ES2240094T3 - Antena de polizacion vertical. - Google Patents

Abstract

Antena de polarización vertical, que comprende una estructura portadora vertical de forma alargada y dipolos situados en dicha estructura, a diferentes niveles a lo largo de ésta y conectados con un cable coaxial de alimentación, caracterizada porque comprende uno solo de dichos dipolos (1, 2) por nivel a lo largo de dicha estructura (3); y porque dichos dipolos son coplanarios y sensiblemente colineales, pero, además, están repartidos en dos grupos en dicha estructura, uno a continuación de otro, y están invertidos de un grupo a otro de modo que los componentes horizontales de polarización de los dos grupos sean opuestos.

Description

Antena de polarización vertical.

La presente invención se refiere a las antenas de polarización vertical, que comprenden una estructura portadora vertical, de forma alargada, y dipolos situados a diferentes niveles a lo largo de la estructura y conectados con un cable coaxial de alimentación.

El documento WO 97/45892 divulga una antena de este tipo, en particular una antena omnidireccional en acimut, con, al menos, dos dipolos situados a un mismo nivel en la estructura vertical. Los dipolos y las redes asociadas de alimentación a partir del cable coaxial están integrados en la estructura, constituyendo un conjunto transformador simétrico-asimé-
trico.

La estructura de esta antena conocida está constituida por dos perfiles metálicos idénticos, que son paralelos y se encuentran a una distancia bien definida uno de otro, y se montan así mediante juntas aislantes. Estos perfiles comprenden, cada uno, una parte central en forma de canalón longitudinal y dos ramas laterales opuestas y planas. Se montan dorso con dorso, con los dos canalones vueltos al exterior y sus ramas planas dispuestas enfrentadas por pares y separadas por la distancia definida entre los perfiles.

Los dipolos y sus redes de alimentación asociadas se mecanizan en las ramas planas de los dos perfiles, siendo mecanizados los dos ramales de cada dipolo en dos ramas montadas frente a frente y siendo plegados convenientemente con el fin de constituir el dipolo durante el montaje de los dos perfiles.

El cable coaxial de alimentación termina en uno de los extremos de esta estructura. Su conductor exterior está conectado eléctricamente con uno primero de los dos perfiles. Su conductor interior está conectado eléctricamente con un conductor auxiliar, montado en el canalón de este mismo primer perfil y mantenido alejado de las paredes de este canalón a fin de constituir la estructura coaxial de alimentación. Se extiende así hasta la mitad de la altura del primer perfil, desde donde está conectado con el segundo perfil mediante un conector coaxial, a fin de permitir alimentar simétricamente los dipolos situados a una y otra parte del plano transversal mediano de la estructura de antena y que forman un conjunto transformador simétrico-asimétrico.

Una antena de este tipo genera una señal polarizada verticalmente, que es omnidireccional en acimut porque la antena comprende, al menos, dos dipolos por nivel vertical. Dicha antena genera una señal polarizada verticalmente, que es direccional en acimut si la antena no comprende más que un solo dipolo en cada nivel vertical.

La señal acimutal polarizada verticalmente de esta antena presenta, también, una componente cruzada de polarización, que es horizontal e inherente a las antenas de polarización vertical provistas de dipolos y es debida, en particular, a la radiación de partes metálicas horizontales de la antena. Esta componente horizontal de polarización, aunque más débil que la componente vertical principal y que se sitúa, en general, a un nivel del orden de 12 a 15 dB por debajo de ésta, es indeseable como tal, porque es susceptible de perturbar otros tipos de antenas próximas.

La antena conocida antedicha es, por otro lado, de realización relativamente compleja y costosa. Además, solamente puede utilizarse con frecuencias bajas y medias como consecuencia de su fabricación con estructura mecánica.

La solicitud de patente US-3.969.730 define una antena de ranuras omnidireccional de polarización vertical, obteniéndose ésta merced a la conformación de pares de ranuras a lo largo de dos placas de metal plegadas distintas y que forman así ranuras plegadas y alimentadas mediante microcintas centradas entre las placas metálicas.

La presente invención tiene por objeto la fabricación de una antena de polarización vertical, cuyo diseño sea simple y permita minimizar la componente cruzada de polarización vertical. Tiene por objeto, también, permitir la fabricación de la antena tanto con estructura mecánica como en circuito impreso, para su utilización con frecuencias bajas y medias o con hiperfrecuencias.

