ES2209128T3 - Emisor planar de banda ancha. - Google Patents
Emisor planar de banda ancha.Info
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Abstract
Antena planar para recibir y emitir ondas polarizadas linealmente, con al menos un plano de radiación con en cada caso varios elementos radiadores dispuestos en filas y columnas, estando acoplados en cada caso los elementos radiadores de cada plano de radiación a través de respectivas redes de acoplamiento en igualdad de fase y amplitud a respectivos puntos centrales, disponiendo cada elemento radiador de diafragmas (6) y de una líneas de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) de excitación rectilínea, y estando conectadas las líneas de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) de excitación en cada caso en grupos duales a los extremos de los ramales base (16, 31) de las redes de acoplamiento (1, 2), estando dispuestas las líneas de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) de cada grupo dual sobre un eje o bien paralelas entre sí, estando unidos los extremos orientados uno al otro de ambas líneas de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) mediante en cada caso al menos una línea de conexión (32, 33, 34, 35, 36) con un extremo de un ramal base(15, 31) y porque mediante al menos una línea de conexión (32, 33, 34) de una línea de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) se genera una diferencia de fases de 180º entre ambos elementos radiadores (6, 16), caracterizada porque la más larga de ambas líneas de conexión tiene una forma de U con dos brazos paralelos (32, 34), conectándose el extremo de uno de los brazos (32) al ramal base (15, 31) de la red de acoplamiento (1, 2) y conectándose al extremo del otro brazo (34) en ángulo recto una línea de bandas (35) corta, a la que se conecta la línea de bandas (16, 16¿, 16a, 16b) de excitación, estando dispuesta la línea de conexión con forma de U entre ambos elementos radiadores (6, 16).
Description
Emisor planar de banda ancha.
La invención se refiere a una antena planar para
recibir y emitir ondas polarizadas linealmente, con dos planos de
radiación dispuestos uno respecto a otro en superficies paralelas
con varios elementos radiadores en cada caso dispuestos en filas y
columnas, estando acoplados los elementos radiadores de cada plano
de radiación a través de respectivas redes de acoplamiento en
igualdad de fase y amplitud a respectivos puntos centrales,
emitiendo o recibiendo ambos planos de radiación ondas polarizadas
ortogonalmente entre sí.
La antena planar está diseñada como sistema
emisor para la recepción orientada de campos de radiación
electromagnéticos de las más altas frecuencias sobre la base de una
concepción de solución planar, mediante la cual pueden funcionar
tramos de transmisión de información orientados, preferentemente
para los sectores de la transmisión de datos, audio y vídeo apoyada
por satélite. Al respecto, la invención se refiere en primer
término a la concepción de los radiadores individuales, así como a
su acoplamiento por el lado de la red.
El campo de aplicación de la invención incluye
además la transmisión estacionaria así como móvil de telefonía e
información, en base a la transmisión de información apoyada por
satélite, así como el sector la transmisión terrestre de
información sobre la base de uniones punto a punto definidas. Al
respecto, los centros de gravedad de la aplicación conforme a la
finalidad prevista se encuentran especialmente en el sector de la
transmisión de señales analógicas y digitales apoyada por satélite,
preferentemente dentro de la zona espectral entre 10,70 GHz y 12,75
GHz, así como la gama de la transmisión terrestre punto a punto,
preferentemente dentro de la zona espectral entre 10,00 GHz y 10,40
GHz.
Actualmente, las soluciones conocidas de emisores
planares para recibir campos de radiación electromagnéticos de alta
frecuencia se basan en la excitación electromagnética de campos de
diafragmas con bordes de diafragma rectangulares, cuadrados,
circulares o con forma de rombo, cuya alimentación electromagnética
se realiza mediante líneas de bandas dimensionadas de forma definida
geométricamente.
La disposición alternativa de las líneas de
bandas de excitación o bien de los diafragmas excitados, así como
el correspondiente dimensionado del contorno de los diafragmas,
determinan mediante su combinación la característica del campo de
radiación electromagnética que puede generarse. Al respecto, los
sistemas conocidos se basan en la generación de campos de radiación
electromagnéticos polarizados circularmente mediante grupos de
diafragmas excitados en fase, excitándose los distintos diafragmas
en cada caso mediante un par de líneas de bandas dimensionadas de
forma definida en cuanto a geometría con un decalaje mutuo espacial
y temporal de 90º o bien en la generación de campos de radiación
electromagnéticos polarizados linealmente mediante grupos de
diafragmas excitados en fase, realizándose los distintos diafragmas
en cada caso mediante una línea de bandas dimensionada de forma
definida en cuanto a geometría, cuya disposición geométrica
determina la dirección de oscilación del vector de campo eléctrico.
Las soluciones conocidas para configurar los elementos radiadores se
basan además en la utilización de superficies conductoras
dimensionadas de forma definida geométricamente, compuestas por uno
o más elementos superficiales iguales o desiguales y acopladas
galvánicamente o con apoyo de campo, con bordes de la superficie de
forma cuadrada, rectangular, circular o bien trapezoidal, que dan
lugar a la excitación de los campos de diafragmas, quedando
determinada la polarización mediante el lugar del acoplamiento de
la señal.
Otras soluciones utilizadas que van más lejos se
basan en la configuración de resonadores superficiales en la
técnica microstrip o coplanar, con bordes de superficies cuadrados,
rectangulares o circulares. Al respecto, se conocen tanto
ejecuciones galvánicas como también apoyadas por campo del
acoplamiento de la señal. Otras soluciones conocidas se basan en
configuraciones microstrip en ejecución anular o como marco de
longitud geométrica resonante de anillo o bien marco. Las
soluciones conocidas de las redes de excitación para el caso del
sistema de grupos se basan en la alimentación en paralelo de los
elementos radiadores o en la alimentación en paralelo de subgrupos
radiadores alimentados en serie. Aquí se utilizan para la ejecución
de las redes de acoplamiento técnicas microstrip, de línea
ranurada, triplaca o bien coplanar.
