UNA ANTENA REPETIDORA MEJORADA CAMPO TÉCNICO La presente invención describe una antena repetidora para uso en sistemas de telecomunicaciones en la escala de microonda. La antena repetidora se pretende para coftectar transmisiones de una primera unidad de radio en un primer sitio a una segunda unidad de radio en un segundo sitio. RAMO ANTERIOR En sistemas de telecomunicaciones, tales como por ejemplo, sistemas de telefonía celular en la escala de midroonda, puede haber un número de problemas para una estación de base cuando trata de comunicarse con los usuarios ubicados en el área cubierta por la estación de base, dicha área siendo referida como "una celda", los problemas siendo particularmente notorios en sistemas que usan un régimen de bit elevado en áreas urbanas, ejemplos de dichos problemas pueden ser edificios elevados que obstruyen la luz de visión de ciertas sub-áreas, o que en ciertas sub-áreas el número de usuarios puede exceder aquel que puede ser manejado por la estación de base. Una forma de manejar estos problemas, especialmente en el caso de áreas en donde la línea de vista está
oscurecida, es usar las llamadas antenas repetidoras, es decir, antenas que se instalan en una ubicación en donde pueden ser alcanzadas desde la estación de base, y desde cuya ubicación también pueden retransmitir las transmisiones a y desde el área oscurecida. Otra forma de manejar los problemas descritos, especialmente en el caso de sub-áreas dentro de la celda con un& cantidad de usuarios que es demasiado grande para manejar pof la estación de base, es instalar otras estaciones de base qu puedan cubrir las sub-áreas en cuestión, usualmente estaciones de base con mayor capacidad, llamadas "pico-estuaciones". Estas "pico-estaciones" entonces necesitan ser conectadas a la red de alguna forma, apropiadamente con la piqo-estación como uno de los puntos en una conexión de punto-a-punto. Dicha conexión de punto-a-punto se pudo hacer por medio de una estación repetidora, que sería dirigida a la "pico-estación" desde la estación de base, o de otro nodo de nivel superior en la red. Las antenas repetidoras convencionales usualmente están diseñadas por medio de dos antenas reflectoras, frecuentemente platos parabólicos, conectados por medio de una guía de onda y apuntados en direcciones diferentes.
Instalar dichas repetidoras, especialmente en áreas urbanas, se está haciendo cada vez más difícil debido a un número de factores tales como consideraciones estéticas y dificultades en encontrar suficiente espacio para un sitio repetidor. Otra clase de repetidor previamente conocido es simplemente una hoja grande de material reflector, tal como metal. Este repetidor sufriría de un número de desventajas, por ejemplo pérdidas elevadas debido a baja capacidad de dilección, y generalmente no serían apropiados para uso en I árfas urbanas. EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN Como se describe arriba, existe de esta manera una necesidad de una antena repetidora en un sistema de telecomunicaciones en la escala de microonda que pueda superar las desventajas previamente descritas de antenas repetidoras conocidas. Esta necesidad está dirigida por la invención en que describe una antena repetidora para uso en sistemas de telecomunicaciones en la escala de microonda, la antena repetidora siendo pretendida para conectar una primera unidad de radio en un primer sitio a una segunda unidad de radio en i un ¡segundo sitio. La antena repetidora descrita tiene cuando menos un
primer y y un segundo elemento de antena y una red de alimentación para estos elementos de antena, y los elementos de antena dan lugar a primero y segundo haces de antena, de manera que el primer haz se puede usar para conectar la antena repetidora a la primera unidad de radio, y el segundo haz se puede usar para conectar la antena repetidora a la segunda unidad de radio. En la antena repetidora, el primero y segundo elementos de antena están dispuestos en una superficie en donde la distancia entre los dos elementos de antena a lo largo de la superficie es más larga que la distancia más corta entre los elementos de antena, en otras palabras, una superficie no plana, ya sea curva o doblada dicha superficie. En una modalidad de la antena repetidora, cuando menos uno del primero y segundo elementos de antena son parte de una disposición que comprende una pluralidad de elementos de antena. En una versión de esta modalidad, la antena repetidora puede tener apropiadamente una dirección longitudinal y una lateral de extensión, y la disposición de elementos de antena es una disposición unidimensional, que se dispone para coincidir con una de las direcciones de extensión de la antena. En otra versión de esta modalidad, la disposición de elementos de antena es una disposición
bidimensional, con las dos dimensiones estando dispuestas para coincidir esencialmente con una de las direcciones de extensión de la antena. Apropiadamente, pero no necesariamente, los elementos de antena pueden ser esencialmente planos y creados en, una hoja de material eléctricamente conductor, y la antena repetidora adicionalmente comprende un plano de tierra separado de los elementos de antena por medio de un material dieléctrico. De esta manera, por medio de la invención, una antena repetidora se describe que puede dirigir haces en más o menos cualquier ángulo de azimut (horizontal) o de elevación de manera que puede tener un haz que cubre la antena de estación de base, y un segundo haz que cubre un árqa dentro de la celda en donde hay necesidad de cubrimiento adicional además de aquel proporcionado por la antena de estación de base. Dichos primero y segundo haces se pueden separar por un ángulo más o menos arbitrario, de manera que la antena repetidora se puede usar de una manera altamente versátil. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se describirá con mayor detalle en la siguiente descripción con referencia a los dibujos anexos, en
los cuales La Figura 1 muestra una vista básica de un sistema en el que la antena repetidora de la invención se puede aplicar, y La Figura 2 muestra una vista básica del sistema de la figura 1 en el que las antenas repetidoras de la invención se usa, y La Figura 3 muestra una vista superior del sistema de la figura 2, y La Figura 4 muestra una vista superior esquemática de antena repetidora de la invención, y Las Figuras 5 - 7 muestran modalidades más detalladas de la antena repetidora. MODALIDADES DE LA INVENCIÓN La figura 1 muestra un ejemplo de un sistema 100 de telecomunicaciones en el que la invención se puede utilizar.
