PT1516393E - Double polarization dual-band radiating device - Google Patents
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Abstract
Description
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DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO RADIANTE DUAL-BAND COM DUPLA POLARIZAÇÃO" A invenção refere as antenas e os seus elementos radiantes utilizáveis especialmente nas estações de base das redes de radiocomunicação celulares de tipo GSM ou UMTS por exemplo.DESCRIPTION " DUAL-BAND RADIANT DEVICE WITH DOUBLE POLARIZATION " The invention relates to antennas and their radiant elements which can be used especially in the base stations of GSM or UMTS cellular radio communication networks, for example.
Um elemento radiante com dupla polarização pode ser formado por dois dipolos radiantes, cada dipolo sendo constituído por dois fios de condutores colineares. 0 comprimento de cada fio é sensivelmente igual ao quarto do comprimento de onda de trabalho. Os dipolos estão montados sobre uma estrutura permitindo a sua alimentação e o seu posicionamento na parte de cima de um reflector (PLAN-MASSE) . Isto permite, por reflexão da radiação atrás dos dipolos, de afinar a directividade do diagrama de radiação do conjunto assim formado. É conhecido por realizar um dispositivo radiante funcionando em duas bandas de frequência e em polarizações ortogonais, de dispor um primeiro elemento radiante, formado por quatro dipolos de quadratura operando sobre uma primeira frequência Fl, à volta de um segundo elemento radiante formado por dois dipolos cruzados em quadratura operando sobre uma segunda frequência F2, o conjunto desses elementos estando disposto na parte de cima de um reflector.A radiant element with double polarization can be formed by two radiant dipoles, each dipole being constituted by two wires of colinear conductors. The length of each wire is roughly equal to the quarter of the working wavelength. The dipoles are mounted on a structure allowing them to be fed and positioned on top of a reflector (PLAN-MASSE). This allows, by reflection of the radiation behind the dipoles, to fine-tune the directivity of the radiation pattern of the array thus formed. It is known to realize a radiant device operating in two frequency bands and in orthogonal biases, to provide a first radiant element, formed by four quadrature dipoles operating on a first frequency Fl, around a second radiant element formed by two crossed dipoles in quadrature operating on a second frequency F2, the set of said elements being arranged at the top of a reflector.
De acordo com a sua orientação no espaço, os dipolos podem irradiar ou receber ondas electromagnéticas seguindo duas vias de polarização, por exemplo uma via de polarização horizontal e uma via de polarização vertical ou ainda 2 seguindo duas vias de polarizaçao deslocadas de um ângulo de ± 45° em relação à horizontal ou à vertical.According to their orientation in space, the dipoles can radiate or receive electromagnetic waves following two polarization paths, for example a horizontal bias path and a vertical bias path or alternatively following two offset bias paths of an ± 45 ° to the horizontal or vertical.
No entanto o desacoplamento inter-banda depende fundamentalmente da orientação relativa do segundo elemento radiante colocado no centro do primeiro. Em particular os dipolos paralelos dos elementos funcionando nas bandas de frequência F1 e F2 são insuficientemente soltos na banda de frequência superior de frequência F2 para a qual os dipolos periféricos têm uma grande dimensão relativamente ao comprimento de onda correspondente à frequência F2. Com efeito a interacção entre os dipolos periféricos funcionando na frequência F1 e os dipolos cruzados funcionando na frequência F2 é devida por sua vez à radiação directa, estando os dipolos em visibilidade directa, mas também à radiação reflectida pelo reflector. Pelo contrário as vias perpendiculares dos dois elementos radiantes estão bem soltas pelo poder dessa ortogonalidade geométrica. Mas se essa ortogonalidade já não é respeitada, especialmente se os dipolos do elemento radiante central têm orientações arbitrárias às dos dipolos periféricos formando o primeiro elemento radiante então um acoplamento inter-banda demasiado forte aparece entre as diferentes vias de transmissão ou de recepção dos dois elementos radiantes.However the interband decoupling depends fundamentally on the relative orientation of the second radiant 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 loose in the upper frequency band F2 for which the peripheral dipoles have a large dimension with respect to the wavelength corresponding to the frequency F2. In fact, the interaction between the peripheral dipoles operating at the frequency F1 and the crossed dipoles operating at the frequency F2 is due in turn to the direct radiation, the dipoles being in direct visibility, but also to the radiation reflected by the reflector. On the contrary, the perpendicular paths of the two radiating elements are very loose by the power of this geometric orthogonality. But if this orthogonality is no longer respected, especially if the dipoles of the central radiant element have arbitrary orientations to those of the peripheral dipoles forming the first radiant element then an overly strong interband coupling appears between the different transmission or reception paths of the two elements radiant
Uma outra desvantagem desta estrutura é que a radiação do elemento radiante central é perturbada pelo elemento radiante periférico. Com efeito essa radiação é parcialmente difractada em particular pelos dipolos do elemento radiante periférico, de modo que o diagrama de radiação resultante apresenta no melhor dos casos ondulações e, para uma orientação relativa arbitrária dos 3 dipolos do elemento radiante central, esse diagrama é dissimétrico relativamente ao eixo principal de radiação perpendicular ao plano dos dipolos.A further disadvantage of this structure is that the radiation of the central radiant element is disturbed by the peripheral radiant element. In effect, this radiation is partially diffracted in particular by the dipoles of the peripheral radiant element, so that the resulting radiation diagram exhibits at best ripples and, for an arbitrary relative orientation of the 3 dipoles of the central radiant element, this diagram is relatively dissimetric to the main axis of radiation perpendicular to the plane of the dipoles.
