ES2201020T3 - Antena monolitica de polarizacion ortogonal. - Google Patents

Abstract

Antena monolítica con polarización cruzada, que comprende un reflector sensiblemente rectangular (2), células radiantes (1) montadas alineadas sobre dicho reflector y formadas cada una por dos dipolos ortogonales (11; 12, 32), y un sistema de alimentación (20) que conecta los dos dipolos de dichas células radiantes a dos fuentes exteriores de energía, comprendiendo cada uno de los dipolos dos elementos conductores planos (11A, B; 12A, B; 31A, B; 32A, B) doblados en forma de "uve", dispuestos de espaldas y presentando cada uno un cuerpo central de plegado (13, 33) fijado al reflector por una primera parte terminal de dicho cuerpo y dos brazos terminales laterales (14, 15) que sobresalen por ambas partes de una segunda parte terminal opuesta de dicho cuerpo, estando dispuesto cada uno de los dos elementos conductores de uno de los dipolos de cada una de las células entre los del otro dipolo de la misma célula, caracterizada porque dicho circuito de alimentación (20) comprende dos líneas conductoras planas de alimentación (21, 22), montadas enfrente de dicho reflector (2) y conectadas a una y otra de dichas fuentes respectivamente, y porque un único primer elemento (11A, 12A, 31A, 32A) de los dos elementos conductores de cada uno de dichos dipolos comprende una patilla conductora doblada (17, 37) que tiene un primer extremo solidario de la segunda parte terminal del cuerpo central (13, 33) de dicho primer elemento conductor, extendiéndose al interior de la "uve" y sustancialmente a lo largo del cuerpo central del segundo elemento conductor (11B, 12B, 32B) del dipolo, y teniendo un segundo extremo conectado a una de dichas líneas de alimentación (21, 22).

Description

Antena monolítica de polarización ortogonal.

La presente invención se refiere a una antena monolítica con polarización cruzada, destinada en concreto a telefonía celular.

La patente FR-A-2.766.626 revela una antena con polarización cruzada que comprende dipolos montados sobre un reflector, siendo ortogonales dos a dos y definiendo así al menos una célula radiante con polarización cruzada. Esta antena comprende, preferentemente, varias células radiantes con polarización cruzada, que están todas constituidas de la misma forma y dispuestas sobre una misma alineación a lo largo del reflector.

En esta antena conocida, los dos elementos conductores de cada uno de los dipolos son idénticos. Tienen la forma de una "uve" y están montados de espaldas, estando las bases de las "uves" enfrente una de la otra. Cada una de ellos presenta un montante unido de forma rígida al reflector y dotado de dos brazos terminales laterales opuestos al reflector. Ventajosamente, están fabricados en una sola pieza que se presenta baja la forma de una placa recortada convenientemente y después plegada en forma de "uve".

En esta misma antena conocida, dos dipolos están dispuestos ortogonalmente el uno con respecto al otro al estar los dos elementos conductores de uno de ellos intercalados entre los dos elementos conductores del otro dipolo, para definir así una de las células radiantes con polarización cruzada que constituye un módulo radiante compacto y robusto.

Esta antena conocida comprende igualmente un sistema de alimentación de sus células radiantes con polarización cruzada. Este sistema de alimentación es doble para la alimentación de los dos dipolos de las células a partir de dos fuentes exteriores de energía. Está constituido de manera análoga cualquiera que sea el dipolo de cada una de las células. Comprende un primer tramo de cable coaxial unido a un conector coaxial de conexión a una de las fuentes, segundos tramos de cable coaxial unidos cada uno a uno de los dipolos de las células y un divisor de potencia que conecta el primer tramo con los dos segundos tramos de cable coaxial.

Se comprueba que un sistema de alimentación de este tipo induce pérdidas y puede generar productos de intermodulación indeseables, que son debidos esencialmente a las numerosas conexiones soldadas que comprende este sistema de alimentación, en particular para su conexión a los dipolos.

La presente invención tiene por objeto minimizar los inconvenientes y simplificar el sistema de alimentación de una antena de células compactas con polarización cruzada tal como la anteriormente mencionada y, en consecuencia, simplificar la estructura general de la antena permitiendo reducir considerablemente su coste.

