BRPI0609336A2 - antena patch com contrapeso de blindagem eletromagnética - Google Patents
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Abstract
ANTENA PATCH COM CONTRAPESO DE BLINDAGEM ELETROMAGNéTICA. Uma antena patch inclui um elemento de radiação (104) posicionado em um lado de uma placa de circuito impresso (108) e uma blindagem eletromagnética (106) posicionada no lado oposto da placa de circuito impresso. A blindagem eletromagnética forma pelo menos uma parte de um contrapeso e é conectada ao terra da PCB em pelo menos uma localização. A flexibilidade de projeto em posicionamento da antena dentro de um dispositivo de comunicação portátil é maximízada enquanto o tamanho do dispositivo de comunicação portátil é minimizado.
Description
"ANTENA PATCH COM CONTRAPESO DE BLINDAGEM ELETROMAGNÉTICA"
FUNDAMENTOS
A invenção refere-se em geral a antenas e maisespecificamente a uma antena patch possuindo um contrapeso de blindagem eletromagnética.
Os sinais eletromagnéticos são transmitidos erecebidos através de antenas. A seleção ou projeto de umaantena para um dispositivo em particular pode depender deuma variedade de fatores incluindo freqüências de sinal, desempenho minimo de antena e espaço disponível. Emdispositivos móveis sem fio, o tamanho e a localização deuma antena são considerações importantes para o desempenhoda antena. Dispositivos móveis convencionais utilizamantenas patch embutidas tal como a Antena Planar Invertida "F" (PIFA) onde um elemento de radiação é posicionadoparalelo a um plano de terra formado por uma camada deterra condutora em uma placa de circuito impresso (PCB) . Oelemento de radiação pode ser impresso dentro de uma camadacondutora na PCB ou pode ser formado em um componente separado que é fixado perto da camada de terra na PCB.Proj etos convencionais de antena patch são limitados umavez que a localização do plano de terra na PCB além deoutras restrições mecânicas do projeto do dispositivo móvellimitam a localização e posicionamento potenciais do elemento de radiação. As características de desempenho daantena patch tais como largura de banda e eficiênciadependem muito do espaçamento entre o plano de terra e oelemento de radiação. Como resultado disso, a localização eo posicionamento da PCB nos dispositivos móveisconvencionais limitam as localizações potenciais doelemento de radiação e freqüentemente resultam em umdispositivo de comunicação móvel maior do que o requerido.De acordo, existe a necessidade por uma antenapatch que maximize a flexibilidade em localização da antenadentro de um dispositivo de comunicação portátil e faciliteprojetos compactos de dispositivos de comunicação móvel.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A figura 1 é um diagrama de blocos de umequipamento de antena patch de acordo com uma modalidadeexemplar da invenção;
A figura 2 é uma representação esquemáticamecânica de uma vista lateral da montagem de dispositivo decomunicação móvel de acordo com a modalidade exemplar dainvenção;
A figura 3 é uma representação esquemáticamecânica de uma vista inferior da montagem de dispositivode comunicação móvel de acordo com a modalidade exemplar dainvenção;
A figura 4 é uma ilustração de uma vista emperspectiva de uma montagem de dispositivo de comunicaçãomóvel exemplar onde a blindagem eletromagnética é umablindagem metálica retangular.