Torna-se pois difícil obter um elemento radiante dual-band simples de fabricar possuindo duas vias ortogonais de polarização linear fortemente soltas numa banda larga de frequência. É a fortiori difícil realizar uma rede directiva bipolarizada constituindo diversos elementos radiantes deste género, e oferecendo uma boa pureza de polarização.It is therefore difficult to obtain a simple dual-band radiant element to be manufactured having two orthogonal, linearly-biased orbitals in a wide frequency band. It is a fortiori difficult to realize a bipolarized directive network constituting several radiating elements of this kind, and offering a good purity of polarization.
Noutro plano, seria desejável obter um elemento radiante com duas vias ortogonais de polarização tendo cada uma um diagrama de radiação unidireccional e cuja abertura a meia potência nos planos diagonais quer dizer dos planos situados ± 45° dos planos principais E e H de cada dipolo, seja substancialmente inferior a 90°. A invenção tem como finalidade melhorar a situação. O dispositivo radiante dual-band com dupla polarização de acordo com a invenção, compreende um primeiro elemento radiante funcionando numa primeira banda de frequência F1 que é formada por quatro dipolos dispostos em quadrado e um segundo elemento radiante funcionando numa segunda banda de frequência F2 que é formada por pelo menos um dipolo disposto no centro do quadrado dos dipolos formando o primeiro elemento radiante, cada dipolo sendo alimentado no seu centro por um simetrizador. O primeiro e o segundo elemento radiante estão dispostos na parte de cima de um reflector. 4In another plane, it would be desirable to obtain a radiating element having two orthogonal bias paths each having a unidirectional radiation pattern and the half-power aperture in the diagonal planes i.e. the planes ± 45 ° of the principal planes E and H of each dipole, is substantially less than 90Â °. The invention aims to improve the situation. The dual polarized dual-radiant radiant device according to the invention comprises a first radiant element operating in a first frequency band F1 which is formed by four dipoles arranged in a square and a second radiant element operating in a second frequency band F2 which is formed by at least one dipole arranged in the center of the square of the dipoles forming the first radiant element, each dipole being fed at its center by a symmetrix. The first and second radiant elements are arranged at the top of a reflector. 4
De acordo com uma disposição vantajosa, os dipolos formando o primeiro elemento radiante e os simetrizadores são realizados numa mesma placa metálica, cada simetrizador de um dipolo sendo formado por uma linha ranhurada em curto-circuito talhada na placa metálica seguindo uma direcção perpendicular ao eixo do dipolo. 0 segundo elemento radiante é formado por pelo menos um dipolo disposto no interior de uma cavidade aberta ao centro da placa metálica.According to an advantageous arrangement, the dipoles forming the first radiant element and the symmetrizers are realized on the same metal plate, each symmetrix of a dipole being formed by a short-circuit grooved line cut into the metal plate following a direction perpendicular to the axis of the dipole. The second radiant element is formed by at least one dipole disposed within a cavity open to the center of the metal plate.
De acordo com um outro modo de realização vantajosa da invenção a placa metálica e a cavidade podem ser realizadas numa só peça, por embutição por exemplo. 0 segundo elemento radiante funcionando na banda de frequência F2 é em seguida fixado ao interior e ao centro da cavidade cujo fundo serve de plano de curto-circuito eléctrico e pelo menos um simetrizador ou "balun" servindo à alimentação do segundo elemento radiante.According to another advantageous embodiment of the invention the metal plate and the cavity may be made in one piece, for example by drawing. The second radiant element operating in the frequency band F2 is then fixed to the interior and center of the cavity whose bottom serves as the electric short-circuit plane and at least one symmetrix or "balun " serving the power of the second radiant element.