La presente invención tiene por objeto una antena de polarización vertical, que comprende una estructura portadora vertical de forma alargada y dipolos situados en dicha estructura, a diferentes niveles a lo largo de ésta y conectados con un cable coaxial de alimentación, caracterizada porque comprende uno solo de dichos dipolos por nivel y porque dichos dipolos son coplanarios y sensiblemente colineales, pero están invertidos unos respecto a otros en una cara de dicha estructura, denominada cara delantera de la antena.

Dicha antena puede presentar, también, al menos, una de las características adicionales siguientes:

-

dichos dipolos están dispuestos en dos grupos e invertidos de un grupo a otro.

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la antena comprende un plano de masa lateral para cada grupo de dipolos y coplanario con éstos, y un conductor de alimentación lateral para cada grupo de dipolos y situado en un plano distinto al plano de masa pero paralelo a él, presentando dicho plano de masa y dicho conductor de alimentación, cada uno, un primer tramo a un primer lado a lo largo de uno de dichos grupos de dipolos, un segundo tramo, al otro lado, a lo largo del otro grupo, y un tramo mediano de continuidad que pasa entre los dos grupos, y comprende, además, salientes previstos en dichos primero y segundo tramos de dicho plano de masa y de dicho conductor de alimentación y conectados con dichos dipolos.

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dicho cable coaxial de alimentación se extiende contra dicho plano de masa hasta un punto medio del tramo mediano de dicho plano de masa y está conectado con un punto medio correspondiente del tramo mediano de dicho conductor de alimentación, a través de una salida coaxial prevista entre dichos puntos medios de dicho plano de masa y de dicho conductor de alimentación.

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la antena comprende un reflector asociado a dichos dipolos y montado frente a la cara de dicha estructura opuesta a la que forma dicha cara delantera de la antena.

Las características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la descripción de un modo preferido de realización ilustrado en los dibujos adjuntos.

En estos dibujos:

- las figuras 1 y 2 son una vista frontal y una vista del dorso de una antena omnidireccional según la presente invención,

- la figura 3 muestra el diagrama de radiación en acimut de la antena de las figuras 1 y 2,

- la figura 4 muestra el funcionamiento de la antena de las figuras 1 y 2,

- la figura 5 representa una adaptación de la antena de las figuras 1 y 2 antes mencionada, a fin de constituir, en este caso, una antena direccional conforme a la invención,

- la figura 6 es el diagrama de radiación de la antena direccional de la figura 5.

La antena omnidireccional ilustrada en las figuras 1 y 2 se muestra realizada con estructura impresa. Puede realizarse, también, con estructura mecánica montada.

La antena comprende una disposición de seis dipolos semionda con referencias 1 o 2, que son coplanarios y sensiblemente colineales y están invertidos unos respecto a otros. Estos dipolos están impresos en una cara delantera de un soporte dieléctrico 3, de forma alargada y con resistencia mecánica apropiada, que constituye la estructura portadora de la antena. Los dipolos están organizados en dos grupos idénticos a lo largo del soporte, designándose con 1 o 2 de acuerdo con el grupo al que pertenece cada uno de ellos y estando invertidos de un grupo a otro.

Esta antena es plana y efectúa la combinación de dos sistemas de antenas elementales, cada una con el mismo número de dipolos, es decir, la mitad de dipolos que la antena resultante, para la obtención de un diagrama cuasi-omnidireccional de la antena que resulta de esta combinación.

Evidentemente, la antena puede comprender un número cualquiera de dipolos, en función de la ganancia deseada.

El soporte 3 incluye, también, redes de alimentación para los dipolos, designadas globalmente mediante la referencia 4 e impresas en las dos caras del soporte. Estas redes de alimentación definen un plano 5 de masa en la cara delantera y un conductor 6 de alimentación propiamente dicho en la cara trasera del soporte. Están previstas lateralmente a lo largo de los dos grupos de dipolos, en correspondencia, y presentan salientes horizontales 7 y 8 sensiblemente de cuarto de onda para la alimentación de los dipolos.

