ES2294290T3 - Instalacion de calibrado para un conjunto de antenas y procedimiento para su calibrado. - Google Patents
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Abstract
Conjunto de antenas con un dispositivo de calibración, comprendiendo el conjunto de antenas varias columnas (7), en las que están previstos en cada caso varios emisores (3, 3¿), con las siguientes características - los varios emisores (3, 3¿) están dispuestos en cada caso en varias columnas (7) unos sobre otros, - el conjunto de antenas comprende dispositivos (111) de acoplamiento o sondas (11), - está prevista además una red (27, 27¿, 27¿) de combinación, a través de la que están conectados los dispositivos (111) de acoplamiento previstos o las sondas (11), previstos, - los varios emisores (3, 3¿) están dispuestos antes aguas arriba de un reflector (5), y - las entradas (15) de columna para un los emisores (3, 3¿) dispuestos en una columna (7) respectiva están conectadas o a través de una red (17) de conformación del haz o directamente con líneas (23) de alimentación, caracterizado por las siguientes características adicionales: - en caso de N emisores (3, 3¿) en total previstos para una columna (7), siendo N un número natural >= 4, están previstos únicamente N/2 o menos dispositivos (111) de acoplamiento y/o sondas (11), - el número previsto de dispositivos (111) de acoplamiento o sondas (11) está asociado sólo a una parte de los emisores (3, 3¿), - los dispositivos (111) de acoplamiento o las sondas (11) están conectadas a través de líneas de señales con un combinador (27, 27¿), cuya salida está conectada a través de una línea (29) con una conexión (S) para la evaluación, y - el dispositivo de calibración comprende además reguladores (37) de fase, que están conectados aguas arriba de las entradas de la red (17) de conformación de haz.
Description
Instalación de calibrado para un conjunto de
antenas y procedimiento para su calibrado.
La invención se refiere a un conjunto de antenas
según la reivindicación 1 así como a un procedimiento
correspondiente para su calibración según la reivindicación 13.
El conjunto de antenas está especialmente
destinado para la técnica de radiotelefonía móvil, especialmente
para estaciones base en la transmisión por radiotelefonía móvil.
Un conjunto de antenas comprende habitualmente
varios emisores primarios, si bien al menos dos emisores dispuestos
uno al lado de otro y uno sobre otro, de manera que se produce una
disposición del conjunto de antenas bidimensional. Estos conjuntos
de antenas conocidos también por el concepto "antenas
inteligentes" ("smart") se utilizan por ejemplo también en
el campo militar para el seguimiento de objetivos (radar). En estas
aplicaciones se habla también a menudo de antenas "de elementos
en fase". Sin embargo, estas antenas se utilizan últimamente
ampliamente también en la radiotelefonía móvil, especialmente en las
gamas de frecuencia de 800 MHz a 1000 MHz o de 1700 MHz a 2200
MHz.
Mediante el desarrollo de nuevos sistemas de
emisores primarios es posible ahora la construcción de conjuntos de
antenas de polarización dual, especialmente con una orientación de
la polarización de +45º o -45º con respecto a la horizontal o la
vertical.
Este tipo de conjuntos de antenas,
independientemente de si comprenden básicamente emisores de
polarización dual o solamente de polarización sencilla, pueden
utilizarse para la determinación de la dirección de la señal
entrante. Al mismo tiempo, sin embargo, mediante una sintonización
correspondiente de la posición de fase de las señales de emisión
alimentadas en las columnas individuales, también puede modificarse
la dirección de radiación, es decir, se produce una conformación
del haz selectiva.
Esta orientación de la dirección de emisión de
la antena puede realizarse asimismo mediante un barrido del haz
electrónico, es decir, que las posiciones de fase de las señales
individuales se ajustan mediante un procesamiento de señales
adecuado. También son posibles redes de conformación de haz pasivas
dimensionadas de manera adecuada. También se conoce la utilización
de desfasadores activos o que pueden activarse mediante señales de
control en estas redes de alimentación para la modificación de la
dirección de radiación. Una red de conformación de haz de este tipo
puede consistir, por ejemplo, en una denominada matriz de Butler,
que presenta por ejemplo cuatro entradas y cuatro salidas. La red
genera, en función de la entrada conmutada, otra relación de fases,
aunque fija, entre los emisores en las filas de dipolos
individuales. Una estructura de antena de este tipo con una matriz
de Butler se dio a conocer por ejemplo por el documento US
6.351.243.
En todas las disposiciones realizadas para la
conformación de haz existe sin embargo el problema de que la
posición de fase de las señales individuales alimentadas en los
emisores primarios individuales depende de la longitud de los
cables de conexión. Puesto que éstos pueden ser a menudo
relativamente largos, especialmente en emplazamientos expuestos, es
necesaria una calibración de la posición de fase de la antena
incluyendo los cables de conexión. En la calibración también se
incluyen igualmente, por supuesto, componentes electrónicos activos
en las líneas de alimentación individuales, como por ejemplo
amplificadores de emisión o recepción.
Precisamente en el caso de este tipo de
componentes electrónicos a menudo es necesaria una calibración a
través de tolerancias constructivas y dependencias de temperatura
del retardo de conjunto.
Un problema especial consiste en la utilización
de matrices de Butler conectadas aguas arriba para la conformación
de la dirección. En este caso, una calibración se complica
verdaderamente, porque la posición de fase aguas abajo de la matriz
de Butler no es uniforme y también normalmente varios emisores
primarios de la antena obtienen una parte de la señal.
No se conocen procedimientos de calibración
correspondientes para un ajuste optimizado de manera correspondiente
de una posición de fase deseada para los elementos emisores
individuales, especialmente en lo que respecta a antenas de
polarización dual.
