ES2287124T3 - Matriz de antenas de doble banda y doble polarizacion. - Google Patents

Matriz de antenas de doble banda y doble polarizacion. Download PDF

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Abstract

Matriz de antenas de doble banda y doble polarización que funciona a una frecuencia inferior f1 y a una frecuencia superior f2, siendo la relación f2/f1 menor que 1, 5, caracterizada por la disposición física de los elementos de antena, comprendiendo dicha disposición: (a) una primera fila de elementos de antena alineados a lo largo de un primer eje vertical, siendo dichos elementos, elementos de antena de doble polarización que funcionan a dicha frecuencia superior f2, siendo el espaciado entre dichos elementos menor que el tamaño de la longitud de onda central a la mencionada frecuencia superior f2 (b) una segunda fila de elementos de antena alineada a lo largo de un segundo eje vertical, siendo dichos elementos, elementos de antena de doble polarización que funcionan a dicha frecuencia inferior f1, estando dichos elementos separados la misma distancia que los elementos de la fila adyacente que funcionan a la frecuencia f2, estando colocado dicho segundo eje vertical sustancialmente paralelo a dicho primer eje vertical a una distancia entre 0, 1 y 1, 2 veces la longitud de onda operativa más larga, y en la que las posiciones de los elementos que funcionan a f2 están intercaladas en la dirección vertical con respecto a las posiciones verticales de los elementos que funcionan a f1 de tal manera que la distancia entre elementos se maximice para minimizar el acoplamiento electromagnético entre bandas y dentro de la banda entre elementos radiantes.

Description

Matriz de antenas de doble banda y doble polarización.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere por lo general a una nueva familia de matrices de antenas que pueden funcionar de manera simultánea en dos bandas de frecuencia diferentes, presentando una característica de doble polarización en ambas bandas. El diseño es adecuado para aplicaciones en las que las dos bandas estén centradas a dos frecuencias f1 y f2 de manera que la relación entre la frecuencia mayor (f2) respecto a la frecuencia menor (f1) sea f2/f1<1,5. La característica de doble banda y doble polarización se consigue principalmente por medio de la posición física de los elementos de antena dentro de la matriz. También, se describen nuevamente algunos elementos particulares de antena para mejorar el funcionamiento de la antena.
Antecedentes de la invención
El desarrollo de matrices de doble banda y doble polarización es del mayor interés por ejemplo en servicios de telecomunicaciones celulares. Ambos servicios celulares de segunda generación (2G), tanto el europeo GSM900, GSM1800 como el americano AMPS y PCS1900, y los servicios celulares de tercera generación (3G) (tales como UMTS) aprovechan la ventaja de la diversidad de polarización en su red de antenas de estación base (BTS) para mejorar el funcionamiento del servicio al mismo tiempo que se reduce tanto como es posible el tamaño de la instalación de las antenas. Preservar un tamaño mínimo para el sistema de antenas en una BTS pasa a ser una cuestión principal cuando se tiene en cuenta que el crecimiento en el servicio demanda el que los operadores se esfuercen en incrementar el número de BTS, lo que está comenzando a producir un significativo impacto visual y ambiental sobre los paisajes rurales y urbanos. El problema comienza a ser particularmente significativo cuando el operador tiene que proporcionar tanto servicios de 2G como 3G, porque como ambos tipos de servicio operan en diferentes bandas de frecuencia, el despliegue de ambas redes que usan antenas convencionales de una sola banda implica el doblar el número de antenas instaladas y el incremento del impacto medioambiental de la instalación. Por lo tanto, la invención de antenas de doble banda y doble polarización, que pueden ocuparse de manera simultánea de dos servicios en dos bandas diferentes, parece ser un asunto del mayor interés.
