ES2289151T3 - Sistema de antena. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de antena para usar en la transmisión y/o recepción de la menos dos señales, en el cual una primera de dichas señales es generada en una banda de frecuencias de primer operador por un primer operador (1760A) y una segunda de dichas señales es generado en una banda de frecuencia de segundo operador por un segundo operador (1760B), comprendiendo el sistema de antena: un conjunto de antena (702) que tiene un ángulo de inclinación eléctrica ajustable, y que incluye una pluralidad de elementos de antena (E1-E12) para transmitir y/o recibir dichas señales, en el que los elementos de antena están montados en un portador de antena y están dispuestos en el menos dos subgrupos (700A, 700B, 700C), incluyendo cada subgrupo uno o más de dichos elementos, medios de control (750) para controlar eléctricamente la fase de señales transmitidas y/o recibidas por dicho conjunto de antena, para controlar con ello el ángulo de inclinación eléctrica de dicho conjunto de antena; y medios combinadores (730, 740) para hacer posible que dicho conjunto de antena transmita y/o reciba esencialmente de manera simultánea una primera de dichas señales a un primer ángulo de inclinación eléctrica y una segunda de dichas señales a un segundo ángulo de inclinación eléctrica, estando los medios combinadores (730, 740) dispuestos para combinar y/o dividir señales transmitidas y/o recibidas por dicho conjunto de antena y hacer posible con ello que las señales asociadas con diferen4tes ángulos de inclinación eléctrica pasen a través de elementos de antena compartidos (E1-E12).
Description
Sistema de antena.
La presente invención se refiere a un sistema de
antena y, en particular, pero no exclusivamente, a un sistema de
antena de grupo en fase que tiene una pluralidad de elementos de
antena dispuestos en al menos dos subgrupos. El sistema de antena
es apropiado para utilizar en muchos sistemas de telecomunicaciones,
pero encuentra aplicación particular en redes de radio de móviles
celulares, a los que se hace referencia comúnmente como redes de
teléfonos móviles. Más concretamente, el sistema de antena de la
presente invención puede ser usado con redes de teléfonos móviles
de tercera generación (3G) y en el Sistema de Teléfonos Móviles
Universal (UMTS: Universal Mobile Telephone System). La invención
también se refiere a un aparato de compensación de fase para
utilizar en un sistema de antena.
Los operadores de redes de radio de móviles
celulares utilizan generalmente sus propias estaciones de base,
cada una de las cuales incluye una o más antenas. En una red de
radio de móvil celular, las antenas definen el área de cobertura
deseada, la cual está generalmente dividida en cierto número de
células que se solapan, cada una de ellas asociada con una
respectiva antena y estación de base. Cada célula contiene una
estación de base de situación fija que mantiene comunicación de
radio con la totalidad de las radios de móviles de esa célula. Las
propias estaciones de base están interconectadas por otros medios de
comunicación, usualmente líneas terrestres fijas dispuestas en una
estructura de rejilla o de malla, que permite a las radios de
móviles a través de toda el área de cobertura de células comunicar
unas con otras, así como con la red de teléfono pública fuera de la
red de radio de móviles celulares.
Las antenas usadas en tales redes son con
frecuencia dispositivos compuestos conocidos como antenas de
conjuntos en fase que comprenden una pluralidad (usualmente ocho o
más), o grupo, de elementos de antena individuales o dipolos. La
dirección de máxima sensibilidad de la antena, es decir, la
dirección del haz de radiación principal o "visor" de la pauta
o patrón de antena, puede ser alterada ajustando la relación de
fases entre las señales alimentadas a los elementos de antena. Esto
tiene el efecto de permitir que el haz sea dirigido u orientado
para modificar el área de cobertura de la antena.
En particular, los operadores de antenas de
grupo en fase de redes de radio de móviles celulares tienen un
requisito para ajustar el patrón de radiación vertical (VRP:
vertical radiation pattern), de manera que se altere el ángulo
vertical del haz principal, también conocido como
"inclinación", ya que esto tiene un efecto significativo sobre
el área de cobertura de la antena. El ajuste del área de cobertura
puede ser requerido, por ejemplo, debido a cambios en la estructura
de la red o a la adición o la retirada de otras estaciones de base
o antenas en la célula.
El ajuste del ángulo de inclinación de una
antena es conocido y se consigue usualmente por medios mecánicos,
eléctricos o ambos. Cuando el ángulo de inclinación de la antena es
ajustado mecánicamente, por ejemplo moviendo mecánicamente los
propios elementos de antena o moviendo mecánicamente el alojamiento
(o "cúpula") para los elementos, esto es conocido como ajuste
del ángulo de "inclinación mecánica". Cuando el ángulo de
inclinación de la antena se ajusta eléctricamente, por ejemplo
cambiando el retardo de tiempo o fase de las señales alimentadas a
cada elemento (o grupo de elementos) en el grupo sin mover
físicamente ya sea el alojamiento para los elementos, los propios
elementos de antena o cualquiera otra parte de la cúpula de antena,
esto se conoce comúnmente como ajuste del ángulo de "inclinación
eléctrica".
El efecto de ajustar ya sea el ángulo de
inclinación mecánica o el ángulo de inclinación eléctrica es volver
a situar el visor de manera que apunte o bien por encima o por
debajo del visor establecido por mecanismos de inclinación mecánica
o eléctrica convencionales, y en consecuencia aumenta o disminuye la
cobertura de la antena.
Hasta ahora, el ajuste de la inclinación
mecánica o eléctrica de una antena de radio celular ha sido posible
sólo ajustando manualmente el ángulo de inclinación de la propia
antena, por ejemplo moviendo físicamente el alojamiento o cúpula de
antena en el caso de ajuste de inclinación mecánico o mediante
dispositivos mecánicos de ajuste para aplicar cantidades variables
de retardo a los elementos de la antena en el caso de ajuste de
inclinación eléctrico.
Una desventaja de emplear tales métodos de
ajuste de inclinación mecánico o eléctrico es que los métodos son
difíciles de realizar y consumen tiempo. Adicionalmente, tales
métodos de ajuste dan lugar a que la dirección del visor sea fija
en el ángulo ajustado de inclinación para todas las señales
transmitidas y recibidas, hasta el momento en que el ángulo de
inclinación sea ajustado de nuevo. En consecuencia, la antena no
puede ser compartida por más de un operador a menos que la
inclinación requerida por cada operador sea idéntica. En la
práctica esto es raro y, en general, los operadores requieren un
ángulo individual de inclinación con el fin de optimizar la
cobertura de célula de la antena para su despliegue particular de
estaciones de base.
En cualquier caso, aunque la compartición de
estaciones de base, de antenas y de instalaciones sea deseable,
existen problemas provenientes de hacerlo así. En el Reino Unido, se
adjudican respectivas bandas de frecuencias de
transmisión/recepción a cinco operadores de 3G para transmisión
entre radios de móviles y estaciones de base. Las cinco bandas de
transmisión, o bandas de frecuencia de operador, son contiguas, como
lo son las cinco bandas de recepción, es decir, no hay espacios de
separación entre bandas de frecuencias adyacentes. En consecuencia,
a menos que se utilice filtración compleja y exacta de señales por
el aparato de transmisión y recepción asociado a la antena, el
solape e interferencia resultantes de las señales tiene un efecto
perjudicial sobre el comportamiento del sistema.
Una estructura de estación de base conocida
proporciona antenas separadas de transmisión y recepción, mientras
que otro sistema conocido emplea un duplexor para permitir que una
antena única pueda ser usada tanto para transmisión como para
recepción. Estas disposiciones son adecuadas cuando se requiere sólo
un operador para usar la estación de base y la antena, pero existen
dificultades cuando más de un operador desea usar el sistema.
Una solución conocida para compartir estaciones
de base es que cada operador use una antena diferente. En la
práctica, esto se consigue mediante el uso de un mástil de antena
compartido que soporte cierto número de antenas, una para cada
operador. Sin embargo, con el fin de evitar interferencia mutua, las
antenas requieren separación adecuada y puede ser necesario
aumentar la altura del mástil, o puede ser necesario utilizar una
estructura más robusta, para hacer posible que el mástil resista
vientos fuertes. Esto aumenta el peso del mástil, lo cual, a su
vez, aumenta el coste del mástil. Además, son difíciles de encontrar
lugares en los que se pueda instalar un mástil mayor y se pueden
encontrar problemas de permiso de planificación o de división por
zonas. Los mástiles grandes presentan también obstrucción ambiental
y son antiestéticos.
Como una consecuencia, muchos operadores de
redes de radio de móviles celulares emplean sus propias estaciones
de base con sus mástiles y antenas asociados. Existe poca
compartición de lugares y ninguna compartición que ocurra está
limitada a compartir el mástil solo y no las antenas. La
introducción del denominado sistema de radio de móvil de tercera
generación (3G) demandará un mayor número de lugares de estaciones
de base. Así, existe la posibilidad de que se presenten
dificultades en la adquisición del estado real necesario, y el
compartir lugares resultará una opción cada vez más atractiva.
Es un objetivo de la presente invención, por lo
tanto, proporcionar un método y/o un aparato que permitan a
múltiples operadores de un lugar de estación de base compartir una
antena común mientras se hace posible ajustar el ángulo de
inclinación de la antena de manera eléctrica e individualmente por
cada operador. Es un objetivo más de la invención hacer posible que
el ángulo de inclinación eléctrica de la antena sea ajustado a
distancia y sea diferente en transmisión y recepción.
En la siguiente descripción, la expresión
"sistema de antena" se usa en lugar del anterior término
"antena" para describir un sistema que tiene un "conjunto de
antena", que es un grupo o serie de elementos de antena, y
medios de control para controlar señales suministradas a los
elementos de antena en el conjunto de antena.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un sistema de antena para utilizar en la
transmisión y/o recepción de al menos dos señales, mediante el cual
una primera de dichas señales es generada en una primera banda de
frecuencias de operador por un primer operador, y una segunda de
dichas señales es generada en una segunda banda de frecuencias de
operador por un segundo operador, que comprende:
un conjunto de antena que tiene un ángulo
ajustable de inclinación eléctrica, y que incluye una pluralidad de
elementos de antena para transmitir y/o recibir dichas señales, en
el que los elementos de antena están montados en un portador de
antena y están dispuestos en al menos dos subgrupos, incluyendo cada
subgrupo uno o más de dichos elementos,
medios de control para controlar eléctricamente
la fase de señales transmitidas y/o recibidas por dicho conjunto de
antena, controlando con ello el ángulo de inclinación eléctrica de
dicho conjunto de antena; y
medios combinadores para hacer posible que dicho
conjunto de antena transmita y/o recibir esencialmente de manera
simultánea una primera de dichas señales en un primer ángulo de
inclinación eléctrica y una segunda de dichas señales en un segundo
ángulo de inclinación eléctrica, estando los medios combinadores
(730, 740) dispuestos para combinar y/o dividir señales
transmitidas y/o recibidas por dicho conjunto de antena y con ello
hacer posible que señales asociadas con diferentes ángulos de
inclinación eléctrica pasen a través de elementos de antena
compartidos (E1-En).
Estas señales primera y segunda transmitidas y/o
recibidas por el conjunto de antena son utilizadas por diferentes
operadores de red y tendrán así una frecuencia diferente.
Ventajosamente, por lo tanto, el sistema de antena permite utilizar
el conjunto de antena por una pluralidad de operadores.
Además, cuando el ángulo de inclinación
eléctrica puede ser ajustado desde un lugar distante del conjunto
de antena, cada operador es capaz de ajustar su cobertura de célula
proporcionada por el conjunto de antena sin visitar el lugar de la
estación de base. El ajuste del ángulo de inclinación eléctrica
puede ser requerido, por ejemplo, para hacer óptima la cobertura
cuando se despliega la red, para hacer óptima la red en respuesta a
parámetros de comportamiento medidos, diariamente en respuesta al
movimiento de conmutadores urbanos o periódicamente para cumplir
las necesidades de un acontecimiento particular, tal como un
espectáculo de exhibición o de deportes.
En una realización, el sistema de antena está
dispuesto para operar en un modo de transmisión, en el que son
transmitidas al menos dos señales por el conjunto de antena, estando
los medios combinadores dispuestos para recibir señales ajustadas
en fase de dichos medios de control y para transmitir esencialmente
de manera simultánea una primera de dichas señales en un primer
ángulo de inclinación eléctrica y una segunda de dichas señales en
un segundo ángulo de inclinación eléctrica. Sin embargo, el aparato
es también, preferiblemente, operable en un modo de recepción, en
el que el conjunto de antena recibe señales.
En una realización preferida, el aparato incluye
primera y segunda líneas de alimentación para aplicar primera y
segunda señales de una primera polarización hacia y desde el
conjunto de antena.
El aparato incluye además, preferiblemente,
tercera y cuarta líneas de alimentación para suministrar tercera y
cuarta señales de una segunda polarización, de signo opuesto a la
primera polarización, hacia y desde el conjunto de antena.
En una realización preferida, el aparato incluye
un máximo de cuatro líneas de alimentación para suministrar señales
hacia y desde el conjunto de antena.
El aparato es ventajoso por el hecho de que
múltiples operadores pueden utilizar el sistema y transmitir y/o
recibir señales en diferentes bandas de frecuencias de operador,
cada una con diferentes ángulos de inclinación eléctrica, si se
requiere, y esto se consigue con el uso de sólo cuatro líneas de
alimentación, o sólo dos si sólo se requiere una polarización. Por
lo tanto, el aparato es relativamente sencillo y económico, a pesar
de su capacidad de servir a muchos operadores diferentes.
Además, como cierto número de operadores pueden
compartir un conjunto de antena, se evita el requisito de
estaciones de base o conjuntos de antena adicionales.
Para la finalidad de esta memoria, la frase
"operador" o "usuario" pretende significar un operador de
una red de radio celular, en oposición al operador del lugar, que
sería responsable del lugar de la antena.
Por ejemplo, dichos medios de control incluyen
una primera disposición de control asociada con una primera de
dichas señales y una segunda disposición de control asociada con una
segunda de dichas señales, y los medios combinadores pueden estar
dispuestos para recibir la primera de dichas señales desde la
primera disposición de control y la segunda de dichas señales desde
la segunda disposición de control, y para suministrar una señal
combinada a dicho conjunto de antena.
Preferiblemente, los medios de control están
dispuestos para controlar eléctricamente la fase de las señales
suministradas al menos a uno de dichos subgrupos desde un lugar
distante del citado conjunto de antena, controlando con ello el
ángulo de inclinación eléctrica de dicho conjunto de antena.
Los medios de control pueden incluir una
pluralidad de unidades de control de fase diferencial, estando cada
unidad de control de fase diferencial asociada con uno respectivo de
los citados operadores de dicho sistema de antena.
Cada una de las unidades de control de fase
diferencial puede incluir primera y segunda subunidades de control
de fase diferencial, estando dichas primeras subunidades de control
de fase diferencial dispuestas para controlar eléctricamente la
fase de señales suministradas a ella para transmisión por dicho
conjunto de antena y estando dicha segunda unidad de control de
fase diferencial dispuesta para controlar eléctricamente la fase de
señales suministradas a ella, habiendo sido recibidas dichas
señales por dicho conjunto de antena.