Únicamente se conocen procedimientos en los que
se equipan elementos individuales de un conjunto de antenas
insertadas verticalmente con sondas situadas respectivamente en los
dipolos. Estas antenas se utilizan por ejemplo en radios de
aeronaves. Las sondas empleadas en este caso sirven para comprobar
que cada dipolo obtiene una potencia correspondiente. Mediante la
interconexión en una salida se detecta y se mide por tanto el nivel
total. En caso de que un dipolo obtenga potencia insuficiente, este
fallo se detecta por tanto rápidamente porque varía entonces el
nivel total. Debido a que todos los emisores primarios están
interconectados mediante una red de alimentación común, la posición
de fase o el retardo entre la salida de la sonda (salida del monitor
en antenas de radio de aeronaves) y la entrada de la antena
únicamente desempeña un papel secundario.
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Dicho con otras palabras, con una disposición de
este tipo es posible, en última instancia, una detección de la
potencia. Una evaluación diferenciada de la fase de los emisores
primarios individuales no es posible ni es necesaria con este tipo
de sistemas, ya que se trata únicamente de una disposición de
conjuntos conectados de forma rígida y fija unos con otros, que no
presenta ninguna variación de giro o conmutación de la dirección
del haz principal.
En el documento US 5.644.316 se muestra un
dispositivo de ajuste de fase activo para una antena, en el que
está previsto situado aguas arriba del conjunto de antenas un
dispositivo de acoplamiento. Aguas abajo del dispositivo de
acoplamiento están dispuestas N trayectorias de transmisión
conectadas en paralelo, que comprenden en cada caso un dispositivo
de ajuste de fase y amplitud, mediante el cual se activa en el lado
de salida un elemento emisor correspondiente a una trayectoria en
cuestión. Para realizar una calibración correspondiente se miden
las trayectorias individuales una tras otra, para lo cual se asocia
en cada caso una sonda prevista en el lado de salida a un elemento
emisor en cuestión. La señal de emisión suministrada a través de la
trayectoria en cuestión al elemento emisor se capta a través de la
sonda y se suministra también a un dispositivo de evaluación.
Mediante la evaluación de la señal de emisión derivada en el lado de
salida en comparación con la señal de emisión obtenida a través de
la sonda puede activarse entonces de manera correspondiente, a
través de la trayectoria medida en cada caso, el dispositivo de
ajuste de fase y amplitud previsto allí. El dispositivo de
calibración requiere por tanto que las sondas se desplacen una tras
otra hacia cada emisor del conjunto de antenas, para captar las
señales enviadas por el emisor en cuestión, para además efectuar en
última instancia la trayectoria de transmisión situada aguas arriba
de los emisores individuales. Además en esta publicación anterior no
se describe una solución detallada sobre cómo han de disponerse las
sondas en relación a los emisores. Especialmente, según la
representación esquemática, en el caso de utilizar sólo una sonda,
al menos en el caso de conjuntos con más de dos columnas, no puede
producirse ningún acoplamiento simétrico con respecto a la posición
de fase así como la amplitud al menos en el campo cercano de las
antenas.
Por el documento 6.046.697 se ha dado a conocer
un dispositivo de calibración comparable a este respecto. También
en el caso de este dispositivo se suministra preferiblemente una
señal especial a través de las rutas de señal individuales a un
emisor asociado a las rutas de señal individuales para captar a
través de una sonda colocada en el campo cercano del elemento
emisor una señal de posición de fase. De esta manera puede activarse
en el lado de entrada un dispositivo de control de fase mediante el
que se suministra la señal al elemento emisor en cuestión. En lugar
de un dispositivo de sonda posicionable de manera diferente también
pueden estar previstos dispositivos de acoplamiento que están
asociados entonces a cada elemento emisor individual. A través del
dispositivo de conexión pueden conectarse y desconectarse los
dispositivos de acoplamiento uno tras otro.
Finalmente, por el documento DE 198 06 914 C2 se
ha dado a conocer también un procedimiento y un dispositivo para la
calibración de una antena de grupo. También en el caso de este
ejemplo de realización a cada elemento de antena está asociado un
dispositivo de acoplamiento direccional, mediante el que puede
desacoplarse una señal de la trayectoria de señales en cuestión en
cada caso. Para la calibración se envían una tras otra, en cada
caso, señales de prueba a un emisor de antena individual y, a través
del acoplador direccional, se desacopla un valor de señal. Aguas
abajo de los acopladores direccionales hay un divisor de potencia.
La señal suministrada en el procedimiento de calibración a un
emisor individual se desacopla por tanto a través del acoplador
direccional en cuestión y, a través del divisor de potencia, se
dirige a su puerta central. En esta puerta central está conectado
un terminal de reflexión. La parte de señal de emisión se refleja en
esta sección de reflexión y se divide en señales secundarias de
igual amplitud y fase en las puertas de derivación, habiendo tantas
puertas de derivación como trayectorias de emisión o recepción. Las
señales secundarias individuales derivadas de la señal de emisión
se acoplan ahora a través de los acopladores direccionales en las
trayectorias de recepción individuales. Las señales secundarias
situadas en las salidas de las trayectorias de recepción, recibidas
por la red de conformación de radiación se evalúan por un
dispositivo de control. De este modo puede determinarse para cada
trayectoria individual que conduce a uno de los emisores de antena
un factor de transmisión total, con lo cual puede efectuarse una
ponderación y por tanto, en última instancia, un ajuste de fase.
También en este caso el esfuerzo total es
considerable porque a cada columna de antena debe estar asociado un
dispositivo de acoplamiento direccional. Es necesario en este caso
un dispositivo de acoplamiento porque, a través del mismo, tal como
se ha mencionado, en cada trayectoria de emisión individual, por un
lado, debe enmascararse una señal secundaria y, por otro lado, una
señal secundaria que llega a través del dispositivo de reflexión y
del divisor de potencia debe acoplarse de nuevo en cada trayectoria
individual a través del acoplador direccional previsto, para
realizar la evaluación correspondiente.