La generación de dos polarizaciones ortogonales
se basa, según el estado conocido de la técnica, en la forma de
disposición apilada de los elementos radiadores a lo largo de las
líneas normales a las superficies de los diafragmas o bien
resonadores superficiales. Los sistemas planares conocidos de
radiadores direccionales con elevada acción direccional están
configurados exclusivamente como de banda estrecha o bien, para el
caso de la transmisión de la información apoyada por satélite, como
sistemas de banda única. El acoplamiento o bien desacoplamiento de
la señal tiene lugar, de la manera conocida, mediante un conductor
hueco con sonda capacitiva, reproduciendo la geometría del conductor
hueco la condición de propagación del tipo de campo de la máxima
longitud de onda límite.
La EP 0 542 447 da a conocer una antena planar,
en la que dos elementos radiadores dispuestos uno junto al otro
están acoplados en contra fase, es decir, desplazados en fase en
180º. La generación de la diferencia de fase se produce mediante
líneas de entrada de diferente longitud hacia los elementos
radiadores, estando configuradas las líneas de entrada como líneas
de bandas y estando dispuestas alrededor de los elementos
radiadores. Mediante este sistema especial, la longitud necesaria
de las líneas de entrada es desproporcionadamente grande, con lo
que resultan, desventajosamente, grandes pérdidas a través de la
red de acoplamiento utilizada, así como fenómenos electromagnéticos
de acoplamiento.
Por la EP 0 123 350 se conoce igualmente una
antena planar, en la que los elementos radiadores están dispuestos
en un plano en filas y columnas entre sí, estando unidos los
elementos radiadores mediante una red de acoplamiento común,
estando en fase las direcciones de oscilación de los elementos
radiadores. De aquí se deriva forzosamente una distancia
relativamente grande entre los elementos radiadores uno respecto a
otro, con lo que se reduce desventajosamente la ganancia por unidad
de superficie de la antena.
La finalidad de la invención consiste en la
configuración de módulos planares de emisión y recepción mediante
los cuales puedan concebirse tramos de transmisión de información
orientados tanto directos como apoyados por transponedores,
preferentemente en el marco del sector de la transmisión de
telefonía e información móvil terrestre, así como líneas de
comunicación apoyadas por satélites.
La tarea de la presente invención es por lo tanto
poner a disposición una antena planar cuyas dimensiones geométricas
sean lo más pequeñas posibles, teniendo la antena una banda
espectral lo más ancha posible con elevado rendimiento superficial,
así como elevado efecto direccional.
Esta tarea se resuelve en el marco de la
invención mediante una antena planar con las particularidades
indicadas en la reivindicación 1. Otros perfeccionamientos
ventajosos resultan de las particularidades de las reivindicaciones
secundarias.
La antena planar correspondiente a la invención
presenta, ventajosamente, diafragmas cuadrados, que en relación con
los diafragmas redondos presentan una anchura de banda mucho mayor,
así como una claridad de polarización mayor. No obstante, los
diafragmas cuadrados tienen el inconveniente del elevado
acoplamiento magnético y de la influencia mutua entre dos elementos
radiadores continuos. Además, los diafragmas cuadrados necesitan un
espacio superior, lo cual repercute desventajosamente en la
realización de la red de alimentación. Esto viene condicionado
porque sólo pueden introducirse en el espacio de los diafragmas las
líneas de bandas de la red de acoplamiento que excitan los
diafragmas y no la red de acoplamiento, que une las líneas de bandas
de excitación con el punto de acoplamiento. Por lo tanto, se
utiliza como óptimo entre la mayor anchura de banda eléctrica y la
necesidad de espacio geométrico, un diafragma cuadrado con esquinas
redondeadas. Puede pensarse igualmente en la utilización de
diafragmas cuadrados o rectangulares con otras deformaciones
imaginables en las esquinas o en los lados.
La excitación del radiador individual se realiza
mediante una pieza de conductor que se introduce en el diafragma.
La forma del conductor, la forma del borde de los diafragmas, así
como la posición del conductor respecto al diafragma determinan la
impedancia del punto de base del elemento radiador "diafragma -
línea". Los elementos radiadores se unen con la impedancia
correcta así como en igualdad de amplitud y fase mediante una red
igualmente planar de alimentación y acoplamiento y se llevan a un
punto de suma común (punto de acoplamiento). Usualmente se utiliza
entonces una alimentación en paralelo entre los radiadores
individuales. Desde luego esto no es razonablemente posible cuando
se trata de radiadores individuales con forma de diafragma cuadrada,
debido a la falta de espacio. Debido a la necesidad de un
acoplamiento de radiadores individuales con la impedancia correcta
y baja reflexión, así como todas las necesarias transformaciones de
impedancia, resultan las correspondientes anchuras de conductor,
que impiden en gran medida las posibilidades prácticas de
realización. Por lo tanto, según el estado de la técnica deben
realizarse al menos dos líneas de alimentación entre dos
diafragmas, lo cual da lugar a considerables dificultades mecánicas
y eléctricas y ello hará realmente imposible una realización en la
práctica.
Este problema básico se resuelve en la presente
invención con una nueva técnica de alimentación en serie entre dos
elementos radiadores contiguos. Mediante la técnica de alimentación
en serie es posible diseñar de manera más sencilla mecánicamente
toda la red de alimentación y a la vez resolver el problema de
espacio en la alimentación de diafragmas cuadrados. Además, mejoran
considerablemente las propiedades eléctricas de la línea de
alimentación, porque no existen entre los diafragmas líneas de
alimentación que discurren en paralelo y por lo tanto no pueden
presentarse fenómenos electromagnéticos de acoplamiento que puedan
influir de forma inconveniente sobre la funcionalidad en
conjunto.