La presente invención tiene por objeto una antena monolítica con polarización cruzada, que comprende un reflector sensiblemente rectangular, células radiantes montadas alineadas sobre dicho reflector y formadas cada una por dos dipolos ortogonales, y un sistema de alimentación que conecta los dos dipolos de dichas células radiantes a dos fuentes de energía exteriores, comprendiendo cada uno de los dipolos dos elementos conductores planos doblados en forma de "uve", dispuestos de espaldas y presentando cada uno un cuerpo central de plegado fijado al reflector por una primera parte terminal de dicho cuerpo y dos brazos terminales laterales que sobresalen por ambas partes de una segunda parte terminal de dicho cuerpo, estando dispuesto cada uno de los dos elementos conductores de uno de los dipolos de cada una de las células entre los del otro dipolo de la misma célula, caracterizado porque dicho circuito de alimentación comprende dos líneas conductoras planas de alimentación, montadas enfrente de dicho reflector y conectadas a una y otra de dichas fuentes respectivamente, y porque un único primer elemento de los dos elementos conductores de cada uno de dichos dipolos comprende una patilla conductora doblada que tiene un primer extremo solidario de la segunda parte terminal del cuerpo central de dicho primer elemento conductor, extendiéndose al interior de la "uve" y sustancialmente a lo largo del cuerpo central del segundo elemento conductor del dipolo, y teniendo un segundo extremo conectado a una de dichas líneas de alimentación.

De forma ventajosa, esta antena presenta además al menos una de las características siguientes:

- dichas líneas conductoras planas están situadas enfrente de una cara posterior de dicho reflector, estando montadas dichas células sobre una cara anterior de dicho reflector,

- las patillas solidarias de los primeros elementos conductores de los dos dipolos de la misma célula radiante se cruzan, sin hacer contacto entre ellas, en una parte anterior de la célula y tienen las mismas orientaciones que una y otra de las polarizaciones cruzadas de la célula,

- la patilla es parte integrante de dicho primer elemento conductor,

- la patilla es solidaria del extremo anterior del cuerpo central de dicho primer elemento conductor y se extiende al interior de la "uve" y enfrente del cuerpo central del segundo elemento conductor del dipolo,

- la patilla es solidaria de una zona intermedia de la segunda parte terminal del cuerpo central de dicho primer elemento, está constituida por una parte de corte axial de dicho cuerpo central, no separada completamente de él, y se extiende a lo largo de la parte axial partida del cuerpo central del segundo elemento conductor del dipolo,

- cada una de las líneas conductoras presentan bifurcaciones en forma de T con dos ramas laterales soldadas a las patillas de los dos primeros elementos de dipolos de dos células consecutivas sobre dicho reflector, respectivamente,

- cada una de dichas líneas conductoras presenta una extensión central, de conexión de la línea conductora a una de las fuentes exteriores.

Las características y ventajas de la presente invención se deducirán de un modo de realización mostrado a título de ejemplo preferente pero no limitativo en los dibujos adjuntos. En estos dibujos:

- la figura 1 es una vista frontal de una antena de acuerdo con la invención,

- la figura 2 es una vista superior de una célula radiante de la antena de la figura 1,

- las figuras 3 y 4 son dos vistas en perspectiva de dos primeros elementos conductores de uno y otro de los dipolos de cada una de las células radiantes,

- la figura 5 es una vista frontal de uno de los dipolos de cada una de las células radiantes,

- la figura 6 es una vista frontal de la cara posterior de la antena,

- las figuras 7 y 8 muestran una variante de realización de los dos primeros elementos conductores de las figuras 3 y 4,

- la figura 9 muestra el segundo elemento conductor, a asociar al primer elemento de la figura 7 para constituir uno de los dipolos de las células radiantes, y

- la figura 10 muestra uno de los dipolos según esta variante.

Con referencia a la figura 1, se ve que la antena comprende varias células radiantes idénticas 1 con polarización cruzada que están montadas estando alineadas axialmente sobre un reflector 2. Estas células son cuatro en el ejemplo mostrado pero su número podría ser diferente. El reflector 2 es plano con dos rebordes longitudinales 3 y 4 doblados 90º hacia el mismo lado que las células radiantes 1.

