ES2339764T3 - DOUBLE POLARIZATION BI-BAND RADIANT DEVICE. - Google Patents

DOUBLE POLARIZATION BI-BAND RADIANT DEVICE. Download PDF

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ES2339764T3 ES03760720T ES03760720T ES2339764T3 ES 2339764 T3 ES2339764 T3 ES 2339764T3 ES 03760720 T ES03760720 T ES 03760720T ES 03760720 T ES03760720 T ES 03760720T ES 2339764 T3 ES2339764 T3 ES 2339764T3
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Abstract

The invention concerns a device comprising a first radiating element operating in a first frequency band F1, consisting of four dipoles (1, 2, 3, 4) in square arrangement and a second radiating element (23) operating in a second frequency band F2 consisting of at least one dipole arranged in the center of the square of dipoles (1, 2, 3, 4) forming the first radiating element, each dipole being center-fed by a balun. The set of radiating elements is arranged above a reflector (24). The dipoles (1, 2, 3, 4) forming the first radiating element and the baluns (8, 9, 10, 11) associated therewith are produced in a common metal plate (5), each balun of a dipole consisting of a close-circuit slotted line cut out in the metal plate (5) along a direction perpendicular to the dipole axis. The second radiating element (23) consists of at least one dipole arranged inside a metal cavity (7) located in the center of the metal plate (5). The invention is applicable to cellular radio communication networks.

Description

Dispositivo radiante bi-banda de doble polarización.Bi-band radiating device double polarization

La invención se refiere a las antenas y a sus elementos radiantes utilizables especialmente en las estaciones de base de las redes de radiocomunicación celular, por ejemplo de tipo GSM o UMTS.The invention relates to the antennas and their radiant elements especially usable in the stations of base of cellular radiocommunication networks, for example of type GSM or UMTS.

Un elemento radiante de doble polarización puede estar formado por dos dipolos radiantes, estando constituido cada dipolo por dos hilos de conductores colineales. La longitud de cada hilo es sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de onda de trabajo. Los dipolos están montados en una estructura que permite su alimentación y su posicionamiento por encima de un reflector (plano-masa). Esto permite, por reflexión de la radiación trasera de los dipolos, afinar la directividad del diagrama de radiación del conjunto así formado.A double polarizing radiating element can be formed by two radiating dipoles, each being constituted dipole by two wires of collinear conductors. The length of each thread is substantially equal to a quarter of the wavelength of job. The dipoles are mounted in a structure that allows their power and its positioning above a reflector (plane-mass). This allows, by reflection of the back radiation of the dipoles, refine the directivity of the radiation diagram of the set thus formed.

Para realizar un dispositivo radiante que funcione en dos bandas de frecuencia y con polarizaciones ortogonales, se conoce disponer un primer elemento radiante, formado por cuatro dipolos en cuadratura que operan en una primera frecuencia F1, alrededor de un segundo elemento radiante formado por dos dipolos cruzados en cuadratura que operan en una segunda frecuencia F2, estando dispuesto el conjunto de estos elementos por encima de un reflector.To make a radiant device that operate in two frequency bands and with polarizations orthogonal, it is known to have a first radiant element, formed by four quadrature dipoles operating in a first F1 frequency, around a second radiating element formed by two crossed dipoles in quadrature operating in a second frequency F2, the set of these elements being arranged by on top of a reflector

Según su orientación en el espacio, los dipolos pueden radiar o recibir ondas electromagnéticas según dos vías de polarización, por ejemplo una vía de polarización horizontal y una vía de polarización vertical o también según dos vías de polarización desplazadas un ángulo de \pm 45º con respecto a la horizontal o la vertical.According to their orientation in space, the dipoles they can radiate or receive electromagnetic waves according to two ways of polarization, for example a horizontal polarization path and a vertical polarization path or also according to two ways of polarization shifted by an angle of ± 45 ° with respect to the horizontal or vertical.

Sin embargo, el desacoplamiento inter-banda depende fundamentalmente de la orientación relativa del segundo elemento radiante colocado en el centro del primero. En particular, los dipolos paralelos de los elementos que funcionan en las bandas de frecuencia F1 y F2 están insuficientemente desacoplados en la banda de frecuencia superior de frecuencia F2 para la cual los dipolos periféricos tienen una dimensión grande con respecto a la longitud de onda correspondiente a la frecuencia F2. En efecto, la interacción entre los dipolos periféricos que funcionan a la frecuencia F1 y los dipolos cruzados que funcionan a la frecuencia F2 es debida a la vez a la radiación directa, estando los dipolos en visibilidad directa, pero también a la radiación reflejada por el reflector. En cambio, las vías perpendiculares de los dos elementos radiantes están bien desacopladas en virtud de esta ortogonalidad geométrica. Pero si esta ortogonalidad no es respetada, especialmente si los dipolos del elemento radiante central tienen orientaciones arbitrarias con respecto a aquéllos de los dipolos periféricos que forman el primer elemento radiante, aparece entonces un acoplamiento inter-banda bastante importante entre las diferentes vías de transmisión o de recepción de los dos elementos
radiantes.However, inter-band decoupling depends primarily on the relative orientation of the second radiating element placed in the center of the first. In particular, the parallel dipoles of the elements operating in the frequency bands F1 and F2 are insufficiently decoupled in the higher frequency band F2 for which the peripheral dipoles have a large dimension with respect to the wavelength corresponding to the frequency F2. Indeed, the interaction between the peripheral dipoles that operate at the F1 frequency and the crossed dipoles that work at the F2 frequency is due both to direct radiation, the dipoles being in direct visibility, but also to the radiation reflected by the reflector. In contrast, the perpendicular pathways of the two radiating elements are well decoupled by virtue of this geometric orthogonality. But if this orthogonality is not respected, especially if the dipoles of the central radiating element have arbitrary orientations with respect to those of the peripheral dipoles that form the first radiating element, then a fairly important inter-band coupling between the different transmission paths or Receiving the two elements
radiant

