WO1999057784A1 - Unas antenas multitriangulares duales para telefonia celular gsm y dcs - Google Patents

Unas antenas multitriangulares duales para telefonia celular gsm y dcs Download PDF

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WO1999057784A1
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dcs
antennas
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antenna
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Carles Puente Baliarda
Jordi Romeu Robert
Monica Navarro Rodero
Carmen Borja Borau
Jaume Anguera Pros
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Universitat Politecnica De Catalunya
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    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the invention relates to antennas formed by a set of triangles joined by their vertices, which simultaneously cover the GSM cell phone bands of frequency 890 MHz-960 MHz and DCS of frequency 1710 MHz - 1880 MHz.
  • the object of the invention is an antenna whose radiating element is basically constituted by several triangles linked exclusively by their vertices. Its function is to operate simultaneously in the radio spectrum bands corresponding to the GSM 890MHz-960 MHz and DCS 1710 MHz -1880 MHz cellular telephone systems.
  • the GSM system is used in Spain by the operators Telefónica (Movi ⁇ tar system) and AIRT ⁇ L. It is expected that the DCS system will be operational in mid-1998, with those or other operators requesting an operating license in the corresponding range between 1710 MHz-18 ⁇ 0MHz.
  • the multitriangular antennas which cb eto of the present invention have their main application in the base stations of both cell phone systems (GSM and DCS), giving radioelectric coverage to any user of a cell operating in any of the two bands or both simultaneously.
  • GSM and DCS both cell phone systems
  • Conventional antennas for GSM and DCS systems operate exclusively in a single band, which requires two antennas in case you want to provide coverage in both bands within the same cell. Since the AKDs operate simultaneously in the two bands, it is completely unnecessary to use antennas (one for each band), which reduces the cost of implantation ⁇ the cellular system and minimizes the environmental impact on the urban and rural landscape .
  • the multifrecuenc a behavior is obtained in the AMD through a single radiating element;
  • the final element Angalar Elle cer ⁇ will greatly simplify the antenna, reducing SJ cost and size
  • the AMD antennas are presented in two versions adapted to two specific situations: a first version with omni ⁇ irectional diagram for horizontal mounting on roof, from year onwards (AMD1) and a second version with sectorial diagram for vertical wall mounting sobie wall or tube, of now on (AMD2).
  • AMD1 year onwards
  • AMD2 sectorial diagram for vertical wall mounting sobie wall or tube, of now on
  • the multitriangular element is mounted in a monopole configuration on a conductive ground plane
  • the multitriangular element is mounted in a patch type configuration, parallel to the conductive ground plane.
  • the dual multi-angle antennas recommended for cellular telephony consist of three fundamental parts: a multi-angle conductor element, a connection network that interconnects the multi-triangular element with the antenna access connector and a ground conductor plane.
  • the distinctive characteristics of these antennas is the radiant element formed by the union of three triangles.
  • the triangles are joined by their vertices so that the set in turn has a triangular shape.
  • the radiating element is made of a conductive material or superconductor.
  • the multitnangular structure can be constructed in copper, brass or in the form of a printed circuit on a dielectric substrate.
  • the fundamental task of the connection network is firstly to facilitate the physical interconnection between ultitriangular element and the connector ⁇ to antenna and secondly to adapt the natural impedance the multit ⁇ angular element to the impedance (typically 50 Onmios) of the cable that connects the antenna and the transmitter / receiver equipment.
  • the conductive ground plane has the mission, together with the multi-angle element, to configure the antenna to obtain the appropriate radiation beam shape.
  • the ultitriangular element is mounted perpendicularly to the ground plane, _or that confers an omnidirectional diagram in the horizontal plane (taking as a horizontal reference said ground plane ⁇
  • the shape of the ground plane is not determining although the circular shape is He prefers for its radial symmetry that emphasizes omnidirectionality.
  • the ultit ⁇ angular element is mounted parallel to the ground plane, which gives the antenna a sector diagram. Additionally, metal fins perpendicular to the ground plane can be mounted on both side edges. These fins contribute to narrow the radiant beam in the horizontal plane, reducing its width by increasing the height of the fins. As for the type of metal to be used, it is not important from the readioelectric point of view, although for the AMD1 model, aluminum will preferably be chosen for its lightness and good conductivity.
  • the frequency of the first operating band is determined by the height of the triangular perimeter of the structure, while the frequency position of the second band is determined by the height of the lower solid metal triangle.