Con respecto a la figura 2, se ve que cada célula radiante 1 comprende dos dipolos 11 y 12 ortogonales. Cada uno de los dipolos está formado por una pareja de elementos conductores 11A y 11B ó 12A y 12B que tienen la forma de "uve", estando montadas las "uves" de espaldas a una distancia reducida una de otra. Se han dibujado en líneas de puntos y rayas las dos componentes principales de polarización de los dipolos alimentados, que son las dos polarizaciones cruzadas ortogonalmente 5 y 6, y los elementos del mismo dipolo están en fase el uno con el otro. Se muestran también, sobre uno sólo de los elementos conductores, las componentes secundarias de polarización 7A y 7B que son ortogonales a la polarización principal del dipolo y están en oposición de fase la una con la otra y, por consiguiente, se anulan directamente. Además se ha indicado con + y - las polaridades de los elementos de los dipolos para su radiación en ondas de radiofrecuencia según un diagrama de banda ancha a partir de la energía eléctrica suministrada por dos fuentes exteriores no representadas.

La orientación en la figura 1 de las células radiantes 1 sobre el reflector 2 se elige ventajosamente para que las polarizaciones cruzadas 5 y 6 no sean más que horizontales o verticales, esto con el fin de optimizar las características de transmisión de los dipolos. Estas polarizaciones cruzadas están preferiblemente a + y a -45º con respecto al eje longitudinal del reflector, que se corresponde con la vertical.

Con referencia a las figuras 2 a 5, se resalta que los elementos conductores de los dipolos están constituidos, ventajosamente, por placas convenientemente recortadas y dobladas en forma de "uve".

Cada uno de estos elementos conductores presenta, como se referencia en la figura 3 para el elemento 12A, un cuerpo central 13 doblado longitudinalmente y dos brazos terminales laterales 14 y 15, que surgen de una de las partes terminales, en concreto de la parte anterior, de este cuerpo. Está previsto al menos un diente 16 en el otro extremo del cuerpo para el montaje del elemento conductor sobre el reflector. El cuerpo central presenta en esta realización dos pliegues longitudinales que le dividen así en una parte axial plana 13A, que constituye un semiplano axial, y dos alas tales como 13B dobladas hacia el mismo lado y de la longitud del semiplano. Como variante, puede presentar una única línea axial de plegado.

Uno sólo de los dos elementos conductores de un mismo dipolo, tal como el elemento 12A del dipolo 12 y el elemento 11A del dipolo 11, comprende además una patilla 17 ó 17' que parte del extremo anterior ligeramente escotado del cuerpo central 13, ó 13' de forma correspondiente para el elemento 11A. Esta patilla está centrada sobre el extremo del cuerpo y está doblada para extenderse enfrente y a lo largo del cuerpo central, quedando en el exterior de la "uve" que define este elemento 12A ó 11A. Esta patilla se recibe en el interior de la "uve" que define el otro elemento 12B del dipolo 12 ó 11B del dipolo 11, donde se extiende a lo largo y enfrente del cuerpo central de este otro elemento como es visible en las figuras 2 ó 5. Esta patilla forma parte integrante de este elemento conductor o en una variante se añade y se suelda en el extremo anterior de su cuerpo central.

En relación con las figuras 3 y 4, se observa que los dos elementos conductores 12A y 11A sólo se diferencian el uno del otro por la escotadura anterior 13C ó 13'C de donde parte la patilla 17 ó 17'. Estas dos escotaduras, aunque poco profundas, tienen profundidades diferentes la una de la otra. Permiten así a las patillas 17 y 17' cruzarse en la parte anterior de la célula radiante, como es visible en la figura 2, pero sin hacer contacto la una con la otra.

La longitud del cuerpo central y de los dos brazos de los diferentes elementos conductores es igual a un cuarto de la longitud de onda de la energía radiada por cada dipolo. Las diferentes partes de los elementos conductores de cada uno de los dipolos constituye un montaje simétrico para su alimentación con energía eléctrica a partir de dos fuentes exteriores no representadas, a las cuales se conectan los dipolos en la forma que se describe a continuación.