El desarrollo de antenas multibanda y de matrices de antenas es uno de los retos principales en ingeniería en el campo de las antenas. Existe un principio bien conocido en el estado de la técnica que presenta que el comportamiento de una antena o de una matriz de antenas es completamente dependiente de su tamaño y de su geometría relativos a la longitud de onda de trabajo. El tamaño de una antena depende por completo de la longitud de onda, y en una matriz de antenas, el espaciado entre los elementos generalmente se fija y conserva una cierta proporción con respecto a la longitud de onda (típicamente entre media y una longitud de onda). Debido a este principio muy sencillo, es muy difícil hacer una matriz para que funcione de manera simultánea a dos frecuencias o a dos longitudes de onda diferentes, ya que es difícil hacer que la geometría del elemento de antena se adapte en tamaño a dos longitudes de onda diferentes y de manera similar, es difícil encontrar una disposición espacial de los elementos de antena que cumpla con las restricciones de ambas longitudes de onda al mismo tiempo.
Las primeras descripciones del comportamiento de las matrices de antenas fueron desarrolladas por Shelkunoff (S.A. Schellkunhoff, "A Mathematical Theory of Linear Arrays," Bell System Technical Journal, 22,80). Ese trabajo se orientó a antenas de una sola banda. En la década de los sesenta se desarrollaron algunos primeros diseños de matrices independientes con la frecuencia (las matrices de dipolos logaritmo-periódicos o LPDA) (V.H.Rumsey, Frequency-Independent Antennas. New York Academic, 1966; R.L. Carrel, "Analysis and design of the log-periodic dipole array," Tech. Rep. 52, Univ. Illinois Antenna Lab., Contract AF33(616)-6079, octubre 1961; P.E. Mayes, "Frequency Independent Antennas and Broad-Band Derivatives Thereof", Proc. IEEE, vol. 80, número 1, enero 1992). Dichas matrices LPDA estaban basadas en un espaciado no uniforme de elementos dipolo de diferentes tamaños y estaban diseñadas para cubrir un amplio intervalo de frecuencias, sin embargo, debido a su ganancia moderada (10 dBi), estos diseños tienen un abanico restringido de aplicación y no serían adecuadas para aplicaciones tales como por ejemplo servicios celulares, en los que se necesita una ganancia más elevada (por encima de 16 dBi). También, ni la anchura de haz horizontal (demasiado estrecha para las BTS) ni la polarización y la estructura mecánica de dichas antenas LPDA se adaptan a los requisitos para las BTS.
Recientemente se han descrito algunos ejemplos de matrices de antenas multibanda en el estado de la técnica. Por ejemplo, la patente PCT/ES99/00343 describe una configuración de elementos de antena intercalados para matrices multibanda de propósito general. Se describe en este documento un sistema de elementos de antena colineales, en el que el uso de elementos de antena multibanda es necesario en aquellas posiciones en las que los elementos de antena de bandas diferentes se solapan. El ámbito general de esa patente no se ajusta a los requisitos de algunas aplicaciones particulares. Por ejemplo, es difícil conseguir un comportamiento de doble banda siguiendo la descripción de la patente PCT/ES99/00343 cuando la relación de frecuencia entre bandas está por debajo de 1,5, como se pretende para los diseños descritos en la presente invención. También, esa solución esa solución no es necesariamente efectiva en cuanto a coste cuando se requiere una inclinación hacia abajo eléctrica independiente para cada banda. La presente invención describe una solución completamente diferente basada en elementos de doble polarización y una sola banda, que están dispuestos espacialmente para minimizar el tamaño de la antena.
Hay ya ejemplos existentes de antenas de doble banda y doble polarización en el mercado que manejan de manera simultánea servicios 2G y 3G, sin embargo, éstas son las denominadas soluciones 'lado con lado' que simplemente integran dos antenas separadas en un solo plano de tierra y radome (Fig. 1). El inconveniente de estas configuraciones de antena es el tamaño de todo el paquete (con hasta 30 cm de ancho son típicamente dos veces el tamaño de una sola antena) y la distorsión del diagrama debida al acoplamiento entre antenas. Algunos ejemplos de estas soluciones se pueden encontrar por ejemplo en http://www.racal-antennas.com/ y en http://www.rymsa.com/. La presente invención describe una solución más compacta que se consigue por medio de una selección cuidadosa de las posiciones de los elementos de antena y de la forma de dichos elementos de antena que minimice el acoplamiento entre ellas.