DESCRIÇÃO DETALHADA
De acordo com uma modalidade exemplar dainvenção, uma antena patch inclui um elemento de radiaçãoposicionado em um lado plano de uma placa de circuitoimpresso e uma blindagem eletromagnética posicionada em umlado plano oposto da placa de circuito impresso. Ablindagem eletromagnética forma pelo menos uma parte docontrapeso da antena e é conectada ao terra da PCB em pelomenos uma localização. 0 equipamento de antena patchexemplar maximiza a flexibilidade na localização da antenadentro de um dispositivo de comunicação móvel enquantominimiza o tamanho do dispositivo de comunicação móvel.A figura 1 é um diagrama de blocos de uma vistalateral de uma antena patch 102 dentro de uma montagem dedispositivo de comunicação móvel 100 de acordo com umamodalidade exemplar da invenção. Os blocos na figura 1geralmente representam uma configuração relativa exemplar enão representam necessariamente tamanhos ou posiçõesrelativos dos componentes ilustrados. A antena patch 102inclui um elemento de radiação 104 e um contrapeso formadopelo menos parcialmente por uma blindagem eletromagnética 106. Na modalidade exemplar, a antena patch 102 é integradacom uma placa de circuito impresso 108 de um dispositivo decomunicação móvel tal como, por exemplo, um telefonecelular ou PDA sem f io. Em alguns casos, no entanto, aantena patch 102 pode ser integrada com outros dispositivosou pode ser formada como um componente discreto conectávela um dispositivo de comunicação móvel. A antena patch 102 éconfigurada para operar em uma ou mais larguras de banda defreqüência. Na modalidade exemplar, a antena patch 102 éuma antena planar invertida "F" (PIFA) multibanda otimizada para operar na banda de freqüência de 824 a 894 MHz(celular U.S.), na banda de freqüência de 1850 a 1990 MHz(PCS U.S.) e na banda de freqüência de 1575 MHz (GPS).
O elemento de radiação 104 da antena patch 102 éposicionado em um lado da placa de circuito impresso (PCB)108 e a blindagem eletromagnética 10 6 é posicionada em umlado oposto da PCB 108. A blindagem eletromagnética 106 éconectada ao terra 110 da PCB 108 e forma pelo menos umaparte do contrapeso (plano de terra) para a antena patch102. Na modalidade exemplar, o contrapeso da antena patch102 é formado pela combinação da blindagem eletromagnética106 e o terra 110 da PCB 108. A blindagem eletromagnética106 pode ser formada a partir de qualquer um dentre váriosmateriais eletricamente condutores e pode ter qualquer umdentre vários formatos e tamanhos dependendo das restriçõesde projeto particulares, freqüências de operação edesempenho desej ado. Como discutido abaixo em maioresdetalhes, as dimensões da blindagem eletromagnética 106 sãoselecionadas, pelo menos em parte, de acordo com a posiçãodesejada do plano de terra para a antena patch 102.
Como mencionado acima, a blindagem
eletromagnética 106 é conectada ao terra 110 da PCB 108. Namodalidade exemplar, pelo menos uma parte da blindagemeletromagnética 106 é soldada a uma camada de terra na PCB108. A blindagem eletromagnética 106 pode ser conectadautilizando-se outras técnicas em algumas circunstâncias.Por exemplo, a blindagem eletromagnética 106 pode sersoldada a uma ou mais vias de terra como discutido abaixo.
O elemento de radiação 104 é qualquer tira,chapa, folha ou dispositivo condutor adequado para radiaçãode energia eletromagnética em operação com um contrapeso(plano de terra) quando excitado de forma adequada com umsinal elétrico. Como discutido abaixo, o elemento deradiação 104 na modalidade exemplar é um elemento deradiação PIFA discreto incluindo um elemento gravado, umpino de alimentação, um pino de terra e uma armação desuporte. Na modalidade exemplar, a armação do elemento deradiação PIFA discreto é presa à PCB 108 com um mecanismode fixação tal como uma disposição de prendedor plástico. Oelemento de radiação 104, no entanto, pode ser preso à PCB108 de várias formas dependendo do tipo particular deprojeto de elemento de radiação. Por exemplo, um elementode radiação 104 pode ser gravado, ou formado de outramaneira, em uma camada condutora da PCB 108. Além disso, oelemento de radiação pode ser formado por mais de umelemento e/ou elementos parasiticos em algumascircunstâncias. Onde o elemento de radiação 104 é umelemento de radiação discreto, etiquetas flexíveis, pinosou outros mecanismos adequados para conexão do elemento deradiação 104 com a PCB 108 podem ser utilizados. Em algumascircunstâncias, o elemento de radiação 104 pode ser soldadoa um traço ou camada de cobre da PCB 108. Na modalidadeexemplar, conectores de alimentação e de terra conectameletricamente os pinos de alimentação e de terra deelemento de radiação às conexões de circuito adequadas damontagem de dispositivo de comunicação móvel 100.