Un dispositivo de calibración de tipo genérico
se ha dado a conocer también por el documento WO 01/58047. El
conjunto de antenas comprende una pluralidad de emisores, que se
alimentan mediante cables de alimentación. A cada emisor está
asociado un dispositivo sensor que podría entenderse como receptor
digital. Cada uno de estos receptores digitales genera una señal
I/Q de banda base compleja. Las señales de salida de estos
receptores digitales se suministran a una unidad de procesamiento
de señales digital donde se suman. De esta manera se obtiene una
señal resultante que se convierte en una señal de corriente
continua. Esta señal de corriente continua se vuelve máxima cuando
todas las señales recogidas mediante los receptores digitales
individuales presentan la misma fase. Sobre esta base es posible
conseguir, localizando una señal de corriente continua máxima, una
afirmación indirecta a través de una posición de fase igual.
Un procedimiento para la calibración de cargas
útiles de satélites con matrices híbridas se ha dado a conocer por
ejemplo también por el documento EP 0 812 027 A2. La publicación
anterior describe una red de conformación del haz con al menos una
conexión de entrada, que se forma sobre conexiones de salida
seleccionadas, proporcionando la red de conformación del haz un
desplazamiento de amplitud y de fase adecuado entre la al menos una
conexión de entrada y las conexiones de salida. En este sentido
está prevista además una matriz híbrida con un número
preestablecido de entradas y un número correspondiente de salidas.
Además, la disposición comprende una pluralidad de elementos
emisores de alimentación, estando cada uno de estos elementos
emisores de alimentación unido con una de las salidas respectiva de
la al menos una matriz híbrida. Además está prevista una antena de
recepción de calibración que reacciona a la energía irradiada por
los elementos emisores de alimentación para generar un segundo
barrido de calibración. El sistema de calibración tiene a este
respecto un número de entradas que corresponde al número de
circuitos de matriz híbrida, estando cada circuito de matriz híbrida
unido a través de una salida con una entrada del sistema de
calibración. En otra variante de realización, en lugar de la antena
de recepción de calibración también puede emplearse un acoplador de
valor de barrido que está dispuesto entre la salida de la matriz
híbrida y un elemento emisor de alimentación correspondiente. En
este sistema se requiere sin embargo en cualquier caso que al menos
una salida en cada matriz híbrida no deba estar unida con un
elemento emisor aguas abajo sino con una entrada separada de un
sistema de calibración. Para efectuar según este estado de la
técnica conocido previamente una calibración, se genera una señal en
un único puerto de salida de la red (es decir aguas arriba de un
amplificador y una matriz híbrida) para después medir detrás de una
respectiva matriz híbrida en una salida la señal de llegada. La
comparación entre la señal alimentada y la señal medida detrás de
la matriz híbrida permite la calibración del amplificador en la
ramificación en cuestión. Este modo de proceder debe repetirse para
cada salida de la red para calibrar de este modo todos los
amplificadores. La única antena de calibración prevista según este
estado de la técnica previamente conocido no sirve para una
calibración de fase, sino únicamente para la calibración de
potencia. Con este fin, se mide también solamente una componente de
potencia a través de la antena de calibración, pero no una fase. Sin
embargo, para medir la instalación global debe irradiarse en este
caso una señal de potencia en cada caso a través de un elemento de
antena y medirse mediante la antena de calibración. Esta operación
debe repetirse para todas las antenas.
El objetivo de la presente invención es, por
consiguiente, crear un conjunto de antenas con un dispositivo de
calibración así como un procedimiento correspondiente para la
calibración del conjunto de antenas, debiendo estar configurado el
dispositivo de calibración de manera sencilla así como el
procedimiento de calibración y debiendo presentar ventajas sin
embargo con respecto al estado de la técnica. En este sentido, en el
marco de la invención debe ser posible, con ayuda de los resultados
de medición, determinar una relación de fases con respecto a todos
los elementos emisores. El dispositivo de calibración según la
invención debe ser preferiblemente en este caso un dispositivo de
calibración para un conjunto de antenas de polarización dual.
El objetivo se resuelve, con respecto al
conjunto de antenas, según las características indicadas en la
reivindicación 1 y con respecto al procedimiento de calibración, en
referencia a las características indicadas en la reivindicación 13.
Las configuraciones ventajosas de la invención se indican en las
reivindicaciones dependientes.
El conjunto de antenas según la invención con el
dispositivo de calibración correspondiente así como el procedimiento
según la invención para el dispositivo de calibración de un
conjunto de antenas se caracteriza por numerosas simplificaciones
que resultan absolutamente sorprendentes.
Resulta sorprendente que, según la invención,
sea posible ahora prever, para cada columna respectiva de un
conjunto de antenas con varios emisores o dispositivos emisores
dispuestos unos sobre otros, menos sondas o dispositivos de
acoplamiento que los que están previstos en la columna en cuestión
del conjunto de antenas en los emisores dispuestos unos sobre
otros. Con N emisores o dispositivos de acoplamiento dispuestos unos
sobre otros es posible según la invención sin problemas emplear
únicamente N/2 o menos dispositivos de acoplamiento y/o sondas por
columna.
Sin embargo resulta aún más sorprendente que se
haya demostrado según la invención que, por columna, también en el
caso de N emisores dispuestos unos sobre otros, es necesaria sólo
una única sonda fija, a través de la cual pueden medirse ambas
polarizaciones. En el caso de utilizar un dispositivo de
acoplamiento por ejemplo en forma de un acoplador direccional, se
utilizan preferiblemente para un emisor de polarización dual dos
dispositivos de acoplamiento, es decir, un dispositivo de
acoplamiento para cada polarización.
