RBS ordinaria, que se propone usar para mejorar la capacidad de una RBS ordinaria. Naturalmente, se puede lograr el mismo efecto usando una RBS ordinaria como la RBS adicional. De esta manera, la RBS adicional 140 propone mejorar la capacidad de la RBS 105, y las dos RBS se conectan por medio de una conexión punto a punto con enlaces de radio de microondas 107-141.

Como se muestra en la Fig. 1, hay un edificio 112 que tiene LOS para la RBS 105. Debido a la geometría del sistema, la RBS adicional 140 con su enlace de radio 141 no se puede colocar en el edificio 112, sino que necesita colocarse en el edificio 111, donde no hay LOS para la RBS 105 o su enlace de radio 107. Sin embargo, se puede instalar una antena repetidora en el edificio 112, de manera que tenga LOS para ambos enlaces de radio 107 y 141.

Como también se puede ver en la Fig. 1, la geometría es tal que una señal eléctrica transmitida sobre la conexión de enlace de radio de la RBS 105 a la antena repetidora 130 necesita ser reflejada hacia la RBS adicional 140 en un ángulo que difiera del ángulo incidente. Normalmente, esto únicamente se podría lograr usando dos antenas repetidoras separadas, una apuntada hacia cada RBS 105, 130, con las antenas repetidoras conectadas entre sí. Ese diseño repetidor normalmente consistiría de dos reflectores parabólicos conectados entre sí, lo que daría a la antena repetidora una forma voluminosa, haciendo difícil instalarla.

Para superar este y otros inconvenientes en los diseños repetidores conocidos, la invención describe una antena repetidora en la cual una onda electromagnética incidente reflejará desde la antena repetidora en un ángulo que diferirá del ángulo incidente, es decir, el ángulo de reflexión por medio de una cantidad predeterminada será mayor o menor que el ángulo incidente de la onda electromagnética.

Para escoger el sitio de instalación para la antena repetidora 130 de la invención tan fácil como sea posible, la antena repetidora es esencialmente rectilínea, debido a un número de factores que se explicarán en más detalle más adelante.

La palabra "rectilínea" en este contexto se refiere al hecho de que el espesor de la antena repetidora es considerablemente menor que su anchura o envergadura. De esta manera, la antena repetidora puede ser curva siendo todavía rectilínea en el sentido en que se usa aquí la palabra, en la medida en que una hoja de papel o una hoja de metal pueden ser curvas mientras todavía son planas. Esto facilitará más la instalación de la antena, pero en una modalidad, la antena repetidora también puede ser esencialmente plana, es decir rectilínea y no curva.

En la Fig. 2, se muestra una antena repetidora 200 de la invención en una perspectiva de frente. Como se puede ver, la antena repetidora 200 contiene una pluralidad de elementos de radiación 210-260, que son de diferentes longitudes Li, L2, L3, y las cuales están separadas de los elementos de radiación próximos por medio de distancias individuales Di2, D23.

En la antena 200 que se muestra en la Fig. 2, los elementos de radiación están ordenados en una matriz bidimensional de columnas y filas, con elementos en una fila que tienen una primera extensión Li en una primera dirección, y elementos en una fila próxima que tienen una segunda extensión L2 en esa primera dirección. La primera dirección es en este caso la dirección en la cual están arregladas las columnas, es decir, perpendicular a la dirección de la extensión de las filas.

Las distancias mencionadas entre los elementos de radiación son en este caso distancias centradas predeterminadas Di2, D23, entre los elementos de radiación 210, 220, 230, en filas próximas.

Como se puede ver, la extensión en la primera dirección disminuye gradualmente en las filas de izquierda a derecha en la antena repetidora, y el patrón se repite entonces en un segundo grupo de filas 240, 250, 260, estas filas son idénticas a las filas 210, 220, 240, en el primer grupo.

La distancia y diferencia en las extensiones entre los elementos de las filas próximas es tal que la fase del haz reflejado, y de esta manera el ángulo de reflexión, está controlado para dar la diferencia deseada desde el ángulo incidente. De esta manera, se provoca un desplazamiento gradual de fase en el haz reflejado sobre la superficie de la antena, en este caso de izquierda a derecha, el desplazamiento de la fase a su vez provoca que el ángulo de reflexión de la onda electromagnética difiera del ángulo incidente de la misma onda.