A montagem de dispositivo de comunicação móvel100 inclui componentes elétricos 112 que estão dispostos einterconectados na PCB 108 para formar os circuitos dodispositivo de comunicação móvel. A antena patch 102 éconectada a um ou mais dentre os circuitos através detraços de cobre, fios, componentes elétricos ou conectores.Os traços de cobre na PCB 108 conectam o conj unto decircuitos de antena aos conectores que engatam o pino dealimentação e o pino de terra do elemento de radiação 104.
Na modalidade exemplar, a PCB 108 inclui umaabertura 114 entre o elemento de radiação 104 e a blindagemeletromagnética 106. Em algumas circunstâncias, no entanto,a área entre o elemento de radiação 104 e o campoeletromagnético 106 pode incluir pelo menos parcialmente omaterial dielétricô da PCB 108. De acordo, o elemento deradiação 104 na modalidade exemplar é posicionado pelomenos parcialmente sobre uma abertura 114 da PCB expondopelo menos uma parte da blindagem eletromagnética 106.
A figura 2 é uma representação esquemáticamecânica de uma vista lateral e a figura 3 é umarepresentação esquemática mecânica de uma vista inferior damontagem de dispositivo de comunicação móvel 100 de acordocom a modalidade exemplar da invenção. No interesse daclareza, vários detalhes da montagem de dispositivo decomunicação móvel 100 foram omitidos nas figuras 2 e 3. Oscomponentes e elementos representados pelas representaçõesgerais nas figuras 2 e 3 se aplicam a qualquer um dentre osvários componentes ou dispositivos. Por exemplo, oscomponentes de circuito são ilustrados como blocosretangulares (112) na figura 2 e na figura 3 apesar decomponentes elétricos poderem ter qualquer um dentre osinúmeros formatos e tamanhos. Os versados na técnicareconhecerão prontamente os vários componentes que sãorepresentados pelas representações gerais das ilustrações.
O elemento de radiação 104 na modalidade exemplaré um dispositivo discreto que inclui uma estrutura plástica206 que suporta uma folha de cobre 204 disposta e um padrãoque cria uma antena patch 102 PIFA multibanda quandoposicionada a uma distancia adequada de um plano de terra.Como discutido acima, no entanto, o elemento de radiação204 pode ser qualquer um dentre vários elementos deradiação de proj eto de antena e pode ser formado dentro deuma camada condutora da PCB 108 em algumas circunstâncias.
O mecanismo de fixação 208 na modalidade exemplarinclui duas ou mais etiquetas plásticas que encaixam na PCB10 8. Um pino de alimentação 210 engata um conector deantena de alimentação na PCB 108 que é conectado aoconj unto de circuitos da antena. Um pino de terra engata umconector de terra conectado ao terra 110 da PCB 108.
A blindagem eletromagnética 106 é uma folharecoberta de material condutor tal como cobre, aço,plásticos condutores, plástico revestido, ou plástico comtinta condutora. A seleção do material e da técnica defabricação utilizada para formar a blindagemeletromagnética 106 depende da implementação particular,das considerações de custo e de outros fatores. Exemplos deestruturas adequadas para a blindagem eletromagnética 106incluem estruturas que são adequadamente rigidas paraminimizar deformações que resultam em degradação dodesempenho da antena. A blindagem eletromagnética 106exemplar é formada a partir de uma folha de 0,2 mm de espessura (calibragem 38) de aço enrolado a frio (série1010-1008) utilizando um processo de estampagem de metallaminado. Um exemplo de uma técnica adequada para aformatação da blindagem eletromagnética 106 inclui autilização de uma prensa de formação. Na modalidade exemplar, a blindagem eletromagnética 106 é revestida comestanho para aperfeiçoar as características de soldagem. Aaltura da blindagem eletromagnética 106 é determinada, pelomenos em parte, com base na separação preferida entre oelemento de radiação 104 e um plano de terra. A separação preferida é determinada de acordo com as técnicas deproj eto de antena conhecidas como aplicadas à implementaçãoparticular da antena patch 102.