La alimentación de los diafragmas se realiza
mediante piezas de línea, que están dispuestas alternadas en el
plano de la polarización eléctrica (plano E). De esta manera todos
los elementos radiadores están siempre orientados y polarizados de
forma contrapuesta en 180º. Para asegurar una alimentación en fase
de todos los elementos, se genera mediante una desviación de fase
entre dos diafragmas contiguos una diferencia de fases de 180º.
Esta alimentación tiene igualmente la ventaja de que las ondas
parasitarias excitadas susceptibles de propagarse, que surgen
debido a asimetrías en la excitación de los diafragmas mediante la
línea de alimentación triplaca, se extinguen en gran medida mediante
la alimentación en serie y se reduce considerablemente su influencia
negativa sobre el funcionamiento eléctrico. La combinación
ventajosa de diafragma cuadrado con esquinas redondeadas y la
alimentación en serie da lugar a parámetros eléctricos muy buenos
en cuanto a claridad de la polarización, aislamiento, relación de
avance/retorno, así como grado de eficacia superficial.
Las líneas de bandas de excitación sirven para
excitar dentro del diafragma un tipo de campo o bien de radiación
resultante tanto debido a la geometría y al contorno del diafragma
como también determinado por la posición geométrica y la geometría
de la línea de bandas de excitación. Esto significa que la
configuración del tipo de campo o bien de radiación resultante para
el diafragma viene determinado por la superposición de la condición
de fuente y excitación determinada por la forma de disposición y la
geometría de la línea de bandas, así como por la condición de
propagación o bien de existencia definida por el contorno y
geometría del diafragma. Mediante la generación específica de un
perfil de impedancia definido dentro del espacio del diafragma
mediante el dimensionado en cuanto a la disposición así como a
geometría de la línea de bandas de excitación, se determina con la
generación del tipo de campo el estado de polarización del campo
del diafragma, de manera que para el caso de igual contorno del
diafragma, quedan generadas tanto las polarizaciones ortogonales
lineales como también de las polarizaciones ortogonales circulares.
Complementariamente, para el caso de que sean los mismos los
elementos de excitación, es decir, las mismas líneas de bandas de
excitación a través de la generación específica de elementos ciegos
definidos dentro del espacio del diafragma mediante el dimensionado
en cuanto a contorno y geometría del diafragma, se generan las
condiciones de configuración o bien de existencia tanto de la
polarización ortogonal lineal como también de la polarización
ortogonal circular. Mediante un polarizador adicional puede
transformarse la polarización lineal en una polarización
circular.
Para conservar la anchura de banda del radiador
individual y de la red de alimentación, es necesario un
acoplamiento de banda ancha de frecuencia entre el punto de
alimentación común de la antena y el sistema electrónico siguiente
(LNC). La antena planar correspondiente a la invención tiene para
ello una transición adaptada, con escasa reflexión y de banda ancha
de frecuencia desde una línea coaxial hasta una línea triplaca. La
dificultad en este tipo de acoplamiento reside en la realización de
una unión a masa de frecuencias muy altas entre el conductor
exterior coaxial (masa) y las dos líneas de masa de una línea
triplaca cuando el acoplamiento se realiza por la parte posterior.
Este problema se resolvió utilizando un segmento de perfil hueco.
Aquí es decisiva una buena unión a masa entre el segmento de perfil
hueco de las máscaras del diafragma y el acoplamiento y el
desacoplamiento coaxial. El "perfil hueco" configurado o bien
"túnel" está elegido de tal manera que es posible un
desacoplamiento con una reflexión lo más baja posible de la potencia
de la señal de la antena. La forma exterior del segmento de perfil
hueco no tiene importancia en relación con las propiedades
eléctricas y viene determinada por los aspectos de fabricación. De
esta manera pueden imaginarse una cantidad no limitada de formas
mecánicas de segmentos de perfil hueco.
A continuación se describe más en detalle el
objeto de la invención, así como formas constructivas adicionales
del mismo, en base a las figuras.
Se muestra en:
figura 1: un esquema en perspectiva en sección a
través de la antena planar correspondiente a la invención;
figuras 2 y 3: las redes de acoplamiento de la
antena planar;
figura 4: una capa conductora con diafragmas
dispuestos en forma de matriz;
figura 5: dos diafragmas contiguos con las líneas
de banda que los excitan, que penetran simétricamente en el centro
del espacio de diafragma;
figura 6: dos diafragmas contiguos con líneas de
bandas de excitación no simétricas en el centro y que encajan en el
espacio del diafragma;
figura 7: superposición de ambas redes de
acoplamiento, inclusive representación de los espacios de los
diafragmas;
figuras 8 a 10: formas de diafragmas a modo de
ejemplo;
figuras 11 y 12: representación en sección a
través de los puntos de acoplamiento entre el conductor coaxial de
transmisión de ondas y la red de triplaca;
figura 13: figura 14: vista en planta sobre un
punto de acoplamiento; un anillo distanciador para formar el
segmento de perfil hueco;
figura 15: casquillo de guía.