Para el caso particular en el que el espaciado entre f1 y f2 sea muy pequeño, se describen varias soluciones de banda ancha en la técnica anterior para operar de manera simultánea en ambas bandas. Sin embargo, dichas soluciones no son adecuadas si se requiere una inclinación hacia abajo independiente y diferente para cada banda, que es algo que puede solventarse fácilmente de acuerdo con la presente invención.
Sumario de la invención
La arquitectura de la antena consiste en un intercalado de dos disposiciones independientes verticalmente lineales de una sola banda de manera que la posición relativa de los elementos minimice el acoplamiento entre antenas. Dicha disposición espacial de los elementos de antena contribuye a mantener el tamaño de la antena reducido a una extensión mínima. En un esquema del diseño básico para la disposición espacial (intercalado) de la antena, los puntos compactos visualizan las posiciones de los elementos para la frecuencia más baja f1, mientras que los cuadrados visualizan las posiciones para los elementos de antena para la frecuencia más alta f2. Los elementos de antena para la banda de frecuencia más alta f2 están alineados a lo largo de un eje vertical con el espaciado deseado entre elementos. Dicho espaciado es ligeramente más pequeño que una longitud de onda (típicamente por debajo del 98% del tamaño de la longitud de onda más corta) para una ganancia máxima, aunque se puede ver rápidamente que el espaciado se puede hacer más corto dependiendo de la aplicación.
Una segunda columna vertical de elementos para la banda de frecuencia más baja f1 está alineada a lo largo de un segundo eje vertical situado al lado del mencionado primer eje y sustancialmente paralelo a él. En otra disposición particular de la invención, los elementos de baja frecuencia, se colocan a lo largo de un eje izquierdo mientras que los elementos de alta frecuencia se colocan a lo largo de un eje derecho, pero obviamente la posición de ambos ejes podría ser intercambiada de manera que los elementos de baja frecuencia serían situados en el lado derecho y viceversa. En cualquier caso, el espaciado entre dichos ejes se elige para que caiga entre 0,1 y 1,2 veces la longitud de onda más larga.
La longitud de onda más corta (correspondiente a f2) determina el espaciado entre elementos (11) en ambos ejes. Generalmente, se prefiere un espaciado por debajo de un 98% de dicha longitud de onda más corta para maximizar la ganancia, mientras que al mismo tiempo se evita la introducción de lóbulos secundarios en la banda superior; esto es posible debido al espaciado entre bandas de frecuencia que es siempre f2/f1<1,5 de acuerdo con la presente invención.
Con relación a la posición relativa de los elementos, los elementos para f2 se colocan en ciertas posiciones a lo largo de un eje vertical y ejes horizontales de manera que los ejes horizontales intersecten tanto con las posiciones de dichos elementos como con el punto medio entre elementos en el eje vecino; esto asegura una distancia máxima entre elementos y por lo tanto un acoplamiento mínimo entre elementos de diferentes bandas.
Teniendo elementos independientes para cada banda, la matriz puede ser alimentada fácilmente por medio de dos redes de distribución independientes. Se puede usar alimentación colectiva o redes de guía de onda con apuntamiento en microtira, línea de tira, coaxial o cualquier otra arquitectura convencional de red de microondas descrita en la técnica anterior y no constituye una parte característica de la invención. Sin embargo, es interesante señalar que mediante el uso de redes independientes se puede usar dentro de la presente invención un fasado independiente de los elementos de cada banda, lo que a su vez es útil para introducir una inclinación hacia abajo eléctrica fija o ajustable del diagrama de radiación en cada banda de manera independiente. Opcionalmente y dependiendo del conjunto particular de frecuencias de f1 y f2, es claro para aquéllos que sean expertos en la técnica que se puede usar cualquier otra red de alimentación de doble banda o de banda ancha descrita en la técnica anterior dentro del espíritu de la presente invención.