Pelo menos uma parte da blindagem eletromagnética106 é conectada ao terra 110 da PCB 108. Na modalidadeexemplar, uma parte de uma dentre as quatro bordaseqüilaterais é soldada a um plano de terra condutorsuperior da PCB 108. Uma técnica adequada para a soldagemda blindagem eletromagnética 106 inclui a aplicação depasta de soldagem entre a borda da blindagemeletromagnética 106 e a PCB 108 e a exposição da montagemem um forno de refluxo a uma temperatura adequada. Namodalidade exemplar, a blindagem eletromagnética 10 6 incluiuma ou mais extensões (legs) que possuem apoios (feets) emângulos retos que são soldados em pontos de soldagem na PCB 108. Os apoios são paralelos à PCB 10 8 e presos com pastade soldagem em pontos de soldagem permitindo que ablindagem eletromagnética 10 6 permaneça posicionada na PCB108 durante o processo de solda por refluxo. Para umaintegridade estrutural adicional, mais de um lado dablindagem eletromagnética 106 pode ser conectado à PCB 108.Por exemplo, pelo menos partes de dois lados, três lados,ou todos os quatro lados de uma proteção retangular podemser soldadas ao terra 110. Em algumas situações, soldarmais de um lado da blindagem eletromagnética 106 ao terrapode degradar o desempenho da antena. Adicionalmente,outras técnicas podem ser utilizadas para se conectareletricamente a blindagem eletromagnética 106 ao terra daPCB 108. Por exemplo, a conexão pode ser realizadautilizando-se uma ou mais almofadas ou juntas condutoras emalgumas circunstâncias.
A figura 4 é uma ilustração de uma vista emperspectiva de uma montagem de dispositivo de comunicaçãomóvel exemplar 4 00 onde a blindagem eletromagnética 106 éuma blindagem metálica retangular. A blindagemeletromagnética 106 exemplar inclui quatro ladoseqüilaterais onde pelo menos as partes 406 dos dois dentreos lados são soldadas a um terra 110 da PCB 108. O terra110 inclui uma camada de terra condutora 402 que é formadano lado da PCB 108 onde a blindagem eletromagnética 106 éconectada. As vias de terra 404 conectam outras camadas deterra à camada de terra condutora 404. Em algumascircunstâncias, as vias de terra 404 podem ser eliminadas.Adicionalmente, a blindagem eletromagnética 106 pode serconectada diretamente às vias de terra 404 do terra 110 daPCB. Apesar de a blindagem eletromagnética 106 exemplar serretangular, outros formatos e configurações podem serutilizados onde a blindagem 106 pode ter qualquer número delados e pode não ser simétrica. Por exemplo, a blindagem106 pode ser eliptica, circular, triangular, trapezoidal ouhexagonal e pode ter entalhes, ranhuras ou outrasdescontinuidades em mais de um lado.Portanto, o elemento de radiação 104 e ablindagem eletromagnética 106 formam uma antena patch 102onde o elemento de radiação 104 é posicionado em umprimeiro lado da PCB 108 e a blindagem eletromagnética 106é fixada ao lado oposto. Uma abertura 114 na PCB 108minimiza a perda. Apesar de um único lado da blindagemeletromagnética 106 poder ser conectado ao terra 110 da PCB108, múltiplos lados podem ser soldados a um plano de terracondutor 402 em algumas circunstâncias. A blindagemeletromagnética 106 permite que o plano de terra da antena102 exemplar seja desviado do plano da PCB 108 ou desviadoda superfície da PCB 108. Em comparação com as antenasconvencionais, a flexibilidade adicional é fornecida emposicionamento da antena patch 102 com relação aos várioscomponentes de um dispositivo de comunicação móvel. Porexemplo, a espessura de uma carcaça de um dispositivo decomunicação móvel pode ser reduzida visto que a antenapatch 102 pode ser centralizada dentro da carcaça.
De forma clara, outras modalidades e modificaçõesdessa invenção ocorrerão prontamente aos versados natécnica em vista desses ensinamentos. A descrição acima éilustrativa e não restritiva. Essa invenção deve serlimitada somente pelas reivindicações em anexo, que incluemtodas as ditas modalidades e modificações quando observadasem conjunto com o relatório descritivo acima e os desenhosem anexo. O escopo da invenção deve, portanto, serdeterminado não com referência à descrição acima, mas aoinvés disso, ser determinado com relação às reivindicaçõesem anexo j unto com seu escopo total de equivalentes.