Finalmente es posible incluso según la
invención, para un conjunto de antenas con, por ejemplo, cuatro
columnas, prever sólo dos sondas fijas (o dos dispositivos de
acoplamiento fijos en el caso de un conjunto de antenas de
polarización sencilla o por ejemplo dos pares de dispositivos de
acoplamiento fijos en el caso de un conjunto de antenas de
polarización dual), que se disponen preferiblemente simétricamente
con respecto al plano de simetría central vertical. Por tanto puede
estar prevista, por ejemplo, para cada dos columnas más exteriores
una sonda (o en cada caso un dispositivo de acoplamiento en el caso
de un conjunto de antenas de polarización sencilla o en cada caso
un par de dispositivos de acoplamiento en el caso de un conjunto de
antenas de polarización dual) o, por ejemplo, para cada dos
columnas centrales una sonda (o de nuevo de manera correspondiente
el dispositivo de acoplamiento).
Finalmente es posible incluso en el caso de una
red de conformación del haz, preferiblemente en forma de una matriz
de Butler, utilizar únicamente una sonda fija, aunque
preferiblemente al menos dos, que están asociadas en cada caso a un
elemento emisor en una columna diferente del conjunto de antenas.
Mediante los resultados obtenidos de esta manera puede
determinarse, en última instancia, una relación de fases con
respecto a todos los elementos emisores. Esto es posible, en última
instancia, porque, por parte del fabricante, los emisores
individuales, cuya disposición así como la longitud de los cables de
alimentación de un punto de conexión en el lado de entrada hasta
los emisores, están medidos y sintonizados de tal manera que todos
los elementos emisores, también en el caso de utilizar una red de
conformación del haz, por ejemplo de tipo matriz de Butler, emiten
uno respecto a otro en una relación de fase predeterminada de manera
fija. Si aparecen desplazamientos de fase a través de redes de
conformación del haz conectadas aguas arriba o a través de
diferentes longitudes de cable conectadas aguas arriba, entonces
los desplazamientos de fase originados de este modo repercuten en
todos los emisores de manera que, en última instancia, incluso a
través de sólo una única sonda fija o, posiblemente, a través de
sólo un único dispositivo de acoplamiento asociado a un emisor,
puede detectarse un desplazamiento de la posición de fase. Esto se
aplica incluso cuando, con respecto a la pluralidad de emisores del
conjunto de antenas, está previsto o ajustado previamente un ángulo
de inclinación descendente.
La toma de las señales de prueba para la
operación de calibración se realiza preferiblemente no a través de
dispositivos de acoplamiento, es decir especialmente no a través de
acopladores direccionales, sino a través de sondas, que pueden
estar previstas en el campo cercano. En este sentido se ha
demostrado como especialmente favorable que, también en el caso de
emisores de polarización dual, para ambas polarizaciones sólo sea
necesaria una única sonda. Las sondas pueden disponerse
directamente en la chapa del reflector de un conjunto de antenas de
forma permanente de tal manera, que la altura de extensión vertical
medida con respecto al plano de la chapa del reflector es inferior
a la posición y disposición de los elementos emisores, por ejemplo
las estructuras de dipolos para los elementos emisores. Igualmente,
el dispositivo de calibración según la invención, es decir el
conjunto de antenas según la invención, también puede estar
construido a partir de emisores de parche o a partir de
combinaciones de emisores de parche con estructuras de dipolos.
En una forma de realización preferida de la
invención, por ejemplo el reducido número de sondas previsto para
cada columna del conjunto de antenas o la única sonda prevista por
ejemplo sólo para algunas columnas, está dispuesta preferiblemente
en el emisor superior o el inferior o en la estructura de emisor de
dipolo superior o inferior. Lo mismo se aplica cuando, en lugar de
las sondas se utilizan dispositivos de acoplamiento.
Preferiblemente, las sondas están dispuestas en un plano vertical
perpendicular al plano del reflector, que discurre simétricamente a
través de la estructura de emisores de polarización dual. Sin
embargo también es posible básicamente una desalineación
lateral.
Las preferiblemente al menos dos sondas
capacitivas o inductivas o los dispositivos de acoplamiento
empleados en su caso se conectan fijamente entre sí mediante una
red de combinación. Esta red de combinación está construida
preferiblemente de tal manera que el retardo de grupo desde la
entrada de la columna respectiva hasta la salida de la red de
combinación es aproximadamente igual para todas las entradas de
antena (al menos en relación a una polarización en antenas de
polarización dual) y a través de toda la gama de frecuencias
operativa.
Finalmente, puede lograrse una mejora adicional
también al incluir la red de combinación componentes que sufren
pérdidas. Puesto que estos componentes contribuyen a una reducción
de las resonancias.
La solución según la invención es adecuada para
la calibración de un conjunto de antenas en el que normalmente se
activan los emisores y grupos de emisores dispuestos en las columnas
individuales en cada caso a través de una entrada propia. A partir
de ahí puede realizarse mediante el dispositivo de calibración según
la invención una calibración de fase correspondiente, para obtener
una conformación del haz deseada. En este sentido puede realizarse
también conjuntamente un giro de la dirección del haz principal
sobre todo en la dirección del azimut (aunque naturalmente también
en la dirección de elevación). El conjunto de antenas según la
invención y el dispositivo de calibración según la invención pueden
utilizarse sin embargo también del mismo modo cuando al conjunto de
antenas está conectada aguas arriba también una red de conformación
del haz, por ejemplo en forma de una matriz de Butler.