Otra desventaja de esta estructura es que la radiación del elemento radiante central es perturbada por el elemento radiante periférico. En efecto, esta radiación es parcialmente refractada en particular por los dipolos del elemento radiante periférico, de modo que, en el mejor de los casos, el diagrama de radiación resultante presenta ondulaciones y, para una orientación relativa arbitraria de los dipolos del elemento radiante central, este diagrama es disimétrico con respecto al eje principal de radiación perpendicular al plano de los dipolos.Another disadvantage of this structure is that the radiation of the central radiating element is disturbed by the peripheral radiant element. In effect, this radiation is partially refracted in particular by the element dipoles peripheral radiant, so that, at best, the resulting radiation diagram presents undulations and, for a arbitrary relative orientation of the dipoles of the radiant element central, this diagram is asymmetric with respect to the main axis of radiation perpendicular to the plane of the dipoles.

Así pues, permanece difícil obtener un elemento radiante bi-banda simple de fabricar que tenga dos vías ortogonales de polarización lineal desacopladas de modo importante en una amplia banda de frecuencia. Con mayor razón es difícil realizar una red directiva bipolarizada que comprenda varios elementos radiantes de este tipo, y que ofrezca una buena pureza de polarización.Thus, it remains difficult to obtain an element radiant bi-band simple to manufacture that has two orthogonal linear polarization pathways decoupled so important in a wide frequency band. With more reason is difficult to make a bipolarized management network that includes several radiant elements of this type, and that offer a good purity of Polarization.

Desde otro punto de vista, sería deseable obtener un elemento radiante con dos vías ortogonales de polarización teniendo, cada una, un diagrama de radiación unidireccional y cuya abertura a media potencia en los planos diagonales, es decir en los planos situados a \pm 45º de los planos principales E y H de cada dipolo, sea sustancialmente inferior a 90º.From another point of view, it would be desirable get a radiant element with two orthogonal pathways of polarization each having a radiation diagram unidirectional and whose opening at medium power in the planes diagonals, that is in the planes located at ± 45º of the main planes E and H of each dipole, be substantially less than 90º.

La invención tiene por objeto mejorar la situación.The invention aims to improve the situation.

El dispositivo radiante bi-banda de doble polarización de acuerdo con la invención, comprende un primer elemento radiante que funciona en una primera banda de frecuencia F1 que está formado por cuatro dipolos dispuestos en cuadrado y un segundo elemento radiante que funciona en una segunda banda de frecuencia F2 que está formado al menos por un dipolo dispuesto en el centro del cuadrado de los dipolos que forman el primer elemento radiante, siendo alimentado cada dipolo en su centro por un simetrizador. El primer y el segundo elemento radiante están dispuestos por encima de un reflector.The bi-band radiant device double polarization according to the invention, comprises a first radiant element that works in a first band of F1 frequency which is formed by four dipoles arranged in square and a second radiant element that works in a second frequency band F2 that is formed by at least one dipole arranged in the center of the square of the dipoles that form the first radiant element, each dipole being fed into its center by a symmetrizer. The first and second radiant element They are arranged above a reflector.

De acuerdo con una disposición ventajosa, los dipolos que forman el primer elemento radiante y los simetrizadores están realizados en una misma placa metálica, estando formado cada simetrizador de un dipolo por una línea de ranura en cortocircuito tallada en la placa metálica según una dirección perpendicular al eje del dipolo. El segundo elemento radiante está formado al menos por un dipolo dispuesto en el interior de una cavidad que desemboca en el centro de la placa metálica.According to an advantageous provision, the dipoles that form the first radiant element and the symmetrizers they are made in the same metal plate, each one being formed symmetry of a dipole by a short groove line carved on the metal plate in a direction perpendicular to the axis of the dipole. The second radiant element is formed at least by a dipole arranged inside a cavity that flows in the center of the metal plate.

De acuerdo con otro modo de realización ventajoso de la invención la placa metálica y la cavidad pueden estar realizadas en una sola pieza, por ejemplo por embutición. El segundo elemento radiante que funciona en la banda de frecuencia F2 es fijado a continuación en el interior y en el centro de la cavidad cuyo fondo sirve de plano de cortocircuito eléctrico al menos a un simetrizador o balun que sirve para la alimentación del segundo elemento radiante.In accordance with another embodiment advantageous of the invention the metal plate and the cavity can be made in one piece, for example by drawing. He second radiating element that works in the frequency band F2 It is then fixed inside and in the center of the cavity whose bottom serves as an electrical short circuit at least one symmetrizer or balun that serves to feed the second radiant element.