Esto es también la razón de que el patrón de las filas se repita después de una cierta cantidad de filas, en este caso después de tres filas: cuando el desplazamiento de la fase excede 360 grados, o 2TT cuando se ven en radianes, el patrón empezará otra vez.

En la Fig. 3, la antena repetidora 200 de la Fig. 2 se muestra en una sección transversal a lo largo de la línea III-III indicada en la Fig. 2.

Como se puede ver en esta vista de la sección transversal, la antena repetidora consiste en un plano conectado a tierra conductor de electricidad 320 y una capa 310 de un material dieléctrico ordenado con una primera superficie de frente al plano conectado a tierra 320.

Los elementos de radiación 210-260 están ordenados en una segunda superficie de la capa de material dieléctrico 310, esa segunda superficie está en la dirección contraria al plano conectado a tierra 320, de manera que la capa dieléctrica tendrá la función de separar el plano conectado a tierra 320 y los elementos de radiación 210-260.

Adecuadamente, los elementos de radiación son creados en la capa dieléctrica por medio de aguafuerte de una capa de material conductor que se deposita en la segunda superficie de la capa dieléctrica. De esta manera, una capa de material conductor de electricidad será creada en la capa dieléctrica, la capa conductora es la capa de los elementos de radiación.

Si se desea, a la antena repetidora que se muestra en las Figs. 2 y 3 se le puede dar una forma curva por medio del modelado del plano conductor, el plano conectado a tierra y la capa de material dieléctrico. Esto se puede hacer, por ejemplo para influir en los ángulos de incidencia o reflexión, o para ajustar la instalación mecánica a un mejor sitio particular. En esa modalidad, aunque es curva, la antena repetidora aún retiene su forma esencialmente rectilínea.

Sin embargo, la antena repetidora también puede, en adición a ser esencialmente rectilínea, ser esencialmente plana, lo cual también se puede lograr debido a la forma del plano conductor, el plano conectado a tierra y la capa de material dieléctrico.

En la Fig. 4, se muestra un principio detrás de la antena repetidora 200 de la invención: la superficie mecánica de la antena 200 está indicada por medio de una "M", y una onda electromagnética incidente está indicada por medio de un "B", la reflexión del haz también se muestra en la Fig. 4.

Como se puede ver, el ángulo incidente al del haz eléctrico con respecto a la superficie de la antena difiere del ángulo de reflexión a2 del haz con respecto a la misma superficie, lo cual es exactamente el efecto deseado. La diferencia entre los dos ángulos al y a2 se puede hacer más o menos adaptada de acuerdo con las necesidades de la aplicación por medio de la adaptación de la extensión de los elementos de radiación y las distancias entre ellos.

En la Fig. 4, el plano de reflexión eléctrica que es crea por medio del diseño de la antena también se muestra, indicado con la letra "E". El plano de reflexión eléctrica es el plano que es "percibido" por la onda electromagnética incidente "B" después de la reflexión, y como se puede ver, el ángulo incidente y el ángulo de reflexión son el mismo con especto a este plano para el haz "B".

La diferencia en ángulo entre los dos planos "M" y "B", que se muestra como ß en la Fig. 4, de esta manera será el factor determinante detrás de la diferencia entre dos ángulos ai y a2.

La invención puede variar en un gran número de formas. Por ejemplo, si los elementos de radiación están arreglados en filas y columnas como se muestra en las Figs. 2 y 3, los elementos de radiación en una y la misma fila no necesitan ser de una longitud igual, pero pueden variar en longitud a lo largo de la fila. En ese caso, el ángulo de reflexión puede variar en dos direcciones, no solo en la dirección izquierda-derecha descrita junto con la Fig. 2.

La antena repetidora también puede variar en la dirección de polarización: filas de elementos de radiación que dan una segunda polarización perpendicular a la polarización de los elementos de radiación 210-260 se pueden entremezclar entre las filas de los elementos 210-260, como se muestra en la Fig. 5, las dos direcciones de polarización se muestran en un sistema coordinado e indicado por medio de los números "1" y "2" respectivamente. En la modalidad que se muestra en la Fig. 5, cada fila de elementos con longitud similar para la primera polarización es perpendicular a la fila correspondiente para la segunda polarización. La diferencia entre ángulo incidente y reflejado será diferente en las dos polarizaciones en esta antena repetidora, por lo que habrá dos haces de antena reflejados que tendrán diferentes direcciones con respecto a ellos mismos, en cada polarización, aún si son co-incidentes.