Con relación a los elementos de antena, se pueden usar de acuerdo con el ámbito de la presente invención cualquier elemento de antena de doble polarización (por ejemplo, elementos dipolo cruzados, elementos de parche), sin embargo, se prefiere un elemento radiante de tamaño reducido para reducir el acoplamiento entre ellos.
La misma configuración básica de matriz de doble banda descrita aquí, caracteriza diferentes anchuras y formas de haz en el plano horizontal dependiendo del espaciado entre elementos en la dirección horizontal. Para este propósito, se pueden colocar varios elementos dentro de la matriz en una posición horizontal desplazada con respecto al eje izquierdo o derecho de acuerdo con la presente invención. Típicamente, el desplazamiento con respecto a dicho eje es menor del 70% de la longitud operativa más larga. Un caso particular de dicho desplazamiento consiste en inclinar unos pocos grados (siempre por debajo de 45º) uno o ambos ejes de referencia de manera que el desplazamiento sea incrementado de manera uniforme o hacia arriba o hacia abajo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una solución convencional lado con lado (7) para una matriz de doble banda 2G + 3G (técnica anterior). Se unen dos matrices convencionales de banda única (5) y (6) para cada banda dentro de un único plano de tierra (8) y se albergan dentro de un único radome. La anchura horizontal (9) del sistema de antena resultante es inconveniente por razones estéticas y ambientales. Nótese que el espaciado entre elementos en cada banda particular (entre puntos y cuadrados) es diferente para esta configuración de la técnica anterior.
La figura 2 muestra una disposición espacial general de los elementos de antena para la matriz de doble banda y doble polarización. Los puntos compactos (1) visualizan las posiciones de los elementos para la frecuencia inferior f1, mientras que los cuadrados (2) visualizan las posiciones para los elementos de antena para la frecuencia superior f2. Los elementos están alineados a lo largo de ejes paralelos (3) y (4). El espaciado (11) entre elementos en la posición vertical es la misma en ambas bandas. Nótese que los ejes horizontales (10) que definen junto con el eje (3) la posición (2) de los elementos a la frecuencia f2, intersectan con el eje (4) en el punto medio entre las posiciones (1) para los elementos a la frecuencia f1. La posición intercalada en el eje vertical asegura el acoplamiento mínimo entre bandas al mismo tiempo que conserva la anchura (9) del plano de tierra (8) y el paquete de antena con la mínima extensión.
La figura 3 muestra dos ejemplos particulares (13) y (14) de antenas de parche miniatura de relleno del espacio de doble polarización que se pueden usar para minimizar el acoplamiento entre bandas y dentro de una banda dentro de los elementos de la matriz. Los círculos blancos (15) con el punto central interior indican las posiciones de alimentación para polarización doble ortogonal.
La figura 4 muestra un ejemplo en el que algunos elementos (15) son desplazados horizontalmente con respecto al eje vertical.
La figura 5 muestra un ejemplo en el que uno de los ejes (3) está ligeramente inclinado de la posición vertical definiendo otro eje (3') los elementos (2) correspondientes a f2 están alineados a lo largo de él. Esto se puede ver como un caso particular del caso general descrito en la figura 4 en el que todos los elementos son desplazados secuencialmente una distancia fija con respecto al vecino superior.
La figura 6 muestra una realización preferida de una matriz de doble banda y doble polarización para el funcionamiento simultáneo en GSM1800 (1710 MHz -1880 MHz) y UMTS (1900 MHz - 2170 MHz). Los elementos de antena son parches de doble polarización con un perímetro de relleno del espacio como el que se describe en la figura 3.