Los dientes de montaje 16 previstos en los elementos conductores se reciben en el reflector 2 y se sueldan al mismo, cada uno por un punto de soldadura, tal como 18 en las figuras 5 y 6. El extremo de la patilla 17 ó 17', prevista en sólo uno de los dos elementos conductores de cada dipolo, se recibe a través del reflector, pero queda aislado de éste y se conecta mediante un punto de soldadura 19 a un circuito de alimentación 20 de los dipolos.

Este circuito de alimentación 20 se realiza ventajosamente en la parte posterior del reflector 2, como se resalta en las figuras 5 y 6. En una variante puede realizarse en la parte anterior del reflector, pero está entonces asociada a los elementos suplementarios de desacoplo entre sus diferentes partes conectadas a los dipolos de las células radiantes.

Está constituido simétricamente con respecto al eje longitudinal del reflector 2, estando a una reducida distancia definida del reflector. Comprende, así, dos líneas de alimentación 21 y 22, conectada cada una de ellas a una de las dos fuentes exteriores no mostradas. Estas dos líneas son paralelas a la alineación de las células radiantes y están situadas por ambas partes de la dirección de esta alineación. Cada una de ellas presenta dos bifurcaciones en forma de T que están previstas en este ejemplo en los dos extremos de esta línea. Así, con referencia al mismo tiempo a las figuras 1 y 2, se comprende que las dos ramas laterales 23 y 24 de una de las dos bifurcaciones, y las análogas de la otra bifurcación de la línea 21, se conectan cada una al elemento conductor 11A de los dipolos 11 de cuatro células 1. De la misma manera, las dos ramas de las bifurcaciones de la línea 22 se conectan a los elementos conductores 12A de los dipolos 12 de las células 1. Los otros elementos conductores 11B y 12B de los dipolos 11 y 12 están, en lo que se refiere a ellos, conectados eléctricamente al reflector 2, conectado a la masa de las dos fuentes exteriores de energía.

Está prevista una extensión de conexión 25 en la parte media de cada una de las líneas de alimentación, tal como 21. Esta extensión sirve para la conexión directa de una de las fuentes exteriores al punto medio de esta línea 21. En una variante, esta extensión se utiliza para la conexión, a través de un tramo de cable coaxial, de la línea de alimentación a un conector coaxial montado en uno de los extremos del reflector y conectado a una de las fuentes. La energía procedente de las fuentes exteriores se distribuye así de manera conveniente a los diferentes dipolos 11 y 12, obteniéndose las ponderaciones en amplitud y en fase mediante variaciones de los parámetros del sistema de alimentación, a saber, de la distancia de las líneas 21 y 22 y de sus bifurcaciones con respecto al reflector 2, y de la longitud y anchura de estas líneas y bifurcaciones.

Estas líneas son conductores eléctricos planos, de la misma naturaleza que el reflector y que los elementos conductores de los dipolos 11 y 12, en concreto de aluminio o de aleación de aluminio. Se mantienen enfrente y a la distancia requerida del reflector por medio de espaciadores aislantes, no mostrados, que están previstos entre ellas y el reflector.

Para completar la descripción de la antena de acuerdo con la invención, en la figura 6 se han representado los puntos de soldadura 18 de los extremos de los cuerpos centrales de los diferentes elementos conductores de los dipolos y los puntos de soldadura 19 de las patillas suplementarias previstas en dos de los cuatro elementos conductores de cada célula radiante. En la figura 2 se han esquematizado los agujeros 29 de paso de las patillas, tales como 17 y 17', a través del reflector, sin hacer contacto entre estas patillas y el reflector.

Se precisa, por último, que pueden preverse de forma ventajosa cuñas aislantes, no representadas, entre cada una de las patillas, tal como 17 y 17', y el cuerpo central del elemento conductor que recibe la patilla.

De la misma manera, están previstas de forma ventajosa una o más cuñas aislantes, no representadas, entre la patilla solidaria del elemento conductor 11A y la patilla solidaria del elemento conductor 12A, que se cruzan una por debajo de la otra, pero sin hacer contacto eléctrico entre ellas, en la parte anterior de cada célula 1 (figura 2). Las zonas de estas patillas que se cruzan en la parte anterior de la célula se orientan según las polarizaciones cruzadas 5 y 6.