Preferiblemente, los medios combinadores
incluyen primera y segunda unidades combinadoras, en los que cada
unidad combinadora incluye una respectiva red combinadora de
transmisión y una respectiva red divisora de recepción que tiene
una pluralidad de entradas para conexión a medios transmisores de
una correspondiente pluralidad de operadores de dicho sistema de
antena, estando dicha red combinadora de transmisión dispuesta para
multiplexar señales aplicadas a dichas entradas por dichos medios
transmisores, dando con ello salida a una señal multiplexada
única.
única.
La red combinadora de transmisión incluye
preferiblemente un primer multiplexor de transmisión dispuesto para
recibir al menos dos señales, cada una de un respectivo transmisor
asociado, y un segundo multiplexor de transmisión dispuesto para
recibir al menos dos señales, cada una de un transmisor respectivo
asociado, en que cada uno de los respectivos multiplexores de
transmisión primero y segundo está provisto de una disposición de
filtro de paso de banda para filtrar señales recibidas desde uno
primero de los respectivos transmisores asociados con una banda de
paso separada por una banda de detención desde una banda de paso del
o de cada uno del otro de los respectivos transmisores
asociados.
Preferiblemente, cada disposición de filtro de
paso de banda está dispuesta para generar una señal de salida
perfectamente combinada (según se define en esta memoria).
Las señales de salida combinadas procedentes de
la disposición de filtro de paso de banda son introducidas en una
unidad combinadora para generar una señal combinada que tiene un
espectro de frecuencias continuo, esencialmente combinado
perfectamente.
Preferiblemente, dicha red divisora de recepción
tiene una pluralidad de salidas para conexión a medios receptores
de una pluralidad correspondiente de operadores del citado sistema
de antena, estando dicha red divisora de recepción dispuesta para
dividir una señal de recepción recibida de dicho conjunto de antena
para aplicar con ello dicha señal recibida a cada uno de dichos
medios receptores.
En una realización preferida más, los medios
combinadores están dispuestos para generar señales de salida
ajustadas en fase simultáneamente para cada uno de la pluralidad de
operadores, comprendiendo además el sistema de antena una
disposición divisora para recibir dichas señales de salida ajustadas
en fase y para dividir y distribuir dichas señales de salida
ajustadas en fase a los elementos del conjunto de antena.
La disposición divisora está preferiblemente
dispuesta para distribuir la intensidad de señal de dichas señales
ajustadas en fase en una distribución esencialmente uniforme.
Todavía en una realización preferida más, el
aparato puede incluir medios de comparación de fases para asegurar
que la diferencia de fases aplicada a las señales en las líneas de
alimentación permanezca esencialmente constante entre dichos medios
de control y dicho conjunto de antena.
El proceso de medición y de ajuste de fase puede
ser realizado cuando se conecta inicialmente el sistema, cuando se
requiere cambiar el ángulo de inclinación eléctrica y/o
periódicamente para compensar las fluctuaciones térmicas en las
líneas de alimentación, por ejemplo cada 10 minutos.
En una realización, los medios de compensación
de fase incluyen primer y segundo conjuntos dispuestos en extremos
opuestos de las líneas de alimentación primera y segunda.
Alternativamente, los medios de compensación de
fase incluyen un módulo receptor de medición de fase.
En una realización alternativa, el aparato puede
incluir medios de compensación de fase para medición de manera
independiente, para una pluralidad de bandas de frecuencia de
operador, una medición de diferencia de fases de trayectoria de
transmisión derivada de la diferencia en diferencia de fases entre
señales suministradas a los elementos de antena a lo largo de una
trayectoria de transmisión, e incluyendo medios de realimentación
para realimentar dichas mediciones de diferencia de fases de
trayectorias de transmisión a los medios de control. Los medios de
control incluyen preferiblemente medios para ajustar
independientemente la fase de señales suministradas a las líneas de
alimentación primera y segunda para cada una de dichas bandas de
frecuencia de operador con dependencia de la respectiva medición de
diferencia de fases de trayectoria de transmisión, permitiendo con
ello compensar diferencias en dicha diferencia de fases en
diferentes bandas de frecuencia del operador.
Para una antena diseñada para transmitir una
polarización de señales solamente, la trayectoria de transmisión
incluye normalmente las líneas de alimentación primera y segunda
para suministrar señales de transmisión desde los medios
combinadores al conjunto de antena, y respectivas líneas portadoras
primera y segunda, que forman parte del conjunto de antena, que
proporcionan unos medios de conexión entre las líneas de
alimentación primera y segunda y los elementos de antena.
Al aparato puede además comprender un Módulo
Receptor de Medición de Vector en el conjunto de antena y puede
incluir medios para extraer una parte de dichas señales
suministradas a los elementos de antena y medios para combinar
dicha porción extraída con una señal de oscilador que tiene una
frecuencia dependiente de una banda de frecuencias seleccionada del
operador, determinando con ello la medición de diferencia de fases
de trayectoria de transmisión para cada banda de frecuencias del
operador.
Preferiblemente, el Módulo Receptor de Medición
de Vector incluye unidades comparadoras de fases primera y segunda
para hacer posible que sean obtenidas mediciones de diferencia de
fases en fase y en cuadratura, para determinar con ello una
medición no ambigua de la diferencia de fases.
En una realización preferida más, el aparato
puede incluir medios de compensación de fases para medir, para una
pluralidad de bandas de frecuencias de operador, una medición de
diferencia de fases de trayectoria de recepción, derivada de la
diferencia en diferencia de fases entre señales recibidas en los
elementos de antena y transmitidas a lo largo de una trayectoria de
recepción a los medios de control, y medios de realimentación para
realimentar dichas mediciones de diferencia de fases de trayectoria
de recepción a los medios de control, y en el que dichos medios de
control incluyen medios para ajustar la fase de señales
suministradas a las líneas de alimentación primera y segunda para
cada una de dichas bandas de frecuencias del operador con
dependencia de la respectiva medición de diferencia de fases de
trayectoria de recepción, con lo que se permite compensar
diferencias en dicha diferencia de fases en diferentes bandas de
frecuencia de operador.
Esta realización es particularmente ventajosa
por el hecho de que las diferencias de diferencia de fases entre
señales que pasan a través de la trayectoria de transmisión y
señales que pasan a través de la trayectoria de recepción pueden
ser compensadas independientemente, y además pueden ser compensadas
para cada banda de frecuencias de operador independientemente.
El conjunto de antena incluye preferiblemente
medios osciladores para generar una señal de calibración de
trayectoria de recepción que es suministrada a través de la
trayectoria de recepción con la finalidad de determinar la medición
de diferencia de fases de trayectoria de recepción en adición a la
medición de diferencia de fases de trayectoria de transmisión.
\newpage
Preferiblemente, la trayectoria de recepción
incluye también las líneas de alimentación primera y segunda de la
trayectoria de transmisión, pero las señales de recepción pasan
normalmente a través de diferentes componentes de amplificador y
filtro para las señales de transmisión.
En una realización preferida, los medios de
oscilador son un generador de tonos para generar una señal de tono
que se ha de aplicar a través de la trayectoria de recepción.
Para una banda de frecuencias seleccionada de
operador, la señal de tono tiene preferiblemente una frecuencia
intermedia entre bandas de frecuencia de operador adyacentes, en que
una de las bandas de frecuencias de operador adyacentes es la banda
de frecuencias seleccionada de operador.
Alternativamente, la señal de tono puede caer
dentro de la banda de frecuencias seleccionada del operador.
Preferiblemente, los medios de oscilador están
dispuestos para transmitir una señal de calibración de trayectoria
de recepción en una anchura de banda de unos 200 Hz.
Para la finalidad de esta memoria, la expresión
"retardo o desplazamiento de fase" ha sido utilizada como una
conveniencia de representación. El retardo de tiempo puede ser
conseguido cambiando la fase de la portadora de frecuencia de
radio. Con tal de que el desplazamiento de fase sea proporcional a
la frecuencia a través de la banda, y tenga distorsión de
interceptación nula, el desplazamiento de fase produce un retardo de
tiempo esencialmente sin distorsión. De esa manera son síncronos el
desplazamiento de fase y el tiempo de retardo.
Se apreciará que, para todos los aspectos de la
invención, en la práctica puede ser deseable transmitir más de dos
de dichas señales a diferentes ángulos.
La presente invención será descrita ahora, a
modo de ejemplo solamente, con referencia a los dibujos que se
acompañan, en los cuales:
La figura 1 ilustra el patrón o pauta de
radiación vertical (VRP) de un conjunto de antena direccional en
fase conocido;
La figura 2 es un diagrama esquemático de
bloques de un conjunto de antena conocido que incorpora medios
mecánicos para ajustar el ángulo de inclinación eléctrica;
La figura 3 ilustra una adjudicación conocida de
frecuencia de estación de base doble de división de frecuencia de
tercera generación (3G);
La figura 4 ilustra una disposición conocida de
compartición de mástil de estación de base;
La figura 5 ilustra un sistema de antena
propuesto de acuerdo con un primer aspecto de la invención, que
implica la compartición de un conjunto de antena único de polaridad
doble por hasta cinco operadores;
La figura 6 ilustra un sistema de antena de
polaridad doble, de tres sectores, que incorpora tres de los
sistemas de antena de la figura 5;
La figura 7a es un diagrama de bloques de una
red combinadora propuesta de transmisión para usar en los sistemas
de antena de las figuras 5 y 6;
La figura 7b muestra las respuestas a la
frecuencia de filtros usados en la red combinadora de la figura
7a;
La figura 8 es un diagrama de bloques de una
forma preferida de sistema de antena de acuerdo con la invención
(para un operador);
La figura 9 es un diagrama de bloques de un
aparato automático de control de fase para usar con el sistema de
antena de la figura 8;
La figura 10 es un esquema de
voltaje-tiempo de señales emitidas por mezcladores
usados en el aparato de la figura 9;
La figura 11 es un esquema de bloques que
ilustra la incorporación del aparato de la figura 9 en el sistema
de la figura 8 y el uso del sistema por hasta cinco operadores;
La figura 12 es un esquema de bloques del
sistema de antena de la figura 8 que incorpora un Módulo Receptor
de Medición de Fase;
La figura 13 ilustra parte del Módulo Receptor
de Medición de Fase con más detalle;
\newpage
La figura 14 es un esquema de bloques que
ilustra la incorporación del Módulo Receptor de Medición de Fase de
la figura 12 en el sistema de la figura 8 y el uso del sistema por
hasta cinco operadores;
La figura 15 es un esquema de bloques para
mostrar los componentes de una antena para ejecutar un método de
compensación de fase alternativo; y
La figura 16 es un esquema de bloques para
mostrar los componentes de una unidad combinadora de antena para
ejecutar el método alternativo de compensación de fase de la figura
15.
En la siguiente descripción, la invención se
explica en el contexto de un sistema de antena apropiado para
utilizar en una red de radio de móviles celulares y particularmente
en el Sistema de Teléfonos Móviles Universal (UTMS). Sin embargo,
se apreciará que la invención no está limitada a tal uso y que puede
ser igualmente aplicable a otros sistemas de comunicaciones.
La figura 1 muestra el patrón o modelo de
radiación vertical (VRP) de un conjunto de antena direccional en
fase convencional. El dibujo está mostrado en vista lateral y el
conjunto de antena está representado por el punto 1.
El VPR del conjunto de antena 1 consiste en un
lóbulo principal o "visor" 2 que diverge en un plano vertical
a medida que se extiende desde el conjunto de antena y representa la
región de máxima intensidad de radiación del haz radiado por el
conjunto de antena. El VRP del conjunto de antena incluye también
varios lóbulos laterales 4, que representan regiones de intensidad
de radiación mucho menor, que se extienden desde el conjunto de
antena en direcciones que están aproximadamente separadas por igual
alrededor de conjunto de antena en un plano vertical. Los lóbulos 3
inmediatamente adyacentes al visor 2 se denominan lóbulos laterales
primero superior y primero inferior, respectivamente.
El ángulo de inclinación del conjunto de antena,
cuando es ajustado mecánicamente moviendo físicamente los elementos
de antena y/o su alojamiento o caja, es conocido como el ángulo de
"inclinación mecánica" y se consigue usualmente recolocando el
visor de manera que apunte ya sea por encima o por debajo del
horizonte. Cuando se ajusta eléctricamente, la inclinación del
conjunto de antena es conocida como "inclinación eléctrica" y
mueve la línea de visor hacia arriba y hacia abajo cambiando el
retardo de tiempo de señales suministradas a grupos de elementos de
la antena, en lugar de mediante movimiento mecánico de los propios
elementos.
Beneficiará la comprensión del lector de la
siguiente descripción hacer observar que tanto la "inclinación
eléctrica" como la "inclinación mecánica" pueden ser
controladas y/o ajustadas ya sea por medios eléctricos o por medios
mecánicos, o por ambos medios, de tal manera que, por ejemplo, el
movimiento mecánico de partes puede ser usado para ejecutar el
ajuste de fase eléctrico (en el cual los propios elementos de antena
no son movidos físicamente) de modo que se ajuste la posición del
visor.
En la figura 2, el conjunto de antena de un
sistema de antena conocido que incorpora una disposición de ajuste
de inclinación eléctrica se muestra en forma de bloques esquemática
generalmente en 10. El conjunto de antena es una antena direccional
en fase que consiste en una serie de doce elementos o dipolos E1 a
E12 que están dispuestos en tres subgrupos señalados como A, B, y
C. Cada subgrupo A, B, C incluye cuatro elementos conectados
mutuamente en paralelo, y está acoplado a la salida del respectivo
primer, segundo y tercer dispositivos de retardo 12, 14, 16. Los
dispositivos de retardo 12, 14, 16 comprenden mecanismos
convencionales de ajuste de fase mecánico para ajustar la fase de
señales suministradas a los subgrupos. Una señal de radio frecuencia
(RF) que ha de ser transmitida por la antena es suministrada a cada
uno de los dispositivos de retardo 12, 14, 16 desde un puerto de RF
común o alimentador 18.
La función de los dispositivos de retardo 12,
14, 16 consiste en ajustar la fase de la señal de RF suministrada a
los respectivos subgrupos A, B, C en una cantidad predeterminada. El
segundo dispositivo de retardo 14, conectado al subgrupo central B,
es un dispositivo de retardo fijo, dispuesto para desplazar la fase
de la señal suministrada al subgrupo B en una cantidad fija. Por
otra parte, los dispositivos de retardo primero y tercero 12, 16,
conectados a los subgrupos A y C, respectivamente, son dispositivos
de retardo variable, cada uno de los cuales es operable para
desplazar la fase de las señales de RF suministradas a subgrupos A
y C, respectivamente, en una cantidad
variable.
variable.
Los dispositivos de retardo primero y tercero
12, 16 pueden aplicar desplazamientos de fase de, típicamente,
entre 0 y \pm45º para una señal de RF suministrada a los subgrupos
A y C, y cada uno es ajustable por medio de una disposición de
ajuste mecánico. La disposición 20 de ajuste mecánico incluye
medios, mostrados respectivamente en 22, para invertir el sentido
del desplazamiento de fase aplicado a la señal por el tercer
dispositivo de retardo 16 en comparación con el aplicado por el
primer dispositivo de retardo 12. De ese modo, el desplazamiento de
fase aplicado a las señales de RF por los dispositivos de retardo
primero y tercero 12, 16 es de magnitud igual, pero de polaridad
opuesta. En otras palabras, si el primer dispositivo de retardo 12
desplaza la fase de la señal suministrada al subgrupo A en +45º,
entonces el tercer dispositivo de retardo 16 desplaza la fase de la
señal suministrada al subgrupo C en -45º. Como el segundo
dispositivo de retardo 14 es un dispositivo de retardo fijo, en la
práctica se aplica un desplazamiento de fase a la señal suministrada
al subgrupo B que es la media de los desplazamientos aplicados por
los dispositivos de retardo primero y tercero 12, 16.