Descripción detallada de una realización preferida de la invención
En la figura 2 se muestra un esquema del diseño básico para la disposición espacial (intercalado) de los elementos de antena. Los puntos compactos (1) visualizan las posiciones de los elementos para la frecuencia más baja f1, mientras que los cuadrados (2) visualizan las posiciones para los elementos de antena para la frecuencia superior f2. Los elementos de antena para la banda de frecuencia más alta f2 están alineados a lo largo de un eje vertical (3) con el espaciado deseado entre elementos (11). Dicho espaciado es ligeramente más pequeño que una longitud de onda completa (típicamente por debajo del 98% del tamaño de la longitud de onda más corta) para una ganancia máxima, aunque se puede ver rápidamente que el espaciado se puede hacer más corto dependiendo de la aplicación. Una segunda columna vertical de elementos para la banda de frecuencia inferior f1 está alineada a lo largo de un segundo eje vertical (4) situado al lado del mencionado primer eje (3) y sustancialmente paralelo a él. En la disposición particular de la figura 2, los elementos de baja frecuencia están situados a lo largo del eje izquierdo (4) mientras que los elementos de alta frecuencia están colocados a lo largo del eje derecho (3), pero obviamente la posición de ambos ejes podría intercambiarse de manera que los elementos de baja frecuencia estarían situados en el lado derecho y viceversa. En cualquier caso, el espaciado (9) entre dichos ejes (3) y (4) se elige para que caiga entre 0,1 y 1,2 veces la longitud de onda más larga.
La longitud de onda más corta (correspondiente a f2) determina el espaciado entre elementos (11) en ambos ejes. Generalmente, se prefiere un espaciado por debajo de un 98% de dicha longitud de onda más corta para maximizar la ganancia al mismo tiempo que se evita la introducción de lóbulos secundarios en la banda superior; esto es posible debido al espaciado entre bandas de frecuencia que siempre es f2/f1<1,5 de acuerdo con la presente invención. Con relación a la posición relativa de elementos (1) y (2), los elementos para f2 se sitúan en posiciones (2) a lo largo del eje vertical (3) y de los ejes horizontales (10) de manera que los ejes horizontales (10) intersecten tanto con las posiciones de dichos elementos (2) como con el punto medio (12) entre elementos (1) en el eje vecino (4); esto asegura una distancia máxima entre elementos y por lo tanto un acoplamiento mínimo entre elementos de diferentes bandas.
Teniendo elementos independientes para cada banda, la matriz es alimentada de una manera fácil por medio de dos redes de distribución independientes. Se puede usar alimentación colectiva o redes de guía de onda con apuntamiento en microtira, línea de tira, cable coaxial o cualquier otra arquitectura convencional de red de microondas descritas en la técnica anterior y no constituyen una parte característica de la invención. Sin embargo, es interesante señalar que mediante el uso de redes independientes, se puede usar un fasado independiente de los elementos de cada banda dentro de la presente invención, lo que a su vez es útil para introducir una inclinación hacia abajo eléctrica fija o ajustable del diagrama de radiación en cada banda de manera independiente.
Opcionalmente, y dependiendo del conjunto particular de frecuencias de f1 y f2, está claro para aquéllos que sean expertos en la técnica que se puede usar también cualquier otra red de alimentación de doble banda o de banda ancha descrita en la técnica anterior dentro del espíritu de la presente invención.
Con relación a los elementos de antena, se puede usar cualquier elemento de antena de doble polarización (por ejemplo, elementos dipolo cruzados, elementos de parche) de acuerdo con el ámbito de la presente invención, sin embargo, se prefiere un elemento radiante de tamaño reducido para reducir el acoplamiento entre ellos. Se propone aquí un elemento de parche pequeño de doble polarización con un perímetro de relleno del espacio como un ejemplo particular para una posible implementación de matriz (figura 3). Para el mismo propósito, se pueden usar también otros elementos de antena miniatura de relleno del espacio de doble polarización, tal como por ejemplo los que se describen en la patente PCT/EP00/00411.