La figura 1 muestra un esquema de perspectiva en
sección de la antena planar correspondiente a la invención, en la
que las tres capas conductoras (máscaras de diafragma) 3, 4, y 5
están dispuestas en superficies paralelas una a otra, así como a
las redes de acoplamiento 1 y 2, así como a la placa de base 12. Los
diafragmas 6 de las capas conductoras 3, 4, 5 están dispuestos uno
sobre otro y forman conjuntamente los espacios de los diafragmas,
que son excitados por las redes de acoplamiento representadas en las
figuras 2 y 3 y en particular por las líneas de bandas 16a y 16b de
excitación con forma de bandas. La placa de base 12 se encuentra a
una distancia de aprox. \lambda/4 respecto a la capa conductora 4
y sirve para apantallar la radiación emitida en dirección hacia la
placa de base 12, así como para la reflexión de la misma. Los
espacios intermedios entre las capas conductoras 3, 4 y 5, así como
de la placa conductora 12 y de las redes de acoplamiento 1 y 2,
están rellenos mediante capas dieléctricas 7, 8, 9, 10 y 11,
estando fabricadas las capas por láminas o bien esteras y estando
colocadas y posicionadas entre las distintas capas. Las capas
conductoras 3 y 4 forman con sus diafragmas 6 juntamente con la red
de acoplamiento 1 n x m elementos radiadores. Las capas conductoras
4 y 5 con sus diafragmas 6 forman juntamente con la red de
acoplamiento 2 igualmente n x m elementos radiadores. Tal como se ve
en las figuras 2 y 3, todas las líneas de bandas de excitación 16a y
16b están acopladas mediante las redes de acoplamiento de forma
homogénea en fase y amplitud en cada caso a un punto de acoplamiento
central 17 o bien 22 dentro del plano de la red. Cada red de
acoplamiento está compuesta por ramales base 13a' o bien 13b', a los
que están conectados los demás ramales 13a, 13b, 14a, 14b. El último
ramal de la red, antes de alcanzarse las líneas de bandas de
excitación, se denomina a continuación ramal base. A este ramal base
15, 31 está conectada, tal como se ve en la figura 5, la primera
línea de bandas 16 de excitación, mediante una corta línea de
conexión 36. Al ramal 15, 31 está conectada igualmente una línea de
conexión 32, 33, 34 con forma de U con uno de sus brazos 32, estando
conectada al otro brazo 34, en ángulo recto y mediante otro
conductor de conexión 35 corto, la segunda línea de bandas 16 de
excitación. Ambas líneas de bandas 16 de excitación conectadas al
ramal base 15, 31 forman conjuntamente un grupo dual. La línea de
bandas 16a de la red de acoplamiento 1, así como la línea de bandas
16b de la red de acoplamiento 2, que se encuentran sobre
respectivas líneas, forman conjuntamente en cada caso una fila de
una red de acoplamiento. Las líneas de bandas, dispuestas en
paralelo uno a otra, forman en cada caso una columna. Tal como se
representa en la figura 6, es también posible que las líneas de
banda 16' que forman un grupo dual no estén dispuestas sobre una
línea, sino en un eje paralelo una a otra. De esta manera se
determina la excitación o bien la impedancia de la antena
planar.
El conductor de conexión 32, 33, 34 con forma de
U está dimensionado en su longitud geométrica, así como en su forma
de disposición por el lado del perfil de acoplamiento, de tal
manera que en cada caso entre el primero y segundo, tercero y
cuarto, quinto y sexto, etc. diafragma de línea, teniendo en cuenta
el acoplamiento alternativo de diafragmas, se genere en cada caso en
el plano del vector de campo eléctrico el estado de contra fase.
La línea de conexión 32, 33, 34 que sirve para el
decalaje de fases en 180º, no tiene por qué estar configurada en
forma de U, sino que puede tener cualquier otra forma y
configuración. No obstante la forma de U tiene grandes ventajas en
cuanto al espacio necesario.
Las líneas de bandas 16a, 16b de excitación son
en cada caso simétricas centralmente (figura 5) o bien asimétricas
centralmente (figura 6), preferentemente simétricas centralmente
respecto en cada caso a uno de los bordes 6b de los diafragmas 6.
Las líneas de bandas 16a, 16b discurren perpendicularmente una
respecto a otra. De esta manera resulta la posibilidad de generar
una polarización desacoplada ortogonal lineal o bien la posibilidad
de generar una polarización acoplada y en cuanto a fase decalada
ortogonal o bien una polarización circular de sentido de giro
contrario del vector de campo.
Tal como se ve en la figura 7, las distintas
líneas de bandas 16a, 16b de excitación de las redes de acoplamiento
1 y 2 están dispuestas ortogonalmente entre sí, de manera que
mediante la antena planar correspondiente a la invención pueden
emitirse o bien recibirse dos ondas polarizadas ortogonalmente entre
sí.
Las figuras 8 a 10 muestran diferentes bordes de
los diafragmas. La figura 8 muestra un diafragma cuadrado 6 con
bordes rectos 6b, que mediante segmentos de arco circular 6c están
unidos entre sí. La figura 9 muestra un diafragma igualmente
cuadrado 6', estando biseladas las esquinas 6c'.
Otra posibilidad adicional de variar o bien
ajustar entre otros la anchura de banda de la antena planar
mediante el borde del diafragma, se representa en la figura 10.
Aquí los bordes 6b'' no son rectos, sino que están oprimidos hacia
dentro en forma circular, elíptica o bien hiperbólica.
Los diafragmas 6 de las distintas capas
conductoras 3, 4 y 5 están dispuestos en cada caso uno respecto a
otro de tal manera que los puntos de intersección de sus líneas de
simetría se encuentran uno sobre otro. Tal como se ve en la figura
4, los diafragmas 6 de un plano están dispuestos a la misma
distancia uno de otro. No obstante también es posible disponer los
diafragmas de un plano a distancias no uniformes entres sí. También
pueden estar dispuestos los diafragmas desplazados uno respecto a
otro en filas y columnas.