La posición de fase de la transmisión desde la
entrada de las columnas individuales o las entradas de antena es,
ciertamente, preferiblemente igual, aunque en la práctica la
posición de fase (o el retardo de grupo) presenta con respecto a la
posición de fase ideal desviaciones más o menos fuertes
condicionadas por las tolerancias. La posición de fase ideal viene
dada porque la fase para todas las trayectorias es idéntica y,
concretamente también en relación a la conformación del haz. Las
desviaciones condicionadas por las tolerancias de manera más o
menos fuerte se originan de forma aditiva como desfase o también en
función de la frecuencia mediante diferentes características de
frecuencia. Según la invención se propone en este caso medir las
desviaciones por todas las trayectorias de transmisión
preferiblemente en el recorrido desde la entrada del conjunto de
antenas o la red de conformación del haz hasta la salida de las
sondas o entrada hasta las salidas de las sondas y preferiblemente
por todas las gamas de frecuencias operativas (por ejemplo en el
caso de la producción de la antena). En el caso de utilizar
dispositivos de acoplamiento, las trayectorias de transmisión se
miden preferiblemente en el recorrido desde la entrada del conjunto
de antenas o red de conformación del haz hasta la salida de
acoplamiento o salidas de acoplamiento. Estos datos determinados
pueden almacenarse entonces en un registro de datos. Estos datos
almacenados en una forma adecuada, por ejemplo en un registro de
datos, pueden ponerse entonces a disposición de un dispositivo de
emisión o de la estación base para tenerse en cuenta entonces para
la generación electrónica de la posición de fase de las señales
individuales. Se ha demostrado como especialmente ventajoso, por
ejemplo, asignar estos datos o el registro de datos mencionado con
los datos correspondientes a un número de serie de la antena.
La invención se explicará a continuación más
detalladamente con ayuda de ejemplos de realización. Muestran en
cada caso:
la figura 1: una vista desde arriba esquemática
de un conjunto de antenas con un dispositivo de calibración
previsto según la invención, que en el ejemplo de realización
mostrado comprende sondas;
la figura 2: una representación en sección
transversal vertical a modo de recorte esquemática a lo largo de un
plano vertical a través de una columna del conjunto de antenas
mostrado en la figura 1;
la figura 3: una representación de cuatro
diagramas horizontales típicos que se generan mediante una antena
de grupo con ayuda de una matriz de Butler 4/4 (es decir una matriz
de Butler con cuatro entradas y cuatro salidas);
la figura 4: un primer ejemplo de realización
con una reproducción detallada de un dispositivo de calibración
según la invención empleando sondas;
la figura 5: un dispositivo de calibración
modificado con respecto a la figura 4 con una red de combinación
empleando dispositivos de acoplamiento en lugar de sondas;
la figura 6: un ejemplo de realización ampliado
con respecto a la figura 5 empleando dispositivos de acoplamiento
para un conjunto de antenas de polarización dual; y
la figura 7: un diagrama para la derivación de
las relaciones de fase de los emisores individuales dispuestos en
columnas diferentes.
En la figura 1 se muestra, en una vista desde
arriba esquemática, un conjunto 1 de antenas que comprende, por
ejemplo, una pluralidad de emisores o elementos 3 emisores de
polarización dual que están dispuestos delante de un reflector
5.
En el ejemplo de realización mostrado, el
conjunto de antenas muestra columnas 7 que están dispuestas en
vertical, estando dispuestos en cada columna, en el ejemplo de
realización mostrado, cuatro emisores o grupos 3 de emisores unos
sobre otros.
En total, en el conjunto de antenas según la
figura 1 y 2, están previstas cuatro columnas 7 en las que están
colocados cuatro emisores o grupos 3 de emisores en cada caso. Los
emisores o grupos 3 de emisores individuales no tienen que estar
dispuestos obligatoriamente a la misma altura en las columnas
individuales. Los emisores o grupos 3 de emisores también pueden
estar dispuestos desplazados, unos respecto a otros, en cada caso
por ejemplo en dos columnas 7 adyacentes a mitad de altura vertical
entre dos emisores adyacentes.
En el ejemplo de realización mostrado, para la
columna situada más a la izquierda y más a la derecha en cada caso,
por ejemplo al emisor 3 de polarización dual dispuesto más bajo en
cada caso está asociada en cada caso una sonda 11, 11a o 11, 11b,
que puede funcionar de manera inductiva o capacitiva. Esta sonda 11
puede consistir, por ejemplo, en un cuerpo de sonda dispuesto en
forma de columna o en forma de barra, que se extiende
perpendicularmente con respecto al plano del reflector 5. Las
sondas 11 pueden consistir también, por ejemplo, en sondas que
funcionan de manera inductiva en forma de un pequeño bucle de
inducción. Preferiblemente, la sonda respectiva está dispuesta en
un plano vertical en el que están dispuestos los emisores o
elementos 3 emisores de polarización dual o los emisores de
polarización sencilla. Las sondas están dispuestas preferiblemente
en el campo cercano de los emisores correspondientes.
En el ejemplo de realización mostrado según la
figura 2 también puede observarse que las sondas 11, en el ejemplo
de realización mostrado, terminan por debajo de los planos (y por
tanto próximas al reflector 5), en los que se sitúan los emisores
3' dipolares. En el ejemplo de realización mostrado se trata de
sondas capacitivas.
En el caso de una antena de polarización dual
indicada en las figuras 1 y 2, los emisores 3 pueden consistir por
ejemplo en emisores dipolares en cruz o en cuadrados dipolares. Son
especialmente adecuados los emisores bipolares de polarización
dual, como los conocidos por ejemplo por el documento WO
00/39894.
Finalmente, en la figura 1 está prevista también
una red 17 de conformación del haz, que presenta por ejemplo cuatro
entradas 19 y cuatro salidas 21. Las cuatro salidas de la red 17 de
conformación del haz están conectadas con las cuatro entradas 15
del conjunto de antenas. El número Y de salidas puede ser distinto
del número X de entradas, es decir especialmente el número Y de
salidas puede ser mayor que el número X de entradas. En el caso de
una red 17 de conformación del haz de este tipo se conecta entonces,
por ejemplo, un cable 23 de alimentación a una de las entradas 19,
por lo que se alimentan todas las salidas 21 de manera
correspondiente. Así, por ejemplo, cuando el cable 23 de
alimentación se conecta a la primera entrada 19.1 de la red 17 de
conformación del haz, se provoca una orientación del emisor con, por
ejemplo, -45º hacia la izquierda, tal como puede observarse en el
diagrama esquemática según la figura 3. Si por ejemplo el cable 23
de alimentación se conecta a la conexión 19.4 más a la derecha,
entonces se provoca una orientación correspondiente del lóbulo
mayor del campo de radiación del conjunto de antenas en un ángulo de
+45º hacia la derecha. Por consiguiente, cuando el cable 23 de
alimentación se conecta a la conexión 19.2 o a la conexión 19.3, el
conjunto de antena puede hacerse funcionar de manera que, por
ejemplo, puede provocarse un giro de 15º hacia la izquierda o hacia
la derecha con respecto al plano de simetría vertical del conjunto
de antenas.