El ángulo de inclinación eléctrica de un tal
conjunto de antena varía normalmente en \pm5º para \pm45º de
desplazamiento de fase por subgrupo. Esto proporciona una
sensibilidad de inclinación de aproximadamente 18º de desplazamiento
de fase por grado de inclinación eléctrica. En este ejemplo, por lo
tanto, puesto que las señales de RF suministradas a los subgrupos A
y C difieren en 90º, la inclinación eléctrica del conjunto de antena
es de aproximadamente 5º. El sentido de la inclinación eléctrica
del conjunto de antena depende de la polaridad del desplazamiento
de fase aplicado a las señales suministradas a los subgrupos. Cuando
la señal aplicada al subgrupo superior (en este caso el subgrupo A)
tiene una fase positiva y el subgrupo inferior (en este caso el
subgrupo C) tiene un desplazamiento de fase negativo, el ángulo de
inclinación eléctrica será positivo, es decir, por encima de la
línea normal del visor. Para desplazamientos de fase de polaridad
opuesta, el ángulo de inclinación eléctrica será negativo.
El conjunto de antena de la figura 2 adolece de
la desventaja de que el ajuste manual de la disposición 20 de
ajuste mecánico requiere ajustar el desplazamiento de fase aplicado
por los dispositivos de retardo primero y tercero 12, 16 con el fin
de variar el ángulo de inclinación eléctrica del conjunto de antena.
Además, la fase de las señales aplicadas a cada elemento de antena
no puede ser ajustada individualmente.
La figura 3 muestra las bandas de frecuencias
Dúplex por División de Frecuencia de Tercera Generación (3G FDD)
adjudicadas por la Agencia de Comunicaciones por Radio del Reino
Unido (UK) para usar por los operadores de red de 3G de UK. Cada
uno de los cinco operadores de UK tiene licencia para usar una
primera porción concreta, o sub-banda, del espectro
adjudicado para transmisión, por ejemplo desde una estación de base
a un radio-móvil dentro de la red, y otra de tal
porción para recepción, por ejemplo desde un
radio-móvil a una estación de base. Estas
sub-bandas están señaladas como Licencias A, B, C, D
y E. El espectro total se extiende desde 2110,3 MHz z 2169,7 MHz
para transmisión en estación de base y desde 1920,3 MHz a 1979,7 MHz
para recepción en estación de base. Aunque hay frecuencias no
adjudicadas conocidas como bandas de guarda (no mostradas) en los
límites de estos intervalos de frecuencia, no hay espacios de
separación entre las sub-bandas individuales A, B,
C, D y E, que son por lo tanto contiguas.
Debido a los problemas asociados con la
compartición de una antena común por parte de operadores de red que
usan sub-bandas adyacentes, la compartición de
estaciones de base se consigue con frecuencia por medio de la
estructura ilustrada en la figura 4. La estructura 60 permite a
cinco operadores de red compartir un lugar de estación de base con
una respectiva antena de transmisión/recepción que es proporcionada
para cada operador por sector. El resultado es un total de cinco
antenas (Antenas A, B, C, D y E) para cada sector, que están
montadas en un mástil común 62 de estación de base, estando cada
antena montada en el mástil 62 a una altura diferente, o a la misma
altura y adecuadamente separadas. Cada antena tiene un respectivo
aparato transmisor/receptor 64A a 64E. La altura del mástil 62 debe
ser mayor que la requerida para una antena única con el fin de
acomodar las cinco antenas. Como consecuencia, se debe aumentar la
resistencia del mástil 62, por ejemplo para hacer posible que el
mástil resista fuertes vientos, lo que, a su vez, aumenta el peso y
el coste del mástil. Además, no todos los lugares son capaces de
acomodar un mástil más grande y se experimentan con frecuencia
dificultades en la obtención de permisos de planificación de las
autoridades locales. Los mástiles grandes son también antiestéticos
y molestos y pueden ser ambientalmente inaceptables en algunos
lugares.
La figura 5 muestra una unidad combinadora
propuesta para reducir el número de antenas requeridas para soportar
cinco operadores de red desde cinco a uno. La unidad combinadora,
mostrada en general con 70, comprende una red combinadora de
transmisión 72, una red divisora de recepción o desmultiplexor 74 y
una unidad duplexora 76. Los cinco operadores de red tienen
respectivos transmisores TxA a TxE conectados a la red combinadora
de transmisión 72, y receptores RxA a RxE conectados a la red
divisora de recepción 74. Las redes 72, 74 están conectadas a
través de la unidad duplexora 76 a un conjunto de antena compartida
78.
Los transmisores TxA a TxE generan señales de RF
que son combinadas en la red combinadora de transmisión 72 y hechas
pasar a través de la unidad duplexora 76 al conjunto de antena 78
para transmisión. Las señales recibidas por el conjunto de antena
78 desde radio-móviles distantes (no mostrados) son
alimentadas desde el conjunto de antena 78 a través de la unidad
duplexora 76 a la red divisora o desmultiplexora 74 de
recepción.
En la figura 6, la estructura de la figura 5
está extendida para incluir tres conjuntos de antena separados 78a,
78b, 78c para formar un denominado "Conjunto de Antena de Tres
Sectores", en el que cada conjunto de antena está dispuesto para
proporcionar cobertura de célula horizontal en 120 grados de arco (o
un tercio de un círculo), de tal manera que, conjuntamente, los
conjuntos de antena 78a, 78b, 78c proporcionan cobertura de célula
en la totalidad de 360 grados. En esta realización, cada conjunto de
antena 78a, 78b, 78c es un conjunto de antena de polaridad doble.
El uso de conjuntos de antena de polaridad doble es bien conocido en
sistemas de radio celulares. Cada conjunto de antena 78a, 78b, 78c
consiste en una pila de elementos de dipolo en cruz, una primera
serie o grupo de elementos en ángulo de +45º con respecto a la
vertical y una segunda serie o grupo de elementos en ángulo de -45º
con respecto a la vertical. Los grupos para cada polaridad están
efectivamente separados eléctricamente, estando previstas unidades
combinadoras individuales 70a, 70b para cada grupo. Cada conjunto
de antena está así conectado a la respectiva unidad combinadora
primera y segunda 70a, 70b, que tienen la forma de la unidad
combinadora 70 de la figura 5. Las unidades combinadoras 70a, 70b
son idénticas para ambas polaridades, ya que son las conexiones a
las mismas desde los transmisores y receptores de los
operadores.
Considerando, por claridad, sólo los componentes
de polaridad positiva del sistema, cada uno de los transmisores TxA
a TxE de los operadores de red está conectado a una respectiva
entrada de cada una de las redes combinadoras de transmisión 72 en
las tres unidades combinadoras 70a, 70b, 70c, de polaridad positiva.
Las señales suministradas desde los transmisores son hechas pasar
desde la red combinadora de transmisión 72 a través de la unidad
duplexora 76 al respectivo conjunto de antena 78a, 78b, 78c para
transmisión.
Similarmente, cada uno de los receptores RxA a
RxE de los operadores de red está conectado a una salida respectiva
de cada una de las redes divisoras de recepción 74 en las tres
unidades combinadoras 760a, 70b, 70c de polaridad positiva. Las
señales recibidas por un conjunto de antena 78a, 78b, 78c se hacen
pasar a través de la unidad duplexadora asociado 76 a la red
divisora de recepción 74 que divide la señal recibida en cinco
partes iguales y la aplica a los receptores RxA a RxE.
Los componentes de polaridad negativa del
sistema están conectados de una manera similar. Se puede ver por
tanto que cinco operadores son capaces de utilizar simultáneamente
el sistema, requiriendo sólo un conjunto de antena cuando se emplea
un conjunto de antena omnidireccional o tres conjuntos de antena
cuando se usa un sistema de tres sectores. Los sistemas anteriores
requerían cinco conjuntos de antena separados por sector o quince
conjuntos de antena para un sistema de tres sectores.
La unidad combinadora 70 de la figura 5 puede
adolecer de varias desventajas. En primer lugar, la red combinadora
de transmisión 72 puede incluir componentes que introduzcan pérdidas
de señal significativas en el sistema. Las pérdidas de señal
reducen el intervalo de transmisión del sistema. Se pueden añadir
amplificadores para remediar la pérdida de señal, pero esto adolece
de la imposibilidad de manejar la potencia requerida para
transmisión en las cinco bandas de frecuencias simultáneamente con
linealidad adecuada, anchura de banda instantánea y eficacia, junto
con la fiabilidad requerida.
Ha sido sugerida la introducción de filtros de
paso de banda en la red combinadora de transmisión 72 para reducir
la salida de potencia requerida por el amplificador, en la cual la
red combinadora de transmisión 72 tiene un conjunto de filtros de
paso de banda paralelos que actúan en combinación como un
multiplexor de transmisión. Los filtros de paso de banda filtran
las señales procedentes de los respectivos transmisores TxA a TxE,
después de lo cual las señales son multiplexadas a una línea de
salida común y encaminadas a la unidad duplexora 76 y al conjunto
de antena 78. La banda de paso de cada filtro se selecciona para que
esté tan próxima como sea posible a la banda de frecuencias
permitida al respectivo operador. Una tal disposición, sin embargo,
aumenta más la pérdida de señal en el sistema debido a la somera
atenuación progresiva de la mayoría de los filtros de paso de banda
y el solape resultante de las sub-bandas, y reduce
el aislamiento entre los transmisores TxA a TxE.
En la figura 7a se muestra generalmente con 200
una red combinadora de transmisión mejorada, para usar en las
unidades combinadoras mostradas en las figuras 5 y 6. La red
combinadora de transmisión 200 incorpora multiplexores de
transmisión primero y segundo 222ABE y 222CD. El primer multiplexor
de transmisión 222ABE está dispuesto para recibir señales de
transmisión de hasta tres transmisores 224A, 224B, 224E y las filtra
en respectivos filtros 226A, 226B, 226E. El segundo multiplexor de
transmisión 222CD está dispuesto para recibir señales de
transmisión de hasta dos transmisores adicionales 224C y 224D, y las
filtra en respectivos filtros 226C, 226D de paso de banda.
Las señales de salida filtradas procedentes de
los filtros 226A, 226E de paso de banda se combinan en una primera
salida de filtro (señal de salida combinada 228X) y las de los
filtros 226C, 226D de paso de banda se combinan en una segunda
salida de filtro (señal de salida combinada 228Y). Las señales 228X,
228Y de las salidas de filtro se combinan en un combinador 232
pasivo de 3dB y dos entradas que tiene dos puertos de entrada 232X,
232Y y un puerto de salida 232Z. La señal de salida combinada del
puerto de salida 232Z es entonces alimentada, como se muestra en la
figura 5, a través de la unidad duplexora 76 al conjunto de antena
asociado 78.
En referencia ahora también a la figura 7b,
respectivas bandas de paso 240A a 240E de los cinco filtros 226A a
226E son como se muestra. Las bandas de paso 240A a 240E tienen el
mismo máximo nominal (aunque las bandas de paso 240C y 240D se
muestran inferiores con relación a las otras por razones de
claridad) y se puede ver que las anchuras de banda no son iguales.
Como se muestra en una escala de frecuencias 242, cinco bandas de
frecuencias con licencia 242A a 242E comprenden bandas de
frecuencias 242A y 242B inmediatamente adyacentes a la banda de
frecuencias 242C, y bandas de frecuencias 242B y 242E inmediatamente
adyacentes a la banda de frecuencias 242D. Esto da lugar a dos
grupos de bandas de paso de frecuencias no adyacentes 242A/242B/242E
y 242C/242D, las cuales, como se muestra en la figura 7a, están
asociadas con diferentes multiplexores de transmisión 222ABE y
222CD, respectivamente.
Debido a que las bandas de paso de filtro en
cada multiplexor de transmisión 222ABE ó 222CD están separadas por
bandas de detención que impiden solape de paso de banda
significativo, las señales 228X que salen del filtro 226A, por
ejemplo, alcanzarán sólo los transmisores 224B y 224E, a través de
los filtros 226B y 226E, de forma altamente atenuada y serán
despreciables para la mayor parte de las finalidades. Lo mismo se
aplica al acoplamiento entre otros pares de transmisores dentro de
un multiplexor de transmisión individual, 222ABE ó 222CD, y por
tanto a filtros 226A a 226E. La atenuación proporcionada por los
filtros 226A a 226E aísla los transmisores de otras señales, en las
salidas de los cuales se generan las señales 228X ó 228Y, según sea
apropiado, y en consecuencia en esas salidas las señales 228X ó 228Y
están "perfectamente combinadas". La expresión
"perfectamente combinada" pretende significar que, debido a que
las bandas de paso de los respectivos filtros no se solapan, la
impedancia eléctrica de los multiplexores 22ABE y 222CD sobre las
bandas de paso de filtro permanece esencialmente constante. Esto
permite que las señales de entrada procedentes de los transmisores
224A a 224E pasen a través de un multiplexor 222ABE ó 222CD para
proporcionar una señal de salida 228X ó 228Y con distorsión mínima
("perfecta"), realizando así la deseada función de combinación.
Cuando se solapan las bandas de paso de filtro, la impedancia de
las bandas de paso no es constante, por lo que las señales que
aparecen en la salida del multiplexor están distorsionadas
("imperfectas"). Para combinar las dos señales 228X y 228Y
mientras se inhiben las indeseables interacciones entre transmisores
224A a 224E, se usa el combinador 232. El combinador es un
componente de anchura de banda pasiva de 3dB de dos entradas y
proporciona buen aislamiento de señal de al menos 20dB entre sus
puertos 232X y 232Y, respectivamente, de dos entradas,
independientemente de la separación de frecuencias de las señales
en esos puertos. Ello permite que sean combinadas señales que estén
adyacentes en frecuencia sin permitir acoplamiento apreciable
indeseable de transmisor entre ellas. Por lo tanto, los grupos de
señales en 228X y 228Y se combinan de una manera lineal, sin un
grado inaceptable de interacción mutua, y aparecen en la salida del
combinador 232 como un espectro de frecuencias continuo combinado
de manera esencialmente perfecta.
Aunque hay una pérdida de señal inherente entre
los puertos de entrada y salida 232X a 232Z del combinador 232,
esta es significativamente menor que la pérdida impuesta por una red
combinadora de transmisión que se basa enteramente en componentes
de banda de onda pasivos. La solución de combinación de dos etapas
descrita con referencia a la figura 7a proporciona una red de
combinación de transmisor pasivo más eficaz que las estructuras
convencionales y evita la necesidad de un amplificador lineal de
potencia de multiportadora.
Por lo tanto, la disposición permite que
operadores en bandas tanto adyacentes como no adyacentes compartan
un conjunto de antena de estación de base. No son necesarios caros
amplificadores de potencia de frecuencias múltiples debido a que la
red combinadora de transmisión 200 ha reducido las pérdidas en
comparación con la mostrada en la figura 5. Además, la disposición
evita el inherente solape de bandas de paso de filtro en la red
combinadora de transmisión 72 de la figura 5.