Las capas dieléctricas 7, 8, 9, 10 y 11 pueden
presentar los mismos o distintos perfiles de susceptibilidad. Las
distintas capas pueden estar configuradas homogéneas o bien a partir
de más de una capa parcial con la misma o diferente, preferentemente
la misma altura de capa, así como iguales o desiguales,
preferentemente iguales perfiles de susceptibilidad dieléctrica. La
red de acoplamiento se conduce mecánicamente o bien se estabiliza,
bien sin substrato o bien mediante una capa poco dieléctrica,
preferentemente una lámina poco dieléctrica con un ángulo
dieléctrico de pérdidas mínimo. La configuración de las redes de
acoplamiento, inclusive las líneas de bandas de excitación, se
realiza mediante técnicas aditivas o procedimientos sustractivos,
utilizándose preferentemente procedimientos sustractivos,
utilizándose preferentemente composiciones PTFE o bien PET,
composiciones de polietileno, de
poli-4-metilpenteno o
poli-4-metilhexeno como substrato de
estructura.
Tal como se deduce de las figuras, cada red de
acoplamiento 1 y 2 posee ramales de base 13a, 13b (figuras 2 y 3) y
51 (figura 13), que en cada caso unen una mitad de la red de
acoplamiento con el punto de acoplamiento. Entre los ramales de base
51 está dispuesto un tramo de línea de bandas 50 configurado de
forma rectilínea, que está unido galvánicamente con el conductor
interior 42 de un conductor de transmisión de ondas coaxial, que
sirve para la unión de la antena planar con el convertidor de bajo
ruido (LNC) posconectado no representado. Ventajosamente, el
conductor interior 42, que atraviesa la vía conductora 50, está
unido galvánicamente con ésta mediante una unión por soldadura. El
tramo conductor 50 con forma de banda está bordeado por dos resaltes
43a de un anillo distanciador 43 en cada caso a la misma distancia.
Los resaltes 43a y 43a' unen las capas conductoras 3 y 4 o bien 4 y
5 entre sí, de manera que resulta un segmento de perfil hueco. Este
segmento de perfil hueco es preferentemente rectangular, pero
también puede ser circular o bien elíptico. La longitud de la línea
de bandas 50 se determina en cada caso a partir de la impedancia
exigida, así como de las condiciones de la línea. Tal como se
representa en la figura 11, sobre la placa básica 12 está dispuesta
una pieza de conducción exterior 40, que con uno de sus resaltes
40a atraviesa la placa de base en la dirección del convertidor de
ruido bajo. A elección, esta pieza de conductor exterior 40 puede
estar atornillada a la placa básica 12. Para ello es necesaria una
rosca exterior en la pieza de conductor exterior 40a en la zona de
la placa de base 12, que a su vez debe presentar el correspondiente
roscado interior. El conductor exterior 40 se apoya con su cuello
40b en la placa de base 12. Este cuello 40b tiene una forma de
cuadrado o hexágono, de manera que puede funcionar conjuntamente
mediante una llave de tornillo. Al cuello 40b se le une en la
dirección de las capas conductoras 3, 4, 5 una pieza 40c en
particular cilíndrica, que forma con su lado frontal la superficie
de apoyo para el anillo distanciador 43. Otro resalte cilíndrico
40d con un diámetro inferior se une estrechándose al resalte 40c
que forma el cuello. Este resalte 40d es rodeado por el anillo
distanciador 43 y atraviesa además la capa conductora 5 y cierra
con su superficie a ras. La pieza de conductor exterior 40 forma
juntamente con el conductor interior 42 y el casquillo 41 compuesto
por material no conductor un conductor de transmisión de ondas
coaxial para conectar el convertidor de ruido bajo posconectado. El
resalte 40a que abarca la placa de base 12 tiene un roscado
exterior para la fijación del convertidor de ruido bajo. El espesor
de la placa de base 43b del anillo distanciador 43 juntamente con
la longitud de la pieza cilíndrica 40c y la longitud del cuello 40b
se corresponde conjuntamente con la distancia entre la placa de
base y la capa conductora 5. Unos manguitos distanciadores
adicionales 45 mantienen distanciadas la placa de base 12 y la capa
conductora 5. Mediante tornillos 47 se mantienen juntas y
comprimidas una respecto a otra las capas conductoras 4 y 5. Para
ello existen en las superficies conductoras 4 y 5 los
correspondientes agujeros o bien escotaduras 46, 30. También el
plano de la red 2 tiene el correspondiente agujero 24.
La figura 12 muestra el acoplamiento entre el
conductor de transmisión de ondas coaxial y la línea triplaca de
transmisión de ondas de la red 1. Para ello el anillo distanciador
43' compuesto de material conductor, une ambas capas conductoras 3,
4 y atraviesa igualmente el plano de la red 1. Mediante casquillos
distanciadores 45' y los correspondientes tornillos 47', se cargan
con presión una respecto a otra las capas conductoras 3 y 4. La
pieza del conductor exterior 40' conductora une la placa de base 12
de manera conductora con el anillo distanciador 43', de manera que
la placa de base 12 juntamente con las capas conductoras 3, 4 se
encuentran al mismo potencial. Todas las piezas de la figura 12 se
corresponden en su función con las de la figura 11. Las partes que
tienen igual función se han dotado por lo tanto de las mismas
referencias pero con raya.
A continuación, se indican las dimensiones
relevantes de la antena planar para la recepción de ondas de la gama
de frecuencias entre unos 10 GHz y 13 GHz.