El sistema 100 mostrado en este ejemplo es un sistema de telefonía celular en la escala de microonda, es decir de 1GHz y hacia arriba. En el sistema 100, hay una estación 110 de base que está conectada a niveles superiores en el sistema. La estación de base de radio utiliza una o varias antenas 120 a fin de cubrir una cierta área, una llamada celda, dentro de
la que la estación de base maneja comunicación a y de usuarios de los sistemas celulares, así como control de los teléfonos de dichos usuarios. La celda del sistema 100 está ubicada en un área urbana con uno o varios edificios 125, 126 de gran elevación, que bloquean las comunicaciones de la antena 120 de estación de base a una o más áreas. De esta manera, habrá aereas tales cornao el área A sombreada dentro de la celda que solamente se le puede dar servicio a regímenes de bits degradados o que no pueden tener servicio en absoluto por la estación 110 de base por medio del cubrimiento dado por la antena 120 de estación de base. También puede haber un número de otros factores que dificultarían o harían imposible que la estación 110 de base de servicio a usuarios en un área dentro de la celda, una de estes razones siendo que el número de usuarios en esa área particular es tan elevado que el número total de usuarios en la celda completa excede la capacidad de la estación de base»
La figura 2 muestra el sistema de la figura 1 con algún equipo adicional, que se describirá en lo siguiente. A fin , de dar servicio a usuarios del sistema en el área A,, una antfna 250 repetidora de la invención se ha desplegado, en esté caso en la parte superior del edificio 126. La antena
250 repetidora se pretende para conectar la estación de base a uno o más usuarios del sistema en sitios dentro del área A. Como se muestra en la figura 2, la antena repetidora tiene cuando menos una primer 260 y un segundo 270 ha2 de antena. Como se mostrará con mayor detalle más adelante, el primer haz se puede usar para recepción de las seriales de la estación de base, y el segundo haz se puede usar para transmitir las señales recibidas al área A, para uno o más usuarios dentro de esa área. En la figura 3, el sistema 200 de la figura 2 se muestra en una "vista superior" esquemática. Como se ve aquí, la i antena 250 repe3tidora se despliega sobre uno de los edificios 126, desde donde hay línea de vista al área A oscurecida. La antena repetidora tiene los dos haces 260, 270 mencionados previamente, el primero 260 de los cuales está dirigido de manera que cubre la estación de base, y el segundo 270 de los cuales está dirigido de tal manera que cubre el área A oscurecida. De esta manera, la antena 250 repetidora puede conectar la estación 110 de base a usuarios en el área A, los usuarios que de otra manera hubieran sido incapaces de conectarse a la estación de base, particularmente si desean conectarse a regímenes elevados de bits, tales como típicamente 0.5 Mbps o superior.