  • Figure n ⁇ 1 details the structure of an omnidirectional antenna (10) (AMD1).
  • the antenna is mounted perpendicular to the ground plane (14 ,.
  • Figure n ⁇ 2 details the structure of a sector antenna (17) (AMD2).
  • AMD2 multitriangular radiating element
  • the ground plane '14 the connection network (12) are clearly distinguished
  • the antenna (17) is mounted perpendicular to the ground plane (14).
  • FIG. n ⁇ 3 details two specific embodiments of the AMDl and AMD2 antenna models, respectively.
  • Figure n ⁇ 4 summarizes the radioelectric behavior of the antenna in the bands of graphic GSM (a, and graphic DCS (b).
  • Figure n ⁇ 5 is a typical radiation pattern in the GSM and DCS bands, both retain the bilobular structure in the vertical plane and an omnidirectional distribution in the horizontal plane.
  • Figure n ⁇ 6 is a concrete embodiment of the sectorial multitriang ⁇ lar dual antenna (AMD2).
  • Figure n ⁇ 7 shows the typical radioelectric behavior of a specific embodiment of dual ultitriangular antenna in which the ROE can be seen in GSM and DCS, typically below 1.5.
  • Figure n ⁇ 8 shows the radiation diagrams of both types of antenna, GSM and DCS.
  • the AMDl model (10) consists of a dual multitriangular non-pole with a radiation or nidirectional horizontal plane.
  • the multitriangular structure is formed by a 2 mm thick copper sheet, with an external perimeter in the shape of an equilateral triangle of 11.2 cm. Tall.
  • Said triangular structure is also made a triangular hole (18), 36.6 cm high. and inverted position with respect to the main structure, originating three triangles (19-20) joined together by their vertices, see figures n ⁇ 1 and 3. Of those three triangles, the larger one (20) is also an equilateral triangle of height 75.4 cm
  • the multi-triangular element (11) is mounted perpendicularly on a 22 cm circular aluminum ground plane (14). diameter.
  • the structure is supported with one or two dielectric posts, so that the vertex farthest from the central hole of the structure is raised a height of 3.5 mm. with respect to the center of the circular mass plane (14). Both points, the apex of the antenna and the center of the ground plane (14), constitute the terminal where the connection network (12) will be connected.
  • the antenna (10) is at that resonant point at the center frequencies of the GSM and DCS bands, presenting a typical impedance of 250 Ohms.
  • connection network (12) will depend on the type of connection network (12) to be used.
  • connection (12) and adaptation network is a broadband impedance transformer formed by several sections of transmission lines.
  • the network is formed by two sections of transmission line of electrical length equal to a quarter of wavelength at the frequency of 1500 MHz.
  • the characteristic impedance of the transmission line closest to the antenna is of 110 Ohms, while the second line presents a characteristic pedance of 70 Ohms.
  • a particular version of said connection network is a microstrip type line on a 3.5 mm substrate. of rigid foam type thickness (dielectric permittivity 1.25) of dimensions 62.5 x 2.5 mm. in the first section and 47 mm. x 8 mm In the second.
  • the end of the network opposite the antenna is connected to an axial 50 Ohm connector, mounted perpendicularly to the ground plane from the rear face.
  • a "N" type connector common in GSM antennas
  • the antenna has a single connector for both bands; Your conversion to an antenna with two connectors (one for each band) will be achieved by adding a conventional diplexer network.
  • the antenna can be coated with a dielectric radome transparent to electromagnetic radiation, whose function will be to protect the radiating element and the connection network from external aggressions.
  • FIG. 1 shows the ROE standing wave relationship in both bands, GSK and DCS, observing ROE 1.5 in the entire band of interest.
  • Figure n ⁇ 5 shows two typical radiation patterns.
  • An omnidirectional behavior can be observed in the horizontal plane and a typical bilobular diagram in the vertical plane, the typical directivity of the antenna being 3.5 dBi in the GSM band and 6 dBi in the DCS band.
  • the behavior is very similar in both bands (both ROE and diagram), which make it a dual antenna.
  • the AMD2 model (17) consists of a dual multitriangular patch antenna with a sectorial radiation pattern in the horizontal plane.
  • the rnultit ⁇ angular structure (11) (the antenna patch) is formed by a printed copper sheet on a standard fiberglass printed circuit board, with an external perimeter in the form of an equilateral triangle of 14.2 cm. Tall.
  • Said triangular structure (11) is printed leaving a central triangular zone (18), 12.5 cm high, free of metallization. and inverted position with respect to the main structure.