La misma configuración básica de matriz de doble banda descrita aquí caracteriza a diferentes anchuras y formas de haz en el plano horizontal dependiendo del espaciado entre elementos en la dirección horizontal. Para este propósito, se pueden situar varios elementos dentro de la matriz en una posición horizontal desplazada con respecto al eje (3) o (4) de acuerdo con la presente invención. Típicamente, el desplazamiento con respecto a dicho eje (3) o (4) es más pequeño que el 70% de la longitud de onda operativa más larga. Un caso particular de dicho desplazamiento consiste en inclinar unos pocos grados (siempre por debajo de 45º) uno o ambos ejes de referencia mencionados de manera que el desplazamiento sea incrementado de manera uniforme hacia arriba o hacia abajo. La figura 4 muestra un ejemplo de una realización particular en la que algunos elementos son desplazados del eje, mientras que en la figura 5, se muestra otra realización en la que los ejes (3) y (4) están ligeramente inclinados. Como sería obvio para aquéllos que sean expertos en la técnica, se pueden usar otros esquemas de desplazamiento y de inclinación para el mismo propósito dentro del ámbito de la presente invención.
Como puede ver fácilmente cualquiera que sea experto en la técnica, el número de elementos y la extensión vertical de la matriz no es una parte sustancial de la invención; se puede elegir cualquier número de elementos dependiendo de la ganancia deseada y de la directividad de la matriz. También, el número de elementos y la extensión vertical de la matriz no necesita ser el mismo; se puede elegir de manera opcional cualquier combinación en el número de elementos o en la extensión vertical para cada banda dentro del espíritu de la presente invención.
Más allá de la posición en coordenadas específica de los elementos, la persona experta se dará cuenta de que también se puede aplicar a la presente invención cualquier rotación en los elementos para por ejemplo obtener otras clases de estados de polarización o cambios en los parámetros de antena según se describe en la técnica anterior.
Una realización preferida de la presente invención es una matriz que funciona de manera simultánea en las bandas de frecuencia GSM1800 (1710-1880MHz) y UMTS (1900-2170 MHz). La antena se caracteriza por doble polarización a \pm45º en ambas bandas y encuentra una aplicación principal en las estaciones base celulares (BTS) en las que ambos servicios se combinan en un solo emplazamiento. En la figura 6 se muestra la configuración básica de una realización particular para dicha configuración.
La antena está diseñada con ocho elementos que funcionan en GSM1800 (13) y con ocho elementos que funcionan en UMTS (14) para proporcionar una directividad por encima de 17 dBi. Los elementos están alineados a lo largo de dos ejes diferentes (3) y (4), uno para cada banda. De acuerdo con la presente invención, los elementos (13) para GSM1800 están intercalados en la dirección vertical con respecto a los elementos para UMTS (14) para reducir el acoplamiento entre elementos mediante la maximización de la distancia entre ellos, conservando siempre una distancia mínima entre dichos ejes (3) y (4). Para esta realización particular, el espaciado entre ejes (3) y (4) debe ser mayor que 40 mm si se desea un aislamiento entre puertos de entrada por encima de 30 dB (como es lo normal para sistemas celulares).
Dependiendo de la ganancia requerida, está claro para cualquiera que sea experto en la técnica que el número de elementos se puede aumentar o reducir más allá de ocho. El número de elementos puede ser incluso diferente para cada banda con el fin de conseguir ganancias diferentes. Para funcionar en estas bandas particulares, el espaciado vertical entre elementos debe elegirse para que caiga en el intervalo de 100 mm a 165 mm. Para una matriz de ocho elementos y una ganancia de 17 dBi, los elementos están montados sobre un plano de tierra sustancialmente rectangular (8) con una altura total dentro de un intervalo de 1100 mm hasta 1500mm.
