ES2215285T3 - Antena multifrecuencia realizada segun la tecnica de las microcintas, y dispositivo incluyendo esta antena. - Google Patents

Antena multifrecuencia realizada segun la tecnica de las microcintas, y dispositivo incluyendo esta antena.

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ES2215285T3
ES2215285T3 ES98403063T ES98403063T ES2215285T3 ES 2215285 T3 ES2215285 T3 ES 2215285T3 ES 98403063 T ES98403063 T ES 98403063T ES 98403063 T ES98403063 T ES 98403063T ES 2215285 T3 ES2215285 T3 ES 2215285T3
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Jean-Philippe Coupez
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Abstract

SEGUN LA PRESENTE INVENCION, UNA ANTENA DE MULTIFRECUENCIA REALIZADA SEGUN LA TECNICA DE LAS MICROCINTAS COMPRENDE DOS ZONAS (Z1, Z2) QUE SE CONECTAN A UN CORTOCIRCUITO CONSTITUIDO POR DOS BANDAS CONDUCTORAS (C2, C12). ESTAS ZONAS ESTAN SUFICIENTEMENTE DESACOPLADAS MUTUAMENTE PARA PERMITIR QUE DOS RESONANCIAS SE ESTABLEZCAN RESPECTIVAMENTE EN DOS AREAS DIFERENTES FORMADAS POR ESTAS ZONAS. ESTAS RESONANCIAS SON APROXIMADAMENTE DEL TIPO CUARTO DE ONDA Y TIENEN CADA UNA UN NUDO DE CAMPO ELECTRICO FIJADO POR ESTE CORTOCIRCUITO. UN MISMO DISPOSITIVO DE ACOPLAMIENTO (C1, C2, C3, C12) SE UTILIZA PARA EXCITAR LAS DOS RESONANCIAS. LA INVENCION SE APLICA PARTICULARMENTE A LOS RADIOTELEFONOS PORTATILES Y A SUS ESTACIONES BASE.

Description

Antena multifrecuencia realizada según la técnica de las microcintas, y dispositivo incluyendo esta antena.
La presente invención se refiere a antenas realizadas según la técnica de las microcintas. Una antena de este tipo comprende una placa que está, típicamente, constituida mediante grabado de una capa metálica. Los especialistas la llaman en inglés "microstrip patch antenna", por "antena con placa del tipo microcinta".
La técnica de las microcintas es una técnica planar que se aplica a la vez a la realización de líneas transmisoras de señales y a la de antenas que realizan un acoplamiento entre dichas líneas y las ondas radiadas. Utiliza cintas y/o placas conductoras formadas sobre la superficie superior de un substrato dieléctrico delgado que las separa de una capa conductora de masa que se extiende sobre la superficie inferior de este substrato. Una placa de este tipo es, típicamente, más grande que una cinta y sus formas y dimensiones constituyen características importantes de la antena. La forma del substrato es, típicamente, la de una lámina plana rectangular de espesor constante. Pero esto no es de ningún modo una obligación. En particular, se conoce que una variación del espesor del substrato según una ley exponencial permite aumentar la banda de paso de una antena de este tipo, y que la forma de la lámina puede apartarse de la de un rectángulo. Las líneas de campo eléctrico se extienden entre la cinta o la placa y la capa de masa atravesando el substrato. Esta técnica se distingue de varias otras técnicas que utilizan también elementos conductores sobre un substrato delgado a saber:
- la de las líneas triplaca, que se conoce generalmente con la denominación inglesa "stripline", y en la que una cinta está comprendida entre la capa de masa inferior y una capa de masa superior, debiendo presentar ésta última, en el caso de una antena, una hendidura para permitir un acoplamiento con las ondas radiadas,
- la de las líneas de hendidura en la que el campo eléctrico se establece entre dos partes de una capa conductora formada sobre la superficie superior del substrato y separadas la una de la otra por una hendidura, debiendo ésta última, en el caso de una antena, desembocar típicamente sobre un vaciamiento más grande facilitando un acoplamiento con las ondas radiadas, por ejemplo formando una estructura resonante, y
- la de las líneas coplanarias en la que el campo eléctrico se establece sobre la superficie superior del substrato y de una manera simétrica entre por una parte una cinta conductora central y por otra parte dos zonas conductoras situadas a ambos lados de esta cinta de la que están separadas respectivamente por dos hendiduras. En el caso de una antena, esta cinta se conecta típicamente a una placa más grande para formar una estructura resonante que permita un acoplamiento con las ondas radiadas.
En lo que se refiere a la realización de las antenas, la exposición se limitará algunas veces en lo que queda de descripción, en un intento de simplificación, solamente al caso de una antena emisora conectada a un emisor. Pero debe entenderse que las disposiciones descritas podrían también aplicarse al caso de antenas receptoras conectadas a un receptor. En el mismo sentido debe entenderse el que el substrato presente la forma de una lámina horizontal.