En otra aplicación de la antena repetidora, si los usuarios en el área A no están oscurecidos de la línea de vi$ta desde la estación de base, o si además de estar oscurecidos también son de una cantidad tal que la estación de r ase no puede manejarlos, el sistema se puede expandir paita comprender una estación de base adicional dedicada a dar servicio al área A. Esta estación de base adicional puede ser una que es similar a la estación 110 de base, o puede ser una
I llamada "pico" estación de base, es decir, una estación de base que tiene una capacidad menor que la estación 110 de base, la pico estación siendo un tipo de estación de base que se pretende específicamente para ayudar a estaciones de base mayores. La antena repetidora entonces se instalaría de manera que conecte la estación pico a la estación de base, la i estación pico manejando a los usuarios en el área A, en lugar de • aquellos usuarios que estando siendo manejados directamente por la estación de base. El primero y el segundo haces de antena de la
¡ ant na repetidora, a fin de llenar las demandas del sistema, est separadas por un ángulo or seleccionado más o menos arbitrariamente. A fin de lograr esto, como se muestra en las figuras 4a y 4b, en donde dos modalidades de la antena 250 repetidora se muestran en una vista superior, la antena
repetidora comprende un primero 410 y un segundo 420 elemento de antena, que están dispuestos en una superficie 430 en donde la distancia entre los dos elementos de antena a lo lajrgo de la superficie es más larga que la distancia más corta entre los elementos de antena. En otras palabras, la superficie en la que los elementos de antena están dispuestos está curva o doblada. Los elementos de antena como tales pueden seguir la forma de la superficie, es decir curvada o doblada, o pueden ser esencialmente recta, como se muestra en las figuras 4a y 4b respectivamente. .Antes del diseño de la antena repetidora se describa con mayor detalle, un aspecto más de la antena repetidora se debe mencionar: la antena repetidora puede ser una antena activa o una pasiva. En otras palabras, la antena repetidora puede transmitir pasivamente señales que se han recibido en un haz para ser transmitidas a otro de los haces de antena, o las señales recibidas se pueden amplificar antes de que sean retransmitidas. Una y la misma antena repetidora de hecho se podría usar para ambas aplicaciones: si la repetidora se va a usar en un modo pasivo, los puertos de entrada/salida a los haces respectivos simplemente se conectarían entre sí, y si la repetidora se va a usar en un modo activo, los mismos puertos se podrían conectar entre sí
a través de un equipo de amplificación externo. ; Naturalmente, la antena repetidora también se podría diseñar como una repetidora activa o pasiva desde el principio. , Volviendo ahora a algunos ejemplos del diseño más exacto de la antena repetidora, la antena es apropiadamente, peto no necesariamente diseñada como una llamada "antena de parche". Dicha antena comprende como elementos de radiación parches de un material eléctricamente conductor, que us almente se han creado en una capa o substrato no coriductor, de una manera que como tal es bien conocida en el rait^o. El tipo "parche" de antena también comprenderá un plano
I de ' tierra, es decir, otro plano de material eléctricamente conjductor, que está separado de los elementos de radiación por1 medio de un material dieléctrico, usualmente en la forma de ¡ una capa física separada de, pero la capa de material dieléctrico también puede ser no más que una capa de aire. j La antena de parche también comprende una red alijnentadora, por medio de la cual los elementos de radiación están conectados a puertos de entrada/salida de la antena, y también posiblemente entre sí, y, en donde es aplicable, a otros componentes de la antena, tales como por ejemplo,
I desplazadores de fase.
La red de alimentación puede ser creada en la misma capa conductora que los elementos de radiación, o como una red separada que entonces, por ejemplo, se conectaría a los elementos de radiación por medio de agujeros pasantes en el pl&no de tierra. El diseño de la red de alimentación para los elementos de radiación se puede seleccionar de un número grande de principios, tales como por ejemplo, conectar el mentos de radiación de manera que puedan formar llamadas antenas de onda móvil, o la red de alimentación puede ser una antena de matriz Butler o puede haber parches de antena individuales con redes ali entadoras individuales. ¡ Un ejemplo de una antena 500 de onda móvil se muestra en la figura 5: la antena 500 comprende cuando menos un primer 511 y un segundo 512 elemento de radiación, que están dispuestos en serie a una distancia D central entre sí. Puesto que los elementos de radiación están conectados en serie entre sí habrá un primero y un segundo
"elemento de extremo" al que se fijan los puertos 522, 523 de entrada/salida de la antena 500. Como se muestra en la figura5, la antena 500 tiene un 'primer y un segundo haz 532, 533 de antena, cada uno de los, cuales está asociado con uno de los puertos 522, 523 de