El número mínimo de señales de transmisión que
pueden ser usadas en una disposición similar a la red combinadora
de transmisión 200 de la figura 7 es de dos, siendo las dos señales
conectadas, a través de respectivos filtros separados, al
combinador pasivo 232 de 3dB. Si hay sólo dos transmisores en bandas
de frecuencia adyacentes, no hay necesidad de transmisión múltiple
de señales en un multiplexor tal como 222CD antes de alimentar al
combinador 232. Si hay dos señales que no son adyacentes en
frecuencia, se pueden combinar usando un multiplexor 222 y
alimentar a un duplexor sin pasar a través de un combinador tal como
232, reduciendo así la pérdida de señal. Con tres señales de
transmisión, de las cuales al menos dos están en bandas adyacentes,
dos serían combinadas en el multiplexor 222 y la tercera sería
alimentada directamente al combinador 232. Sin embargo, si las tres
bandas de frecuencias no adyacentes A, B y E tuvieran que
combinarse, sólo se requeriría un multiplexor 222ABE y su salida
228X sería alimentada directamente al duplexor sin pasar a través
del combinador 232. Cuatro o más señales requieren dos grupos de
dos o más señales no adyacentes, para ser multiplexado cada grupo
conjuntamente antes de la combinación con otro grupo. Cuando se
combinan menos de cinco transmisores, cualesquiera entradas no
usadas a los multiplexores 222 serían normalmente terminadas en una
carga. Alternativamente, los filtros de frecuencia no usados 226
pueden ser omitidos del multiplexor, reduciendo con ello el coste,
tamaño y peso.
La red combinadora de transmisión 200 se
describe con más detalle en la solicitud de patente copendiente
número 0108456.5, cuyo contenido se incorpora aquí como
referencia.
El sistema de antena de la figura 6 permite
hasta a cinco operadores de red compartir un conjunto de antena
común. Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, no hay
necesidad de un sistema de antena que no sólo permita a varios
operadores de red usar un conjunto de antena común de manera
esencialmente simultánea, sino que proporcione también la
estabilidad para ajuste eléctrico independiente del ángulo de
inclinación eléctrica del conjunto de antena por cada operador, y
preferiblemente desde un lugar distante del propio conjunto de
antena.
En la figura 8 se muestra una forma preferida de
sistema de antena de acuerdo con la invención generalmente en 700.
En esta realización, el sistema de antena 700 comprende un conjunto
de antena 702 que tiene un total de doce elementos de antena
E1-E12 dispuestos en tres subgrupos 700A
(E1-E4), 700B (E5-E8) y 700C
(E9-E12). El ángulo de inclinación eléctrica del
conjunto 702 puede ser ajustado por medios de control en la forma de
una Unidad Combinadora de Inclinación (TCU: Tilt Combiner Unit),
como se representa por la línea de trazos discontinuos 704 y se
describe con más detalle en lo que sigue.
Primera y segunda señales de entrada Sa y Sb,
para transmisión por el conjunto de antena 702, son suministradas a
los elementos de antena E1-E12 a través de primera y
segunda líneas portadoras de entrada 720, 722, respectivamente. El
conjunto de antena 702 incluye primera y segunda unidades divisoras
primarias 716A, 716B alimentadas por una respectiva de las líneas
portadoras de entrada primera y segunda 720, 722. Cada una de las
unidades divisoras 716A, 718B produce dos señales de salida de
intensidades/potencias esencialmente iguales. Una primera señal de
salida de la primera unidad divisora 716A es suministrada a una
unidad de desplazamiento de fase 717A para aplicar un
desplazamiento de fase adicional, normalmente entre -45 y -60
grados, a la señal procedente de la unidad divisora primaria 716A.
La señal de salida desplazada en fase es proporcionada a una unidad
divisora adicional 716C, la cual sirve para dividir la señal de
entrada que recibe en dos señales de intensidades esencialmente
iguales. Las dos señales de salida procedentes de la unidad divisora
adicional 716C son suministradas a una respectiva unidad divisora
adicional 716D, 716E, cada una de las cuales divide la señal que
recibe en dos señales de salida de intensidades esencialmente
iguales. Las señales de salida de las unidades divisoras adicionales
716D, 716E son alimentadas a uno respectivo de los elementos E1 a
E4 del primer subgrupo 700A. Cada elemento E1 a E4 tiene una
disposición asociada de ajuste de fase, 151E1, 151E2, 151E3, 151E4,
respectivamente, para proporcionar unos medios adicionales e
individuales de ajustar el desplazamiento de fase de señales
suministradas a cada elemento, como se describe adicionalmente en
lo que sigue. En modo de recepción, las señales son combinadas en
las líneas portadoras primera y segunda por una trayectoria inversa
a través de los mismos dispositivos.
Se apreciará de la descripción precedente que la
disposición divisora 716A, 716C, 716D, 716E está configurada de tal
manera que cada una de las señales de salida a los elementos E1 a
E4 del primer subgrupo 700A recibe una señal de esencialmente la
misma intensidad.
Una segunda salida de la unidad divisora 716A es
proporcionada a una unidad divisora adicional 719A, que divide la
entrada que recibe en una primera señal de salida que es
proporcionada a una entrada (A) de una primera unidad combinadora
híbrida 726A en cuadratura y una segunda señal de salida que es
proporcionada a una entrada (A) de una segunda unidad combinadora
726B en cuadratura.
La segunda unidad divisora 716B proporciona una
primera señal de salida a una unidad divisora adicional 719B, la
cual divide la entrada que recibe en dos señales de esencialmente la
misma intensidad, una de las cuales es proporcionada a una segunda
entrada (B) de la primera unidad combinadora 174A en cuadratura y la
otra de las cuales es proporcionada a una segunda entrada (B) de la
segunda unidad combinadora 174B en cuadratura.
Cada una de las unidades combinadoras 726A, 726B
en cuadratura primera y segunda proporciona señales de salida
primera y segunda a los dos elementos del subgrupo central 700B: la
primera unidad combinadora 726A en cuadratura proporciona señales a
elementos E5 y E6 y la segunda unidad combinadora 726B en cuadratura
proporciona señales a elementos E7 y E8. Las unidades combinadoras
726A, 726B en cuadratura primera y segunda aseguran que la fase de
señales proporcionadas a elementos E5 a E8 sean el promedio de la
fase de las señales en las líneas portadoras de entrada 720, 722.
Por ejemplo, cuando disminuye la potencia alimentada al elemento E5,
aumenta la potencia alimentada al elemento E6, de manera que la
potencia total alimentada a los elementos E5, E6 permanece
esencialmente constante.
Una segunda señal de salida de la segunda unidad
divisora 716B se hace pasar a través de una segunda unidad de
desplazamiento de fase 717B, la cual aplica un desplazamiento de
fase de +45 grados (es decir, de polaridad opuesta a la unidad de
desplazamiento de fase 717A) a una unidad divisora 716F. La unidad
divisora 716B divide la señal de entrada que recibe en dos señales
de salida de intensidades esencialmente iguales, las cuales son
divididas, a su vez, en dos señales más por unidades divisoras
adicionales 716G, 716H. Las cuatro señales de salida de las
unidades divisoras 716G, 716H son proporcionadas a uno diferente de
los elementos E9 a E12 del tercer subgrupo, a través de una
respectiva disposición de ajuste de fase adicional 150E9 a
150E12.
El subgrupo central 100B es así alimentado por
una disposición de unidades híbridas en cuadratura, con el
resultado de que la potencia en el subgrupo central es esencialmente
50% de a potencia total del grupo o serie, tanto con respecto a la
transmisión como a la recepción de señales. Para la serie como un
todo, la fase de la señal generada en la transmisión será el
promedio de la fase suministrada por las dos líneas portadoras de
entrada 720, 722, con un desplazamiento de fase de -45 grados. De
manera similar, una señal recibida por el subgrupo central 700B
será intermedia a las fases recibidas por los otros dos subgrupos
700A, 700C, desplazados en -45 grados.
Los puertos de entrada 712, 714 en el conjunto
de antena están conectados cada uno a un puerto de salida 752, 754
en la TCU 704 a través de respectivas líneas de alimentación 756,
758. La TCU 704 incluye primera y segunda unidades combinadoras
730, 740, similares a la unidad 70 mostrada en las figuras 5 y 6,
estando la salida de cada unidad combinadora 730, 740 conectada a
los puertos de salida 754, 752, respectivamente.
La TCU 704 incluye también medios de control de
fase en la forma de una unidad de control de fase diferencial
(DPCU: differential phase control unit), a la que se hace referencia
generalmente en 750. La DPCU 750 comprende una subunidad de control
de fase diferencial de transmisión, indicada por la línea de trazos
discontinuos 750a, y una subunidad de control de fase diferencial
de recepción, indicada por la línea de trazos discontinuos 750b. La
subunidad de control de fase diferencial de transmisión 750a
comprende una unidad divisora de entrada 725a, una entrada a la
cual está conectada a la salida de un puerto de RF único 726a
asociado con el transmisor (no mostrado) de un primer operador de
red 760. La unidad divisora 725a tiene dos salidas, cada una de las
cuales está conectada a una entrada de una respectiva primera y
segunda unidades de retardo ajustable (a la que se hace referencia
en lo que sigue como un "ajustador de fase de transmisión")
760a, 762a. De ese modo, la señal que ha de ser transmitida por
cada operador de red es dividida en dos señales de potencias iguales
por la unidad divisora de entrada 725a, y estas dos señales son
entonces sometidas a desplazamiento de fase diferencial por medio
de las redes de desplazamiento de fase 760a, 762a.
El primer ajustador de fase de transmisión 760a
está conectado por su salida a una entrada de la red combinadora de
transmisión 734 de la primera unidad combinadora 730. El segundo
ajustador de fase de transmisión 762a está conectado por su salida
a una entrada de la red combinadora de transmisión 744 en la segunda
unidad combinadora 740.
La subunidad de control de fase diferencial de
recepción 750b comprende una unidad multiplexora de salida 725b que
tiene dos entradas y una salida. La salida de la unidad multiplexora
de salida 725b está conectada a la entrada de un puerto de RF único
726b asociado con el receptor (no mostrado) del primer operador de
red 760.
Cada una de las dos entradas de la unidad
multiplexora de salida 725b está conectada a la salida de una
respectiva unidad de retardo ajustable primera y segunda (en lo que
sigue, "ajustador de fase de recepción") 760b, 762b. El primer
ajustador de fase de recepción 760b está conectado por su entrada a
una salida del desmultiplexor 746 de la segunda unidad combinadora
740. El segundo ajustador de fase de recepción 762b está conectado
por su entrada a una salida del desmultiplexor 736 de la primera
unidad combinadora.
En operación, una señal que ha de ser
transmitida por el sistema de antena 700 es alimentada desde el
puerto de RF 726a del primer operador 760 en la estación de base a
la entrada de la unidad divisora de entrada 725a. La unidad
divisora de entrada 725a divide la señal en dos señales de salida de
intensidades iguales y suministra una señal dividida a cada uno de
los ajustadores de fase de transmisión primero y segundo 760a, 762a
de la subunidad de control de fase diferencial de transmisión
750a.
Los ajustadores de fase de transmisión primero y
segundo 760a, 762a son operables por medio del operador de red para
aplicar un retardo variable a la señal suministrada al mismo, con lo
que se ajusta la fase de la señal dentro de un intervalo de
\pm45º. Los ajustadores de fase de transmisión 760a, 762a son
controlados diferencialmente de tal manera que, si el primer
ajustador de fase de transmisión 760a está dispuesto para aplicar un
desplazamiento de fase positivo a la señal de RF aplicada al mismo,
el segundo ajustador de fase de transmisión 762a está dispuesto
para aplicar un desplazamiento de fase negativo a la señal de RF
aplicada al mismo, y viceversa. Esta disposición tiene la ventaja
de que la magnitud de variación de retardo requerida por cada
ajustador de fase de transmisión es la mitad de la requerida por
una disposición alternativa en la que un dispositivo de retardo
tiene un valor fijo de retardo y el otro aumenta o disminuye el
retardo con relación al valor fijo. Sin embargo, cada ajustador de
fase de transmisión 760a, 762a está dispuesto para ajustar la fase
de la señal suministrada al mismo independientemente de que la
magnitud del desplazamiento de fase aplicado por cada ajustador de
fase de transmisión pueda ser diferente, si se
requiere.
requiere.
La señal ajustada en fase del primer ajustador
de fase de transmisión 760a es suministrada a una entrada de la red
combinadora de transmisión 734 de la primera unidad combinadora 730.
Análogamente, la señal ajustada en fase procedente del segundo
ajustador de fase de transmisión 762a es suministrada a una entrada
de la red combinadora de transmisión 744 de la segunda unidad
combinadora 740. Cada red combinadora de transmisión 734, 744
suministra las señales desplazadas en fase a la entrada de su
duplexor asociado 732, 742, el cual aplica las señales, en el modo
de transmisión, a los puertos de salida 754, 752,
respectivamente.
Desde los puertos de salida, 752, 754, las
señales ajustadas en fase son suministradas, a través de las líneas
de alimentación 756, 758, respectivamente, a los puertos de entrada
712, 714 del conjunto de antena 702. En la práctica, las líneas de
alimentación 752, 754 pueden ser hechas tan largas como se desee, de
manera que la TCU 704 puede ser situada en un lugar distante del
conjunto de antena 702, si se requiere, a varios kilómetros, por
ejemplo.
Desde los puertos de entrada 712, 714, las
señales ajustadas en fase son suministrada por las líneas portadores
de entada 720, 722, como señales Sa y Sb, respectivamente, a las
primeras unidades divisoras de subgrupo, superior e inferior, 716A,
716B. Desde las primeras unidades divisoras de subgrupo, superior e
inferior, 716A, 716B, las señales Sa, Sb son divididas y
distribuidas a los elementos de antena E1 a E12, a través de una o
más de la segunda a la séptima unidades divisoras de subgrupo
superior e inferior 716C a 716H, y desde donde son transmitidas
como una señal electromagnética a los radio móviles de la célula
La manera en la que las señales Sa, Sb son
divididas y distribuidas a los elementos E1 a E12 del conjunto de
antena 702 se apreciará inmediatamente por los expertos en la
técnica a partir del modo en el que las unidades divisoras son
interconectadas y de la descripción precedente. La disposición de
unidades divisoras proporciona una buena aproximación a una fase
lineal a través de la antena cuando la antena es inclinada
eléctricamente en la estación de base 1760. Esto se consigue
mediante el uso de dos líneas de alimentación solamente, 756, 758
para proporcionar un sistema inclinable relativamente simple y de
coste apropiado.
La figura 8 ilustra el aparato cuando está
configurado para transmitir y/o recibir señales que tienen sólo una
polarización única (por ejemplo, polarización positiva), aunque, en
la práctica, serán también transmitidas/recibidas señales de
polarización negativa. Para cada polarización, se proporcionan dos
líneas de alimentación 756, 758 al conjunto de antena 702 y dos
respectivas líneas portadoras 720, 722. Así, el número máximo de
líneas de alimentación requeridas para una antena de polaridad
doble es cuatro, haciendo el aparato de diseño relativamente
simple.
La diferencia de fases de las señales Sa, Sb
determina el ángulo de inclinación eléctrica del conjunto de antena
y se apreciará por tanto que ajustando la magnitud de retardo
aplicada a las señales por los ajustadores de fase de transmisión
primero y segundo 760a, 762b, puede ser ajustado el ángulo de
inclinación eléctrica del conjunto de antena 702. Además, la TCU
puede estar en un lugar distante del propio conjunto de antena. La
existencia de las disposiciones de ajuste de fase adicionales
150E1-150E12 de cada una de las trayectorias de
señal a los elementos E1a E12 proporciona unos medios para ajustar
adicionalmente la fase de las señales suministradas a cada elemento
en los subgrupos 700A-700C.