La distancia entre la placa de base 12 y la capa
conductora 5 es de 4 mm y se ajusta mediante los casquillos
distanciadores 45 así como los casquillos de guía 54 según la figura
5 y el conductor exterior 40 juntamente con el anillo distanciador
43. El espacio intermedio entre la placa de base 12 y la capa
conductora 5 está relleno con una estera de espuma, cuyo
\varepsilon_{r} es aproximadamente igual a 1. Entre una capa
conductora 3, 4, 5 y la correspondiente red de acoplamiento 1 ó 2
contigua, se encuentra una lámina de espuma de polietileno de 1 mm
de espesor. Las capas conductoras están compuestas por chapas de
aluminio de 0,5 mm de espesor. Entre las capas conductoras 3, 4, 5
se encuentra simétrica en el centro en cada caso una red de
acoplamiento 1 ó 2, que está dispuesta sobre una lámina a elección
reforzada por fibra de vidrio PTFE (TLY) o bien PET, del parámetro
relativo de dielectricidad de 2,2 así como de un espesor de 127
\mum.
El anillo distanciador 43 tiene un diámetro
exterior de 12 mm. El diámetro interior del agujero axial 43c tiene
un diámetro de 5 mm. La ranura 43d tiene una anchura de 6 mm. La
anchura de los ramales de base 51 según la figura 13 es de 2,1 mm y
la anchura de la línea de bandas 50 es de 1,2 mm. En la zona de la
unión galvánica por soldadura entre el conductor interior 42 y la
línea de bandas 50, la línea de bandas 50 está realizada con un
espesor superior, en particular mediante tramos de segmentos
circulares cuyo radio es de 0,85 mm. La altura de la placa de base
43b del anillo distanciador 43 es de 2 mm. La altura de los
resaltes 43a es de 2,625 mm. Los diafragmas tienen una anchura y una
longitud de en cada caso 16 mm. Las esquinas son redondeadas,
correspondiendo el redondeado a un segmento circular con un radio
de 5 mm. Los centros de los diafragmas 6 están alejados uno de otro
en cada caso en 21,5 mm.
Las líneas de bandas 16a de excitación para el
plano horizontal tienen una longitud de 6 mm y una anchura de 1,5
mm. La distancia entre ambos brazos del conductor de conexión 33 con
forma de U es de 2,3 mm. El radio del tramo circular es de 1,5 mm.
La distancia entre el borde 6b de un diafragma y la línea central
del brazo más próximo 32, 34 es de 1,6 mm. La longitud del ramal
base 31a es de 5 mm. La geometría de los elementos de radiación para
el plano vertical se diferencia sólo muy poco de la de los elementos
radiadores del plano horizontal. La forma del diafragma es igual.
También la longitud de la línea de bandas 16b de excitación es de 6
mm. La anchura de la línea de bandas 16b de excitación es no
obstante de 1 mm.
Se entiende de por sí que las indicaciones dadas
sobre magnitudes tienen validez sólo para una determinada banda de
frecuencias y para materiales correspondientemente elegidos. Según
el espectro de frecuencias necesario para la antena planar deben
elegirse correspondientemente diferentes las geometrías.
| 1,2 | redes de acoplamiento con líneas de bandas de excitación |
| 3, 4, 5 | capas conductoras con diafragmas 6 dispuestos en forma de matriz |
| 6, 6', 6'' | diafragmas |
| 6a | espacio intermedio entre los diafragmas |
| 6b, 6b', 6b'' | bordes del diafragma |
| 6c, 6c' | esquinas redondeadas o bien biseladas del diafragmas |
| 7, 8, 9, 10, 11 | capas dieléctricas |
| 12 | placa de base |
| 13a, 14a, 13b, 14b | ramales de la red de acoplamiento |
| 13a', 13b', 50 | ramal de base, con conductor interior unido galvánicamente |
| 15, 15a, 15b, 31, 31a, 31b | ramal de base al que conectan las líneas de bandas 16, 16', 16a, 16b de excita- |
| ción | |
| 16, 16', 16a, 16b | líneas de bandas de excitación |
| 17, 22 | punto de acoplamiento; punto de unión galvánica entre conductor interior y ra- |
| mal de base | |
| 18, 24 | agujeros/escotadura para tornillos 47, 47' |
| 19a, 19b, 25 | agujeros para casquillo de guía 54 |
| 20, 23 | escotaduras para los resaltes 43a, 43a' del anillo distanciador 43, 43' que atra- |
| viesan la red de acoplamiento | |
| 21 | escotadura para la pieza del conductor exterior 40' |
| 26 | agujero para la pieza cilíndrica 40c' de la pieza del conductor exterior 40' |
| 27 | agujeros para los casquillos distanciadores 45' |
| 28 | agujero para la pieza cilíndrica 40d de la pieza del conductor exterior 40 |
| 29 | agujero para los resaltes 43a del anillo distanciador 43 que atraviesan la red de |
| acoplamiento 2 | |
| 30 | agujeros |
| 32, 34 | brazos de la línea de conexión con forma de U |
| 33, 33a, 33b | línea de conexión con forma de U |
| 35, 36 | líneas de conexión cortas hacia las líneas de bandas de excitación |
| 40, 40' | pieza del conductor exterior |
| 40a, 40a' | pieza que atraviesa la placa de base 12 |
| 40b, 40b' | plano de la pieza que se apoya en la placa de base 12 de la pieza del conductor |
| exterior | |
| 40c, 40c' | pieza que forma el cuello sobre el que se apoya el anillo distanciador 43, 43' |
| 40d, 40d' | otro cuello del conductor exterior que atraviesa la capa conductora y cierra a |
| ras con ésta | |
| 40e, 40e' | rosca exterior para la fijación de conductores coaxiales de transmisión de ondas |
| o de un convertidor de ruido bajo | |
| 41, 41' | casquillo de aislamiento entre conductor interior 42, 42' y conductor exterior |
| 40', 40' | |
| 42, 42' | conductor interior |
| 43, 43' | anillo distanciador |
| 43a, 43a' | resaltes que atraviesan la capa conductora y la red de acoplamiento; forman las |