Se puede usar cualquier clase de elemento radiante de doble polarización y banda única para esta matriz de antenas dentro del ámbito de la presente invención, tal como por ejemplo, dipolos cruzados o parches, cuadrados u octagonales, sin embargo, los parches innovadores de relleno del espacio tales como aquéllos mostrados en las figuras (13) y (14) son preferidos aquí, ya que se caracterizan por un pequeño tamaño (altura, anchura, área) en comparación con otras geometrías de la técnica primera. Dichos parches de relleno del espacio se pueden fabricar usando cualquier clase de las técnicas convencionales bien conocidas para antenas de parche microtira y por ejemplo, pueden ser impresas sobre un sustrato dieléctrico tal como sustratos de fibra de vidrio epoxi (FR4) u otros sustratos de microondas especializados tales como CuClad®, Arlon® o Rogers® por nombrar unos pocos. Dichos elementos están montados en paralelo a un plano de tierra conductor (8) y típicamente son soportadas con un separador dieléctrico. Es precisamente la combinación de la disposición espacial particular de los elementos (intercalado vertical y proximidad de eje vertical) junto con el tamaño reducido y la forma de relleno del espacio de los elementos de la antena de parche con la que se reduce el tamaño de toda la antena. El tamaño de la antena es básicamente el tamaño del plano de tierra (8) que para esta realización en particular debe ser más ancho que 140 mm pero típicamente puede estrecharse por debajo de 200 mm, lo que es una ventaja principal para un impacto visual ambiental mínimo en el paisaje en comparación con otras soluciones convencionales tales como la que se describe en la figura 1.
Los elementos pueden ser alimentados en los dos puntos de alimentación de polarización ortogonal situados en el centro de los círculos (15) por medio de varias de las técnicas anteriores para antenas de parche, tales como por ejemplo, una sonda coaxial, una línea microtira bajo el parche o una ranura sobre el plano de tierra (8) acoplada con una red de distribución más allá de dicho plano de tierra. Para un funcionamiento de doble banda y doble polarización, se pueden usar cuatro redes de alimentación y distribución independientes (una para cada banda y polarización). De acuerdo con la realización preferida, dichas redes de alimentación están montadas sobre el lado posterior del plano de tierra y se pueden usar cualquiera de las configuraciones bien conocidas para redes de matriz tales como por ejemplo, microtira, redes de coaxial o de línea de tira ya que no constituye una parte esencial de la invención.
Con relación a la posición relativa de los puntos de alimentación (15) sobre el parche, la figura 6 muestra una realización en la que dichos puntos de alimentación están situados en el lado interior hacia el centro del plano de tierra, esto es, en el lado derecho del eje (4) para la banda inferior y en el lado izquierdo del eje (3). Aquéllos que sean expertos en la técnica se darán cuenta que se pueden usar cualquier otra realización también dentro del ámbito de la presente invención, tal como por ejemplo: todos los elementos con puntos de alimentación en la parte izquierda de sus respectivos ejes, todos los puntos de alimentación en el lado derecho, algunos elementos en el lado derecho y algunos en el lado izquierdo, o incluso es posible dentro del ámbito de la presente invención, algunos elementos con un punto de alimentación en cada lado del eje correspondiente.
En la realización preferida, toda la matriz de antenas con los elementos, el plano de tierra y la red de alimentación se monta sobre una carcasa metálica apantallada convencional que encierra la parte trasera del plano de tierra, actuando dicha carcasa también como soporte de toda la antena. También, se monta y se fija a la carcasa un radome dieléctrico convencional que cubre a los elementos radiantes y que protege toda la antena de las condiciones climáticas como en cualquier antena convencional de estación base.
La antena naturalmente incluiría cuatro conectores (típicamente conectores de 7/16), uno para cada banda y polarización, montados en la parte del fondo del plano de tierra. Cada conector es conectado entonces a través de una línea de transmisión (tal como por ejemplo un cable coaxial) al puerto de entrada de cada red de alimentación.
Los expertos en la técnica se darán cuenta de que son posibles otras combinaciones de conectores dentro del ámbito de la presente invención. Por ejemplo, se puede usar un filtro duplexor para combinar los puertos de entrada de las redes +45º GSM1800 y UMTS en un solo conector, y las redes -45º GSM1800 y UMTS en otro solo conector para dar un total de sólo dos conectores. Dicho duplexor puede ser cualquier duplexor con un aislamiento de 30 dB entre puertos y no constituye una parte esencial de la presente invención. Obviamente, se podría usar una solución alternativa tal como una red de banda ancha o de doble banda que combine GSM1800 y UMTS para la polarización a +45º y otra para la polarización a -45º en lugar del diplexor, lo que da también una configuración de dos conectores.