Assim realizado o primeiro elemento radiante e o segundo elemento radiante apresentam uma interacção electromagnética muito fraca. Esta só é devida à difracção de bordo da cavidade. Deste modo o desacoplamento entre as duas bandas de frequência é muito forte qualquer que seja a orientação relativa do ou dos dipolos formando o segundo elemento radiante no interior da cavidade, quer dizer a sua polarização.Thus realized the first radiant element and the second radiant element exhibit very weak electromagnetic interaction. This is only due to the edge diffraction of the cavity. In this way the decoupling between the two frequency bands is very strong whatever the relative orientation of the dipole (s) forming the second radiant element within the cavity, i.e. its polarization.
Outras caracteristicas e vantagens da invenção aparecerão na descrição detalhada mais adiante, feita em referência aos desenhos anexados, sobre os quais: - a figura 1 representa um primeiro modo de realização de um primeiro dispositivo radiante com dupla polarização 5 podendo funcionar em duas bandas de frequência diferentes de acordo com a invenção, - a figura 2 representa uma vista segundo o corte AA da figura 1. - a figura 3 é uma vista em perspectiva do dispositivo representado nas figuras 1 e 2. - a figura 4 é uma variante de realização do primeiro elemento radiante da figura 1. - a figura 5 representa um segundo modo de realização de um dispositivo de acordo com a invenção. - a figura 6 é uma vista segundo o corte AA do dispositivo da figura 5. - a figura 7 é uma vista em perspectiva do dispositivo das figuras 5 e 6. - a figura 8 é uma vista parcial em perspectiva de uma rede colinear formada por um lado de elementos radiantes dual-band e bipolarizados do tipo descrito na figura 7 e de elementos radiantes mono banda e bipolarizados do mesmo tipo que os elementos radiantes centrais da figura 7.Further features and advantages of the invention will appear in the detailed description given below with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 represents a first embodiment of a first dual polarization radiant device 5 and can operate in two frequency bands FIG. 2 is a sectional view AA of FIG. 1; FIG. 3 is a perspective view of the device shown in FIGS. 1 and 2; FIG. 4 is a variant embodiment of the present invention; FIG. the first radiant element of Figure 1. Figure 5 shows a second embodiment of a device according to the invention. Figure 6 is a sectional view AA of the device of Figure 5. Figure 7 is a perspective view of the device of Figures 5 and 6. Figure 8 is a partial perspective view of a collinear network formed by one side of dual-band and bipolarized radiating elements of the type described in figure 7 and of mono-band and bipolarized radiating elements of the same type as the central radiating elements of figure 7.
Os desenhos contêm, para o essencial, elementos de carácter certo. Poderão pois não somente servir para fazer compreender melhor a descrição, mas também contribuir para a definição da invenção se for caso disso. 0 dispositivo representado nas figuras 1, 2 e 3 onde os elementos homólogos são representados com as mesmas referências, faz aparecer quatro dipolos referenciados de 1 a 4 formando um quadrado, cortados numa placa metálica 5 constituindo um orificio central 6 no qual descarrega a extremidade aberta de uma cavidade radiante 7. 0 lado do quadrado formado por cada dipolo tem um comprimento típico igual a meio comprimento de onda da onda de frequência F1 6 radiada pelos dipolos para uma abertura a meia potência do feixe vizinho de 65° no plano horizontal. É de notar no entanto, que é a separação (d) entre dois dipolos paralelos da placa radiante 5 e por consequência o comprimento dos lados do quadrado formado pelos quatro dipolos 1 a 4 que determina em grande parte a directividade do diagrama de radiação no plano horizontal desses dipolos, quer dizer a abertura a meia potência desse diagrama e que esta abertura depende bastante pouco do comprimento (1) dos dipolos. 0 comprimento 1 de um dipolo determina a sua impedância e pode ser mais ou menos grande de acordo com a espessura e a largura do dipolo. Quanto maior é esta espessura mais curto será o comprimento do dipolo. Por outras palavras o lado (d) do quadrado é determinado em função da abertura a meia potência que é pretendida e que pode ter um valor diferente de 65° e o comprimento dos dipolos é ajustado para assegurar a adaptação de impedância, em geral de 50 Ohms, do par dos dipolos paralelos associados para formar uma via de polarização de diagrama directivo. De acordo com um modo de realização vantajosa os dipolos 1 a 4 e a cavidade 7 podem ser realizados de uma só peça por corte e embutição da placa metálica 5.The drawings contain, for the essential, elements of certain character. They may therefore