| paredes laterales de la ranura 43d | |
| 43b | placa de base del anillo distanciador 43 |
| 43c | agujero axial |
| 43d | ranura que forma el segmento de perfil hueco |
| 44, 44' | unión por soldadura entre el conductor interior 42, 42' y el ramal de base de la |
| red de acoplamiento | |
| 45, 45' | pieza distanciadora, en particular casquillo remachado, de material conductor o |
| no conductor | |
| 45a, 45a' | tramo de la pieza distanciadora 45, 45' insertado en la placa de base |
| 45b, 45b' | roscado interior de la pieza distanciadora 45, 45' |
| 46, 46' | agujero o bien escotadura para el tornillo 47, 47' conductor que penetra |
| 47, 47' | tornillo de material conductor o no conductor |
| 47a, 47a' | roscado exterior del tornillo 47 |
| 47b, 47b' | cabeza del tornillo 47 |
| 48, 48' | elemento distanciador |
| 50 | conductor rectilíneo en forma de banda; simétrico centralmente respecto a los |
| bordes de la ranura 43d del anillo distanciador 43 formada por los resaltes 43a | |
| 51 | ramales de base de la red de acoplamiento |
| 54 | casquillo de guía |
| 55 | tramo de casquillo de guía con diámetro aumentado para ajustar la distancia en- |
| tre la placa de base y la capa conductora 5 | |
| 56 | agujero ciego con roscado interior |
| 58 | superficie de apoyo en la placa de base 12 |
| 59 | superficie de apoyo en la capa conductora 5 |
Claims (26)
1. Antena planar para recibir y emitir ondas
polarizadas linealmente, con al menos un plano de radiación con en
cada caso varios elementos radiadores dispuestos en filas y
columnas, estando acoplados en cada caso los elementos radiadores
de cada plano de radiación a través de respectivas redes de
acoplamiento en igualdad de fase y amplitud a respectivos puntos
centrales, disponiendo cada elemento radiador de diafragmas (6) y
de una líneas de bandas (16, 16', 16a, 16b) de excitación
rectilínea, y estando conectadas las líneas de bandas (16, 16',
16a, 16b) de excitación en cada caso en grupos duales a los
extremos de los ramales base (16, 31) de las redes de acoplamiento
(1, 2), estando dispuestas las líneas de bandas (16, 16', 16a, 16b)
de cada grupo dual sobre un eje o bien paralelas entre sí, estando
unidos los extremos orientados uno al otro de ambas líneas de
bandas (16, 16', 16a, 16b) mediante en cada caso al menos una línea
de conexión (32, 33, 34, 35, 36) con un extremo de un ramal base
(15, 31) y porque mediante al menos una línea de conexión (32, 33,
34) de una línea de bandas (16, 16', 16a, 16b) se genera una
diferencia de fases de 180º entre ambos elementos radiadores (6,
16),
caracterizada porque la más larga de ambas
líneas de conexión tiene una forma de U con dos brazos paralelos
(32, 34), conectándose el extremo de uno de los brazos (32) al
ramal base (15, 31) de la red de acoplamiento (1, 2) y conectándose
al extremo del otro brazo (34) en ángulo recto una línea de bandas
(35) corta, a la que se conecta la línea de bandas (16, 16', 16a,
16b) de excitación, estando dispuesta la línea de conexión con
forma de U entre ambos elementos radiadores (6, 16).
2. Antena planar según la reivindicación 1,
caracterizada porque las líneas de
conexión se diferencian entre sí en su longitud según la longitud de
una semionda.
3. Antena planar según una de las
reivindicaciones 1 ó 2,
caracterizada porque en paralelo
superficialmente y a una determinada distancia de cada red de
acoplamiento (1, 2) está dispuesta una capa conductora (3, 4, 5) con
diafragmas (6), estando dispuestos los diafragmas (6) en cada caso
sobre una línea de bandas (16, 16', 16a, 16b).
4. Antena planar según la reivindicación 3,
caracterizada porque entre las capas
conductoras (3, 4, 5) y las redes de acoplamiento (1, 2) está
dispuesta en cada caso al menos una capa dieléctrica (7, 8, 9, 10),
cuyo espesor determina la distancia entre la correspondiente capa
conductora (3, 4, 5) y la correspondiente red de acoplamiento (1,
2).
5. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque la red de
acoplamiento (1, 2) y las líneas de bandas (16, 16', 16a, 16b) de
excitación están aplicadas sobre una lámina de PTFE o PET en
particular reforzada con fibra de vidrio.
6. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque las líneas de bandas
(16, 16', 16a, 16b) de excitación de una fila están dispuestas
sobre una línea o con ejes paralelos una respecto a otra, estando
alternadas estas líneas de bandas (16, 16', 16a, 16b)
alternadamente con su primera y con su segunda cara frontal pequeña
a la red de acoplamiento (1, 2).
7. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque los conductores de
transmisión de ondas de la antena planar están configurados en
técnica de triplaca.
8. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque cada red de
acoplamiento (1, 2) tiene un punto de acoplamiento o bien
desacoplamiento (17, 22), estando configurados los puntos de
acoplamiento (17, 22) como transiciones de conductores de
transmisión de ondas entre la técnica triplaca y la conexión y
desconexión coaxial.
9. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque los diafragmas (6)
son rectángulos, en particular cuadrados, con o sin esquinas (6c,
6c') redondeadas o bien biseladas, determinando el radio de las
esquinas redondeadas o el grado de biselado, entre otros, la
anchura de banda de frecuencia y la impedancia de entrada.