  • the structure thus formed is composed of three triangles joined between their vertices, see figure n ⁇ 6. Of those three triangles the largest (20) is also an equilateral triangle of height 10.95 cm. , see figure n ⁇ 2.
  • the muititriangular parcne (11) is mounted parallel to a ground plane (14) of rectangular aluminum of 20 x 15 cm.
  • the separation between the patch and the ground plane is 3.5 cm. of separation that is maintained with four dielectric spacers that act as a support, not shown in figure n ⁇ 2
  • rectangular and 4 cm fins are mounted. high that narrow the beam of radiation on the horizontal piano.
  • connection to the antenna is made at two points.
  • the first is placed in the bisector at 16 mm. of the vertex and constitutes the feeding point in the DCS band.
  • the second is located in any of the two symmetrical triangles of the structure, keeping a separation of 24 mm. in the horizontal direction with respect to the outer vertex and a separation of 14 mm. with respect to the longer side in the vertical direction, constituting the feeding point in the GSM band.
  • connection to these points is made using a 1 mm conductor wire. section, mounted perpendicular to the patch.
  • the wire is welded at one end to the patch and at the other end to the circuit that connects the radiating element and the access connector
  • the wire In the DCS band, the wire consists, for example, of the central conductor of a cable 50 Ohm coaxial, whose external conductor is connected to the rear face of the ground piano, leaving, however, a circular air crown of 5 mm. in diameter around it, so that there is no direct contact between the conducting wire and the patch. In this case, the coupling between conductor and patch is capacitive.
  • the interconnection between the GSM power point and the antenna access connector (13) will be done through an impedance adaptation / transformation network (15), see figure n ⁇ 3.
  • That network will basically consist of a transmission line of electrical length equal to a quarter of wavelength at 925 MHz and characteristic impedance equal to 65 Ohms.
  • the line is soldered to the conducting wire that connects to the multitriangular patch and at the opposite end it is soldered to an N-type connector (13, mounted on the back face of the ground plane.
  • the connector (139 can be replace with a 50 Ohm transmission line section (for example, a semi-rigid coaxial cable) with a connector on the opposite end, which allows the position of connector N to be independent of the location of the transformer network.
  • Another particular version of the adaptation network will consist of a 50 Ohm transmission line of adequate length to present a conductance of 1/50 Siemens (a microaxial type cable, for example), in which a parallel stub will be inserted ( another 50 Ohm line of the appropriate length) that would cancel the reactance before the first line exits.
  • a parallel ⁇ tub of electrical length equal to half wavelength, at the DCS central frequency and terminated in open circuit will be connected to the base of the DCS connector.
  • a parallel stub terminated in an open circuit of slightly longer than a quarter wavelength can be connected to the center frequency of the GSM band.
  • FIGS n ⁇ 7 and 8 show the typical radio behavior of this specific embodiment of dual multitriangular antenna.
  • ia ROE is shown in GSM and DCS, typically below 1.5.
  • the radiation diagrams in both are shown in the figure n £ S. It is clearly observed that both antennas radiate by means of a main lobe in the direction perpendicular to the antenna and that in the horizontal plane both diagrams are of the sectorial type, with a width of typical beam at 3dB of 65 ⁇ .

Abstract

Las antenas multitriangulares duales objeto de la presente invención (en adelante AMD) tienen su aplicación principal en las estaciones base de ambos sistemas de telefonía celular (GSM y DCS), dando cobertura radioeléctrica a cualquier usuario de una celda que opere en alguna de las dos bandas o en ambas simultáneamente, la invención preconizada tiene por objeto una antena cuyo elemento radiante está constituido básicamente por varios triángulos unidos exclusivamente por sus vértices. Su función es operar simultáneamente en las bandas del espectro radioeléctrico correspondiente a los sistemas de telefonía celular GSM 890 MHz - 960 MHz y DCS 1710 MHz - 1880 MHz.

Description

"UNAS ANTENAS MULTITRIANGU A ES DUALES PARA TELEFONÍA
CELULAR GSM Y DCS"
Mas concretamente, la invención se refiere a antenas formadas por un conjunto de triángulos unidos por sus vértices, que cubren simultáneamente las bandas de telefonía celular GSM de frecuencia 890 MHz-960 MHz y DCS de frecuencia 1710 MHz - 1880 MHz.