serve not only to make the description better understood, but also to contribute to the definition of the invention where appropriate. The device shown in Figures 1, 2 and 3 wherein the homologous elements are represented with the same references, shows four dipoles referenced from 1 to 4 forming a square, cut into a metal plate 5 constituting a central hole 6 in which it unloads the open end of a radiating cavity 7. The side of the square formed by each dipole has a typical length equal to a half wavelength of the frequency wave F1 F1 radiated by the dipoles to a half power aperture of the neighboring beam of 65 ° in the horizontal plane. It should be noted, however, that it is the separation (d) between two parallel dipoles of the radiant plate 5 and consequently the length of the sides of the square formed by the four dipoles 1 to 4 which largely determines the directivity of the radiation pattern in the plane horizontal arrangement of these dipoles, that is to say the half-power aperture of this diagram and that this aperture depends very little on the length (1) of the dipoles. The length 1 of a dipole determines its impedance and may be more or less large according to the thickness and width of the dipole. The larger this thickness the shorter the length of the dipole. In other words the side (d) of the square is determined as a function of the half-power aperture which is intended and which may have a value other than 65 ° and the length of the dipoles is adjusted to ensure impedance matching, generally 50 Ohms of the pair of parallel dipoles associated to form a directional diagram bias path. According to an advantageous embodiment the dipoles 1 to 4 and the cavity 7 can be realized in one piece by cutting and drawing the metal plate 5.
Cada dipolo 1 a 4 é alimentado por um simetrizador referenciado respectivamente de 8 a 11, de tipo "balun" formado por uma linha ranhurada em curto-circuito talhado na placa metálica 5.Each dipole 1 to 4 is fed by a symmetrix referenced respectively from 8 to 11, of type " balun " formed by a short-circuit grooved line cut into the metal plate 5.
Cada simetrizador constitui um braço suporte do dipolo correspondente. Para o fazer a placa 5 está formada à volta do orifício 6 de passagem da cavidade 7 para uma coroa 7 concêntrica 12 constituindo sobre a sua periferia exterior e seguindo duas direcções de ângulo recto excrescências ou braços 13 a 16 de formas por exemplo, rectangular, biselada ou trapezoidal, ligando respectivamente a coroa 12 aos dipolos 1 a 4. 0 comprimento radial (h) dos braços é de preferência não nulo, por exemplo superior a 0,05λ1 de modo a evitar o contacto directo do bordo interior dos dipolos com o bordo exterior da coroa 12 e assim minimizar a interacção entre a corrente circulando sobre os dipolos e as correntes circulando sobre a coroa 12. A largura média (w) dos braços é tipicamente de 5 a 10 vezes a largura da linha ranhurada que é por outro lado muito pequena diante do comprimento de onda λΐ correspondente à frequência Fl. A largura da coroa 12 é determinada por ser suficiente ao mesmo tempo sobre o plano mecânico para suportar os dipolos e sobre o plano radioeléctrico para estabilizar a directividade dos diagramas de radiação da cavidade 7 na segunda banda de frequência F2, tornando menos flutuante a abertura a meia potência dos diagramas de radiação em função da frequência. Esta largura é de preferência superior a 5/100-ima do comprimento de onda X2 correspondente à frequência F2.Each symmetrix is a support arm of the corresponding dipole. To do so, the plate 5 is formed around the through hole 6 of the cavity 7 into a concentric crown 7 constituting on its outer periphery and following two directions of right angles, excrescences or arms 13 to 16 of shapes, for example rectangular, bevelled or trapezoidal, respectively connecting the crown 12 to the dipoles 1 to 4. The radial length (h) of the arms is preferably non-zero, for example greater than 0.05λ1 in order to avoid direct contact of the inner edge of the dipoles with the the outer edge of the crown 12 and thus minimize the interaction between the current flowing over the dipoles and the chains circulating over the crown 12. The arms' average width (w) is typically 5 to 10 times the width of the notched line which is otherwise very small side in front of the wavelength λΐ corresponding to the frequency Fl. The width of the crown 12 is determined by being sufficient at the same time on the mechanical plane to support the dipoles and the radio plane to stabilize the directivity of the radiation patterns of the cavity 7 in the second frequency band F2, making the aperture half-power of the radiation diagrams as a function of frequency. This width is preferably greater than 5/100-ima of the wavelength X2 corresponding to the frequency F2.