De una manera en primer lugar esquemática, puede hacerse una distinción entre los dos tipos fundamentales de estructuras resonantes que pueden realizarse según la técnica de las microcintas. Un primer tipo puede llamarse "de media onda". La antena se llama entonces "de media onda" o "eléctrica". Admitiendo que una dimensión de su placa constituye la longitud y que se extiende según una dirección que llamaremos longitudinal, esta longitud es prácticamente igual a la mitad de la longitud de onda de una onda electromagnética que se propaga en esta dirección por la línea constituida por la masa, el substrato y la placa. El acoplamiento con las ondas radiadas se hace en los extremos de esta longitud, estando situados estos extremos en las regiones en las que la amplitud del campo eléctrico que existe en el substrato es máxima.
Un segundo tipo de estructuras resonantes que pueden realizarse según esta misma técnica puede llamarse "en cuarto de onda". La antena se llama entonces "en cuarto de onda" o "magnética". Difiere de una antena "en media onda" por una parte por el hecho de que su placa tiene una longitud prácticamente igual a un cuarto de la longitud de onda, estando definidas esta longitud de la placa y esta longitud de onda como antes, y por otra parte por el hecho de que se realiza un cortocircuito importante en un extremo de esta longitud entre la masa y la placa de forma que se imponga una resonancia del tipo cuarto de onda en la que un nodo de campo eléctrico se fija por este cortocircuito. El acoplamiento con las ondas radiadas se realiza en el otro extremo de esta longitud, estando situado este otro extremo en la región en la que la amplitud del campo eléctrico a través del substrato es máxima.
En la práctica, en tales antenas pueden establecerse diversos tipos de resonancia. Estos tipos dependen especialmente:
- de la configuración de las placas, pudiendo especialmente éstas últimas presentar hendiduras, llegado el caso radiantes,
- de la presencia eventual y de la localización de cortocircuitos así como de los modelos eléctricos representativos de estos cortocircuitos, no siendo siempre asimilables éstos últimos, ni siquiera de forma aproximada, a cortocircuitos perfectos en los que las impedancias serían nulas,
- y de los dispositivos de acoplamiento que se han incluido en estas antenas para permitir acoplar sus estructuras resonantes a un órgano de tratamiento de señales tal como un emisor, así como de la localización de estos dispositivos.
Además, para una configuración de antena dada, pueden aparecer varios modos de resonancia y permitir una utilización de la antena a varias frecuencias correspondientes a estos modos.
El acoplamiento de una antena de este tipo a un órgano de tratamiento de señales, tal como un emisor, se hace, típicamente, por intermedio no solamente de un dispositivo de acoplamiento incluido en esta antena, sino también de una línea de conexión exterior a esta antena y conectando el dispositivo de acoplamiento al órgano de tratamiento de señales. Si se considera una cadena funcional global incluyendo el órgano de tratamiento de señales, la línea de conexión, el dispositivo de acoplamiento y la estructura resonante, conviene que el dispositivo de acoplamiento y la línea de conexión se realicen de manera que esta cadena presente una impedancia uniforme a lo largo de toda su longitud, lo que evita reflexiones parásitas que se opongan a un buen acoplamiento.
En el caso de una antena emisora con estructura resonante, las funciones respectivas del dispositivo de acoplamiento, de la línea de conexión y de la antena son las siguientes: la función de la línea de conexión es transportar una señal de radiofrecuencia o de hiperfrecuencia desde el emisor hasta los bornes de la antena. A lo largo de una línea de este tipo la señal se propaga bajo la forma de una onda progresiva sin sufrir, al menos en principio, ninguna modificación notable de sus características. La función del dispositivo de acoplamiento es transformar la señal suministrada por la línea de conexión de manera que esta señal excite una resonancia de la antena, es decir, que la energía de la onda progresiva que lleva esta señal se transfiera a una onda estacionaria que se establece en la antena con las características definidas por ésta última. En cuanto a la antena, transfiere la energía de esta onda estacionaria a una onda radiada al espacio. La señal suministrada por el emisor sufre así una primera transformación para pasar de la forma de una onda progresiva a la de una onda estacionaria y, después, una segunda transformación que le da la forma de una onda radiada. En el caso de una antena receptora, la señal toma las mismas formas en los mismos órganos, pero las transformaciones se realizan en el orden y en el sentido inversos.
Las líneas de conexión pueden estar realizadas según una técnica distinta de la planar, por ejemplo en forma de líneas coaxiales.