antena. Esto significa que el primer haz 532 se puede usar para tener acceso al primer puerto 522, y de manera similar el segundo haz 533 está asociado con el segundo puerto 523. El ángulo entre los haces se determina por la distancia D central entre los elementos de antena de la antena. Como también se puede ver en la figura 5, los dos haces de antena de la antena de onda móvil son entre sí la "imagen de espejo2 con respecto a una línea 540 imaginada que se extiende en una dirección perpendicular a la antena. De esta manera, los dos haces en ocasiones se ref.i.eren como las direcciones "más" o la "menos". La antena de matriz Butler solamente se comentará brevemente aquí, puesto que también es bien conocida en el ramo. Una antena de matriz Butler comprende N puertos de entrada/salida, y produce N haces de antena. Por medio de una red interna a la matriz Butler, una señal de entrada en cualquiera de los puertos de entrada/salida produce iguales amplitudes en todos los puertos de antena, y una progresión de fase lineal de (antena) puerto a puerto. Si los puertos de antena están conectados en secuencia a una disposición de antena lineal igualmente espaciada, un haz de antena se forma para cada puerto de entrada/salida. La red interna puede comprendes desplzadores de
fase e híbridos, y combinando externamente dos o más de los puertos de entrada/salida, el diagrama de antena se puede mover, ensanchar o dar niveles de lóbulo lateral alterados. La Figura 6 muestra una modalidad 600 preferida de la antena repetidora. Como se puede ver aquí, la antena comprende una superficie 620 doblada, en este caso una superficie o cuerpo octagonal. Dicho cuerpo es alargado, es decir, tiene una dirección longitudinal (y) y una lateral (x) de extensión, con la extensión longitudinal en este caso excediendo la lateral, y hay dispuestos ?n número de disposiciones 621-623 de elementos 621? - 621N de antena en cada una de las superficies planas del cuerpo octagonal, de manera de proporcionar un cubrimiento de 360 grados. Naturalmente, el cuerpo de la antena puede ser hexagonal o de cualquier otra forma con una pluralidad de superficies en direcciones diferentes, o puede ser cilindrica, como se muestra en la figura 4. Como se muestra en la figura 6, las disposiciones 621-623 de antena son disposiciones unidimensionales, es decir, disposiciones de columna, que están dispuestas para coincidir con una de las direcciones de extensión de la antena repetidora, en este caso la extensión lateral (y) „ De está manera, los primero y segundo elementos de antena
previamente mencionados en esta modalidad son parte de disposiciones respectivas que comprenden una pluralidad de elementos de antena. Esta disposición puede ser unid.imensi.onal, como se muestra en la figura 6, o puede ser una disposición bidimensional, dichas dos dimensiones estando dispuestas para coincidir esencialmente con las dos direcciones principales de extensión de la antena repetidora. La figura 7 muestra otra modalidad 700 de una antena repetidora de conformidad con la invención: La antena 700, en similitud con las antenas mostradas previamente, tiene una primera 710 y una segunda 720 pluralidad de elementos de radiación, aquí mostrados como disposiciones de columna en los lados de un octágono. Ambas de las pluralidades están conectadas a una red de formación de ha?, bidimensional, por medio del cual una pluralidad de haces o diagramas de radiación se pueden generar en ambas direcciones de azimut (horizontal, "H") y elevación
(Vertical, "V") . Por medio de la antena 700, haces separados pueden formarse de esta manera para un número de áreas importantes dentro de una celda, a fin de, por ejemplo, cubrir la estación de base y las áreas "A" oscuras arriba descritas.
Como se indica en la figura 7, en la antena 700 se encuentra una antena de disposición cilindrica, en este caso un octágono que, como se mencionó, está equipada con redes de formación de haz en dos dimensiones, tanto de elevación como azimut, de manera que se puede formar una pluralidad de haces en elevación. Como ejemplo, la antena 700 puede alimentar cada columna individual con una red alimentadora separada, y las seriales de los puertos de salida de las redes 720 de alimentación vertical se pueden combinar usando dos o más redes 730 de formación de haz en azimut. La formación de haz aquí se podría llevar a cabo en ambas direcciones vertical y horizontal (azimut) . La calibración también se podría implementar sobre base de columna solamente, es decir, entre columnas, con redes de formación de haz fijas dentro de las columnas. Las redes de formación de haz (por ejemplo matrices
Butler) se pueden aplicar a una o ambas de dos polarizaciones ortogonales (en el caso de elementos de antena polarizados dobles) y se pueden conectar a diferentes números de elementos de antena en elevación. La invención no está limitada a los ejemplos de modalidades mostradas arriba, sino que se puede variar
libremente dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Por ejemplo, diferentes polarizaciones se pueden usar en diferentes haces de antena, o uno o más elementos de antena pueden ser polarizados dobles. Los elementos de radiación o elementos de antena son típicamente los llamados antenas de parche, pero también pueden ser dipolos o cualquier otro tipo de elementos de radiación, como es bien sabido por aquellos experimentados en el campo. También se puede anotar que la antena repetidor puede utilizar cualquier número de haces que genera a fin de lograr el cubrimiento deseado. Por ejemplo, una antena repetidora con cuatro haces podría usar un haz para recibir y dos haces apuntados en direcciones diferentes para retransmitir el dato que ha recibido.