El plano 5 de masa y el conductor 6 de alimentación comprenden, cada uno, dos tramos análogos opuestos, que están realizados a lo largo de, sensiblemente, la mitad de la longitud del primer borde y del segundo borde del soporte, respectivamente, y un tramo mediano de continuidad, que está realizado de modo ligeramente oblicuo desde el primero al segundo tramos precedentes, y que pasa entre los dos grupos de polos. Los salientes horizontales 7 que parten del plano de masa están previstos de dos en dos, uno junto a otro, y denominados dobletes, y llegan así, directamente, a los dos ramales de los dipolos. Los salientes horizontales 8 que parten del conductor de alimentación son simples y están conectados con uno solo de los ramales de los dipolos, merced a insertos metálicos 9 soldados que atraviesan el soporte.

Un cable coaxial 10 asegura la llegada de alimentación a un punto medio 11 de la antena. Se extiende a lo largo del plano 5 de masa hasta este punto medio, siendo ocultado por este plano de masa. Está soldado al plano de masa para su fijación mecánica y la conexión eléctrica de su conductor exterior con el plano de masa. Su conductor interior está unido, mediante soldadura, con el conductor 6 de alimentación, a través de una salida coaxial que está prevista en el punto medio 11 y designada mediante la misma referencia de este punto medio. Esta salida coaxial se obtiene merced a un paso a través del soporte y una desmetalización local correspondiente, pero ligeramente mayor, del plano de masa.

La antena es así alimentada en su centro, directamente mediante el cable coaxial de alimentación, para asegurar, entonces, la alimentación simétrica y en fase de los diferentes dipolos.

En la figura 1, puede verse que los dos grupos de dipolos presentan, entre sí, una pequeña distancia d entre ejes. Este distancia d entre ejes permite alinear los centros de fase de los dipolos de los dos grupos, a fin de compensar su ligero desplazamiento debido al efecto del plano de masa sobre los dipolos. El valor de esta distancia entre ejes es muy pequeño y del orden de algunos milímetros. Dicho valor depende de la frecuencia de utilización de la antena y, en la práctica, se ajusta en función de ella. Esta distancia entre ejes así ajustada permite minimizar las ondulaciones de la señal radiada por la antena, haciéndolas inferiores a 2 dB en relación con la radiación máxima de la antena.

Esta antena está montada en un radomo de protección, no representado, pero tal como se utiliza habitualmente. Este radomo de forma cilíndrica puede estar provisto de una punta pararrayos conectada mediante un trozo de cable con el plano de masa de la antena.

La figura 3 muestra el diagrama de radiación en acimut de la antena, proporcionado con una escala de 5 dB por división. En ella se destaca que su radiación en acimut es cuasi-omnidireccional, no presentando más que pequeñas ondulaciones limitadas e inferiores a 2 dB en relación con la radiación máxima, en los dos lados de la antena que corresponden a las posiciones angulares designadas con 90º y -90º.

La figura 4 muestra la obtención de la polarización vertical de la señal radiada por la antena, que resulta de la suma de los componentes verticales E_{v} de polarización de las señales de sus diferentes dipolos. En la figura puede verse, también, que los componentes horizontales E_{c} de polarización de las señales de dos elementos dipolos inversos son opuestos y, de ese modo, tienden a anularse. Ello permite, en la práctica, la obtención de una antena de polarización vertical, cuya componente cruzada u horizontal es muy débil y se sitúa en un nivel del orden de 20 dB por debajo de la polarización vertical.

Esta antena puede utilizarse con todas las frecuencias para las que los elementos dipolos son realizables, así, por ejemplo, con estructura mecánica, para frecuencias bajas y medias, y, con estructura impresa, para hiperfrecuencias.

Independientemente de las características de su radiación indicadas en las figuras 3 y 4, la forma plana de la antena la hace poco voluminosa y ligera. Así, por ejemplo, las dimensiones de la antena de circuito impreso, utilizada a 3,5 GHz, son de 330 \times 60
\times 1,5 mm.

Su diseño muy simple permite un montaje rápido y una reproducibilidad muy buena de la antena, lo que hace su coste menor. Así, el montaje de la antena fabricada como circuito impreso se limita al posicionamiento del cable coaxial de alimentación. El montaje de una antena fabricada con estructura mecánica comprende, evidentemente, la operación previa de montaje apropiado de una placa metálica mecanizada, que reproduce el circuito impreso de la cara delantera de la antena descrita en lo que antecede, y de un conductor de alimentación, que está provisto de sus salientes horizontales y está aislado, como sus salientes, de la placa metálica.