El primer elemento radiante y el segundo elemento radiante así realizados presentan una interacción electromagnética muy pequeña. Ésta es debida únicamente a la difracción de borde de la cavidad. De este modo, el desacoplamiento entre las dos bandas de frecuencia es muy importante cualquiera que sea la orientación relativa del dipolo o de los dipolos que forman el segundo elemento radiante en el interior de la cavidad, es decir su polarización.The first radiant element and the second radiant element thus performed present an interaction Very small electromagnetic. This is due solely to the edge diffraction of the cavity. In this way, decoupling between the two frequency bands is very important anyone who be the relative orientation of the dipole or of the dipoles that form the second radiant element inside the cavity, that is its polarization 

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Otras características y ventajas de la invención se pondrán de manifiesto en la descripción detallada que sigue, hecha refiriéndose a los dibujos anejos, en los cuales:Other features and advantages of the invention will be revealed in the detailed description that follows, made referring to the attached drawings, in which:

- la figura 1 representa un primer modo de realización de un primer dispositivo radiante de doble polarización que puede funcionar en dos bandas de frecuencia diferentes de acuerdo con la invención,- Figure 1 represents a first mode of realization of a first double polarizing radiating device which can work in two different frequency bands of according to the invention,

- la figura 2 representa una vista según el corte AA de la figura 1.- Figure 2 represents a view according to the AA cut of figure 1.

- la figura 3 es una vista en perspectiva del dispositivo representado en las figuras 1 y 2.- Figure 3 is a perspective view of the device shown in figures 1 and 2.

- la figura 4 es una variante de realización del primer elemento radiante de la figura 1.- Figure 4 is a variant embodiment of the first radiating element of figure 1.

- la figura 5 representa un segundo modo de realización de un dispositivo de acuerdo con la invención.- Figure 5 represents a second mode of embodiment of a device according to the invention.

- la figura 6 es una vista según el corte AA del dispositivo de la figura 5.- Figure 6 is a view according to section AA of the device of figure 5.

- la figura 7 es una vista en perspectiva del dispositivo de las figuras 5 y 6.- Figure 7 is a perspective view of the device of figures 5 and 6.

- la figura 8 es una vista parcial en perspectiva de una red colineal formada, por una parte, por elementos radiantes bi-banda y bipolarizados del tipo descrito en la figura 7 y por elementos radiantes monobanda y bipolarizados del mismo tipo que los elementos radiantes centrales de la figura 7.- Figure 8 is a partial view in perspective of a collinear network formed, on the one hand, by bi-band and bipolarized radiating elements of type described in figure 7 and by single-band radiating elements and bipolarized of the same type as the central radiating elements of figure 7. 

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Los dibujos contienen, en lo esencial, elementos de carácter cierto. Estos, por tanto, podrán servir no solamente para hacer comprender la descripción, sino también para, en su caso, contribuir a la definición de la invención.The drawings contain, in essence, elements of a true character. These, therefore, may serve not only to make understand the description, but also to, where appropriate, contribute to the definition of the invention.

El dispositivo representado en las figuras 1, 2 y 3, en las que los elementos homólogos están representados con las mismas referencias, hace aparecer cuatro dipolos indicados por 1 a 4 que forman un cuadrado, recortados en una placa metálica 5 que comprende un agujero central 6 en el cual desemboca la extremidad abierta de una cavidad radiante 7. El lado del cuadrado formado por cada dipolo tiene una longitud típica igual a la semilongitud de onda de la onda de frecuencia F1 radiada por los dipolos para una abertura a media potencia del haz próxima a 65º en el plano horizontal.The device represented in figures 1, 2 and 3, in which the homologous elements are represented with the same references, makes appear four dipoles indicated by 1 to 4 that form a square, cut out on a metal plate 5 that it comprises a central hole 6 in which the limb ends open of a radiant cavity 7. The side of the square formed by each dipole has a typical length equal to the half-length of wave of the F1 frequency wave radiated by the dipoles for a medium power opening of the beam near 65º in the plane horizontal.

Sin embargo, hay que señalar que la separación (d) entre dos dipolos paralelos de la placa radiante 5 y por consiguiente la longitud de los lados del cuadrado formado por los cuatro dipolos 1 a 4, es la que determina en gran parte la directividad del diagrama de radiación en el plano horizontal de estos dipolos, es decir la abertura a media potencia de este diagrama y que esta abertura depende bastante poco de la longitud (l) de los dipolos. La longitud (l) de un dipolo determina su impedancia y puede ser más o menos grande según el espesor y la anchura del dipolo. Cuanto mayor sea el espesor más corta será la longitud del dipolo. En otras palabras, el lado (d) del cuadrado se determina en función de la abertura a media potencia que se desee y que puede tener un valor diferente de 65º y la longitud de los dipolos se ajusta para asegurar la adaptación de impedancia, en general de 50 Ohmios, del par de dipolos paralelos asociados para formar una vía de polarización de diagrama directivo. De acuerdo con un modo de realización ventajoso, los dipolos 1 a 4 y la cavidad 7 pueden estar realizados en una sola pieza por recorte y embutición de la placa metálica 5.However, it should be noted that the separation (d) between two parallel dipoles of the radiant plate 5 and by consequently the length of the sides of the square formed by the four dipoles 1 to 4, is the one that largely determines the directivity of the radiation diagram in the horizontal plane of these dipoles, that is the opening at medium power of this diagram and that this opening depends quite little on the length (l) of the dipoles. The length (l) of a dipole determines its impedance and can be more or less large depending on the thickness and the dipole width. The higher the thickness the shorter the dipole length In other words, the side (d) of the square is determined according to the desired medium power opening and which can have a different value of 65º and the length of the dipoles are adjusted to ensure impedance matching, in 50 Ohm overall, of the pair of associated parallel dipoles for form a polarization path of directive diagram. Agree with an advantageous embodiment, dipoles 1 to 4 and the cavity 7 can be made in one piece by trimming and drawing of the metal plate 5.

Cada dipolo 1 a 4 es alimentado por un simetrizador indicado respectivamente por 8 a 11, de tipo "balun" formado por una línea de ranura en cortocircuito tallada en la placa metálica 5.Each dipole 1 to 4 is fed by a symmetrizer indicated respectively by 8 to 11, of type "balun" formed by a short groove line carved on the metal plate 5.