Así, en una red 17 de conformación del haz de
este tipo, es habitual prever para diferentes orientaciones
angulares del lóbulo mayor del conjunto de antenas un número
correspondiente de entradas, correspondiendo el número de salidas
generalmente al número de columnas del conjunto de antenas. A este
respecto, cada entrada está conectada con una pluralidad de
salidas, en general cada entrada con todas las salidas de la red 17
de conformación del haz.
Sin embargo, el dispositivo de calibración
explicado a continuación más detalladamente es adecuado sobre todo
para un conjunto de antenas según las figuras 1 y 2, que no presenta
una red de conformación del haz conectada aguas arriba
especialmente en forma de una matriz de Butler. En este caso las
entradas 15 de columna del conjunto de antenas se alimentan
entonces a través de un número correspondiente de cables de
alimentación separados u otras conexiones de alimentación. Para
ello están previstas en la figura 1 sólo a modo de ejemplo cuatro
líneas 23 de alimentación que discurren en paralelo, que están
conectadas entonces, omitiendo la red de conformación del haz
mostrada en la figura 1, directamente con las entradas 15 de columna
del conjunto de antenas.
En la figura 4 se muestra ahora esquemáticamente
la estructura adicional y el modo de funcionamiento del dispositivo
de calibración así como del conjunto de antenas. En este sentido, en
la figura 4 están indicados esquemáticamente sólo cuatro elementos
3 emisores, y concretamente un elemento emisor respectivo por
columna 7.
En el ejemplo de realización según la figura 4
se describe una forma de realización simplificada, en la que un
conjunto de antenas con cuatro columnas utiliza solamente dos sondas
11c y 11d. Estas sondas están dispuestas en este caso de manera que
cada sonda tiene asociadas un par de columnas 7 dispuestas de manera
adyacente, tal como puede observarse en la representación frontal
según la figura 1 a diferencia de la figura 4. Dicho de otro modo,
la sonda 11c está dispuesta en la zona intermedia entre las dos
columnas situadas a la izquierda y la sonda 11d está situada en la
zona intermedia entre las dos columnas 7 situadas a la derecha del
conjunto de antenas que comprende cuatro columnas según la figura
1.
En el ejemplo de realización según la figura 4,
las dos sondas 11c y 11d están conectadas entonces en cada caso a
través de una línea 25' y 25'' de señales con un combinador 27
(Comb) cuya salida se encuentra conectada a través de una línea 29
con una conexión S.
Para la alineación de fase de las líneas 35 de
alimentación hacia el conjunto 1 de antenas se da ahora por ejemplo
a la línea de alimentación para la entrada A un tono piloto, es
decir una señal conocida, para medir en la salida S de la red 27 de
combinación (Comb), es decir por ejemplo un combinador, la fase
absoluta. Ahora puede hacerse esto también para la línea de
alimentación en las entradas B, C y D.
En caso de que todas las líneas de alimentación
en las entradas A a D tengan exactamente la misma longitud
(eléctricamente) (por lo que, por lo demás, pueden considerarse
idénticas), se produce en la salida de la red S de combinación en
cada caso la misma fase absoluta, es decir no se produce ninguna
diferencia de fase en la salida S en caso de un modo de conexión
variable de las entradas A a D.
Si se establecieran diferencias de fase, ésas
podrían equilibrarse y compensarse entonces por ejemplo mediante
reguladores 37 de fase que están conectados aguas arriba en cada
caso de las entradas A a D. Una línea 23 de conexión eléctrica
correspondiente se conectaría entonces por ejemplo a la entrada A,
B, C o D, es decir a una entrada situada aguas arriba del
dispositivo 37 de equilibrado de fase respectivo, para provocar
según se desee una orientación correspondiente del lóbulo mayor con
orientación horizontal diferente. Finalmente, los reguladores 37 de
fase pueden consistir en secciones de línea eléctricas que se
conectan aguas arriba de las entradas A a D individuales en una
longitud adecuada, para provocar la compensación de fase o la
regulación de fase en el sentido deseado.
La utilización de sondas 11 ofrece la ventaja de
que la calibración correspondiente tanto en caso de conjuntos de
antenas de polarización sencilla como en caso de polarización dual
puede realizarse con un número correspondiente de sondas.
La figura 5 muestra a este respecto una
estructura comparable en la que, en lugar de sondas 11, se emplean
dispositivos 111 de acoplamiento. Sin embargo, con dispositivos 111
de acoplamiento sólo puede realizarse entonces una calibración para
conjuntos de antenas de polarización sencilla. Para realizar una
calibración para antenas de polarización dual empleando
dispositivos de acoplamiento es necesaria entonces una estructura
que emplee pares correspondientes de dispositivos de acoplamiento,
tal como se deduce de la figura 6, que se explicará a
continuación.
A continuación se hace referencia a la figura 6,
en la que se describe un dispositivo de calibración de un conjunto
de antenas, que funciona por ejemplo en relación con una red de
conformación del haz preferiblemente en una matriz de Butler. Esta
red de conformación del haz puede estar integrada preferiblemente en
el conjunto de antenas.
En cuanto a la red 17 de conformación del haz,
puede tratarse por ejemplo de una matriz 17' de Butler conocida,
cuyas cuatro entradas A, B, C y D están conectadas respectivamente a
las salidas 21, a través de las que se alimentan los emisores 3 a
través de líneas 35.