Claims (20)
1. Uma antena patch, compreendendo:um elemento de radiação posicionado em umprimeiro lado de uma placa de circuito impresso; euma blindagem eletromagnética posicionada em umlado oposto da placa de circuito impresso e formando pelomenos uma parte de um contrapeso da antena patch.
2. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 1, na qual o contrapeso da antena compreendea blindagem eletromagnética e um terra da placa de circuitoimpresso.
3. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 1, na qual o elemento de radiação éposicionado pelo menos parcialmente sobre uma aberturadentro da placa de circuito impresso expondo pelo menos umaparte da blindagem eletromagnética.
4. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 1, na qual o elemento de radiação e ablindagem eletromagnética formam pelo menos parcialmenteuma antena planar invertida "F" (PIFA).
5. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 1, na qual a blindagem eletromagnética ésoldada a um terra da placa de circuito impresso.
6. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 5, na qual a blindagem eletromagnética possuiquatro lados e é soldada ao terra ao longo de pelo menosuma parte de pelo menos um dos lados.
7. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 6, na qual a blindagem eletromagnética ésoldada ao terra ao longo de pelo menos uma parte de apenasum dentre os lados.
8. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 1, na qual a blindagem eletromagnética incluiadicionalmente uma superfície superior que é desviada dasuperfície oposta da placa de circuito impresso.
9. Uma antena patch, compreendendo:uma placa de circuito impresso possuindo umprimeiro lado e um segundo lado;um elemento de radiação plano conectado aoprimeiro lado da placa de circuito impresso e posicionadopelo menos parcialmente sobre uma abertura na placa decircuito impresso; euma blindagem eletromagnética conectada aosegundo lado da placa de circuito impresso e posicionadopelo menos parcialmente sob a abertura, a blindagemeletromagnética formando pelo menos uma parte de umcontrapeso da antena patch.
10. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 9, na qual a blindagem eletromagnética possuiquatro lados e pelo menos uma parte de um lado é soldada auma camada de terra condutora da placa de circuitoimpresso.
11. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 10, na qual pelo menos uma parte de apenas umlado é soldada à camada de terra condutora.
12. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 10, na qual pelo menos uma parte de pelomenos dois lados é soldada à camada de terra condutora.
13. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 12, na qual pelo menos uma parte de pelomenos três lados é soldada à camada de terra condutora.
14. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 9, a blindagem eletromagnética incluindoadicionalmente uma superfície superior que é desviada dasuperfície oposta da placa de circuito impresso.
15. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 9, na qual o elemento de radiação e ablindagem eletromagnética formam pelo menos parcialmenteuma antena planar invertida "F" (PIFA).
16. Uma antena patch, de acordo com areivindicação 15, na qual a PIFA é uma PIFA multibanda.
17. A antena patch (102), de acordo com areivindicação 16, na qual a PIFA é otimizada para operar emuma banda de freqüência de 824 a 8 94 MHz, em uma banda defreqüência de 1850 a 1990 MHz e a uma banda de freqüênciaincluindo 157 5 MHz.
18. Uma montagem de dispositivo de comunicaçãomóvel, compreendendo:uma placa de circuito impresso possuindo umprimeiro lado e um segundo lado;uma pluralidade de componentes elétricos montadosna placa de circuito impresso;um elemento de radiação plano conectado aoprimeiro lado da placa de circuito impresso e posicionadopelo menos parcialmente sobre uma abertura na placa decircuito impresso; euma blindagem eletromagnética conectada aosegundo lado da placa de circuito impresso e posicionadapelo menos parcialmente sob a abertura, o elemento deradiação plano e a blindagem eletromagnética formando pelomenos uma parte de uma antena patch.
19. Uma montagem de dispositivo de comunicaçãomóvel, de acordo com a reivindicação 18, na qual ablindagem eletromagnética possui quatro lados e pelo menosuma parte de um lado é soldada a camada de terra condutorada placa de circuito impresso.
20. Uma montagem de dispositivo de comunicaçãomóvel, de acordo com a reivindicação 19, na qual pelo menospartes de cada um dentre pelo menos dois lados da blindagemeletromagnética são soldadas à camada de terra condutora.
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