Os dipolos 1 a 4 são alimentados na sua base, quer dizer na extremidade aberta das linhas ranhuradas dos simetrizadores 8 a 11 por meio de por exemplo de cabos coaxiais referenciados respectivamente de 17 a 20. Sobre a vista em corte da figura 2 os dipolos 2 e 4 geometricamente paralelos sobre dois lados opostos do quadrado são alimentados em igualdade de fase e de amplitude por duas linhas coaxiais 18 e 20 idênticas e um Té de associação 21 para formar uma via de polarização de diagrama directivo, tal como uma rede clássica de dois dipolos paralelos. As linhas coaxiais de alimentação 17, 18, 19, 20 dos dipolos estão dispostas respectivamente ao longo e sobre um lado dos simetrizadores 8, 9, 10, 11. A bainha condutora externa das linhas coaxiais 17 a 20 está em contacto eléctrico com a base da primeira metade do dipolo que ela alimenta e com a placa 5, e o condutor central está conectado à base da outra metade do mesmo dipolo. Obtêm-se assim duas vias ortogonais de polarização cujos diagramas de radiação são sensivelmente idênticos. No entanto este modo de associação não é limitativo, e outros modos podem ser considerados.The dipoles 1 to 4 are fed at their base, ie at the open end of the grooved lines of the symmetrizers 8 to 11 by, for example, coaxial cables respectively referenced from 17 to 20. On the cross-sectional view of figure 2 dipoles 2 and 4 geometrically parallel on two opposite sides of the square are fed in phase and amplitude equality by two identical coaxial lines 18 and 20 and an Association Tea 21 to form a directional diagram bias path, such as a classic network of two parallel dipoles. The coaxial feed 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 of the dipole it feeds and with the plate 5, and the central conductor is connected to the base of the other half of the same dipole. Two polar orthogonal paths are thus obtained, the radiation patterns of which are substantially identical. However this mode of association is not limiting, and other modes may be considered.
Os simetrizadores dos dipolos são linhas ranhuradas talhadas na placa 5 em forma de meandros. Os meandros de cada linha ranhurada devem ser em número suficiente para que a linha ranhurada tenha um comprimento sensivelmente igual ao quarto do comprimento de onda da onda de frequência F1 radiada pelo primeiro elemento radiante. No entanto as linhas ranhuradas podem revestir outras formas, podem por exemplo como o demonstra a figura 4 onde os elementos homólogos aos da figura 1 trazem as mesmas referências, serem formadas por um segmento circular seguido de um segmento rectilineo terminando na base de alimentação de um dipolo. 0 segmento circular pode estar não importa onde sobre a coroa 12. No entanto para evitar o acoplamento entre as ondas de frequência F1 e F2, é preferível que não esteja perto do bordo do orifício 6 mas de preferência no meio da coroa 12.The dipoles symmetrizers are grooved lines carved into the meandering plate 5. The intricacies of each slotted line should be sufficient in number so that the slotted line has a length substantially equal to the quarter of the wavelength of the frequency wave F1 radiated by the first radiant element. However, the grooved lines may overlap other shapes, for example as shown in Figure 4 where the elements homologous to those in Figure 1 bear the same references, are formed by a circular segment followed by a rectilinear segment terminating in the feed base of a dipole. The circular segment may be no matter where on the crown 12. However to avoid coupling between the frequency waves F1 and F2, it is preferred that it is not near the edge of the bore 6 but preferably in the middle of the crown 12.