Cada simetrizador constituye un brazo soporte del dipolo correspondiente. Para hacer esto, la placa 5 está formada alrededor del agujero 6 de paso de la cavidad 7 por una corona concéntrica 12 que comprende en su periferia exterior y según dos direcciones en ángulo recto salientes o brazos 13 a 16 de formas, por ejemplo, rectangular, biselada o trapezoidal, que unen respectivamente la corona 12 a los dipolos 1 a 4. La longitud radial (h) de los brazos es, preferentemente, no nula, por ejemplo superior a 0,05\lambda1 con el fin de evitar el contacto directo del borde interior de los dipolos con el borde exterior de la corona 12 y así reducir al mínimo la interacción entre la corriente que circula por los dipolos y las corrientes que circulan por la corona 12. La anchura media (w) de los brazos es típicamente de 5 a 10 veces la anchura de la línea de ranura que por otra parte es muy pequeña frente a la longitud de onda \lambda1 correspondiente a la frecuencia F1.Each symmetrizer constitutes a support arm of the corresponding dipole. To do this, plate 5 is formed around the passage hole 6 of the cavity 7 by a concentric crown 12 comprising at its outer periphery and according to two directions at right angles projections or arms 13 to 16 of shapes, for example, rectangular, beveled or trapezoidal, that join respectively crown 12 to dipoles 1 to 4. The length radial (h) of the arms is preferably non-zero, for example greater than 0.05 λ1 in order to avoid direct contact of the inner edge of the dipoles with the outer edge of the crown 12 and thus minimize the interaction between the current that circulates through the dipoles and the currents that circulate through the crown 12. The average width (w) of the arms is typically 5 to 10 times the width of the groove line which on the other hand is very small versus the wavelength λ1 corresponding to the F1 frequency.

La anchura de la corona 12 es determinada para ser suficiente a la vez desde el punto de vista mecánico para soportar los dipolos y desde el punto de vista radioeléctrico para estabilizar la directividad de los diagramas de radiación de la cavidad 7 en la segunda banda de frecuencia F2, haciendo menos fluctuante la abertura a media potencia de los diagramas de radiación en función de la frecuencia. Esta anchura es, preferentemente, superior a 5/100 de la longitud de onda \lambda2 correspondiente a la frecuencia F2.The width of the crown 12 is determined to be sufficient at the same time from a mechanical point of view to withstand dipoles and from the radioelectric point of view to stabilize the directivity of the radiation patterns of the cavity 7 in the second frequency band F2, doing less fluctuating the opening at medium power of the diagrams of radiation as a function of frequency This width is, preferably, greater than 5/100 of the wavelength λ2 corresponding to the frequency F2.

Los dipolos 1 a 4 son alimentados en su base, es decir en la extremidad abierta de las líneas de ranura de los simetrizadores 8 a 11, por medio, por ejemplo, de cables coaxiales indicados respectivamente por 17 a 20. En la vista en corte de la figura 2, los dipolos 2 y 4 geométricamente paralelos en dos lados opuestos del cuadrado son alimentados a igualdad de fase y de amplitud por dos líneas coaxiales 18 y 20 idénticas y una T de asociación 21 para formar una vía de polarización de diagrama directivo, tal como una red clásica de dos dipolos paralelos. Las líneas coaxiales de alimentación 17, 18, 19, 20 de los dipolos están dispuestas respectivamente a lo largo y en un lado de los simetrizadores 8, 9, 10, 11. La funda conductora externa de las líneas coaxiales 17 a 20 está en contacto eléctrico con la base de la primera mitad el dipolo al que ésta alimenta y con la placa 5, y el conductor central está conectado a la base de la otra mitad del mismo dipolo. Se obtienen, así, dos vías ortogonales de polarización cuyos diagramas de radiación son sensiblemente idénticos. Sin embargo, este modo de asociación no es limitativo, y pueden considerarse otros modos.Dipoles 1 to 4 are fed at their base, it is say on the open end of the groove lines of the symmetrizers 8 to 11, by means, for example, of coaxial cables indicated respectively by 17 to 20. In the sectional view of the Figure 2, dipoles 2 and 4 geometrically parallel on two sides Opposites of the square are fed to equal phase and amplitude by two identical 18 and 20 coaxial lines and a T of association 21 to form a diagram polarization path managerial, such as a classic network of two parallel dipoles. The coaxial power lines 17, 18, 19, 20 of the dipoles are arranged respectively along and on one side of the symmetrizers 8, 9, 10, 11. The outer conductive sheath of the coaxial lines 17 to 20 is in electrical contact with the base of the first half the dipole it feeds and with plate 5, and the central conductor is connected to the base of the other half of the Same dipole. Thus, two orthogonal pathways of polarization whose radiation patterns are noticeably identical However, this mode of association is not limiting, and Other ways can be considered.