Las antenas empezaron a desarrollarse a finales del siglo pasado a partir de que James C. Maxwell en 1864 postulara las leyes fundamentales del electromagnetismo. Debe atribuirse a Heinrich Hertz en 1886 el invento de la primera antena con la que demostraba la transmisión en el aire de las ondas electromagnéticas. Ya en el siglo XX y a principios de los años sesenta aparecen las primeras antenas independientes de la frecuencia (E.C. Jordán, G.A Deschamps, J.D. Dyson, P.E. Mayes, "Developments m broadband antennaε", IEEE Spectrum, vol . 1 pgs . 58-71, abril 1964; V:H: Rumsey, "Frecuency - Independent antennas", New York Academic, 1966; R.L. Carrel, "Analysis and design of the log-peπodic dipole array" , Tech. Rep. 52, Universidad de Illinois Antenna Lab., Contrato AF33 (616)-6079, octubre 1961; P.E. Mayes, "Frecuency mdependent antennas and broad-band deπvatives thereof", proc. IEEE, vol. 80, nS 1, enero 1992, proponiéndose hélices, espirales, conos y agrupaciones, logopeπódicas para la realización de antenas de banda ancha. Posteriormente, en 1995 se introdujeron las antenas de tipo fractal o multifractal (debe atribuirse a B.B. Mandelbrot en su libro The fractal geometry of nature, W.H. Freeman and Cía 1983, la acuñación de los términos fractal y multifractal ) antenas que por su geometría presentaban un comportamiento multifrecuencia y en determinados casos un tamaño reducido, tales como las que se describen y reivindican en la Patente de Invención nΩ 9700048 del mismo titular. Las antenas aquí descritas tienen su origen primitivo en dichas antenas ce tipo fractal.
La invención preconizada tiene por objeto una antena cuyo elemento radiante esta constituido básicamente por varios triángulos unidos exclusivamente por sus vértices. Su función es operar simultáneamente en las bandas del espectro radioeléctrico correspondiente a los sistemas de telefonía celular GSM 890MHz-960 MHz y DCS 1710 MHz -1880 MHz.
En la actualidad el sistema GSM es utilizado en España por los operadores Telefónica (sistema Moviεtar) y AIRTΞL. Está previsto que el sistema DCS entre en funcionamiento a mediados del año 1998, p ciendo dichos u otros operadores optar a una licencia de operación en la canda correspondiente entre 1710 MHz-18δ0MHz.
Las antenas multitriangulares cuales cb eto de la presente invención (en adelante AMD) tienen su aplicación principal en las estaciones base de ambos sistemas de telefonía celular (GSM y DCS), dando cobertura radioeléctπca a cualquier usuario de una celda que opere en alguna de las dos bandas o en ambas simultáneamente. Las antenas convencionales para los sistemas GSM y DCS operan exclusivamente en una única banda, con lo cual se requieren dos antenas en caso de querer dar cobertura en ambas bandas dentro de la misma celda. Dado que las AKD operan simultáneamente en las dos bandas, se nace totalmente innecesario utilizar des antenas (una para cada banda), con lo cual se reduce el coste de implantación ¿el sistema celular y se minimiza el impacto medioambiental en el paisaje urbano y rural.
Las características fundamentales de este tipo ce antenas son :
Su forma ultitriangular constituida por tres triángulos unidos por sus vértices, que a su vez configuran conjuntamente una estructura triangular de tamaño superior.
- Su comportamiento raαioelectπco (impedancia de entrada y diagrama de radiación) que es lo suficientemente parecido en ambas bandas (GSM y DCS) como para cumplir las especificaciones técnicas para cada uno de los dos sistemas simultáneamente.