A cavidade metálica 7 pode revestir uma forma cilíndrica ou ligeiramente cónica de secção circular ou mais geralmente poligonal a 2 potência N lados iguais com N=2, 3, 4... A 9 placa radiante 5 está em contacto eléctrico com o bordo 7a da cavidade. A cavidade 7 é activada no seu centro por um elemento radiante 23 funcionando sobre a segunda frequência F2. Este elemento radiante 23 pode ser de tipo dipolo simples para o caso de um funcionamento em modo de polarização única ou de tipo de dipolos cruzados, ou torniquete comummente chamado em inglês "turnstile", para o caso de um funcionamento em modo de polarizações ortogonais, ou qualquer outro tipo de elementos radiantes adaptado a outros tipos de polarização ai compreendidos circular. 0 fundo 7b da cavidade 7 é fechado de modo a que a radiação do elemento radiante interior 23 seja unidireccional e directiva para a frente da cavidade 7. A alimentação dos dipolos formando o elemento radiante 23 efectua-se pelos meios de simetrizadores de tipo "balun". Sobre a vista em corte da figura 2 cada simetrizador é formado por um primeiro tubo condutor 24 e um segundo tubo condutor 25 de comprimentos sensivelmente iguais ao quarto do comprimento de onda da onda de frequência F2. Os condutores 24 e 25 estão em ligação eléctrica pelas suas extremidades respectivas com a base de alimentação de cada metade de um dipolo do elemento radiante 23 e o fundo 7b da cavidade. 0 primeiro tubo 24 é atravessado ao longo do seu eixo longitudinal por um condutor central 26 do qual uma extremidade está ligada à base de alimentação do meio dipolo oposto àquele ao qual ele está ligado por uma das suas extremidades e cuja outra extremidade pode ser ligada ao condutor central de um conector de alimentação ou eventualmente ao condutor central de um cabo coaxial não representados. Os tubos 24 e 25 formam assim com o condutor 10 central 26 uma linha coaxial transformadora de impedância para o dipolo ao qual estão ligados.The metal cavity 7 may be formed into a cylindrical or slightly conical shape of circular or more generally polygonal cross-section at power N equal sides with N = 2, 3, 4 ... The radiant plate 5 is in electrical contact with the edge 7a of the cavity. The cavity 7 is activated at its center by a radiant element 23 running on the second frequency F2. This radiant element 23 may be of simple dipole type for the case of operation in single polarization or cross-dipole type operation, or tourniquet commonly called in English " turnstile ", in the case of operation in orthogonal polarization mode , or any other type of radiating element adapted to other types of polarization comprising circular. The bottom 7b of the cavity 7 is closed so that the radiation of the inner radiant element 23 is unidirectional and directional forward from the cavity 7. The feed of the dipoles forming the radiating element 23 is effected by the " balun ". On the cross-sectional view of Figure 2 each symmetrix is formed by a first conductive tube 24 and a second conductive tube 25 of lengths substantially equal to the fourth of the wavelength of the frequency wave F2. The conductors 24 and 25 are in electrical connection at their respective ends with the feed base of each half of a dipole of the radiant element 23 and the bottom 7b of the cavity. The first tube 24 is traversed along its longitudinal axis by a central conductor 26 of which one end is connected to the feed base of the dipole means opposite to that to which it is connected at one of its ends and whose other end can be connected to the conductor of a power connector or, if appropriate, to the central conductor of a coaxial cable, not shown. The tubes 24 and 25 thus form with the central conductor 10 a coaxial impedance transforming line for the dipole to which they are connected.
De modo vantajoso a profundidade da cavidade 7 está próxima do quarto do comprimento de onda X2 da onda de frequência F2 do elemento radiante 23 interior à cavidade. A altura do elemento radiante 23 relativamente ao fundo 7b da cavidade está igualmente próxima do quarto do comprimento de onda X2 sendo inferior à profundidade da cavidade 7. 0 diâmetro da cavidade 7 pode variar em largas proporções, entre por exemplo 0,45X2 e X2, para aberturas a meia potência inferiores a 90° dos diagramas de radiação nos planos diagonais inclinados de ±45° relativamente aos planos principais E e H do dipolo no interior da cavidade. Contudo de acordo com a relação das frequências F1/F2 o desvio necessário entre os dipolos 1 a 4 da placa radiante 5 funcionando na frequência F1 pode limitar o diâmetro máximo da cavidade 7. Por exemplo, com um desvio de 170mm entre dois dipolos paralelos da placa radiante funcionando na banda GSM900, um diâmetro de 80mm e uma profundidade de cavidade de 40mm convêm para realizar um diagrama de abertura a meia potência 65° aproximadamente na banda GSM1800 ou UMTS.Advantageously the depth of the cavity 7 is close to the fourth of the wavelength X2 of the frequency wave F2 of the radiant element 23 inside the cavity. The height of the radiant element 23 relative to the bottom 7b of the cavity is also close to the fourth of the wavelength X2 being less than the depth of the cavity 7. The diameter of the cavity 7 may vary in wide proportions, for example 0.45X2 and X2, for half-power apertures of less than 90 ° of the radiation diagrams in inclined diagonal planes of ± 45 ° relative to the principal planes E and H of the dipole within the cavity. However according to the ratio of the F1 / F2 frequencies the required deviation between the dipoles 1 to 4 of the radiant plate 5 operating in the frequency F1 may limit the maximum diameter of the cavity 7. For example, with a deviation of 170mm between two parallel dipoles of the radiant plate running on the GSM900 band, a diameter of 80mm and a depth of cavity of 40mm are suitable for a roughly 65 ° half-power opening diagram in the GSM1800 or UMTS band.