Los simetrizadores de los dipolos son líneas de ranura talladas en la placa 5 en forma de meandros. Los meandros de cada línea de ranura deben ser en número suficiente para que la línea de ranura tenga una longitud sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de onda de la onda de frecuencia F1 radiada por el primer elemento radiante. Sin embargo, las líneas de ranura pueden revestir otras formas, éstas por ejemplo, como muestra la figura 4, en la que los elementos homólogos a los de la figura 1 llevan las mismas referencias, pueden estar formadas por un tramo circular seguido de un tramo rectilíneo que desemboca en la base de alimentación de un dipolo. El tramo circular puede estar en cualquier lugar en la corona 12. Sin embargo, para evitar el acoplamiento entre las ondas de frecuencias F1 y F2, es preferible que éste no esté cerca del borde del agujero 6, sino más bien en la mitad de la corona 12.The symmetrizers of the dipoles are lines of slot carved in plate 5 in the form of meanders. The meanders of Each slot line must be in sufficient number for the groove line has a length substantially equal to a quarter of the wavelength of the frequency wave F1 radiated by the First radiant element. However, slot lines can take other shapes, for example, as shown in Figure 4, in which the elements homologous to those of figure 1 bear the same references, can be formed by a circular section followed by a straight section that ends at the base of Feeding a dipole. The circular section can be in anywhere in the crown 12. However, to avoid the coupling between the frequency waves F1 and F2, it is preferable that this is not near the edge of the hole 6, but rather in the half of the crown 12.

La cavidad metálica 7 puede revestir una forma cilíndrica o ligeramente cónica, de sección circular o de modo más general poligonal de 2 elevado a N lados iguales, con N = 2, 3, 4... La placa radiante 5 está en contacto eléctrico con el borde 7a de la cavidad.The metal cavity 7 can take a shape cylindrical or slightly conical, circular section or more polygonal general from 2 raised to N equal sides, with N = 2, 3, 4 ... The radiant plate 5 is in electrical contact with the edge 7a of The cavity.

La cavidad 7 es excitada en su centro por un elemento radiante 23 que funciona en la segunda frecuencia F2. Este elemento radiante 23 puede ser de tipo dipolo simple para el caso de un funcionamiento en modo de polarización única o de tipo de dipolos cruzados, o torniquete denominado en inglés habitualmente "turnstile", para el caso de un funcionamiento en modo de polarizaciones ortogonales, o de cualquier otro tipo de elementos radiantes adaptado a otros tipos de polarización, incluso circular. El fondo 7b de la cavidad 7 está cerrado con el fin de que la radiación del elemento radiante interior 23 sea unidireccional y directiva hacia la parte delantera de la cavidad 7.The cavity 7 is excited in its center by a radiating element 23 operating on the second frequency F2. This Radiant element 23 can be of simple dipole type in the case of operation in single polarization mode or type of crossed dipoles, or tourniquet commonly called in English "turnstile", in the case of a mode operation orthogonal polarizations, or any other type of elements radiants adapted to other types of polarization, even circular. The bottom 7b of the cavity 7 is closed so that the radiation of the inner radiating element 23 be unidirectional and directive towards the front of the cavity 7.

La alimentación de los dipolos que forman el elemento radiante 23 se efectúa por medio de simetrizadores de tipo "balun". En la vista en corte de la figura 2, cada simetrizador está formado por un primer tubo conductor 24 y un segundo tubo conductor 25 de longitudes sensiblemente iguales a un cuarto de la longitud de onda de la onda de frecuencia F2. Los conductores 24 y 25 están en unión eléctrica por sus extremidades respectivas con la base de alimentación de cada mitad de un dipolo del elemento radiante 23 y el fondo 7b de la cavidad. El primer tubo 24 está atravesado a lo largo de su eje longitudinal por un conductor central 26 del cual una extremidad está unida a la base de alimentación del semidipolo opuesto a aquél al cual está unido por una de sus extremidades y cuya otra extremidad puede estar unida al conductor central de un conductor de alimentación o eventualmente al conductor central de un cable coaxial, no representados. Los tubos 24 y 25 forman así con el conductor central 26 una línea coaxial transformadora de impedancia para el dipolo al cual están unidos.The feeding of the dipoles that form the radiating element 23 is effected by means of type symmetrizers "balun." In the sectional view of Figure 2, each symmetry it is formed by a first conductive tube 24 and a second tube conductor 25 of lengths substantially equal to a quarter of the wavelength of the frequency wave F2. The drivers 24 and 25 are in electrical connection at their respective extremities with the power base of each half of an element dipole radiant 23 and the bottom 7b of the cavity. The first tube 24 is traversed along its longitudinal axis by a conductor central 26 of which one limb is attached to the base of half-pole feed opposite to that to which it is attached by one of its extremities and whose other limb may be attached to the central conductor of a power conductor or eventually to the central conductor of a coaxial cable, not shown. The tubes 24 and 25 thus form a line with the central conductor 26 coaxial impedance transformer for the dipole to which they are United.

De modo ventajoso, la profundidad de la cavidad 7 es próxima a un cuarto de la longitud de onda \lambda2 de la onda de frecuencia F2 del elemento radiante 23 interior a la cavidad. La altura del elemento radiante 23 con respecto al fondo 7b de la cavidad es igualmente próxima a un cuarto de la longitud de onda \lambda2 al tiempo que es inferior a la profundidad de la cavidad 7.Advantageously, the depth of the cavity 7 is close to a quarter of the wavelength λ2 of the frequency wave F2 of the radiating element 23 inside the cavity. The height of the radiating element 23 with respect to the bottom 7b of the cavity is equally close to a quarter of the length of wave λ2 while being less than the depth of the cavity 7.