Si se desea lograr la misma diferencia entre el ángulo incidente y reflejado en las dos polarizaciones, se puede usar en su lugar la modalidad de la Fig. 6: aquí una fila de elementos 210' de igual longitud propuesta para la segunda polarización se arregla paralela a la fila correspondiente de elementos 210 para la primera polarización, los elementos para la segunda polarización se arreglan con sus bordes apuntando hacia ellos mismos.

Los elementos de radiación de las dos polarizaciones diferentes también se pueden arreglar con una segunda capa de material dieléctrico entre ellos, en cuyo caso se atravesarán entre sí.

Como una alternativa, si se desea guiar los haces de la antena en detalle y en más de una dirección, sería concebible usar la antena de las Figs. 2 y 3, y después tener una instalación mecánica de la antena en la cual uno o más tornillos de ajuste influenciarán la inclinación mecánica de la antena repetidora. En esa aplicación, sería posible fabricar un número determinado de tipos de antenas repetidoras, con diferencias conocidas entre los ángulos de reflexión e incidentes. La antena repetidora que mejor acople con la aplicación será instalada, y los tornillos de ajuste de la instalación mecánica se usarán para adaptar la antena al sitio de instalación particular.

La invención no se limita a los ejemplos de modalidades descritos y que se muestran anteriormente, sino que se puede variar libremente dentro del campo de las reivindicaciones. Por ejemplo, aunque los elementos de radiación se han mostrado como elementos alargados, se pueden incorporar en muchas otras formas como puede ser, por ejemplo, circulares, elípticos, o como parches rectangulares. También se pueden incorporar como hendiduras en un plano conductor, en lugar de cómo parches alrededor de los cuales el resto del plano conductor ha sido separado.

Las filas adyacentes de los elementos de radiación, como los que se muestran en la Fig. 2, también se pueden entretejer entre sí, si las filas próximas se colocan ligeramente en la dirección principal de la fila.

Naturalmente, la antena repetidora de la invención se puede usar dentro de una amplia variedad de aplicaciones, y no está restringida en ninguna forma al uso que se muestra en los ejemplos de las modalidades que se muestran y describen anteriormente.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Una antena repetidora (130, 200) que consta de una pluralidad de elementos de radiación (210, 260) ordenados en una primera capa o plano conductor de electricidad. La antena repetidora también consta de un plano conectado a tierra (320) separado de los elementos de radiación por medio de una capa de material dieléctrico (310) , la antena repetidora está caracterizada en que a cada uno de los elementos de radiación se les da una extensión (Li, 2, L3, ) y una distancia (Di2, D23) a los elementos de radiación próximos que reflejarán una onda electromagnética incidente (110) desde la antena repetidora en un ángulo ( ?) que por una cantidad predeterminada será mayor o menor que el ángulo incidente ( ) de la onda electromagnética. La antena repetidora (130, 200 de acuerdo con la reivindicación 1 es esencialmente rectilínea, debido a la forma del plano conductor, el plano conectado a tierra (320) y la capa de material dieléctrico (310), y puede ser curva o plana. La antena repetidora (130, 200) de acuerdo con la reivindicación 2, la cual en adición a ser esencialmente rectilínea, también esencialmente plana, debido a la forma del plano conductor, el plano conectado a tierra (320) y la capa de material dieléctrico (310) . La antena repetidora (130, 200) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en las cuales los elementos de radiación (210-260) están ordenados en un arreglo bi-dimensional de columnas y filas, con elementos en una fila que tienen una primera extensión (Li, L2, L3) en una primera dirección, y elementos en una fila próxima que tiene una segunda extensión (Li, L2, L3) en esa primera dirección, también hay una distancia central predeterminada (D12, D23) entre los elementos de radiación en esas filas próximas, esa distancia y diferencia en extensiones entre los elementos de las filas próximas son tales que la fase del haz reflejado, y de esta manera el ángulo de reflexión, está controlado para dar la diferencia deseada desde el ángulo de incidencia.