Como aparece nas figuras 2 e 3 a cavidade 7 que suporta a placa 5 está fixada sobre um reflector 24 de dimensões suficientes para permitir aos campos electromagnéticos radiados atrás dos dipolos sobre o reflector de serem reenviados para a frente. Além do seu papel mecânico, o reflector 24 está destinado a tornar unidireccional a radiação dos dipolos da estrutura radiante. 0 reflector 24 pode constituir muretes cujo papel é de endurecer a 11 estrutura mas igualmente de agir sobre a directividade dos diagramas radiantes. A altura dos dipolos da placa radiante 5 relativamente ao reflector 24 pode variar tipicamente de λ 1/8 a λ 1/4 na banda de frequência F1 de comprimento de onda λ 1.As shown in Figures 2 and 3 the cavity 7 supporting the plate 5 is fixed on a reflector 24 of sufficient size to allow the electromagnetic fields radiated behind the dipoles on the reflector to be forwarded forward. In addition to its mechanical role, the reflector 24 is intended to make unidirectional radiation from the radii of the radiant structure. The reflector 24 may constitute walls whose role is to harden the structure but also to act on the directivity of the radiating diagrams. The height of the dipoles of the radiant plate 5 relative to the reflector 24 can typically range from λ 1/8 to λ 1/4 in the frequency band F1 of wavelength λ 1.
De acordo com um outro modo de realização ilustrado nas figuras 5 a 7 em que os elementos homólogos aos das figuras 1 a 4 trazem as mesmas referências, os dipolos 1 a 4 da placa 5 estão em parte elevados relativamente ao plano formado pela abertura da cavidade 7, cada dipolo sendo dividido em três partes, uma parte baixa respectivamente lb; 2b, 3b, 4b situada no plano da placa 5 e duas partes altas respect ivamente la, lc; 2a, 2c; 3a, 3c; 4a, 4c situadas de um lado e de outro da parte baixa. Esta elevação que de preferência deve conservar a simetria geométrica da estrutura, pode igualmente fazer-se inclinando as partes dos dipolos situados para lá das zonas dos simetrizadores 8 a 11 correspondentes. Diversas outras formas geométricas podem ser consideradas para realizar os dipolos, sendo a única condição o respeito pela simetria da estrutura radiante, quer dizer a identidade dos dipolos, se não dos quatro pelo menos dois a dois por pares de dipolos paralelos. A simetria dos dipolos por par significa que dois dipolos paralelos têm um mesmo comprimento total de modo a que tenham a mesma impedância e que a sua radiação respectiva seja sensivelmente a mesma. Os dois pares de dipolos não são obrigatoriamente idênticos porque cada par de dipolos gera uma via de polarização independente. A simetria de que se trata é uma simetria relativamente ao centro (0) do quadrado formado pelos quatro dipolos. 12According to a further embodiment shown in figures 5 to 7 in which the elements homologous to those of Figures 1 to 4 bear the same references, the dipoles 1 to 4 of the plate 5 are in part raised with respect to the plane formed by the opening of the cavity 7, each dipole being divided into three parts, a lower part respectively 1b; 2b, 3b, 4b lying in the plane of the plate 5 and two respec- tively high parts 1c; 2a, 2c; 3a, 3c; 4a, 4c situated on either side of the lower part. This elevation, which preferably preserves the geometrical symmetry of the structure, can also be done by tilting the parts of the dipoles situated beyond the zones of the corresponding symmetrizers 8 to 11. Several other geometric forms can be considered to make the dipoles, the only condition being respect for the symmetry of the radiant structure, ie the identity of the dipoles, if not the four of 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 total length so that they have the same impedance and that their respective radiation is substantially the same. The two pairs of dipoles are not necessarily identical because each pair of dipoles generates an independent bias path. The symmetry in question is a symmetry relative to the center (0) of the square formed by the four dipoles. 12