El diámetro de la cavidad 7 puede variar en amplias proporciones, entre por ejemplo 0,45\lambda2 y \lambda2, para aberturas a media potencia inferiores a 90º de los diagramas de radiación en los planos diagonales inclinados \pm 45º con respecto a los planos principales E y H del dipolo en el interior de la cavidad. Sin embargo, según la relación de las frecuencias F1/F2, la separación necesaria entre los dipolos 1 a 4 de la placa radiante 5 que funcionan a la frecuencia F1 puede limitar el diámetro máximo de la cavidad 7. Por ejemplo, con una separación de 170 mm entre dos dipolos paralelos de la placa radiante que funcionan en la banda GSM 900, son convenientes un diámetro de 80 mm y una profundidad de cavidad de 40 mm para realizar un diagrama de abertura a media potencia de 65º aproximadamente en la banda GSM 1800 o UMTS.The diameter of the cavity 7 can vary in large proportions, for example 0.45 λ2 and λ2,  for medium power openings below 90º of the diagrams of radiation in the inclined diagonal planes ± 45º with with respect to the main planes E and H of the dipole inside The cavity. However, according to the frequency ratio F1 / F2, the necessary separation between dipoles 1 to 4 of the plate radiant 5 operating at the frequency F1 can limit the maximum diameter of the cavity 7. For example, with a separation of 170 mm between two parallel dipoles of the radiant plate that they work in the GSM 900 band, a diameter of 80 is convenient mm and a cavity depth of 40 mm to make a diagram opening at medium power of approximately 65º in the GSM band 1800 or UMTS.

Como aparece en las figuras 2 y 3, la cavidad 7 que soporta la placa 5 está fijada a un reflector 24 de dimensiones suficientes para permitir que los campos electromagnéticos radiados en la parte trasera de los dipolos sobre el reflector sean reenviados a la parte delantera. Además de su función mecánica, el reflector 24 está destinado a hacer unidireccional la radiación de los dipolos de la estructura radiante. El reflector 24 puede comprender muretes cuya función es rigidizar la estructura, pero también actuar sobre la directividad de los diagramas radiados. La altura de los dipolos de la placa radiante 5 con respecto al reflector 24 puede variar típicamente de \lambda1/8 a \lambda1/4 en la banda de frecuencia F1 de longitud de onda \lambda1.As it appears in figures 2 and 3, cavity 7 which supports the plate 5 is fixed to a reflector 24 of dimensions enough to allow radiated electromagnetic fields at the back of the dipoles on the reflector are Forwarded to the front. In addition to its mechanical function, the reflector 24 is intended to make the radiation of unidirectional the dipoles of the radiant structure. The reflector 24 can understand walls whose function is to stiffen the structure, but also act on the directivity of the radiated diagrams. The height of the dipoles of the radiant plate 5 with respect to the reflector 24 may typically vary from λ1 / 8 to λ1 / 4 in the wavelength frequency band F1 λ1.

De acuerdo con otro modo de realización ilustrado en las figuras 5 a 7 en las que los elementos homólogos a los de las figuras 1 a 4 llevan las mismas referencias, los dipolos 1 a 4 de la placa 5 están en parte sobreelevados con respecto al plano formado por la abertura de la cavidad 7, estando dividido cada dipolo en tres partes, una parte baja respectivamente 1b, 2b, 3b, 4b situada en el plano de la placa 5 y dos partes altas respectivamente 1a, 1c; 2a, 2c; 3a, 3c; 4a, 4c situadas a una y otra parte de la parte baja. Esta sobreelevación que, preferentemente, debe conservar la simetría geométrica de la estructura, puede hacerse igualmente inclinando las partes de los dipolos situadas más lejos de las zonas de los simetrizadores 8 a 11 correspondientes. Para realizar dipolos pueden considerarse otras diversas formas geométricas, siendo la única condición el respeto de la simetría de la estructura radiante, es decir la identidad de los dipolos, si no de los cuatro, al menos dos a dos por pares de dipolos paralelos. La simetría de los dipolos por par significa que dos dipolos paralelos tengan una misma longitud con el fin de que estos tengan la mima impedancia y que su radiación respectiva sea sensiblemente la misma. Los dos pares de dipolos no son obligatoriamente idénticos porque cada par de dipolos genera una vía de polarización independiente. La simetría de la que se trata es una simetría con respecto al centro (O) del cuadrado formado por los cuatro dipolos.In accordance with another embodiment illustrated in figures 5 to 7 in which the homologous elements to those in figures 1 to 4 bear the same references, the dipoles 1 to 4 of plate 5 are partly raised with respect to plane formed by the opening of cavity 7, each being divided dipole in three parts, a low part respectively 1b, 2b, 3b, 4b located in the plane of the plate 5 and two high parts respectively 1a, 1c; 2a, 2c; 3a, 3c; 4a, 4c located at one and Another part of the lower part. This high rise that, preferably, you should retain the geometric symmetry of the structure, can also be done by tilting the parts of the dipoles located farther from the symmetry zones 8 to 11 corresponding. To make dipoles can be considered other various geometric shapes, the only condition being respect for the symmetry of the radiant structure, that is the identity of the dipoles, if not of the four, at least two to two by pairs of parallel dipoles. The symmetry of the dipoles per pair means that two parallel dipoles have the same length so that these have the same impedance and that their respective radiation be noticeably the same. The two pairs of dipoles are not obligatorily identical because each pair of dipoles generates a independent polarization path. The symmetry in question is a symmetry with respect to the center (O) of the square formed by The four dipoles.