A diferencia de otras antenas, el comportaπτ.entc multifrecuenc a se obtiene en las AMD a través de un nico elemento radiante; el elemento ultitr angalar Elle cerπ te simplificar enormemente la antena, reduciendo SJ coste y tamaño
Las antenas AMD se presentan en dos versiones adaptacas a dos situaciones concretas: una primera versión con diagrama omniαireccional para montaje horizontal en teche, de añora en adelante (AMD1) y una segunda versión con diagrama sectorial para montaje mural vertical sobie pared o tubo, de ahora en adelante (AMD2). En el primer caso el elemento multitriangular se monta en configuración monopolo sobre un plano de tierra conductor, mientras que en el segundo caso el elemento multitriangular se monta en configuración tipo parche, paralelamente al plano de tierra conductor . Las antenas multitπangulares duales preconizadas para telefonía celular constan de tres partes fundamentales: un elemento multitnangular conductor, una red de conexión que mterconecta el elemento multitriangular con el conector de acceso a la antena y un plano de tierra conductor. La características distintiva de dichas antenas es el elemento radiante formado por la unión de tres triángulos. Los triángulos se unen por sus vértices de manera que el conjunto a su vez tiene forma triangular. El elemento radiante está fabricado en un material conductor o superconductor. A modo de ejemplo, aunque no limitándose a ellos, la estructura multitnangular puede construirse en chapa de cobre, de latón o en forma de circuito impreso sobre un substrato dieléctrico. La misión fundamental de la red de conexión es, en primer lugar, facilitar la interconexión física entre el elemento ultitriangular y el conector de ^a antena y en segundo lugar, adaptar la impedancia natural del elemento multitπangular a la impedancia (típicamente 50 Onmios ) del cable que mterconecta la antena y el equipe transmisor /recepto .
El plano de tierra conductor tiene por misión, juntamente con el elemento multitπangular , ce configurar la antena para obtener la forma adecuada del haz de radiación. En el modelo AMD1 , el elemento ultitriangular se monta perpendicularmente al plano de tierra, _o que confiere un diagrama omnidireccional en el plano horizontal (tomando como referencia horizontal dicho plano ce tierra ^ La forma del plano de tierra no es determinante aunque la forma circular se prefiere por su simetría radial que enfatiza la omnidireccionalidad .
En el modelo AMD2 , el elemento ultitπangular se monta paralelamente al plano de tierra, lo cual confiere a la antena un diagrama sectorial. Adicionalmente , pueden montarse unas aletas metálicas perpendiculares al plano de tierra en ambos bordes laterales. Dichas aletas contrinuyen a estrechar el haz radiante en el plano horizontal, reduciendo su anchura a base de aumentar la altura de las aletas . En cuanto al tipo de metal a utilizar, no es importante desde el punto de vista readioeléctrico , aunque para el modelo AMD1 se escogerá preferentemente el aluminio por su ligereza y buena conductividad.
El comportamiento dual de la antena, es decir, la repetición de sus características radioelectπcas en las candas de GSM y DCS se obtiene gracias a la forma característica del elemento triangular. Básicamente, la frecuencia de la primera banda operativa viene determinada por la altura del perímetro triangular ce la estructura, mientras que la posición frecuencial de la segunda banda viene determinada por la altura del triangulo metálico solido inferior.
Otros detalles y características de la actual solicitud de Patente de Invención se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se ¿a, en la que se hace referencia a las figuras que en esta memoria se acompañan en las que se representar, los detalles referidos. Estes detalles se dan a título de ejemplo, haciendo referencia a un caso posible de realización práctica, pero no queda limitado a los detalles que ahí se exponen; por tanto esta descripción aeoe ser considerada desde un punto de vista ilustrativo y sin limitaciones de ninguna clase. Sigue a continuación una relación detallada de los principales elementos que se citan en la presente descripción : (10) antena maltitriangular dual ommdireccional , (11) elemento radiante multitriangular , (12) red de conexión, (13) conector, (14) plano de tierra, (15) red de adaptación, 816) espuma rígida, (17) antena multitπangular dual sectorial, (18) orificio triangular, (19) triángulos superiores, (20) triángulo inferior.
La figura nΩ 1 detalla la estructura de una antena omnidireccional (10)(AMD1). La antena se monta perpendicularmente al plano de tierra (14,.
La figura nΩ 2 detalla la estructura de una antena sectorial (17) (AMD2). En ellas se distingue claramente el elemento radiante multitriangular (11), el plano de masa '14) y la red de conexión (12), la antena (17) se monta perpendicularmente al plano de tierra (14).
La figura nΩ 3 detalla dos realizaciones concretas de los modelos de antena AMDl y AMD2 , respectivamente.
La figura nΩ 4 resume el comportamiento radioeléctπco de la antena en las bandas de GSM gráfica (a, y DCS gráfica (b).
La figura nΩ 5 es un diagrama de radiación típico en las bandas GSM y DCS, ambas conservan la estructura bilobular en el plano vertical y una distribución omnidireccional en el plano horizontal.
La figura nΩ 6 es una realización concreta de la antena multitriangαlar dual sectorial (AMD2).
La figura nΩ 7 muestra el comportamiento radioeléctricc típico de una realización concreta de antena ultitriangular dual en la que puede verse la ROE en GSM y DCS, típicamente por debajo de 1.5.