Las ventajas de la estructura de la antena monolítica descrita, al integrar el sistema de alimentación de los dipolos y al suprimir de este modo numerosos puntos de soldadura, se deducen directamente de la descripción de este modo preferente de realización. Estas ventajas son especialmente la mejora de la robustez, el que se minimizan las pérdidas en el sistema de alimentación y los productos indeseables de intermodulación, y la reducción de manera importante del coste de la antena.

En la variante de realización mostrada en las figuras 7 y 8, con relación a las figuras 3 y 4, los dos primeros elementos conductores, respectivamente, de los dos dipolos de una misma célula radiante se designan por 32A y 31A. Las únicas diferencias con relación a los elementos conductores 12A y 11A de las figuras 3 y 4 se indican a continuación.

En esta variante, el extremo anterior del cuerpo central 33 ó 33' no tiene escotadura. Por el contrario, en este cuerpo central está previsto una abertura axial 38 ó 38' que se extiende desde una zona intermedia de su parte terminal anterior hasta su extremo posterior, en la longitud del semiplano inicial entre las dos alas 33B ó 33'B.

La patilla 37 ó 37' de cada uno de los elementos conductores está formada por la parte axial de corte de la abertura, sin despegarse de la parte anterior 33 ó 33' que es lo único que queda del semiplano inicial, y mediante doblado dos veces de esta parte axial de corte. Esta patilla se extiende, de este modo, hacia el exterior de la "uve" y enfrente del elemento conductor del cual es solidaria.

Estas figuras 7 y 8 ponen de manifiesto que el punto de doblado más próximo al cuerpo central está a un nivel ligeramente diferente en las dos patillas 37 y 37'. Esto permite el cruce de estas patillas, sin hacer contacto, en la parte anterior de la célula radiante.

La figura 9 muestra el segundo elemento conductor 32B asociado al elemento conductor 32A de la figura 7 para constituir uno de los dipolos señalado con 32 y mostrado en la figura 10. Se resalta que este segundo elemento 32B es análogo al elemento conductor 32A, salvo que no tiene la patilla 37 de éste. En concreto, su cuerpo central comprende una abertura 38B, que se extiende por casi toda su longitud, para recibir la patilla 37 sin hacer contacto entre esta patilla y el elemento conductor 32B.

En una variante no mostrada, indicada con respecto a la figura 9, en lugar de la precitada abertura 38B puede preverse un sencillo agujero en una zona intermedia de la parte anterior del semiplano del cuerpo central para la inserción a través de este agujero de la patilla 37 del elemento 32A de la figura 7 al interior de la "uve" del elemento conductor 32B así modificado. Esta patilla 37 no hace contacto con el elemento conductor que la recibe.

Cuando el dipolo 32 de la figura 10 se monta sobre el reflector y después se le alimenta, como ha sido descrito anteriormente para los dipolos 11 y 12 en relación con las figuras 2, 5 y 6, la patilla 37 está a la polaridad + de una de las dos fuentes exteriores para así dar esta polaridad + al elemento conductor 32A, mientras que el elemento conductor 32B está a polaridad - dada por el reflector conectado a la masa de las fuentes exteriores. Por encontrarse esta patilla 37 en o prácticamente en la abertura 38B, da como resultado un modo de alimentación radioeléctrica coplanario a casi-coplanario de los dos elementos conductores de este dipolo 32.

Comparativamente, el modo de alimentación de los dos elementos de cada uno de los dipolos 11 y 12 anteriores, como del dipolo resultante de la variante sugerida en relación con la figura 9, es del tipo "microstrip", con una capa dieléctrica de aire de espesor definido entre las partes conductoras que tienen las polaridades + y -, y están frente a frente.

La ventaja de la variante de realización descrita en relación con las figuras 7 y 10 es que las células radiantes así obtenidas son más ligeras y de menor coste, puesto que la patilla de uno de los dos elementos conductores de cada dipolo es esencialmente el resultado del corte de su cuerpo central y porque el otro elemento está él mimo abierto.