Las disposiciones de ajuste de fase adicionales
150E1-150E12 pueden adoptar la forma de una
disposición de ajuste de fase mecánica tal como una disposición
dieléctrica del tipo de cuña. Tales disposiciones de ajuste de fase
son bien conocidas en la técnica e incluyen una placa de base a
través de la cual discurre la línea de transmisión T al elemento de
antena, y una placa generalmente plana de material dieléctrico
dispuesta entre la placa de base y la línea de transmisión T. La
placa de material dieléctrico, comúnmente denominada "cuña",
es generalmente rectangular con un segmento triangular o en forma de
V, cortado de un borde longitudinal de la misma. La cuña es movible
con respecto a la placa de base y la línea de transmisión T en una
dirección generalmente transversal a la línea de transmisión T.
Debido a su forma, el movimiento lineal de la cuña hace que sea
interpuesta una cantidad mayor o menor de material dieléctrico entre
la línea de transmisión y la placa de base, haciendo con ello que
la velocidad de propagación y, en consecuencia, la fase de cualquier
señal en la línea de transmisión T, sea desplazada en una magnitud
dependiente de la posición lineal de la cuña. Tal movimiento lineal
es usualmente efectuado por un actuador lineal en la forma de un
servo u otro transductor de movimiento.
La magnitud de desplazamiento de fase aplicada a
la señal en la línea de transmisión T es fijada por la posición de
la cuña debajo de la línea de transmisión T y el "ángulo de
cuña", el ángulo interno de la forma de V cortado en la
cuña.
La ganancia del visor se reduce a medida que se
aumenta la magnitud del ángulo de inclinación, de manera que, en
inclinación máxima, la ganancia del visor puede ser reducida en
hasta 1,5 dB. Es preferible limitar a -15 dB (o menos) el aumento
de nivel de lóbulo lateral cuando el ángulo de inclinación se
aumenta a un valor máximo. En consecuencia, el modelo de radiación
vertical (VRP) se ensancha y ocurre una reducción de la ganancia
absoluta del visor. Cuando la ganancia de los lóbulos laterales
puede ser relajada hasta -10 dB con relación a la ganancia del
visor, entonces son posibles ángulos de inclinación de \pm20º y se
puede obtener mayor ganancia de visor.
En el modo de recepción, las señales recibidas
por los elementos de antena son transportadas, a través de los
duplexores 732 y 742, a los desmultiplexores 736 y 746,
respectivamente. Una porción de estas señales es con ello
transportada a los desplazadores de fase diferencial 760b, 762b
asociados con cada equipo de operador de red. Las señales de los
desplazadores de fase diferencial son entonces sometidas a una suma
de vectores en la unidad multiplexadora 725b. La apropiada fijación
de los desplazadores de fase diferencial, asociada a cada operador
particular de red, dará lugar a señales recibidas en el visor de la
antena, en el ángulo de inclinación deseado para ese operador,
añadiendo en fase en el multiplexor 725b.
Se apreciará que el desplazamiento de fase
diferencial puede ser ejecutado alternativamente por medio de un
desplazador de fase fijo en la posición de uno de los ajustadores de
fase, 760b ó 762b, y un desplazador de fase variable en la posición
del otro de dichos ajustadores de fase, proporcionando un
diferencial de desplazamiento de fase con relación al fijo. Se
apreciará también que, para superar las pérdidas asociadas con la
división de la señal recibida, podría ser insertado un amplificador
en algún lugar de la trayectoria de señal antes del divisor
asociado 725a (725b), por ejemplo siguiendo el duplexor 732 (742).
Alternativa o adicionalmente, tomando precauciones apropiadas para
evitar que su funcionamiento sea interrumpido por la señal
transmitida, el amplificador puede ser instalado dentro del
conjunto de antena en el extremo de las líneas portadoras de
entrada 720, 722, con la ventaja de que la señal recibida es
entonces amplificada antes de ser sometida a pérdidas en las líneas
720, 722.
La inclinación eléctrica variable asociada con
cada operador, según es ejecutada en la estación de base 1760, es
individual para cada operador, mientras que la inclinación adicional
ejecutada por las disposiciones de ajuste de fase mecánicas
150E1-150E12 es común a todos los operadores. En
cualquier caso, la existencia de las disposiciones de ajuste de
fase mecánicas adicionales 150E1-150E12 proporciona
a los operadores unos medios para "sintonización fina" de la
inclinación eléctrica del sistema de antena. La inclinación
adicional puede ser ejecutada por medios mecánicos, como se ha
descrito anteriormente (por ejemplo, mediante movimiento de un
material dieléctrico). Alternativamente, sin embargo, la inclinación
adicional puede ser ejecutada eléctricamente, por ejemplo mediante
el uso de desplazadores de fase eléctricos del tipo descrito en
780a, 760b, 762a, 762b.
En la realización mostrada en la figura 8, la
unidad de control de fase diferencial 750 que incluye las
subunidades de control de fase diferencial de transmisión y
recepción 750a, 750b, está dispuesta exteriormente a una estación
de base 1760 de operador. En una realización alternativa (no
ilustrada), la unidad 750 de control de base diferencial puede
estar situada dentro de la propia estación de base, dentro de
desmoduladores de transmisión y recepción. En este caso, la
estación de base 1760 está provista de un puerto de entrada externo
para permitir el control de la unidad de control de fase
diferencial 750. Cuando la unidad de control de fase diferencial
750 está dispuesta dentro de la estación de base 1760, se requieren
dos trayectorias de transmisor dentro de la estación de base (desde
cada uno de los ajustadores de fase de transmisión primero y segundo
760a, 760b para una polaridad de señal dada), cada una de las
cuales puede estar provista de sus propios medios de amplificación
de potencia, permitiendo con ello que sea duplicada la potencia
total de portadora.
Puesto que puede ser necesario que las líneas de
alimentación 756, 758 entre los puertos de salida 752, 754 en la
TCU 704 y los puertos de entrada 712, 714 en el conjunto de antena
sean de una longitud del orden de 100 metros, existe la posibilidad
de que cambios en la longitud de las líneas de alimentación puedan
afectar a la fase de las señales transmitidas. El ajuste de fase de
señales en una línea de transmisión es efectuado usualmente
alterando la longitud aparente de la línea de transmisión en
magnitudes predeterminadas. De ese modo, cualquier variación de la
longitud de la línea de alimentación, debida por ejemplo a
dilatación o contracción térmicas de la línea de alimentación,
puede afectar a la fase de señales en la línea.
\newpage
La sensibilidad de inclinación de un conjunto de
antena inclinable tal como el descrito anteriormente es normalmente
de 17 grados de diferencia de fases por grado de inclinación
eléctrica. Si la resolución y estabilidad requeridas del ángulo de
inclinación eléctrica es +/-0,2 grados del ángulo de inclinación
eléctrica fijado, entonces la Resolución y Estabilidad de
Desplazamiento de Fase Diferencial (DPSRS) requerida está dada
por:
DPSRS = +/-0,2
x 17
grados
- \quad
- = +/-3,4 grados (de desplazamiento de fase)
Puesto que la longitud de onda en, por ejemplo,
2 GHz es de 15 cm, un desplazamiento de fase diferencial de +/-3,4
grados corresponde a una Variación de Longitud Eléctrica Permisible
(AELV: Allowable Electrical Lenght Variation) dada por:
AELV =
(3,4/360) x 15 cm = 1,4
mm
La dilatación térmica de un cable de
alimentación típico es de 0,01 mm/m/grado centígrado. Así, si la
longitud máxima de un cable de alimentación es de 100 m, y la
temperatura aumenta de 20 a 85 grados centígrados, el aumento de
longitud del cable será de (85 - 20) x 100 x 0,01 mm (= 6,5 cm).
La máxima diferencia permisible de temperatura
entre un par de líneas de alimentación, correspondiente a la máxima
diferencia permisible de longitud de 1,4 mm, está dada por:
Máxima diferencia de temperaturas = (1,4/0,01) x
100
- \quad
- = 1,4 grados centígrados
Este elevado valor de sensibilidad a la longitud
eléctrica y diferencia de temperaturas entre las líneas de
alimentación da lugar a una necesidad de asegurar que la diferencia
de fases de las señales Sa, Sb en los puertos de salida 712, 714
del conjunto de antena sea la misma que en los puertos de salida
754, 752 de la TCU 704.
La figura 9 es un diagrama de bloques de una
primera forma de aparato que compensa automáticamente la diferencia
de fases de línea de alimentación debido a tal dilatación o
contracción térmica de las líneas de alimentación 756, 758. El
aparato de compensación automática de fase, mostrado genéricamente
en 900, comprende conjuntos mezcladores primero y segundo,
representados por las líneas de trazos discontinuos 902, 904. El
primer conjunto mezclador 902 incluye acopladores o tomas en T
direccionales primero y segundo 910, 912, que acoplan de manera
suelta las señales en las líneas de alimentación 765, 758 en los
mezcladores. Cada acoplador 910, 912 tiene una entrada y dos
salidas. La entrada del primer acoplador 910 está conectada a la
salida de la segunda unidad combinadora 740 (no mostrada en la
figura 9). La primera salida del primer acoplador 910 alimenta a una
primera entrada de un primer mezclador 916 y la entrada de un
desplazador de fase 918 de 90 grados.
La entrada del segundo acoplador 912 está
conectada a la salida de la primera unidad combinadora 730 (no
mostrada en la figura 9). La primera salida del segundo acoplador
912 alimenta a una primera entrada de un segundo mezclador 922 y la
segunda entrada del primer mezclador 916. La salida del desplazador
de fase 918 de 90 grados está conectada a la segunda entrada del
segundo mezclador 922. La segunda salida del primer acoplador 910
está conectada a una entrada de señal de un primer aparato de
desplazamiento de fase variable (en lo que sigue "primer
ajustador de fase") 914 cuya salida de señal está conectada al
puerto de salida 752. La primera salida del segundo acoplador 912
está conectada a una entrada de señal de un segundo aparato de
desplazamiento de fase variable (en lo que sigue "segundo
ajustador de fase") 920 cuya salida de señal está conectada al
puerto de salida 754. La salida de cada uno de los mezcladores
primero y segundo 916, 922 está conectada a la entrada de un
respectivo filtro de paso bajo primero y segundo 924, 926, estando
la salida de cada filtro de paso bajo conectada a entradas primera
y segunda, respectivamente, de un controlador de realimentación
928.
El segundo conjunto mezclador 904 es
prácticamente idéntico al primer conjunto mezclador 902 descrito
anteriormente. Así, el segundo conjunto mezclador 902 comprende
acopladores direccionales en puente primero y segundo 940, 942, que
tiene cada uno una entrada y dos salidas. La entrada del tercer
acoplador 940 está conectada al puerto de entrada 712. La primera
salida del tercer acoplador 940 está conectada a la entrada de la
primera unidad divisora 716A, de subgrupo superior, como se muestra
en la figura 8. La segunda salida del tercer acoplador 940 alimenta
una primera entrada de un tercer mezclador 946 y la entrada de un
segundo desplazador de fase 948 de 90
grados.
grados.
La entrada del cuarto acoplador 942 está
conectada al puerto de entrada 714. La primera salida del cuarto
acoplador 942 está conectada a la entrada de la primera inferior
unidad divisora 716B de subgrupo, mostrada en la figura 8. La
segunda salida del cuarto acoplador 942 alimenta a una primera
entrada de un cuarto mezclador 952 y la segunda entrada del tercer
mezclador 946. La salida del segundo desplazador de fase 948 de 90
grados está conectada a la segunda entrada del cuarto mezclador
952.
\newpage
La salida de cada uno de los mezcladores tercero
y cuarto 946, 952 está conectada a la entrada de un respectivo
filtro de paso bajo tercero y cuarto 954, 956, estando conectada la
salida de cada filtro de paso bajo, a través de cables de
realimentación primero y segundo 960, 962, a entradas tercera y
cuarta respectivamente del controlador de realimentación 928.
La salida del controlador de realimentación 928
está conectada, a través de respectivos amplificadores 930a, 930b a
una entrada de control de los ajustadores de fase primero y segundo
914, 920. La entrada de control de cada ajustador de fase 914, 920
está dispuesta para ajustar la cantidad de desplazamiento de fase
aplicada a señales en la entrada de control, con dependencia de la
señal aplicada.
Se comprenderá de lo anterior que el primer
conjunto mezclador 902, el primer y segundo ajustadores de fase
914, 920, la unidad de control 928 y los amplificadores 930a, 930b
están situados dentro de la TCU 704 y que el segundo conjunto
mezclador 904 está situado en general en el conjunto de antena 702.
En otras palabras, los conjuntos mezcladores primero y segundo 902,
904 están situados en extremos opuestos de, y están conectados
conjuntamente por, las líneas de alimentación 756, 758. Esto se
muestra y se describe con más detalle con referencia a la figura
11.
El aparato 900 de compensación automática de
fase está dispuesto para compensar cualquier variación de diferencia
de fases entre las señales Sa, Sb en cualquier extremo de las
líneas de alimentación 756, 758. Tal variación puede ser causada,
por ejemplo, por dilatación o contracción térmica diferencial entre
las líneas de alimentación. La técnica de compensación de fase de
variación de líneas de alimentación ejecutada por la figura 9 es
común a todas las señales transmitidas por el conjunto de antena, y
es por tanto común a todos los operadores de antena.
En funcionamiento, las señales Sa, Sb, emitidas
por las unidades combinadoras primera y segunda 730, 740, según se
describe con referencia a la figura 8, se aplican a las entradas de
los acopladores primero y segundo 910, 912, respectivamente. El
primer acoplador 910 extrae una porción de la señal Sa y la alimenta
a la primera entrada del primer mezclador 916 y a la entrada del
desplazador de fase 918 de 90 grados. El desplazador de fase de 90
grados ajusta la fase de la porción extraída de la señal Sa en 90
grados y la aplica a la segunda entrada del segundo mezclador
922.
El segundo acoplador 912 extrae una porción de
la señal Sb y la alimenta a la primera entrada del segundo
mezclador 922 y también a la segunda entrada del primer mezclador
916. Cada mezclador 916, 922 mezcla las señales recibidas en sus
entradas y da salida a la señal mezclada hacia los filtros de paso
bajo primero y segundo 924, 926, respectivamente. Se apreciará que
la señal mezclada suministrada al primer filtro de paso bajo 924
desde el primer mezclador 916 será proporcional a la componente de
portadora "en fase" de las señales Sa, Sb, mientras que la
señal suministrada al segundo filtro de paso bajo 926 por el segundo
mezclador 922 será proporcional a la componente portadora en
cuadratura de las señales Sa, Sb. El uso de las componentes "en
fase" y en cuadratura es necesario con el fin de obtener una
medición no ambigua de la diferencia de fases entre las señales Sa
y Sb.
Los filtros de paso bajo 924, 926 eliminan
esencialmente todos los términos, excepto el de CC, de las señales
mezcladas, incluyendo componentes portadoras y cualesquiera
fluctuaciones transitorias que resultan de las portadoras que
tienen un valor nulo a continuación de la modulación de amplitud en
los mezcladores, y aplican las señales de CC a las entradas primera
y segunda del controlador de realimentación 928.