Por ejemplo, en las dos salidas 21.1 y 21.4 (o
alternativamente en las dos salidas 21.2 y 21.3) se prevén ahora
dos sondas 11 idénticas en la medida de lo posible, que reciben en
cada caso una pequeña parte de las señales respectivas. En la red
27 de combinación mencionada, es decir por ejemplo un denominado
combinador (Comb), se suman las señales desacopladas. El resultado
del desacoplamiento de las señales y de la suma puede medirse a
través de una conexión adicional también en la propia red de
combinación.
En la figura 6 se muestra, para el caso de un
conjunto de antenas con emisores 3 de polarización dual, que para
la calibración puede emplearse una red de combinación que no
funcione con sondas 11 sino con dispositivos 111 de acoplamiento,
por ejemplo acopladores direccionales. El ejemplo de realización
según la figura 5 muestra a este respecto además cómo puede
combinarse la red de calibración para el equilibrado de fase de las
líneas de alimentación. Una combinación de este tipo es conveniente
cuando, por ejemplo, la red 17 de conformación del haz respectiva,
por ejemplo la denominada matriz 17' de Butler, junto con los
acopladores (que también se designarán en lo sucesivo como
dispositivos de acoplamiento) y las redes de combinación, pueden
realizarse sobre una placa, puesto que de este modo pueden
fabricarse unidades idénticas en gran medida (redes de combinación
- acoplador respectivas).
La figura 6 muestra en comparación con la figura
5 la ampliación a los emisores de polarización dual con una red de
conformación del haz, conectándose las dos salidas de la red 27' y
27'' de combinación respectiva, por ejemplo en forma de un
combinador (Comb), con las entradas de una segunda red 28 de
combinación conectada aguas abajo igualmente en forma de un
combinador (Comb) y situándose en la salida S en común. La red 27'
de combinación sirve por tanto para determinar la posición de fase
en un elemento emisor con respecto a una polarización, empleándose
la red 27'' de combinación para determinar la posición de fase en un
emisor en cuestión para la otra polarización.
Únicamente por motivos de exhaustividad se
menciona que sería posible básicamente ajustar los reguladores 37
de fase en la entrada de la red 17 de conformación del haz, es decir
por ejemplo de la matriz 17' de Butler, de tal manera que sea
suficiente un único acoplador en la salida de una matriz en cada
caso y aún así se mida siempre la misma fase independientemente de
la entrada A a D. También en este caso los reguladores de fase
pueden consistir básicamente en secciones de línea que pueden
conectarse aguas arriba, para modificar la posición de fase.
Igualmente puede emplearse también, naturalmente, en lugar de un
dispositivos 111 de acoplamiento, preferiblemente una sonda 11, con
lo cual las señales emitidas por un emisor de polarización dual
pueden recibirse en ambas polarizaciones. Por tanto sólo es
necesaria así una sonda para ambas polarizaciones en cada caso.
Cuando para un conjunto de antenas por ejemplo
sólo se emplea una única sonda, por tanto sólo una única sonda
incluso en el caso de un conjunto de antenas de polarización dual, o
cuando para un conjunto de antenas de polarización sencilla sólo se
utiliza un único dispositivo de acoplamiento y para un conjunto de
antenas de polarización dual, dos, dispositivos de acoplamiento (un
dispositivo de acoplamiento para cada polarización), entonces
también puede realizarse también un equilibrado de fase aunque con
un esfuerzo algo mayor. Puesto que en el ejemplo de realización
según la figura 4 puede realizarse también, para el caso de un
conjunto de antenas de polarización dual, empleando únicamente una
única sonda (que está dispuesta por ejemplo en el emisor 3' de
polarización dual dispuesto abajo en la figura 1 en la columna 1) la
relación reproducida en la figura 7. Pueden calcularse y crearse de
este modo concretamente los puntos M1, M2, M3 y M4 de red,
dependiendo de si está conectada una línea 23 de conexión a la
entrada A, B, C o D. Mediante la asociación de fases fija de los
emisores dispuestos en las columnas 11 individuales pueden
establecerse entonces las líneas rectas reproducidas en la figura
7, con lo cual puede derivarse la posición de fase exacta. Con una
evaluación correspondiente de los datos de este diagrama puede
efectuarse entonces un ajuste de fase correspondiente en el lado de
entrada, preferiblemente además antes aguas arriba de la red de
conformación del haz. Sin embargo, la utilización de una sola sonda
sólo puede realizarse entonces cuando se trata de un conjunto de
antenas con sólo dos columnas o un conjunto de antenas con varias
columnas a las que está conectada aguas arriba una red de
conformación del haz por ejemplo en forma de una matriz de Butler.
Puesto que sólo en este caso existe una relación de fases
predeterminada con respecto a los emisores en las columnas
individuales.
Si la única sonda correspondiente o el único par
de acopladores correspondientes estuvieran dispuestos por ejemplo
en la segunda columna, entonces podrían establecerse los puntos M11,
M12, M13 y M14 de medición correspondientes, pudiéndose trazar
igualmente de nuevo líneas rectas correspondientes de nuevo a través
de estos puntos mediante la relación de fases fija. También de este
modo podría derivarse el mismo diagrama según la figura 7 para
poder efectuar los ajustes de fase y las calibraciones
correspondientes.
Si se utiliza preferiblemente, sin embargo, como
se indica en la figura 1, por ejemplo una sonda 11, 11a o 11, 11b
respectiva para la columna izquierda y la columna derecha en cada
caso (o un par de dispositivos de acoplamiento en el caso de
antenas de polarización dual), entonces en el diagrama según la
figura 7 podrían establecerse los puntos M.1 a M4 de medición así
como los punto M31 a M34 de medición respectivamente, lo que
facilita la evaluación global.