La figura 5 representa una antena direccional, que está hecha por incorporación de un reflector 20 a la antena omnidireccional de las figuras 1 y 2, recuperándose en esta figura 5 las referencias principales de la antena omnidireccional citada en lo que antecede. Este reflector 20 está posicionado en la parte trasera del soporte 3 y se encuentra junto a éste. Tiene, en esta figura 5, sección transversal en U, llegando los bordes de sus ramas laterales, sensiblemente, al nivel del soporte.

Como variante, el reflector puede estar posicionado delante del soporte. En estas condiciones, la radiación de los elementos dipolos atraviesa el soporte.

Tal como se muestra en la figura 6, el diagrama de radiación en acimut de la antena de esta figura 5 es direccional, por deformación y orientación precisa del diagrama de radiación omnidireccional mostrado en la figura 3 de la antena inicial sin este
reflector.

Se aprecia en esta antena direccional, también, que la forma, el tamaño y la posición de su reflector permiten deformar más o menos el diagrama de radiación omnidireccional de la antena inicial para la obtención del diagrama direccional deseado en acimut. La señal de esta antena direccional está polarizada verticalmente y presenta un nivel muy bajo de polarización cruzada, como el de la antena omnidireccional inicial sin reflector asociado.

Por otro lado, esta antena direccional presenta las mismas ventajas que la antena omnidireccional antedicha.

Claims (7)

1. Antena de polarización vertical, que comprende una estructura portadora vertical de forma alargada y dipolos situados en dicha estructura, a diferentes niveles a lo largo de ésta y conectados con un cable coaxial de alimentación, caracterizada porque comprende uno solo de dichos dipolos (1, 2) por nivel a lo largo de dicha estructura (3);

y porque dichos dipolos son coplanarios y sensiblemente colineales, pero, además, están repartidos en dos grupos en dicha estructura, uno a continuación de otro, y están invertidos de un grupo a otro de modo que los componentes horizontales de polarización de los dos grupos sean opuestos.

2. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un plano (5) de masa lateral para cada grupo de dipolos y coplanario con éstos, y un conductor (6) de alimentación lateral para cada grupo de dipolos y situado en un plano distinto del plano de masa pero paralelo a éste, presentando dicho plano de masa y dicho conductor de alimentación, cada uno, un primer tramo situado a un primer lado a lo largo de uno de dichos grupos de dipolos, un segundo tramo, al otro lado, a lo largo del otro grupo y un tramo mediano de continuidad que pasa entre los dos grupos, y que comprende, además, salientes (7, 8) previstos en dichos primero y segundo tramos de dicho plano de masa y de dicho conductor de alimentación, y conectados con dichos dipolos (1, 2).

3. Antena según la reivindicación 2, caracterizada porque dicho cable coaxial (10) se extiende contra dicho plano (5) de masa hasta un punto medio (11) del tramo mediano de dicho plano de masa y está conectado con un punto medio correspondiente del tramo mediano de dicho conductor (6) de alimentación, a través de una salida coaxial prevista entre dichos puntos medios (11) de dicho plano de masa y de dicho conductor de alimentación.

4. Antena según la reivindicación 3, caracterizada porque los dipolos del primero y del segundo grupos están alineados respectivamente con un primero y un segundo ejes que presentan una distancia (d) entre ellos de valor limitado a algunos milímetros y ajustada en función de la frecuencia de utilización de dicha antena.

5. Antena según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque dicha estructura (3) es un soporte dieléctrico y porque dichos dipolos (1, 2), dicho plano (5) de masa y dichos salientes (7) de éste están impresos en la cara de dicho soporte dieléctrico que constituye una cara denominada delantera de la antena, y dicho conductor (6) de alimentación y dichos salientes (8) de éste están impresos en la otra cara de dicho soporte dieléctrico.

6. Antena según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada porque dicha estructura (3) es un soporte metálico en el que están integrados directamente dichos dipolos (1, 2), dicho plano (5) de masa y dichos salientes (7) de éste y porque dicho conductor (6) de alimentación y dichos salientes (8) de éste están montados en una cara denominada trasera de dicho soporte metálico y están aislados de
éste.

7. Antena según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque comprende un reflector (20) asociado a dichos dipolos (1, 2) y montado frente a la cara de dicha estructura opuesta a la que forma dicha cara delantera de la antena, o frente a dicha cara delantera.