Claims (11)

1. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización que funciona a una frecuencia inferior f1 y a una frecuencia superior f2, siendo la relación f2/f1 menor que 1,5, caracterizada por la disposición física de los elementos de antena, comprendiendo dicha disposición:
(a)
una primera fila de elementos de antena alineados a lo largo de un primer eje vertical, siendo dichos elementos, elementos de antena de doble polarización que funcionan a dicha frecuencia superior f2, siendo el espaciado entre dichos elementos menor que el tamaño de la longitud de onda central a la mencionada frecuencia superior f2
(b)
una segunda fila de elementos de antena alineada a lo largo de un segundo eje vertical, siendo dichos elementos, elementos de antena de doble polarización que funcionan a dicha frecuencia inferior f1, estando dichos elementos separados la misma distancia que los elementos de la fila adyacente que funcionan a la frecuencia f2, estando colocado dicho segundo eje vertical sustancialmente paralelo a dicho primer eje vertical a una distancia entre 0,1 y 1,2 veces la longitud de onda operativa más larga,
y en la que las posiciones de los elementos que funcionan a f2 están intercaladas en la dirección vertical con respecto a las posiciones verticales de los elementos que funcionan a f1 de tal manera que la distancia entre elementos se maximice para minimizar el acoplamiento electromagnético entre bandas y dentro de la banda entre elementos radiantes.
2. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1 en la que al menos un elemento que funcione a cualquiera de las dos frecuencias f1 y f2 está desplazado horizontalmente de su correspondiente eje vertical a una distancia más pequeña que un 70% de la longitud de onda operativa más larga.
3. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 10 la reivindicación 2 en la que al menos uno de los mencionados dos ejes está inclinado un ángulo menor de 45º con respecto a la dirección vertical.
4. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 ó 3 en la que el tamaño de los elementos de antena resonantes es más pequeño que la mitad de la longitud de onda operativa en el espacio libre para minimizar el acoplamiento electromagnético entre ellos.
5. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3 ó 4 en la que los elementos de antena se encuentran dentro de la clase de antenas de relleno del espacio.
6. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3, 4 ó 5 en la que los elementos de antena comprenden al menos un elemento de parche microtira con un perímetro de relleno del espacio.
7. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5 ó 6 en la que las frecuencias operativas f1 y f2 se eligen para que caigan dentro de las bandas de frecuencia GSM1800 (1710-1880 MHz) y UMTS (1900-2170 MHz), en la que el espaciado entre elementos en cada uno de los mencionados ejes verticales se elige entre 100 mm y 165 mm, en la que el espaciado entre los dos mencionados ejes verticales es de al menos 40 mm y en la que los elementos de antena están montados sobre un plano de tierra conductor sustancialmente rectangular, siendo el mencionado plano de tierra de una anchura de al menos 140 mm en la dirección horizontal.
8. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5 ó 6 en la que las frecuencias operativas f1 y f2 se eligen para que sean cualquier combinación dentro del conjunto de las bandas: GSM1800 o DCS (1710-1880MHz); UMTS (1900-2170 MHz), PCS1900 (1850-1990 MHz) y DECT (1880-1900).
9. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización para el funcionamiento dentro de las bandas GSM1800 y UMTS de acuerdo con la reivindicación 7, en la que la antena presenta por una inclinación eléctrica hacia abajo diferente en cada una de las dos bandas y en la que la antena se usa en una estación base de una red de sistema celular para proporcionar cobertura en las mencionadas dos bandas.
10. Matriz de antenas de doble banda y doble polarización de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5 ó 6 en la que las frecuencias operativas f1 y f2 se eligen para que sean cualquier combinación dentro del conjunto de las bandas: GSM900 (890-960 MHz); US Cellular/Qualcomm-CDMA (824-894 MHz); TACS/ ETACS (870-960); ID54 (824-894MHz); CT2 (864-868 MHz).
11. Matriz de antena de doble banda y doble polarización de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el espaciado entre elementos a la primera frecuencia f1 puede diferir del espaciado entre elementos a una segunda frecuencia f2 hasta un 20%.
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