Las antenas realizadas según las técnicas planares se incluyen en diversos tipos de aparatos. Estos aparatos son especialmente radioteléfonos portátiles, estaciones base para éstos últimos, automóviles y aviones o misiles aéreos. En el caso de un radioteléfono portátil el carácter continuo de la capa de masa inferior de esta antena permite limitar fácilmente la potencia de radiación interceptada por el cuerpo de la persona que utiliza el aparato. En el caso de los automóviles, y sobre todo en el de los aviones o misiles en los que la superficie exterior es metálica y presenta un perfil curvo que permite obtener una reducida resistencia aerodinámica, la antena puede tener la forma de este perfil de manera que no aparezca una resistencia aerodinámica suplementaria molesta.
La solicitud de patente europea EP0749176 describe una antena realizada según la técnica de las microcintas, comprendiendo esta antena:
- un substrato dieléctrico plano;
- un conductor que constituye un plano de masa, sobre la superficie inferior de este substrato;
- tres zonas conductoras que se extienden sobre la superficie superior del substrato y teniendo cada una de ellas una forma alargada que da a la antena una forma de doble C o candelabro de tres brazos;
- un dispositivo de acoplamiento de antena común a todas las zonas conductoras.
La zona situada en el centro del candelabro tiene un nodo de campo eléctrico fijado por una serie de cortocircuitos hacia el plano de masa, estando dispuesta esta serie de cortocircuitos a todo lo largo del eje de simetría de esta zona.
Las zonas conductoras están separadas una de otra por hendiduras de anchuras relativamente grandes (0,7 cm para una longitud de onda de 3,3 cm), lo que permite realizar una antena de tamaño más pequeño que el de las antenas conocidas para una longitud de onda dada. Sin embargo, esta antena no puede funcionar convenientemente a varias frecuencias, por ejemplo en un radioteléfono multibanda.
La presente invención se refiere más en particular al caso en que una antena de este tipo deba tener las cualidades siguientes:
- deba ser multifrecuencia, es decir, que debe poder emitir y/o recibir eficazmente en varias frecuencias de funcionamiento,
- deba poder ser conectada a un órgano de tratamiento de señales con la ayuda de una única línea de conexión para el conjunto de todas las frecuencias de funcionamiento;
- y no deba tener necesidad para ello de utilizar un multiplexor o demultiplexor de frecuencias.
Varias antenas conocidas están realizadas según la técnica de las microcintas y tienen las cualidades descritas anteriormente. Se examinan a continuación:
Una primera antena conocida se describe en el documento de patente US-A-4.766.440 (Gegan). La placa 10 de esta antena presenta una hendidura curvada en forma de U que es continua y completamente interior a esta placa. Esta hendidura es radiante y hace aparecer un modo de resonancia suplementario de la antena. Permite además, por una elección conveniente de su forma y de sus dimensiones, llevar las frecuencias de los modos de resonancia a los valores deseados lo que da la posibilidad de asociar dos modos con polarizaciones lineales cruzadas para emitir una onda con polarización circular. La línea de alimentación se termina con un dispositivo de acoplamiento que es una línea realizada según la técnica de las microcintas tal como se ha especificado anteriormente, pero donde se dice también que es coplanar, porque la microcinta se extiende en el plano de la placa y penetra entre dos muescas de ésta última. Este dispositivo está dotado de medios de transformación de impedancia para adaptarle a las diferentes impedancias de entrada presentadas por la línea, respectivamente, a las diferentes frecuencias de resonancia utilizadas como frecuencias de funcionamiento.
Esta primera antena conocida presenta, principalmente, los inconvenientes siguientes:
- siendo la antena del tipo de media onda, su dimensión longitudinal puede ser molesta en el caso en el que sea deseable una miniaturización;
- la necesidad de tener que disponer de medios de transformación de impedancia complica la realización;
- el ajuste preciso de las frecuencias de resonancia a los valores deseados es difícil de realizar.
Una segunda antena conocida se describe en el documento de patente US-A-4.692.769 (Gegan). Su placa presenta una hendidura que se extiende según un arco de círculo o un segmento de recta interior a la placa. Esta hendidura hace aparecer un modo de resonancia suplementario. Los extremos de la hendidura en forma de arco de círculo presentan ensanchamientos que permiten dar a la impedancia de entrada de la antena un mismo valor para las diferentes frecuencias de funcionamiento. Esta segunda antena conocida presenta, principalmente, los inconvenientes siguientes:
- el inconveniente anterior vinculado al tipo de media onda;
- las polarizaciones de las ondas emitidas a las dos frecuencias de resonancia de la antena son necesariamente cruzadas, lo que puede complicar la realización de ciertos sistemas de telecomunicación que utilicen esta antena.