La figura nΩ 8 muestra los diagramas de radicación de ambos tipos de antena, GSM y DCS.
A continuación se describen dos modos particulares de funcionamiento (AMDl y AMD2 ) de la antena multitπangular dual .
El modelo AMDl (10) consiste en un nonopolo multitriangular dual con diagrama de radiación o nidireccional en el plano horizontal. La estructura multitriangular está formada por una chapa de cobre de 2 mm de grosor, con un perímetro externo en forma de triángulo equilátero de 11.2 cm. de altura. A dicha estructura triangular se le practica un orificio también triangular (18), de altura 36,6 cm. y posición invertida respecto a la estructura principal, originando tres triángulos (19-20) unidos entre si por sus vértices, véase figuras nΩ 1 y 3. De esos tres triángulos, el de mayor tamaño (20) es un triángulo también equilátero de altura 75,4 cm.
El elemento multitriangular (11) se monta perpendicularmente sobre un plano de tierra (14) de aluminio circular de 22 cm. de diámetro. La estructura se soporta con uno o dos postes dieléctricos, de manera que el vértice más alejado al orificio central de la estructura esté elevado una altura de 3,5 mm. con respecto al centre del plano de masa (14) circular. Ambos puntos, el vértice de la antena y el centro del plano de masa (14), constituyen el terminal donde se conectará la red de conexión (12). La antena (10) es en ese punto resonante en las frecuencias centrales de las bandas de GSM y DCS, presentando una impedancia típica de 250 Ohmios. La separación entre plano de masa (14) y elemento radiante
(11) dependerá del tipo de red de conexión (12) a utilizar.
La red de conexión (12) y adaptación es un transformador de impedancias de banda ancha formado por varias secciones de líneas de transmisión. En el caso particular aquí descrito, la red está formada por dos secciones de línea de transmisión de longitud eléctrica igual a un cuarto de longitud de onda a la frecuencia de 1500 MHz. La impedancia característica de la línea de transmisión más cercana a la antena es de 110 Ohmios, mientras que la segunda línea presenta una i pedancia característica de 70 Ohmios. Una versión particular de dicha red de conexión es una línea tipo microstrip sobre un substrato de 3.5 mm. de grosor tipo espuma rígida (permitividad dieléctrica 1.25) de dimensiones 62,5 x 2,5 mm. en la primera sección y 47 mm. x 8 mm. en la segunda. El extremo de la red opuesto al de la antena se conecta a un conector axial de 50 Ohmios, montado perpendicularmente al plano de tierra desde la cara posterior. Preferentemente se utilizará un conector de tipo "N" (habitual en las antenas GSM)-La antena presenta un único conector para ambas bandas; su conversión a una antena con dos conectores (uno para cada banda) se pondrá conseguir añadiéndole una red diplexora convencional.
Opcionalmente , la antena podrá recubrirse con un radomo dieléctrico transparente a la radiación electromagnética, cuya función será proteger el elemento radiante y la red de conexión de agresiones externas.
Para su anclaje en el techo podrán utilizarse varias técnicas convencionales. A modo de ejemplo, tres orificios en el perímetro del plano de tierra para anclaje mediante tornillo . En la figura nΩ 4 se muestra la relación de onda estacionaria ROE en ambas bandas, GSK y DCS observándose que ROE 1.5 en toda la banda de interés.
En la figura nΩ 5 se muestran dos diagramas de radiación típicos. Puede observarse un comportamiento omnidireccional en el plano horizontal y un típico diagrama bilobular en el plano vertical, siendo la directividad típica de la antena 3.5 dBi en la banda de GSM y 6 dBi en la banda de DCS. A destacar del funcionamiento de la antena, que el comportamiento es muy similar en ambas bandas (.tanto en ROE como en diagrama), lo que la convierten en una antena dual.
El modelo AMD2 (17) consiste en una antena tipo parche multitriangular dual con un diagrama de radiación sectorial en el plano horizontal. La estructura rnultitπangular (11) (el parche de la antena) está formada por una lámina de cobre de impresa sobre una placa de circuito impreso de fibra de vidrio estándar, con un perímetro externo en forma de triángulo equilátero de 14.2 cm. de altura. Dicha estructura triangular (11) se imprime dejando libre de metalización una zona triangular central (18), de altura 12,5 cm. y posición invertida respecto a la estructura principal. La estructura así formada se compone de tres triángulos unidos entre por sus vértices, véase figura nΩ 6. De esos tres triángulos el de mayor tamaño (20) es un triángulo también equilátero de altura 10,95 cm. , véase figura nΩ 2.