Claims (13)

1. Antena monolítica con polarización cruzada, que comprende un reflector sensiblemente rectangular (2), células radiantes (1) montadas alineadas sobre dicho reflector y formadas cada una por dos dipolos ortogonales (11; 12, 32), y un sistema de alimentación (20) que conecta los dos dipolos de dichas células radiantes a dos fuentes exteriores de energía, comprendiendo cada uno de los dipolos dos elementos conductores planos (11A, B; 12A, B; 31A, B; 32A, B) doblados en forma de "uve", dispuestos de espaldas y presentando cada uno un cuerpo central de plegado (13, 33) fijado al reflector por una primera parte terminal de dicho cuerpo y dos brazos terminales laterales (14, 15) que sobresalen por ambas partes de una segunda parte terminal opuesta de dicho cuerpo, estando dispuesto cada uno de los dos elementos conductores de uno de los dipolos de cada una de las células entre los del otro dipolo de la misma célula, caracterizada porque dicho circuito de alimentación (20) comprende dos líneas conductoras planas de alimentación (21, 22), montadas enfrente de dicho reflector (2) y conectadas a una y otra de dichas fuentes respectivamente, y porque un único primer elemento (11A, 12A, 31A, 32A) de los dos elementos conductores de cada uno de dichos dipolos comprende una patilla conductora doblada (17, 37) que tiene un primer extremo solidario de la segunda parte terminal del cuerpo central (13, 33) de dicho primer elemento conductor, extendiéndose al interior de la "uve" y sustancialmente a lo largo del cuerpo central del segundo elemento conductor (11B, 12B, 32B) del dipolo, y teniendo un segundo extremo conectado a una de dichas líneas de alimentación (21, 22).

2. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque dichas líneas conductoras planas (21, 22) están situadas enfrente de una cara posterior de dicho reflector (2), estando montadas dichas células sobre una cara anterior de dicho reflector.

3. Antena de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque las patillas (17, 17'; 37, 37') solidarias de los primeros elementos conductores de los dos dipolos de la misma célula radiante (1) se cruzan, sin hacer contacto entre ellas, en una parte anterior de la célula y tienen las mismas orientaciones que una y otra de las polarizaciones cruzadas (5, 6) de la célula.

4. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque las polarizaciones cruzadas están sensiblemente a + y -45º con respecto a la vertical, respectivamente.

5. Antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque dichas patillas (17) atraviesan dicho reflector (2) sin hacer contacto con él, cada una por un agujero (29) en el reflector, y están soldadas cada una a una de dichas líneas conductoras planas (21, 22).

6. Antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la patilla (17; 37) es parte integrante de dicho primer elemento conductor (11A; 32A).

7. Antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el cuerpo central de cada elemento conductor presenta al menos un diente terminal (16) sobre dicha primera parte terminal del mismo, que encaja en dicho reflector y está soldado al mismo.

8. Antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque cada una de dichas líneas conductoras presenta bifurcaciones en forma de T, cada una con dos ramas laterales (23, 24) soldadas a las patillas de dos primeros elementos de los dipolos de dos células consecutivas sobre dicho reflector, respectivamente.

9. Antena de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada porque cada una de dichas líneas conductoras (21, 22) presenta una extensión central (25), de conexión de la línea conductora con una de las fuentes exteriores.

10. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la patilla (17) es solidaria de un extremo anterior del cuerpo central (13) de dicho primer elemento conductor (11A; 12A).

11. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo central (33) de cada uno de dichos primer y segundo elementos conductores (32A; 32B) presenta una abertura axial (38, 38B) que se extiende entre un extremo posterior y una zona intermedia de dicha segunda parte terminal del mismo.

12. Antena de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque la patilla (37) de dicho primer elemento conductor (32A) es solidaria de dicha zona intermedia de dicha segunda parte terminal del cuerpo central (33) del mismo y está constituida por una parte axial de corte de dicha abertura (38) en dicho cuerpo.

13. Antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizada porque el cuerpo central (13, 33) de cada uno de dichos primer y segundo elementos conductores presenta un semiplano axial y dos alas laterales dobladas hacia un mismo lado del semiplano.