As estruturas dos elementos radiantes das figuras 1 a 7 são muito simples e permitem realizar a menor custo estruturas radiantes dual -band tendo duas vias ortogonais de polarização em cada banda de frequência, inclinadas por exemplo, como o mostram as figuras 1 e 5, de ±45° relativamente a uma direcção vertical vv' . As quatro vias assim formadas estão fortemente desacopladas entre elas de tipicamente 30dB, e irradiam em cada banda de frequência seguindo diagramas de directividade unidireccionais tendo aberturas a meia potência inferiores a 90° no plano horizontal, por exemplo 65°. Vantajosamente poderão ser realizados alinhamentos colineares de uma pluralidade de tais estruturas radiantes para formar redes lineares verticais de alto ganho, por exemplo 18dBi, dual-band tendo duas vias de polarização ortogonais inclinadas de ±45° relativamente a uma direcção vertical vv' em cada banda de frequência. 0 modo de realização da rede mostrado na figura 8 compreende por um lado elementos radiantes dual-band e bipolarizados do tipo descrito na figura 7 funcionando nas bandas F1 (GSM900) e F2 (UMTS e/ou DCS) e por outro lado elementos radiantes mono banda bipolarizados funcionando na banda F2 do mesmo tipo que os elementos centrais da figura 7. O passo da rede para a banda F2 é metade do passo da rede para a banda Fl. Pode assim construir-se uma rede altamente directiva e de passo regular, dual-band e bipolarizada tendo uma boa pureza de polarização e um forte desacoplamento entre as diferentes vias. Notar-se-á que todos os elementos radiantes funcionando na banda F2 têm sensivelmente o mesmo centro de fase em consequência da sua identidade, este estando situado sobre o eixo central da cavidade, eixo perpendicular ao plano de abertura da 13 cavidade. Esta propriedade facilita grandemente o controlo eléctrico (ou Tilt) do feixe por acção sobre os desfasamentos entre os elementos radiantes e permite igualmente um alinhamento melhor das fases dos elementos radiantes na banda de frequência para uma maior directividade da antena.The structures of the radiating elements of Figures 1 to 7 are very simple and allow to realize at a lower cost dual-band radiant structures having two orthogonal bias paths in each frequency band inclined for example as shown in figures 1 and 5 of ± 45 ° relative to a vertical direction v '. The four channels thus formed are strongly decoupled therebetween, typically 30dB, and radiate in each frequency band following unidirectional directivity diagrams having half-power apertures of less than 90ø in the horizontal plane, for example 65ø. Advantageously, collinear alignments of a plurality of such radiating structures may be realized to form high gain, e.g. 18dBi, dual-band vertical linear networks having two inclined orthogonal biases of ± 45 ° relative to a vertical direction vv 'on each band frequency. The embodiment of the network shown in Figure 8 comprises, on the one hand, dual-band and bipolarized radiating elements of the type described in figure 7 operating on the bands F1 (GSM900) and F2 (UMTS and / or DCS) and on the other hand radiant mono elements band bands operating in the F2 band of the same type as the central elements of Figure 7. The pitch of the network to the band F2 is half the pitch of the network to the band Fl. A highly directional, dual-band and bipolarized stepping network can thus be constructed having a good polarization purity and a strong decoupling between the different paths. It will be appreciated that all radiant elements operating in the band F2 have substantially the same phase center as a consequence of their identity, being located on the central axis of the cavity, axis perpendicular to the opening plane of the cavity. This property greatly facilitates the electrical control (or Tilt) of the beam per action over the mismatches between the radiant elements and also allows better alignment of the phases of the radiant elements in the frequency band for a greater directivity of the antenna.
Elementos radiantes realizados em conformidade com os da invenção descritos precedentemente e funcionando nas bandas de frequência GSM1800, GSM1900 e UMTS permitiram obter uma isolação entre as vias próxima de 30dB, com ligações de onda estacionária relativamente a 50 Ohms para todos os elementos radiantes inferiores a 1,7:1 e aberturas a meia potência dos diagramas de directividade próximos de 65° no plano horizontal para os ganhos vizinhos de 9dBi nas duas bandas de frequência.Radiant elements embodied in accordance with the invention described above and operating in the frequency bands GSM1800, GSM1900 and UMTS have achieved insulation between the paths close to 30dB, with standing wave connections relative to 50 Ohms for all radiating elements less than 1 , 7: 1 and half-power apertures of the directivity diagrams close to 65 ° in the horizontal plane for neighboring gains of 9dBi in the two frequency bands.
Lisboa, 7 de Abril de 2010Lisbon, April 7, 2010
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