El parcne muititriangular (11) se monta paralelamente a un plano de tierra (14) de aluminio rectangular de 20 x 15 cm. La separación entre el parche y el plano de tierra es de 3.5 cm. de separación que se mantiene con cuatro espaciadores dieléctricos que actúan a modo de soporte, no representado en la figura n Ω 2 En los dos laterales del plano de tierra (14) se montan unas aletas de sección rectangular y 4 cm. de altura que estrechan el haz de radiación en el piano horizontal.
La conexión a la antena se realiza en dos puntos. El primero se sitúa en la bisectriz a 16 mm. del vértice y constituye el punto de alimentación en la banda de DCS. El segundo se ubica en cualquiera de los dos triángulos simétricos de la estructura, guardando una separación de 24 mm. en la dirección horizontal respecto al vértice exterior y una separación de 14 mm. respecto al lado más largo en la dirección vertical, constituyendo el punto de alimentación en la banda GSM.
La conexión a estos puntos se realiza mediante un hile conductor de 1 mm. de sección, montado perpendicularmente al parche. En el punto de GSM el hilo se suelda en un extremo al parche y en el otro extremo al circuito que mterconecta el elemento radiante y el conector de acceso En la banda de DCS, el hilo consiste por ejemplo, en el conductor central de un cable coaxial de 50 Ohmios, cuye conductor externo se conecta a la cara posterior del piano de tierra, dejando, no obstante, una corona circular de aire de , 5 mm. de diámetro a su alrededor, de forma que no se produzca un contacto directo entre el hilo conductor y el parche. En este caso, el acoplamiento entre conductor y parche es de tipo capacitivo. Para mantener el niio centrado en el orificio del parche, se puede adherir un rectángulo de espuma rígida (16) de baja per itividad dieléctrica ( permitividad = 1.25) en la cara interior del parche, al cual se le practicará un orificio de 1 mm. que guiará el hilo conductor hasta el centro del agujero del parche. En este caso, dicho agujero se ensanchara de 4,5 mm. a 5,5 mm. para compensar el aumento del efecto capacitivo introducido por el rectángulo de espuma (16). En caso de utilizar otros materiales con una permitiv dad dieléctrica distinta a 1.25, el agujero se redimenεionará convenientemente para ajustar ia zona de adaptación a la banda de DCS.
La interconexión entre el punto de alimentación GSM y el conector de acceso (13) a la antena se realizará a través de una red de adaptación /transformación de impedancias (15), véase figura nΩ 3. Esa red consistirá básicamente en una línea de transmisión de longitud eléctrica igual a un cuarto de longitud de onda a 925 MHz e impedancia característica igual a 65 Ohmios. En un extremo, la línea se suelda al hilo conductor que se conecta al parche multitriangular y en el extremo opuesto se suelda a un conector tipo N (13, montado en la cara posterior del plano de masa. Opcionaimente , el conector (139 se puede substituir por un tramo de línea de transmisión de 50 Ohmios (por ejemplo, un cable coaxial semi-rígido) con un conector en el extremo opuesto, lo cual permite independizar la posición del conector N de la ubicación de ia red transformador.