Claims (14)
1. Conjunto de antenas con un dispositivo de
calibración, comprendiendo el conjunto de antenas varias columnas
(7), en las que están previstos en cada caso varios emisores (3,
3'), con las siguientes características
- -
- los varios emisores (3, 3') están dispuestos en cada caso en varias columnas (7) unos sobre otros,
- -
- el conjunto de antenas comprende dispositivos (111) de acoplamiento o sondas (11),
- -
- está prevista además una red (27, 27', 27'') de combinación, a través de la que están conectados los dispositivos (111) de acoplamiento previstos o las sondas (11), previstos,
- -
- los varios emisores (3, 3') están dispuestos antes aguas arriba de un reflector (5), y
- -
- las entradas (15) de columna para un los emisores (3, 3') dispuestos en una columna (7) respectiva están conectadas o a través de una red (17) de conformación del haz o directamente con líneas (23) de alimentación,
caracterizado por las siguientes
características adicionales:
- -
- en caso de N emisores (3, 3') en total previstos para una columna (7), siendo N un número natural \geq 4, están previstos únicamente N/2 o menos dispositivos (111) de acoplamiento y/o sondas (11),
- -
- el número previsto de dispositivos (111) de acoplamiento o sondas (11) está asociado sólo a una parte de los emisores (3, 3'),
- -
- los dispositivos (111) de acoplamiento o las sondas (11) están conectadas a través de líneas de señales con un combinador (27, 27'), cuya salida está conectada a través de una línea (29) con una conexión (S) para la evaluación, y
- -
- el dispositivo de calibración comprende además reguladores (37) de fase, que están conectados aguas arriba de las entradas de la red (17) de conformación de haz.
2. Conjunto de antenas según la reivindicación
1, caracterizado porque las sondas (11) o los el dispositivos
(111) de acoplamiento se desacoplan del campo cercano de los
emisores (3, 3').
3. Conjunto de antenas según la reivindicación
2, caracterizado porque la red de combinación está
construida de manera que el retardo de conjunto desde la entrada
(15) de las respectiva columnas (7) respectiva hasta la salida (S)
de la red de combinación es aproximadamente igual para todas las
entradas de antena, en caso de un conjunto de antenas de
polarización sencilla o al menos una polarización en el caso de un
conjunto de antenas de polarización dual, es preferiblemente
aproximadamente igual de grande, preferiblemente en la gama de
frecuencias de funcionamiento completa.
4. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la red de
combinación comprende componentes que sufren pérdidas, que
contribuyen a la reducción de las resonancias.
5. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en el caso de un
conjunto de antenas de polarización dual, la una o varias sondas
(11) previstas son adecuadas en cada caso para la recepción de una
señal para ambas polarizaciones.
6. Dispositivo de calibración según una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque por columna (7)
sólo está/n previsto/s para un emisor (3, 3') una sonda (11) o un
dispositivo (111) de acoplamiento o un par de dispositivos (111) de
acoplamiento.
7. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizado porque sólo para una
parte de las columnas (7) en cada caso está/n prevista/s
preferiblemente en cada caso sólo una sonda (11) o sólo un
dispositivo (111) de acoplamiento o sólo un par de dispositivos
(111) de acoplamiento que está/n asociado/s a al menos un emisor
(3, 3').
8. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la al menos una
sonda (11) o las varias sondas (11) se sitúan con respecto a los
emisores (3, 3') asociados a las mismas en un plano de simetría
vertical que discurre a través de los emisores (3, 3').
9. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque en el caso de un
conjunto de antenas con cuatro columnas (7) están previstos al
menos dos sondas (11), dos dispositivos (111) de acoplamiento o dos
pares de dispositivos (111) de acoplamiento, que están asociados en
cada caso a un emisor (3, 3'), que están dispuestos en las dos
columnas (7) situadas en el exterior del conjunto de antenas.
10. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque en el caso de un
conjunto de antenas con cuatro columnas (7) están previstos
preferiblemente dos sondas (11), dos dispositivos (111) de
acoplamiento o dos pares de dispositivos (111) de acoplamiento que
están asociadas en cada caso a un emisor (3, 3'), que están
dispuestos en las dos columnas (7) situadas en el interior del
conjunto de antenas.
11. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 2 a 10, caracterizado porque las sondas (11)
que están asociadas a un elemento (3, 3') emisor por columna (7)
están dispuestas en la misma línea de altura.
12. Conjunto de antenas según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque para dos
columnas (7) adyacentes en cada caso de un conjunto de antenas está
prevista una sonda (11; 11c, 11d) que presenta preferiblemente la
misma pérdida de acoplamiento.
13. Procedimiento para la calibración de un
conjunto de antenas con las siguientes características:
- -
- se utiliza un dispositivo de calibración para un conjunto de antenas según una de las reivindicaciones 1 a 12,
- -
- de las señales de emisión suministradas a los emisores (3, 3') se desacopla una señal a través de un dispositivos (111) de acoplamiento y/o una sonda (11) y se suministra a una red (27, 27', 27'') de combinación para su evaluación,
caracterizado por las siguientes
características adicionales:
- -
- se miden todas las trayectorias (columnas 7) del conjunto de de antenas, con lo cual pueden determinarse datos relativos a la posición de fase y/o los retardos de grupo y/o desviaciones de la posición de fase entre sí con respecto a los emisores individuales o grupos (3, 3') de emisores individuales,
- -
- los resultados de medición determinados y/o las desviaciones determinadas con respecto a una posición de fase ideal se miden para todas las trayectorias de transmisión preferiblemente en el recorrido desde la entrada de la red de conformación del haz hasta la salida de las sondas o de acoplamiento, preferiblemente a través de la gama de frecuencias de funcionamiento completa, y
- -
- los datos determinados se almacenan y se encuentran a disposición de un dispositivo de emisión en durante el funcionamiento de la estación base para la generación electrónica de la posición de fase de las señales individuales.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el registro de datos determinado está
asociado a un número de serie de una antena.
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