Las señales Sa, Sb aplicadas al segundo conjunto
mezclador 904 en las líneas de alimentación 756, 758, son también
extraídas por las tomas en T tercera y cuarta 940, 942 y aplicadas a
los mezcladores tercero y cuarto 946, 952 de la misma manera que se
ha descrito anteriormente. Las salidas de los mezcladores tercero y
cuarto son así proporcionales a la componente portadora en fase y
la componente en cuadratura de las señales Sa, Sb, respectivamente.
Las señales mezcladas son aplicadas a los filtros de paso bajo
tercero y cuarto 954, 956, los cuales filtran de nuevo todos los
términos, excepto el de CC, de las señales y las señales de CC son
entonces aplicadas a las entradas tercera y cuarta del controlador
de realimentación 928.
En la figura 10 se muestra un ejemplo de las
salidas desde los filtros de paso bajo primero y segundo (o el
tercero y cuarto) como una función de la diferencia de fases entre
las señales en las entradas.
Comparando las salidas de los filtros de paso
bajo 924, 926, 954, 956, el controlador de realimentación 928 es
capaz de calcular las siguientes propiedades del sistema de antena:
la diferencia de fases de las señales Sa, Sb en la TCU, la
diferencia de fases de las señales Sa, Sb en el conjunto de antena
702 y el ajuste de error de fase requerido para compensar las
diferencia en diferencia de fases entre la unidad de control y el
conjunto de antena.
En adición, el controlador de realimentación 928
es capaz de determinar la potencia de portadora de las señales Sa,
Sb en la unidad de control 704, la potencia de portadora de las
señales Sa, Sb en el conjunto de antena 702 y la pérdida o
atenuación de señal a lo largo de la longitud de las líneas de
alimentación 756, 758.
El controlador de realimentación 928 es entonces
operable para dar salida a una señal de control que es aplicada, a
través de los amplificadores 930a, 930b, a las entradas de control
de fase de los ajustadores de fase primero y segundo 914, 920. Los
ajustadores de fase primero y segundo ajustan la cantidad de
desplazamiento de fase aplicado a las señales Sa, Sb con
dependencia de la señal de control procedente del controlador de
realimentación 928 de manera que se reduce el error a un nivel
mínimo. En otras palabras, el controlador de realimentación 928 es
operable para asegurar que la diferencia de fases entre las señales
Sa, Sb en la unidad de control 704 sea prácticamente igual a la
diferencia de fases entre las señales Sa, Sb en el conjunto de
antena 702. El proceso es realizado sobre la forma de onda agregada
de todas las portadoras y la compensación de fase se realiza cuando
la diferencia de fases en el conjunto de antena se ha separado de la
diferencia de fases en la unidad de control en una magnitud
predeterminada. Así, es compensada cualquier variación en la fase
de las señales de las líneas de alimentación 756, 758.
En la figura 11 se muestra una forma preferida
de sistema de antena en forma de bloques, que ilustra cómo puede
ser incorporado en el sistema de la figura 8 el aparato de
compensación automática de fase mostrado en la figura 9. Aunque la
escala del dibujo es tal que partes individuales del sistema se
muestran con menor detalle que en las figuras precedentes, y aunque
se muestran conexiones sólo para un usuario y sólo una polaridad,
se comprenderá que el sistema permite que hasta cinco operadores
1760A-1760E utilicen el sistema de antena de manera
esencialmente simultánea, por lo que cada operador transmite y
recibe señales en una banda de frecuencias de operador
diferente.
En la figura 11 se muestran dos TCUs 704a, 704b,
que ilustran cómo puede ser usado el sistema de la presente
invención con un conjunto de antena 702 de polaridad doble. Cada TCU
704a, 704b incluye un aparato de compensación automática de fase
900 similar al mostrado en la figura 9, parte del cual está situada
en el propio conjunto de antena 702, un par de unidades
combinadoras 730, 740 similares a las ilustradas en la figura 8, y
cinco DPCUs 750 (mostrada sólo una DPCU completa), una para cada
operador, similares a las mostradas en la figura 8.
Cada operador 1760A a 1760E tiene un puerto de
transmisor 726a y un puerto de receptor 726b en la estación de base
1760, cada uno de los cuales está conectado a una respectiva DPCU de
la manera descrita anteriormente. Puesto que hay cinco operadores
que pueden desear utilizar el sistema de antena, la TCU incluye diez
subunidades de control de fase diferencial, dos por cada operador.
Las salidas de las subunidades de control de fase diferencial están
conectadas a las entradas de las redes combinadoras de transmisión
734, 744 o a las salidas de los desmultiplexores 736, 746 en la
primera y segunda unidades combinadoras 730, 740 de la manera
descrita con referencia a la figura 8.
La salida de cada unidad combinadora 730, 740 se
aplica a los conjuntos mezcladores primero y segundo,
respectivamente, del aparato de compensación automática de fase
900, como se describe con referencia a la figura 9. Cualesquiera
variaciones de la diferencia de fases entre las señales Sa, Sb,
según se miden en la TCU 704 por el conjunto mezclador 902 y en el
conjunto de antena 702 por el conjunto mezclador 904, afectan al
ángulo de inclinación del conjunto de antena para todos los
operadores y se compensan así mediante el aparato de compensación
automática de fase 900. Las señales compensadas son entonces
aplicadas al conjunto de antena para transmisión en la manera
convencional.
Como se ha mencionado anteriormente, cada una de
las redes combinadoras de transmisión 734, 744 en las unidades
combinadoras 730, 740 tiene cinco entradas y cada uno de los
desmultiplexores 736, 746 tiene cinco salidas. Se comprenderá, por
lo tanto que, aunque se requieren dos subunidades de control de fase
diferencial para cada operador, una para transmitir y una para
recibir, los cinco operadores son capaces de compartir las dos
unidades combinadoras 730, 740 en la TCU 704. Cada uno de los otros
operadores que usa la estación de base tiene un par respectivo de
subunidades de control de fase diferencial, cuyas salidas están
conectadas a otras entradas de las redes combinadoras de
transmisión 734, 744 o salidas de los multiplexores 736, 746 de las
unidades combinadoras 730, 740. Puesto que el desplazamiento de fase
diferencial de señales ocurre antes de multiplexar mediante las
redes combinadoras de transmisión 734, 744, puede ser fijado un
ángulo de inclinación individual por cada operador
independientemente.
Aunque el aparato de la figura 11 es ventajoso,
por el hecho de que compensa cualesquiera diferencias de longitudes
de la línea de alimentación 756, 758 debido a, por ejemplo,
dilatación o contracción térmica diferencial entre las líneas, el
método de compensación de fase es común para todos los operadores
del sistema. En una realización preferida más, la compensación de
fase se aplica separadamente para cada operador. Adicionalmente, el
aparato de la figura 11 sólo permite la compensación de diferencias
que se originan de la longitud de las líneas de alimentación a un
conjunto de antena, mientras que, en la práctica, los errores de
diferencia de fases pueden originarse en las unidades combinadoras
730, 740 y en las líneas portadoras de entrada 720, 722, por
ejemplo.
La figura 12 es un diagrama de bloques de un
sistema de antena que incorpora una segunda forma de aparato, que
está dispuesta para compensar cualesquiera variaciones de la
diferencia de fases de las señales Sa, Sb entre el extremo del
elemento de antena de la trayectoria de transmisión y el extremo de
estación de base de la trayectoria de transmisión para cada
operador separadamente. En esta realización, el sistema de antena
comprende un conjunto de antena 702 y una TCU 704 dispuestos como se
ha descrito con referencia a la figura 8. Además, el conjunto de
antena incluye un módulo receptor de medición de vector (VMRM:
vector measuring receiver module) 1010. El VMRM 1010 comprende un
Receptor de Medición de Vector (VMR: Vector Measuring Receiver)
1012 y un Controlador de Receptor de Medición de Vector (VMRC:
Vector Measuring Receiver Controller) 1014 conectados al mismo. En
la figura 12, el conjunto de antena 702 es así mismo un sistema de
polaridad doble y requiere la existencia de dos VMRs según se
muestra, cada uno de los cuales está conectado al VMRC común 1014.
Sin embargo, por claridad, sólo se describirán las conexiones y
funcionamiento del VMR 1012 para una polaridad. Como una
alternativa, se puede incluir un VMR único, estando los medios de
conmutación dispuestos para conmutar las entradas al VMR entre las
dos polarizaciones del sistema.
La TCU 704 incluye un Controlador de TCU (TCUC)
1016 que está conectado al VMRC 1014 por medio de un cable 1018 de
controlador que es capaz de transportar señales digitales. El cable
1018 de controlador está también dispuesto para transportar la
potencia precisada por el VMRM 1010 en el conjunto de antena 702. El
TCUC 1016 tiene una salida de control que está conectada a la
entrada de control de cada uno de los ajustadores de fase de
transmisión y recepción 760a, 760b, 762a, 762b en las dos
subunidades de control de fase diferencial 750a, 750b. El TCUC 1016
tiene también una entrada de control dispuesta para recibir una
segunda señal de un operador de red para establecer el ángulo de
inclinación requerido para el conjunto de antena 702. Interpuesto en
cada una de las líneas portadoras de entrada 720, 722 hay una
respectiva toma en T o rastreador 1020, 1022. La salida de cada
rastreador 1020, 1022 está conectada a una entrada del VMR 1012.
La figura 13 es un diagrama de bloques
esquemático del VMR 1012 e ilustra su conexión al VMRC 1014. La
salida de cada una de las tomas en T 1020, 1022 es alimentada a la
entrada de un atenuador respectivo 1024, 1026, cuya salida está
conectada a una primera entrada de los respectivos receptores
primero y segundo 1028, 1030.
La salida del primer receptor es alimentada a la
entrada de un primer limitador 1032, la salida del cual está
conectada a un primer comparador 1034, a través de un desplazador de
fase 1036 de 90 grados, y también directamente a la entrada de un
segundo comparador 1038. La salida del segundo receptor 1030 es
alimentada a la entrada a un segundo limitador 1040, cuya salida
está conectada directamente a ambos comparadores primero y segundo
1034, 1038.
Cada uno de los receptores primero y segundo
1028, 1030 es sintonizable por medio de un oscilador local 1042. El
oscilador local 1042 genera una señal a una frecuencia
predeterminada que se combina en el respectivo receptor con la
señal procedente de las tomas en T para producir una señal de salida
de frecuencia intermedia, siendo aplicada la señal de frecuencia
intermedia a los respectivos limitadores 1032, 1040. La finalidad
del oscilador local 1042 es hacer posible la sintonización de los
receptores primero y segundo 1028, 1030 a cada una de las
frecuencias utilizadas por los operadores. Esto hace posible la
medición de la fase de señales Sa, Sb de más de un operador y, de
ese modo, se pueden explicar diferencias en la compensación de
errores entre diferentes frecuencias de operadores.
La salida de cada uno de los comparadores
primero y segundo 1034, 1038 se conecta a la entrada de un
respectivo filtro de paso bajo 1044, 1046, siendo alimentadas las
salidas de cada filtro a respectivas entradas del VMRC 1014.
En referencia a ambas figuras 12 y 13, en
funcionamiento la TCU 704 opera de la manera descrita anteriormente
para suministrar las señales Sa, Sb por las líneas de alimentación
756, 758, cuyas señales son introducidas en el conjunto de antena
702 en los puertos de entrada 712, 714 y aplicadas a las líneas
portadoras de entrada 720, 722. Las tomas en T primera y segunda
1020, 1022 extraen una porción de la respectiva señal Sa, Sb y
aplican la porción extraída al respectivo atenuador 1024, 1026. La
finalidad de los atenuadores es fijar la entrada de señal al
respectivo receptor al nivel que proporciona comportamiento óptimo
del receptor con respecto a su intervalo dinámico, linealidad e
inmunidad al ruido. La porción atenuada de la señal Sa, Sb es
combinada en el respectivo receptor 1028, 1030 con la señal
aplicada al mismo por el oscilador local 1042 y la señal de
frecuencia intermedia emitida por cada receptor 1028, 1030 se hace
pasar a través del respectivo limitador 1032, 1040 de manera que se
eliminan variaciones de amplitud dentro de las señales.
La porción extraída de la señal Sa es alimentada
al primer comparador 1034 a través del desplazador de fase 1036 que
ajusta la fase de la señal en 90 grados. La porción extraída de la
señal Sb es alimentada directamente al primer comparador 1034. La
salida del primer comparador 1034 es aplicada al primer filtro de
paso bajo 1044 que elimina esencialmente todos los términos,
excepto el de CC, de la señal, incluyendo cualesquiera componentes
portadoras residuales de la salida del comparador y también
cualesquiera variaciones transitorias debidas a la amplitud de las
señales en la entrada a los comparadores que pasan a través de un
valor nulo.
La porción extraída de la señal Sa es también
alimentada directamente al segundo comparador 1038 como su porción
extraída de la señal Sb. La salida del segundo comparador 1038 se
aplica al segundo filtro de paso bajo 1046, el cual, como el primer
filtro de paso bajo, elimina esencialmente todos los términos,
excepto el de CC, de la señal, incluyendo cualesquiera componentes
portadoras residuales de la salida del comparador y también
cualesquiera variaciones transitorias debidas a la amplitud de las
señales en la entrada a los comparadores que pasan a través de un
valor nulo.
La salida del primer filtro de paso bajo 1044 es
así la representación en cuadratura de la diferencia de fases entre
las señales Sa, Sb mientras la salida del segundo filtro de paso
bajo 1046 es la representación "en fase" de la diferencia de
fases entre las señales Sa, Sb. Ambas representaciones, en
cuadratura y en fase, son requeridas con el fin de proporcionar una
medición no ambigua de la diferencia de fases entre las señales Sa,
Sb.
Los receptores primero y segundo 1028, 1030
generan también una respectiva Indicación de Intensidad de Señal de
Receptor (RSSI: Receiver Signal Strenght Indication), cada una de
las cuales se aplica al VMRC 1014 para transmisión al TCUC 1016. La
RSSI se usa para incorporar finalidades de ensayo y como un
indicador para valoraciones de Salud y Seguridad. El VMRC 1014 está
también provisto de un sensor de temperatura y calentador 1048. El
sensor mide la temperatura en el VRMC y es operable para accionar el
calentador con el fin de limitar la temperatura de funcionamiento
mínima a un valor satisfactorio para asegurar el correcto
funcionamiento.
La salida del VMRC 1014 es una medida directa de
la diferencia de fases entre las señales Sa, Sb y esta se aplica al
TCUC 1016 a través del cable de control digital 1018. El TCUC 1016
está dispuesto para sintonizar los receptores primero y segundo
1028, 1030 a una frecuencia particular y para obtener el ángulo de
inclinación requerido (es decir, la diferencia de fases requerida
entre las señales Sa, Sb) a esa frecuencia. En la recepción de la
diferencia de fases medida entre las señales Sa, Sb, a la frecuencia
requerida, el TCUC 1016 es operable para aplicar señales de control
a las entradas de control de los desplazadores de fase de
transmisión y recepción primero y segundo en cada una de las
subunidades de control de fase diferencial 750a, 750b de manera que
el ángulo de inclinación eléctrica real del conjunto de antena 702
es esencialmente el mismo que el ángulo requerido de inclinación
eléctrica.