Las estructuras de los elementos radiantes de las figuras 1 a 7 son muy simples y permiten realizar con el menor coste estructuras radiantes bi-banda que tengan dos vías ortogonales de polarización en cada banda de frecuencia, inclinadas por ejemplo, como muestran las figuras 1 y 5, \pm 45º con respecto a una dirección vertical vv'. Las cuatro vías así formadas están muy desacopladas entre sí típicamente 30 dB, y radian en cada banda de frecuencia según diagramas de directividad unidireccionales que tienen aberturas a media potencia inferiores a 90º en el plano horizontal, por ejemplo 65º. Ventajosamente, podrán realizarse alineaciones colineales de una pluralidad de tales estructuras radiantes para formar redes lineales verticales bi-banda de ganancia elevada, por ejemplo 18 dBi, que tengan dos vías de polarización ortogonales inclinadas \pm 45º con respecto a una dirección vertical vv' en cada banda de frecuencia.The structures of the radiating elements of Figures 1 to 7 are very simple and allow the child to perform cost bi-band radiant structures that have two orthogonal polarization pathways in each frequency band, inclined for example, as shown in figures 1 and 5, ± 45 ° with respect to a vertical direction vv '. The four ways as well formed are very decoupled from each other typically 30 dB, and radiate in each frequency band according to directivity diagrams unidirectional that have openings at half power lower than 90º in the horizontal plane, for example 65º. Advantageously, they may collinear alignments of a plurality of such be made radiant structures to form vertical linear networks high gain bi-band, for example 18 dBi, having two inclined orthogonal polarization pathways ± 45º with respect to a vertical direction vv 'in each band of frequency.

El modo de realización de la red mostrada en la figura 8 comprende, por una parte, elementos radiantes bi-banda y bipolarizados del tipo descrito en la figura 7 que funcionan en las bandas F1 (GSM 900) y F2 (UMTS y/o DCS) y, por otra, elementos radiantes mono banda bipolarizados que funcionan en la banda F2 del mismo tipo que los elementos centrales de la figura 7. El paso de la red para la banda F2 es la mitad del paso de la red para la banda F1. Se puede, así, construir una red altamente directiva y de paso regular, bi-banda y bipolarizada, que tenga una buena pureza de polarización y un gran desacoplamiento entre las diferentes vías. Se significará que todos los elementos radiantes que funcionan en la banda F2 tienen sensiblemente el mismo centro de fase debido a su identidad, estando situado éste en el eje central de la cavidad, eje perpendicular al plano de la abertura de la cavidad. Esta propiedad facilita enormemente el apuntamiento eléctrico (o Tilt) del haz por acción sobre los desfasajes entre elementos radiantes y permite igualmente una mejor alineación de las fases de los elementos radiantes en la banda de frecuencia para una mayor directividad de la antena.The mode of realization of the network shown in the Figure 8 comprises, on the one hand, radiant elements bi-band and bipolarized of the type described in the Figure 7 operating in the bands F1 (GSM 900) and F2 (UMTS and / or DCS) and, on the other, bipolarized mono band radiating elements that they work in the F2 band of the same type as the central elements of Figure 7. The network step for the F2 band is half of the network step for the F1 band. You can, thus, build a network highly directive and regular, bi-band and bipolarized, having a good polarization purity and a great decoupling between the different routes. It will mean that all the radiating elements that work in the F2 band have substantially the same phase center due to its identity, being located in the central axis of the cavity, axis perpendicular to the plane of the cavity opening. This property greatly facilitates the electrical pointing (or Tilt) of the beam by action on phase shifts between radiating elements and allows also a better alignment of the phases of the elements radiants in the frequency band for greater directivity of the antenna.

Elementos radiantes realizados de acuerdo con los de la invención descritos anteriormente y que funcionan en las bandas de frecuencia GSM 1800, GSM 1900 y UMTS han permitido obtener un aislamiento entre las vías próximo a 30 dB, con relaciones de onda estacionaria con respecto a 50 Ohmios para todos los elementos radiantes inferiores a 1,7:1 y aberturas a media potencia de los diagramas de directividad próximas a 65º en el plano horizontal para ganancias próximas a 9 dBi en las dos bandas de frecuencia.Radiant elements made in accordance with those of the invention described above and operating in the GSM 1800, GSM 1900 and UMTS frequency bands have allowed obtain insulation between the tracks close to 30 dB, with standing wave ratios with respect to 50 Ohms for all Radiant elements below 1.7: 1 and medium openings power of directivity diagrams close to 65º in the plane  horizontal for gains close to 9 dBi in the two bands of frequency.

Claims (16)