\newpage
10. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el perímetro de los
diafragmas (6) tiene un cierto número de lados rectos n (6b, 6b',
6b''), unidos entre sí mediante arcos.
11. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el borde de los
diafragmas (6) está compuesto por una cierta cantidad de segmentos
circulares, elípticos o hiperbólicos.
12. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque en cada caso una
línea de bandas (16, 16', 16a, 16b) de excitación sobresale hacia
dentro en el espacio del diafragma, estando dispuesta la línea de
bandas (16, 16', 16a, 16b) perpendicularmente al lado del borde
sobre el que sobresale hacia dentro en el espacio del diafragma.
13. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque las líneas de bandas
(16, 16', 16a, 16b) de excitación de dos diafragmas (6) contiguos
por filas están dispuestas alternadamente partiendo en cada caso
del correspondiente borde contrapuesto (6b, 6b', 6b''), conduciendo
al espacio del diafragma.
14. Antena planar según la reivindicación 12 ó
13,
caracterizada porque la línea de bandas
(16, 16', 16a, 16b) rectilínea está formada dentro del espacio del
diafragma por varios tramos de línea de bandas rectilíneos de igual
o diferente longitud de tramo así como igual o diferente anchura de
tramo.
15. Antena planar según una de las
reivindicaciones 12 a 14,
caracterizada porque la línea de bandas
realizada en forma de tramo está configurada por tramos de
conductores acoplados galvánicamente o mediante un intersticio con
una anchura de intersticio definida.
16. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes 12 a 15,
caracterizada porque la línea de bandas
(16, 16', 16a, 16b) de excitación está dispuesta simétrica respecto
al centro o bien decalada respecto al lado del borde del
correspondiente espacio de diafragma asociado.
17. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque el punto de
acoplamiento central (17, 22) está configurado de tal manera que el
conductor interior (42, 42') de un conductor de transmisión de
ondas coaxial mediante el cual se acoplan y desacoplan las señales
desde la antena planar hasta el convertidor de ruido bajo (LNC), con
el que el tramo de línea de bandas que forma el ramal de base (51)
de la red de acoplamiento (1,2), está unido galvánicamente,
conduciendo el tramo de línea de bandas (51) en la zona de la unión
galvánica al conductor interior (42, 42') en línea recta y
simétrico respecto al centro mediante un segmento de perfil hueco
perfilado bordeado de forma conductora.
18. Antena planar según la reivindicación 17,
caracterizada porque el segmento de
perfil hueco está formado por una unión conductora entre las capas
conductoras que presentan los diafragmas (6) que abarcan la red de
acoplamiento (1, 2) y ésta misma.
19. Antena planar según la reivindicación 18,
caracterizada porque un anillo
distanciador (43, 43') que forma el segmento de perfil hueco, une
ambas capas conductoras (3, 4; 4, 5) entre sí de forma conductora
con resaltes (43a, 43a') conformados en su primer lado plano de
longitud definida y el anillo distanciador (43, 43') se apoya sobre
un cuello (40c, 40c') de la pieza (40, 40') que forma el conductor
exterior del conductor de transmisión de ondas coaxial con su
segundo lado plano, penetrando los resaltes (43a, 43a') en una de
las capas conductoras (4, 5) así como la red de acoplamiento (1, 2)
y chocando con la otra capa conductora (3, 4).
20. Antena planar según la reivindicación 19,
caracterizada porque el anillo
distanciador (43, 43') abarca un resalte (40d, 40d') cilíndrico que
limita con el cuello (40c, 40c') del conductor exterior (40, 40')
y el resalte cilíndrico (40d, 40d') abarca una capa conductora (4,
5) y cierra alineado con su superficie a ras.
\newpage
21. Antena planar según una de las
reivindicaciones 19 ó 20,
caracterizada porque el anillo
distanciador (43, 43') es un disco con agujero axial (43c), en uno
de cuyos lados planos está dispuesta simétricamente respecto al
centro una ranura (43d) cuya profundidad se corresponde con la
adición de longitud del espesor de una de las capas conductoras (4,
5) y a la distancia entre ambas capas conductoras (3, 4; 4, 5).
22. Antena planar según una de las
reivindicaciones 19 a 21,
caracterizada porque la pieza (40, 40')
que forma el conductor exterior tiene otro cuello (40b, 40b') que
se apoya en una placa de base (12) conductora.
23. Antena planar según una de las
reivindicaciones 19 a 22,
caracterizada porque la pieza (40, 40')
que forma el conductor exterior tiene un agujero axial, en el que se
aloja un casquillo (41, 41') no conductor, en particular de PTFE,
en el que está dispuesto el conductor interior (42, 42'), chocando
el casquillo con una de sus caras frontales en la parte inferior de
la red de acoplamiento (1, 2).
24. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque las capas conductoras
(3, 4, 5) que presentan los diafragmas (6) y la placa de base (12),
son mantenidas a distancia mediante piezas distanciadoras, en
particular conductoras, en particular casquillos remachados, que
están introducidos en la placa de base (12), presentando las piezas
distanciadoras (45, 45') un roscado interior (45b, 45b') en el cual
encajan tornillos (47, 47') cargando de presión mediante los
tornillos (47, 47') en cada caso con su cabeza una capa conductora
(3, 4) contra el anillo distanciador (43, 43').
25. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque la antena planar
tiene dos planos de radiación dispuestos en superficies paralelas
uno a otro y porque ambos planos de radiación reciben o emiten
ondas polarizadas ortogonalmente entre sí.
26. Antena planar según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizada porque mediante un
polarizador, que está dispuesto sobre la antena planar en el
espacio de radiación, puede recibirse o bien enviarse polarización
circular.
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