Se apreciará que el aparato de la figura 12 hace
posible compensar independientemente errores de desplazamiento de
fase entre diferentes operadores (es decir, debidos a sus diferentes
frecuencias de operación), gracias al VMRM 1010. El proceso de
medición y ajuste de fase puede ser realizado cuando es conectado
inicialmente el sistema, cuando se requiere que sea cambiado el
ángulo de inclinación eléctrica y/o periódicamente para compensar
fluctuaciones térmicas en las líneas de alimentación, por ejemplo
cada 10 minutos.
En adición, el TCUC 1016 puede ser fijado ya sea
en un modo local o en un modo a distancia. En el modo local, el
ángulo de inclinación eléctrica requerido por cada operador es
fijado localmente en la TCU 704. En el modo a distancia, el ángulo
de inclinación eléctrica requerido puede ser fijado a distancia, ya
sea mediante enlace por radio o por una línea telefónica o
similar.
La TCU 704 también presenta, localmente y/o a
distancia, los ángulos de inclinación eléctrica requeridos por cada
operador, los ángulos de inclinación eléctrica reales del conjunto
de antena, el error entre los ángulos requeridos y reales de
inclinación eléctrica para cada operador, los niveles de potencia de
RF en el conjunto de antena para las señales de cada operador, la
temperatura en el conjunto de antena y los voltajes y corrientes de
suministro de potencia de TCU.
En la figura 14 se muestra el uso del sistema de
antena de la figura 12 con un conjunto de antena de polaridad doble
por cinco operadores. Por claridad, sólo se muestran las conexiones
para una polaridad y un operador. Resultará claro que la
realización de la figura 14 es similar a la de la figura 11, con la
excepción de que el aparato de compensación automática de fase de
la figura 11 ha sido sustituido por el VMRM 1010 de las figuras 12
y 13.
En algunas circunstancias, el aparato de las
figuras 12 a 14 será adecuado para compensar diferencias de fases
entre diferentes operadores. Sin embargo, el método se basa en
mediciones determinadas a través de la trayectoria de transmisión,
mientras que la exactitud puede ser mejorada más midiendo
independientemente diferencias de fases a través de la trayectoria
de recepción también. Para los fines de esta memoria, la
"trayectoria de transmisión" para señales pretende significar
la trayectoria seguida por las señales retardadas emitidas por la
unidad combinadora 704 cuando son hechas pasar a lo largo de las
líneas de alimentación 756, 758, a lo largo de las líneas
portadores de entrada 720, 722 y a los elementos de antena, y que
incluye el divisor, el amplificador, el filtro y otros componentes
presentes en esta trayectoria. La "trayectoria de recepción"
para señales pretende significar la trayectoria seguida por la señal
recibida en los elementos de antena cuando son hechas pasar a lo
largo de las líneas portadoras 720, 722, las líneas de alimentación
756, 758 y a la unidad combinadora 704, y que incluye el divisor,
el amplificador, el filtro y otros componentes presentes en esta
trayectoria.
Las figuras 15 y 16 muestran un aparato mejorado
más en el que la compensación de diferencia de fases es ejecutada
tanto por el modo de transmisión como de recepción separadamente (es
decir, para trayectorias de transmisión y recepción separadamente),
así como para frecuencias de operadores individuales. Por
simplicidad, la figura 15 muestra precisamente dos subgrupos de
antena (en oposición a los tres subgrupos de la figura 8), de un
conjunto de antena de polaridad doble 1502; un primer subgrupo
1500A^{+} de polaridad positiva y un segundo subgrupo 1500B^{+}
de polaridad positiva y dos subgrupos también 1500A^{-},
1500B^{-} de polaridad negativa. La operación es la misma para el
canal de polarización negativa y por tanto no se describirá con más
detalle. Cuando se proporcionan sólo dos subgrupos 1500A^{+} y
1500B^{+}, no se requiere la disposición de divisor
(716A-716H) y combinador (726A, 726B) del aparato de
la figura 8, y las líneas portadoras 720, 722 suministran señales
de entrada directamente a los subgrupos 1500A, 1500B.
El método empleado para medir y corregir
variaciones en el tiempo de retardo entre las trayectorias de
transmisión y recepción para el control del ángulo de inclinación
eléctrica de la antena mide la diferencia de fases entre las
trayectorias de señal tanto en el modo de transmisión como en el de
recepción. Esto se ejecuta usando ya sea las frecuencias usadas
para el transmisor de estación de base (el enlace descendente) o las
usadas para el receptor de estación de base (el enlace ascendente).
Usando este método es posible medir la diferencia de fases entre
pares de líneas de alimentación a las frecuencias usadas para cada
adjudicación de frecuencias de transmisión y recepción de
operador.
Considerando primeramente la medición de fase
diferencial para la trayectoria de recepción, el conjunto de antena
(mostrado en la figura 15) incluye un Generador de Tono de
Calibración (CTG: Calibration Tone Generator) 1610 que comprende un
oscilador de calibración 1612, un atenuador variable 1614, u filtro
de paso de banda 1616 y un segundo atenuador 1618. El Receptor de
Medición de Vector 1012 de las figuras 8 y 12 se identifica
también, junto con un Controlador de Calibración de Antena (ACC:
Antenna Calibration Controller) 1640 que controla el Generador de
Tono de Calibración (CTG) 1610 y comunica con el Controlador de
Calibración del Sistema (SCC: System Calibration Controller) de la
estación de base 1760. El CTG 1610 está dispuesto para generar
tonos no modulados en una anchura de banda de 200 Hz que son
preferiblemente estabilizados a +/-10 kHz en 2 GHz o +/- 2 partes
en 10^{5}. El tono es fijado a la frecuencia requerida para medir
una inclinación de recepción particular del operador por medio del
Controlador de Calibración de Antena (ACC) 1640. El nivel de la
señal puede ser ajustado por medio del atenuador 1614 y el filtro de
paso de banda 1616 está dispuesto para impedir que las señales a
frecuencias de transmisión entren en el oscilador de calibración
1612 (es decir, sólo puedan pasar las frecuencias de recepción) y
el segundo atenuador 1618 es requerido para fines de adaptación de
impedancia.
La señal de tono es aplicada a la primera unidad
divisora/combinadora 1620 (SP1) por la cual es dividida a lo largo
de cuatro trayectorias iguales 1660a, 1660b, 1662a, 1662b, dos
trayectorias iguales 1660a, 1660b, para líneas de alimentación
primera y segunda 720, 722 de polarización positiva y dos
trayectorias de señal 1662a, 1662b para líneas de alimentación
primera y segunda 1521, 1523 de polarización negativa. Cada señal
es inyectada a través de respectivas unidades divisoras/combinadoras
1622-1628 (SC1-SC4) a la respectiva
línea de alimentación. Por simplicidad, sólo serán consideradas las
líneas de alimentación 756, 758 y las líneas portadoras 720, 722
para los subgrupos para el grupo de polaridad positiva, pero se
apreciará que se aplican los mismos principios de compensación de
fase a las líneas de alimentación 1756, 1758 y a las líneas
portadoras 1720, 1722 para el grupo de polaridad
negativa.
negativa.
La señal de tono, o cada una de ellas, se
inyecta en las líneas portadoras 720, 722 en el borde de cada canal
de recepción (normalmente canales separados de 5 MHz) a través de un
acoplador direccional 1630, de tal manera que la señal de tono no
interfiera o se añada a la señal recibida. La señal de tono
suministrado por cada una de las líneas portadoras 720, 722 es
suministrada a una disposición respectiva 1642, 1644de filtros de
paso de banda y amplificadores. Las disposiciones 1642, 1644 son
idénticas y cada una incluye un respectivo brazo de frecuencia de
recepción 1642a, 1644a y un respectivo brazo de frecuencia de
transmisión 1642b, 1644b. El brazo de frecuencia de recepción de
cada disposición incluye un filtro de paso de banda (BPF, FRx) para
transmitir selectivamente frecuencias de recepción. El brazo de
frecuencia de transmisión de cada disposición incluye un filtro de
paso de banda (BPF, FTx) para transmitir selectivamente frecuencias
de transmisión. Es deseable también incluir un amplificador de bajo
ruido (LNA: low noise amplifier) en el brazo de frecuencia de
recepción 1642a, 1644a.
Haciendo referencia a la figura 16, las señales
de tono transmitidas a través de los brazos de frecuencia de
transmisión 1642b, 1644b son suministradas a la estación de base
1762 en puertos 752, 754 (mostrados también en la figura 12). La
figura 16 muestra la estación de base 1762 para cinco operadores
diferentes, aunque se muestran componentes de la estación de base
sólo para algunos de los operadores. Cuando la notación de la
figura 16 indica "/5", esto señala que están presentes cinco de
tales componentes (aunque no se muestran), y análogamente para
otros números (por ejemplo "/30" indica que hay 30 de tales
componentes).
Para el primer subgrupo 1500A^{+} de la antena
1502, y la respectiva línea portadora 720, se proporciona una
disposición de filtro única 1650a en la estación de base 1762 para
las señales de recepción, las cuales son entonces divididas por una
unidad divisora 1651 de cinco modos para suministrar a una
respectiva unidad de retardo variable 760b (es decir, equivalente a
la mostrada en la figura 12 y sólo una de las cuales se muestra
para uno de los operadores). Las señales de recepción para el otro
subgrupo 1500B, y la línea portadora respectiva 722, pasan a través
de una disposición de filtro 1650b a una segunda unidad de retardo
variable 762b (así mismo sólo una de las cuales se muestra para uno
de los operadores).
Las señales de recepción transmitidas de nuevo
por las líneas portadoras 720, 722 a la estación de base 1762 son
suministradas a través de la respectiva disposición de filtro 1650a,
1650b a un segundo Receptor de Medición de Vector (VMR) en la
unidad de control de antena o estación de base 1762 a través de
respectivos acopladores direccionales 1632, 1634. Cuando está en el
modo de recepción, las señales de tono que se originan del CTG 1612
y suministradas por las líneas portadoras 720, 722 siguen la misma
trayectoria de recepción que las señales de recepción. El Receptor
de Medición de Vector 1638 está bajo el control del Controlador 1646
de Calibración del sistema y es operable para seleccionar el par
apropiado de acopladores direccionales 1632, 1634 para un operador
seleccionado, mediante el cual se obtiene una muestra de la señal de
tono recibida para medición. Mediciones para el retardo entre las
señales de tono transmitidas a través de las líneas 720, 756 y a
través de las líneas 722, 758 (es decir, una "medición de
diferencia de fases de trayectoria de recepción") son obtenidas
por el VMR 1638, junto con información de intensidad de señal, y se
hacen regresar al SCC 1446. La diferencia medida en diferencia de
fases entre los pares portadores 720, 756 y 722 y 758 en el extremo
de antena y unidad combinadora de la trayectoria de recepción, se
usa para ajustar la diferencia de fases en la antena en una
cantidad necesaria para asegurar que el ángulo de inclinación
eléctrica requerido por un operador individual es el que se
consigue. Concretamente, el SCC 1646 ajusta el retardo variable
asociado con el operador seleccionado para conseguir el retardo
requerido, permitiendo cualesquiera discrepancias en la trayectoria
de recepción. Esta operación puede ser realizada para cada operador
por turnos, con tanta frecuencia como sea necesaria para mantener
el ajuste correcto de la antena.
Para la calibración de trayectoria de recepción
(es decir, la compensación de fase) es deseable que la señal de
tono seleccionada tenga una frecuencia en o cerca del borde del
canal de frecuencias de operador, pero, igualmente, la frecuencia
de la señal de tono puede ser seleccionada para que caigan dentro
del canal de frecuencias del operador. Típicamente, los canales de
trayectoria de recepción tienen una anchura de banda de 5 MHz, y la
señal de tono tiene preferiblemente una anchura de banda de 200
Hz.
Considerando a continuación la trayectoria de
transmisión, con referencia a la figura 16, la estación de base
1682 de la antena incluye también respectivas disposiciones de
filtro de transmisión 1652A, 1654A asociadas con las líneas de
alimentación 720, 722. Las disposiciones de filtro de transmisión
1652A, 1654A están dispuestas para filtrar señales de frecuencia de
transmisión para el operador A, pero impiden que pasen las señales
de frecuencia de recepción. Para cada uno de los operadores B y E,
están también previstas correspondientes disposiciones de filtro de
transmisión 1652B, 1652E y 1654B, 1654E para cada una de las líneas
portadoras 720, 722.
En esta realización particular de la invención,
los operadores C y D transmiten por los elementos de antena de
polarización negativa (1500A^{-} y 1500B^{-}), mientras que los
operadores A, B y E transmiten por los elementos de polarización
positiva (1500A^{+}, 1500B^{+}).
Como se ha descrito anteriormente para las
figuras 8 y 12, las señales de transmisión para cada una de los
tres operadores A, B y E son divididas por la unidad divisora 725a y
son suministradas a través de la respectiva unidad de retardo
variable 760a (A, B ó E) a las disposiciones de filtro 1652A, 1652B,
1652E, 1654A, 1654B, 1654E. Cada disposición de filtro está
configurada para dejar pasar señales dentro de una banda de
frecuencias del operador particular, y transmite las señales de
transmisión del operador seleccionado a las líneas portadoras 720,
722, respectivamente.
Para fines de calibración de trayectoria d
transmisión, el acoplador direccional 1630 de la antena 1502 (como
se muestra en la figura 15) extrae una pequeña porción de las
señales de frecuencia de transmisión de la línea portadora 720, 722
y suministra dos señales por las líneas 1656, 1658 al Receptor de
Medición de Vector (VMR) 1012 en la antena 1502. Para cada canal de
frecuencia de operador, el VMR 1012 mide la diferencia de fases
entre señales de transmisión suministradas por la línea de
alimentación 720 y las suministradas por la línea de alimentación
722 esencialmente a la frecuencia central de la anchura de banda de
señal de transmisión seleccionada, a la que se hace referencia como
la "medición de diferencia de fases de trayectoria de
transmisión". La anchura de banda de medición de diferencia de
fases de trayectoria de transmisión es preferiblemente seleccionada
para que sea esencialmente la misma que la anchura de banda de la
señal de transmisión para cada operador particular.
La medición de diferencia de fases de
trayectoria de transmisión calculada en la antena es realimentada al
ACC 1640, el cual comunica con el SCC 1646 (como se muestra en la
figura 16) en la estación de base 1762. La diferencia de fases
medida entre señales de transmisión en la antena se compara con la
diferencia de fases medida según se establece en la estación de
base 1762 por el SCC 1646 y se efectúa así un ajuste a la diferencia
de fases en la antena para asegurar que se consigue el ángulo de
inclinación eléctrica requerido para cada operador en el modo de
transmisión, a pesar de cualquier diferencia de diferencia de fases
entre los extremos de las trayectorias de transmisión.
El método de compensación de diferencia de fases
descrito con referencia a las figuras 15 y 16 es ventajoso por el
hecho de que permite determinar con exactitud el ángulo de
inclinación justificando diferencias d fases, tanto en modo de
transmisión como en modo de recepción independientemente, para cada
uno de los operadores A a E independientemente. Los métodos
permiten que todos los operadores transmitan y reciban
adjudicaciones a calibrar para fase diferencial entre las
trayectorias de transmisión y recepción, no sólo durante la
operación continua sino también para alineación de fabricación y
ensayo, inspección y mantenimiento. La operación de calibración o
compensación puede ser realizad para cada operador por turnos tan
frecuentemente como sea necesario para mantener el ajuste correcto
de la antena.