1. Dispositivo radiante del tipo que comprende un primer elemento radiante, que funciona en una primera banda de frecuencia F1, formado por cuatro dipolos (1, 2, 3, 4) dispuestos en cuadrado, y un segundo elemento radiante (23), que funciona en una segunda banda de frecuencia F2, formado al menos por un dipolo dispuesto en el centro del cuadrado de los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante, estando alimentado cada dipolo en su centro por un simetrizador, estando dispuesto el conjunto de los elementos radiantes por encima de un reflector (24), caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante y los simetrizadores (8, 9, 10, 11) que les están asociados están realizados en una misma placa metálica (5), estando formado cada simetrizador de un dipolo por una línea de ranura en cortocircuito, tallada en la placa metálica (5) según una dirección perpendicular al eje del dipolo, y porque el segundo elemento radiante (23) está formado al menos por un dipolo dispuesto en el interior de una cavidad metálica (7) colocada en el centro de la placa metálica (5).1. Radiant device of the type comprising a first radiating element, operating in a first frequency band F1, formed by four dipoles (1, 2, 3, 4) arranged in square, and a second radiating element (23), which it works in a second frequency band F2, formed at least by a dipole arranged in the center of the square of the dipoles (1, 2, 3, 4) that form the first radiating element, each dipole being fed in its center by a symmetrizer , the set of the radiating elements being arranged above a reflector (24), characterized in that the dipoles (1, 2, 3, 4) that form the first radiating element and the symmetrizers (8, 9, 10, 11) that they are associated with them, they are made in the same metal plate (5), each symmetrizer of a dipole being formed by a shorted groove line, carved in the metal plate (5) according to a direction perpendicular to the axis of the dipole, and because the second radiant element (23) is for at least by a dipole arranged inside a metal cavity (7) placed in the center of the metal plate (5). 2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la cavidad (7) es de forma cilíndrica, cónica o de sección poligonal de 2 elevado a N lados iguales, con N = 2, 3, 4... etc.2. Device according to claim 1, characterized in that the cavity (7) is cylindrical, conical or polygonal in shape from 2 raised to N equal sides, with N = 2, 3, 4 ... etc. 3. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la cavidad está realizada por embutición de la placa metálica (5).3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the cavity is made by drawing the metal plate (5). 4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los simetrizadores (8, 9, 10, 11) están formados por líneas de ranura en cortocircuito de longitud sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de funcionamiento del primer elemento radiante.Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the symmetrizers (8, 9, 10, 11) are formed by shorted groove lines of length substantially equal to a quarter of the operating length of the first element radiant. 5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque las líneas de ranura (8, 9, 10, 11) son en forma de meandros.5. Device according to claim 4, characterized in that the groove lines (8, 9, 10, 11) are in the form of meanders. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque las líneas de ranura (8, 9, 10, 11) comprenden un primer tramo rectilíneo seguido de un segundo tramo circular.Device according to claim 4, characterized in that the groove lines (8, 9, 10, 11) comprise a first straight section followed by a second circular section. 7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante están alimentados por cables coaxiales (17, 18, 19, 20) dispuestos a lo largo de los simetrizadores, estando la funda conductora externa de cada cable en contacto eléctrico con la primera mitad del dispositivo al que éste alimenta, estando conectado su conductor a la base de la otra mitad de este mismo dipolo.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the dipoles (1, 2, 3, 4) that form the first radiating element are fed by coaxial cables (17, 18, 19, 20) arranged at along the symmetrizers, the outer conductive sheath of each cable being in electrical contact with the first half of the device it feeds, its conductor being connected to the base of the other half of this same dipole. 8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los dipolos (1, 2, 3, 4) que forman el primer elemento radiante están en parte sobreelevados con respecto al plano formado por la abertura de la cavidad (7).Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the dipoles (1, 2, 3, 4) that form the first radiating element are partly raised with respect to the plane formed by the opening of the cavity (7 ). 9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la cavidad (7) comprende un fondo (7b) sobre el cual reposa el segundo elemento radiante (23) por intermedio de tubos soporte (24, 25).Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the cavity (7) comprises a bottom (7b) on which the second radiating element (23) rests by means of support tubes (24, 25). 10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los tubos soporte (24, 25) forman líneas bifilares de tipo "Balun" para la alimentación de los dipolos del segundo elemento radiante (23).Device according to claim 9, characterized in that the support tubes (24, 25) form bifilar lines of the "Balun" type for feeding the dipoles of the second radiating element (23). 11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el segundo elemento radiante (23) está formado por dos dipolos cruzados en ángulo recto.11. Device according to claim 10, characterized in that the second radiating element (23) is formed by two dipoles crossed at right angles. 12. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque la altura del elemento radiante (23) con respecto al fondo (7b) de la cavidad (7) es próxima a un cuarto de la longitud de onda radiada por el segundo elemento radiante al tiempo que es inferior a la profundidad de la cavidad (7).12. Device according to one of claims 9 and 10, characterized in that the height of the radiating element (23) with respect to the bottom (7b) of the cavity (7) is close to a quarter of the wavelength radiated by the second radiant element while being less than the depth of the cavity (7). 13. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la profundidad de la cavidad (7) es sensiblemente igual a un cuarto de la longitud de onda de la onda radiada por el segundo elemento radiante (23).13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the depth of the cavity (7) is substantially equal to a quarter of the wavelength of the wave radiated by the second radiating element (23). 14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque, para las cavidades cilíndricas de sección circular, o para las cavidades de sección poligonal, el diámetro de la cavidad (7) o el del círculo circunscrito a la sección poligonal, está comprendido sensiblemente entre 0,45\lambda2, y \lambda2, designando \lambda2 la longitud de onda de la onda radiada por el segundo elemento radiante (23).14. Device according to claim 13, characterized in that, for cylindrical cavities of circular section, or for cavities of polygonal section, the diameter of the cavity (7) or that of the circle circumscribed to the polygonal section, is substantially comprised between 0.45 λ2, and λ2, designating λ2 the wavelength of the wave radiated by the second radiating element (23). 15. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el primer elemento radiante (1, 2, 3, 4) y el segundo elemento radiante (23) están orientados en el espacio para radiar respectivamente dos ondas de polarizaciones ortogonales inclinadas \pm 45º con respecto a la vertical.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the first radiating element (1, 2, 3, 4) and the second radiating element (23) are oriented in the space to radiate respectively two waves of orthogonal polarizations inclined ± 45º with respect to the vertical. 16. Red de antenas, caracterizada porque comprende varios dispositivos de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 15, alineados verticalmente en un mismo reflector (24) y dispuestos sobre el reflector (24) de modo que forman dos vías de polarización ortogonales inclinadas \pm 45º con respecto a la dirección vertical en cada banda de frecuencia.16. Antenna network, characterized in that it comprises several devices according to one of claims 1 to 15, aligned vertically in the same reflector (24) and arranged on the reflector (24) so that they form two inclined orthogonal polarization paths \ 45º pm with respect to the vertical direction in each frequency band.
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