Otra versión particular de ia red de adaptación consistirá en una línea de transmisión de 50 Ohmios de longitud adecuada para presentar una conductancia de 1/50 Siemens (un cable tipo microaxial, por ejemplo), en la cual se le insertará un stub en paralelo (otra línea de 50 Ohmios de ia longitud adecuada) que cancelaría la reactancia re anante a la salida de la primera línea. Para aumentar el aislamiento entre el conector GSM y el DCS, se conectará en la base del hilo del conector DCS un εtub paralelo de longitud eléctrica igual a media longitud de onda, en ia frecuencia central de DCS y terminado en circuito abierto. Análogamente, en la base del hilo de GSM se podra conectar un stub paralelo terminado en circuito abierto de longitud eléctrica ligeramente superior a un cuarto de longitud de onda a la frecuencia central de la banda GSM. Dicho stub introduce una capacidad en la base de la conexión que puede ser ajustada para compensar el efecto inductivo residual que presenta el h lo conductor Además, dicho stuc presenta una muy ba a impedancia en la banda de DCS, lo que ccntnüuye a aumentar el aislamiento entre conectores en dicha banda. En las figuras nΩ 7 y 8 se muestra el comportamiento radioeléctrico típico de esta realización concreta de antena multitriangular dual. En la figura nΩ 7 , se muestra ia ROE en GSM y DCS, típicamente por debajo de 1.5. Los diagramas de radiación en ambas se muestran en la figura n£ S. Se observa claramente que ambas antenas radian mediante un lóbulo principal en la dirección perpendicular a la antena y que en el plano horizontal ambos diagramas son del tipo sectorial, con un ancho de haz típico a 3dB de 65Ω. La directividad típica en ambas bandas es de 8.5 dB . Descrito suficientemente en que consiste la presente Patente de Invención, en correspondencia con los planos adjuntos, se comprende que podrán introducirse en los mismos cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen convenientes siempre y cuando las variaciones que se introduzcan, no alteren la esencia de la Patente que queda resumida en las siguientes Reivindicaciones.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1§ - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA
TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" de las que se utilizan en las estaciones base de ambos sistemas de telefonía celular, dando cobertura radioeléctπca a cualquier usuario, constituidas por un elemento radiante de material conductor o superconductor, una red de conexión y un plano de tierra caracterizadas en que el elemento radiante tiene forma multitriangular , la cual es una estructura de perímetro externo en forma de triángulo, constituida por varios triángulos unidos por sus vértices.
2§ - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 13 reivindicación caracterizadas en que el elemento multitπangular está formado por tres triángulos unidos por sus vértices.
31 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA
TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la li y 2§ reivindicaciones caracterizadas en que el elemento rnultitπangular se monta perpendicularmente al plano de tierra en configuración tipo monopoio.
41 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA
TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 3i reivindicación caracterizadas en que el diagrama de radiación de la antena es omnidireccional en el plano horizontal y de sección bilobular en el plano vertical en las bandas de GSM y DCS.
5§ - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA
TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según ia 3§ y 4i reivindicaciones caracterizadas en que ia antena se monta horizontalmente con el plano de tierra paralelo al suelo, para dar cobertura con su diagrama omnidireccional a una célula de los sistemas GSM y DCS.
6§ - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 32 y 4§ reivindicaciones caracterizadas en que el elemento multitriangular tiene un perímetro externo en forma de triángulo equilátero de 11.2 cm*** de altura y que el mayor de los tres triángulos que forman la estructura es un triángulo equilátero de 8 cm. de altura. 73 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 13 y 21 reivindicaciones caracterizadas en que el elemento multitriangular está formado por tres triángulos y se monta paralelamente al plano de tierra en configuración de antena tipo parche.
81 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 71 reivindicación caracterizadas en que el haz principal de la antena está orientado en la dirección perpendicular al piano de tierra y tiene la forma sectorial en el plano horizontal con un ancho de haz a 3 dB entorno a los 65Ω en las bandas de GSM y DCS.
91 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 83 reivindicación caracterizadas en que la antena se monta verticalmente con el plano de tierra fijado a una pared, torre o poste vertical para dar cobertura sectorial a una célula de los sistemas GSM y DCS de telefonía celular.
101 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARΞS DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 71 y 81 reivindicaciones caracterizadas en que el perímetro externo del elemento multitriangular es un triángulo equilátero de 14 cm. de altura y que el mayor de los tres triángulos que constituyen la estructura es a su vez un triángulo equilátero de 11 cm. de altura.
111 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 71 y 81 reivindicaciones caracterizadas en que la conexión a la antena se realiza en dos puntos distintos para GSM y DCS, presentando la antena un conector independiente para cada banda.
123 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 11 y 23 reivindicaciones caracterizadas en que la antena puede reconfigurarse con uno o dos conectores (uno para cada una de las candas GSM y DCS) mediante una red dipiexora estándar .
131 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULAR2S DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 61 y 103 reivindicaciones caracterizadas en que las dimensiones de ios triángulos se reajustan hasta en un 10°-20% en caso de que el elemento multitπanguiar conductor se imprima sobre un substrato dieléctrico cuyo índice de refracción sea mayor a ia unidad.
141 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARES DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 13 y 23 reivindicaciones caracterizadas en que el tamaño total de la antena se puede reducir cargando el elemento muititπangular con un bucle inductivo.
151 - "UNAS ANTENAS MULTITRIANGULARΞS DUALES PARA TELEFONÍA CELULAR GSM Y DCS" según la 11 y 23 reivindicaciones caracterizadas en que la impedancia en la primera banda se puede ajustar recortando la punta triangular del vértice más cercano al punto de alimentación.
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