En la disposición de la figura 9, por ejemplo,
el ángulo de inclinación requerido sólo se consigue precisamente a
una frecuencia, como para otras frecuencias la diferencia de fases a
través de las líneas de alimentación 756, 758 será diferente y por
tanto la dirección en la que las fases se suman para dar una
ganancia máxima (el "visor") será diferente. En tales
sistemas, la diferencia de bases es no sólo diferente para distintas
frecuencias de transmisión (es decir, para diferentes operadores),
pero es diferente a través de las trayectorias de transmisión y
recepción para cada uno. Usando el sistema de las figuras 15 y 16,
el ángulo de inclinación eléctrica deseado puede ser conseguido
exactamente para cada operador y se puede asegurar que es el mismo
para ambos modos, de transmisión y recepción, si se requiere, ya que
es compensado cualquier efecto rediferencia de fases que se
presentara de otro modo entre las dos trayectorias. Además, si un
operador requiere que el ángulo de inclinación sea diferente en el
modo de transmisión del ángulo de inclinación en el modo de
recepción, el sistema puede proporcionarlo.
Como una alternativa a usar una señal de tono
para calibrar la trayectoria de recepción, puede ser generada una
señal de espectro extendido en el generador 1612. Se apreciará que
usando esta técnica, los acopladores direccionales 1632, 1634
acoplan la señal de calibración del espectro extendido de RF con
señales recibidas para medición en el VMR 1638 en la estación de
base 1762.
Con el fin de evitar proporcionar un oscilador
1612 en la antena 1502 en la parte superior del mástil de antena,
junto con los componentes de atenuación y de filtro, 1614, 1616,
1618, se puede proporcionar un convertidor de frecuencia para
permitir que una muestra de las señales de frecuencia de transmisión
(para cada operador) sea movida hacia la correspondiente
trayectoria de recepción. Midiendo el retardo entre las señales de
transmisión en la parte inferior de la trayectoria de recepción,
puede ser determinado el retardo diferencial alrededor de toda la
trayectoria de transmisión/recepción y se puede efectuar el ajuste
apropiado para cada canal de frecuencia de operador en el SCC 1646.
Con el fin de obtener una medición separada para la trayectoria de
transmisión solamente, la misma señal de transmisión puede ser
transferida ala trayectoria de recepción para cada canal de
operador, es decir, la señal de transmisión para un operador es
usada esencialmente como una señal de calibración para todos los
operadores. Comparando la medida de fase diferencial para la
trayectoria de recepción con la medida de fase diferencial para el
bucle de transmisión/recepción, se puede determinar la diferencia
de fases para la trayectoria de transmisión para cada operador.
Como una realización alternativa más, sólo se
precisa disponer un Receptor de Medición de Vector 1012, y este
está en la estación de base 1762. En este caso, el Oscilador del
Generador de Calibración (CGO: Calibration Generador Oscillator) de
la antena 1502 opera tanto a las frecuencias de transmisión como de
recepción, de manera que las frecuencias de transmisión son hechas
pasar de nuevo a través de las líneas portadoras 720, 722 para la
diferencia de fases que se ha de medir en la estación de base 1762.
El VMR 1012 de la estación de base 1762 tiene por tanto que
sintonizar con las frecuencias de transmisión, así como las
frecuencias de recepción. Es posible enviar las señales de
frecuencia de transmisión de nuevo por las líneas portadoras 720,
722 al VMR 1012 en la estación de base 1762 para fines de
compensación de base cuando la trayectoria de transmisión no
incluye amplificador u otros dispositivos activos que impidan el
paso inverso.
Se apreciará que la presente invención
proporciona un modo efectivo de permitir a múltiples operadores
utilizar un conjunto de antena de grupo en fase cuando el ángulo de
inclinación eléctrica del conjunto de antena pueda ser diferente
para cada operador y pueda ser ajustado a distancia e
independientemente por el operador. El ángulo de inclinación
eléctrica para cada operador puede ser también diferente en los
modos de transmisión y recepción, o ser hecho precisamente
igual.
Cuando los medios para controlar el ángulo de
inclinación eléctrica del conjunto de antena está situado a
suficiente distancia del conjunto de antena para dilatación o
contracción térmica diferencial de las líneas de alimentación, y
por tanto las variaciones en la fase de las señales en las líneas de
alimentación, ser un problema, la invención proporciona un método y
un aparato efectivos para compensar tales variaciones de fase de
modo que el ángulo de inclinación eléctrica en la entena es el mismo
ángulo de inclinación eléctrica requerido por cada operador.
Claims (25)
1. Un sistema de antena para usar en la
transmisión y/o recepción de la menos dos señales, en el cual una
primera de dichas señales es generada en una banda de frecuencias
de primer operador por un primer operador (1760A) y una segunda de
dichas señales es generado en una banda de frecuencia de segundo
operador por un segundo operador (1760B), comprendiendo el sistema
de antena:
un conjunto de antena (702) que tiene un ángulo
de inclinación eléctrica ajustable, y que incluye una pluralidad de
elementos de antena (E1-E12) para transmitir y/o
recibir dichas señales, en el que los elementos de antena están
montados en un portador de antena y están dispuestos en el menos
dos subgrupos (700A, 700B, 700C), incluyendo cada subgrupo uno o
más de dichos elementos,
medios de control (750) para controlar
eléctricamente la fase de señales transmitidas y/o recibidas por
dicho conjunto de antena, para controlar con ello el ángulo de
inclinación eléctrica de dicho conjunto de antena; y
medios combinadores (730, 740) para hacer
posible que dicho conjunto de antena transmita y/o reciba
esencialmente de manera simultánea una primera de dichas señales a
un primer ángulo de inclinación eléctrica y una segunda de dichas
señales a un segundo ángulo de inclinación eléctrica, estando los
medios combinadores (730, 740) dispuestos para combinar y/o dividir
señales transmitidas y/o recibidas por dicho conjunto de antena y
hacer posible con ello que las señales asociadas con diferentes
ángulos de inclinación eléctrica pasen a través de elementos de
antena compartidos (E1-E12).
2. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 1, que incluye primera y segunda líneas de
alimentación (756, 758) para suministrar primera y segunda señales
de una primera polarización hacia y desde el conjunto de antena
(702).
3. Un sistema de antena según la reivindicación
2, que incluye además tercera y cuarta líneas de alimentación
(1756, 1758) para suministrar tercera y cuarta señales de una
segunda polarización, de signo opuesto a la primera polarización,
hacia y desde el conjunto de antena (702).
4. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 2 o la 3, que incluye no más de cuatro líneas de
alimentación para suministrar señales hacia y desde el conjunto de
antena (702).
5. Un sistema de antena de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dichos medios de
control (750) están dispuestos para controlar eléctricamente la
fase de señales suministradas al menos a uno de dichos subgrupos
(700A, 700B, 700C) desde un lugar distante de dicho conjunto de
antena (702), para controlar así el ángulo de inclinación eléctrica
de dicho conjunto de antena.
6. Un sistema de antena de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que dichos medios de
control comprenden una pluralidad de unidades de control de fase
diferencial (750a, 750b), estando cada unidad de control de fase
diferencial asociada con uno respectivo de dichos operadores (1760A,
1760E) de dicho sistema de
antena.
antena.
7. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 6, en el que cada una de dichas unidades de control
de fase diferencial comprende primera y segunda subunidades de
control de fase diferencial (760a, 760b, 762a, 762b), estando
dichas primeras subunidades de control de fase diferencial (760a,
760b) dispuestas para controlar eléctricamente la fase de señales
aplicadas a ellas para transmisión por dicho conjunto de antena y
estando dichas segundas subunidades de control de fase diferencial
(762a, 762b) dispuestas para controlar eléctricamente la fase de
señales suministradas a ellas, habiendo sido recibidas dichas
señales por dicho conjunto de antena (702).
8. Un sistema de antena de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que los medios
combinadores incluyen primera y segunda unidades combinadoras (730,
740), incluyendo cada unidad combinadora una respectiva red
combinadora de transmisión (734, 744) y una respectiva red divisora
de recepción (736, 746), teniendo dicha red combinadora de
transmisión una pluralidad de entrada para conexión a medios
transmisores de una correspondiente pluralidad de operadores de
dicho sistema de antena, estando dicha red combinadora de
transmisión dispuesta para multiplexar señales aplicadas a dichas
entradas por dichos medios transmisores, para dar salida con ello a
una señal multiplexada única.
9. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que la red combinadora de transmisión (200,
744, 734) incluye un primer multiplexador de transmisión (222ABE)
dispuesto para recibir al menos dos señales, cada una desde un
transmisor respectivo asociado (224A, 224B, 224C), y un segundo
multiplexador de transmisión (222CD) dispuesto para recibir al
menos dos señales, cada una desde un transmisor respectivo asociado
(224C, 224D), en el que cada uno de los multiplexadores de
transmisión primero y segundo está provisto de una disposición de
filtro de paso de banda (226A-E) para filtrar
señales recibidas desde uno primero de los transmisores respectivos
asociados con una banda de paso separada por una banda de detención
desde una banda de paso del o de cada uno de los transmisores
respectivos asociados.
10. Un conjunto de antena de acuerdo con la
reivindicación 8 o la 9, en el que dicha red divisora de recepción
(736, 746) tiene una pluralidad de salidas para conexión a medios
receptores de una pluralidad correspondiente de operadores de dicho
sistema de antena, estando dicha red divisora de recepción dispuesta
para dividir una señal de recepción recibida por dicho conjunto de
antena, con lo que se aplica dicha señal recibida a cada uno de
dichos medios receptores.
11. Un sistema de antena de acuerdo con
cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, en el que los medios
combinadores (730, 740) están dispuestos para generar señales de
salida ajustadas en fase simultáneamente para cada uno de una
pluralidad de operadores (1760A-1760E),comprendiendo
además el sistema de antena una disposición divisora
(716A-H) para recibir dichas señales de salida
ajustada en fase y para dividir y distribuir dichas señales de
salida ajustadas en fase a los elementos (E1-En) del
conjunto de antena.
12. Un sistema de antena según la
reivindicación 11, en el que la disposición divisora
(716A-H) está dispuesta para distribuir intensidad
de señal de dichas señales ajustadas en fase en una distribución
esencialmente uniforme.
13. Un sistema de antena según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 12, que comprende además medios (900) de
compensación de fase para asegurar que la diferencia de fases
aplicada a las señales en las líneas de alimentación (756, 758,
1756, 1758) permanezca esencialmente constante entre dichos medios
de control (750) y dicho conjunto de antena (702).
14. Un sistema de antena según la reivindicación
13, en el que los medios de compensación de fase incluyen conjuntos
mezcladores primero y segundo (902, 904) dispuestos en extremos
opuestos de las líneas de alimentación primera y segunda (756, 758,
1756, 1758).
15. Un sistema de antena según la reivindicación
13, en el que los medios de compensación de fase (1010, 1014) están
dispuestos para asegurar, para una pluralidad de bandas de
frecuencias de operador, una medición de diferencia de fases de
trayectoria de transmisión derivada de la diferencia de diferencia
de fases entre señales suministradas a los elementos de antena
(E1-En) a lo largo de una trayectoria de
transmisión, y que incluye medios de realimentación (960, 962;
1018, 1016) para realimentar dichas mediciones de deferencia de
fases de trayectoria de transmisión a los medios de control (750),
y en el que dichos medios de control incluyen medios para ajustar
la fase de señales suministradas a las líneas de alimentación
primera y segunda (756, 758) para cada una de dichas bandas de
frecuencia de operador tras la respectiva medición de deferencia de
fases de trayectoria de transmisión, para permitir con ello
compensar diferencias en dicha diferencia de fases en distintas
bandas de frecuencia de operador.
16. Un sistema de antena según la reivindicación
15, en el que la trayectoria de transmisión incluye las líneas de
alimentación primera y segunda (756, 758) para suministrar señales
de transmisión desde los medios combinadores (150) al conjunto de
antena, y proporcionando respectivas líneas portadoras primera y
segunda (720, 722), que forman parte del conjunto de antena, unos
medios de conexión entre las líneas de alimentación primera y
segunda (756, 758) y los elementos de antena
(E1-En).
17. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 15 o la 16, que comprende un Módulo de Receptor de
Medición de Vector (1010) en el conjunto de antena (702) que tiene
medios (1020, 1022) para extraer una porción de dichas señales
suministradas a los elementos de antena (E1-En) y
medios (1028, 1030) para combinar dicha porción extraída con una
señal de oscilador que tiene una frecuencia dependiente de la banda
de frecuencias de operador seleccionada, con lo que se determina la
medición de diferencia de fases de trayectoria de transmisión para
cada banda de frecuencia de operador.
18. Un sistema de antena según la reivindicación
17, en el que el Módulo de Receptor de Medición de Vector (1010)
incluye primera y segunda unidades comparadoras de fase (1036, 1038)
para hacer posible obtener mediciones de diferencia de fases en
fase y en cuadratura, para determinar con ello una medición no
ambigua de la diferencia de fases.
19. Un sistema de antena según cualquiera de las
reivindicaciones 13 a 18, en el que los medios de compensación de
fase (1010, 1014) están dispuestos para medir, para una pluralidad
de bandas de frecuencias de operador, una medición de diferencia de
fases de trayectoria de recepción derivada de la diferencia en
diferencia de fases entre señales recibidas en los elementos de
antena (E1-En) y transmitidas a lo largo de una
trayectoria de recepción a los medios de control (750), y medios de
realiment4ación (960, 962; 1018, 1016) para realimentar dichas
mediciones de diferencia de fases de trayectoria de recepción a los
medios de control (750), y en el que dichos medios de control
incluyen medios para ajustar la fase de señales suministradas a las
líneas de alimentación primera y segunda (756, 758) para cada una
de dichas bandas de frecuencia de operador con dependencia de la
respectiva medición de diferencia de fases de trayectoria de
recepción, para permitir por ello compensar diferencias en dicha
diferencia de fases en distintas bandas de frecuencia de
operador.
20. Un sistema de antena según la reivindicación
19, en el que el conjunto de antena incluye medios osciladores
(1610) para generar una señal de calibración de trayectoria de
recepción que es suministrada a través de la trayectoria de
recepción para la finalidad de determinar la medición de diferencia
de fases de trayectoria de recepción en adición a la medición de
diferencia de fases de trayectoria de transmisión.
21. Un sistema de antena según la reivindicación
20, en el que la trayectoria de recepción incluye primera y segunda
líneas de alimentación (756, 758) y primera y segunda líneas
portadoras (720, 722) de la trayectoria de transmisión.
22. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 20 o la 21, en el que los medios osciladores
consisten en un generador de tono (1612) para generar una señal de
tono que ha de ser suministrada a través de la trayectoria de
recepción.
23. Un sistema de antena de acuerdo con la
reivindicación 22, en la que, para una banda de frecuencia de
operador seleccionada, la señal de tono tiene una frecuencia
intermedia entre bandas de frecuencia de operador adyacentes, en el
que una de las bandas de frecuencia de operador adyacentes es la
banda de frecuencias de operador seleccionada.
24. Un sistema de antena según la reivindicación
22, en el que, para una banda de frecuencias de operador
seleccionada, la señal de tono cae dentro de la banda de
frecuencias de operador seleccionada.
25. Un sistema de antena según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 24, en el que los medios osciladores (1610)
están dispuestos para transmitir una señal de calibración de
trayectoria de recepción en una anchura de banda de alrededor de
200 Hz.
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