Una tercera antena conocida se describe en el documento de patente US-A-4.771.291 (Lo et al.). Su placa comprende hendiduras que se extienden según respectivos segmentos de rectas interiores a la placa. Estas hendiduras permiten disminuir la distancia entre las dos frecuencias de ffuncionamiento. Cortocircuito puntuales permiten también disminuir esta distancia. Están formados por conductores que atraviesan el substrato.
Esta tercera antena conocida presenta, principalmente, los inconvenientes siguientes:
- el inconveniente anterior vinculado al tipo de media onda;
- la incorporación de cortocircuitos puntuales complica la realización de la antena;
- lo mismo ocurre con la alimentación de la antena por una línea coaxial.
La presente invención tiene, principalmente, los objetivos siguientes:
- limitar las dimensiones de una antena multifrecuencia,
- permitir un ajuste fácil y preciso de las frecuencias de funcionamiento de esta antena, y
- permitir utilizar un dispositivo de acoplamiento único y fácilmente adaptable en impedancia para varias frecuencias de trabajo.
Y dentro de estos objetivos tiene principalmente por objeto una antena multifrecuencia realizada según la técnica de las microcintas, comprendiendo esta antena:
- un substrato dieléctrico plano;
- un conductor que constituye un plano de masa, sobre la superficie inferior de este substrato;
- varias zonas conductoras que se extienden sobre la superficie superior del substrato, y teniendo cada zona una forma alargada y esttando conectada a una base que proporciona a la antena una forma de candelabro con varios brazos;
- un dispositivo de acoplamiento de antena común para todas las zonas conductoras;
y estando caracterizada
porque estas zonas conductoras están separadas una de otra por hendiduras de anchuras muy inferiores a las longitudes de onda de utilización de la antena;
porque estas zonas conductoras están suficientemente desacopladas mutuamente como para permitir que se establezcan diversas resonancias, respectivamente, en diversas áreas formadas por estas zonas, siendo estas resonancias al menos aproximadamente del tipo de cuarto de onda; y
porque cada una de estas zonas tiene un nodo de campo eléctrico fijado por al menos un cortocircuito con el plano de masa, y porque este cortocircuito está situado en las proximidades de dicha base del candelabro.
Diversos aspectos de la presente invención se comprenderán mejor con la ayuda de la descripción que viene a continuación y de las figuras esquemáticas adjuntas. Cuando un mismo elemento se representa en varias de estas figuras se le designa por la misma referencia numérica y/o de letras.
La figura 1 representa una vista en perspectiva de un dispositivo de comunicación que incluye una primera antena realizada según esta invención.
La figura 2 representa una vista en planta de la antena de la figura 1.
La figura 3 representa una vista lateral de esta misma antena.
La figura 4 representa un diagrama de la variación de un coeficiente de reflexión, en decibelios, a la entrada de esta misma antena en función de la frecuencia expresada en MHz.
La figura 5 representa una vista en planta de una segunda antena realizada según esta invención.
La primera antena según la presente invención comprende en primer lugar una estructura resonante que comprende ella misma los elementos siguientes:
- Un sustrato dieléctrico 2 que presenta dos superficies principales mutuamente opuestas que se extienden según direcciones definidas en esta antena y que constituyen las direcciones horizontales DL y DT, pudiendo estas direcciones depender de la zona considerada de la antena. Este substrato puede presentar formas diversas como se ha expuesto anteriormente. Sus dos superficies principales constituyen, respectivamente, una superficie inferior S1 y una superficie superior S2. En esta antena se define igualmente otra dirección. Forma un ángulo con cada una de estas direcciones horizontales y constituye una dirección vertical DV. El ángulo formado es, típicamente, un ángulo recto. Pero esta dirección vertical puede también formar ángulos diferentes con estas direcciones horizontales y puede depender también ella de la zona considerada. El substrato presenta varias superficies de corte, tales como la superficie S3, que comunican cada una un borde de la superficie inferior con un borde correspondiente de la superficie superior y que contienen esta dirección vertical.
- Una capa conductora inferior que se extiende sobre esta superficie inferior y que constituye una masa 4 de esta antena.
- Una capa conductora superior que se extiende sobre una área de esta superficie superior por encima de la masa 4 de manera que constituye una placa 6 del tipo designado mundialmente por la palabra inglesa "patch". Esta placa tiene una configuración específica en esta antena. Tiene también una longitud y una anchura que se extienden según dos dichas direcciones horizontales constituyendo una dirección longitudinal DL y una dirección transversal DT, respectivamente, siendo esta última dirección paralela a la superficie de corte S3. Aunque las palabras longitud y anchura se aplican usualmente a las dos dimensiones mutuamente perpendiculares de un objeto rectangular, siendo la longitud mayor que la anchura, debe comprenderse que la placa 6 podría separarse de tal forma sin salirse del marco de esta invención. Más particularmente, las direcciones DL y DT pueden formar un ángulo diferente a 90 grados, los bordes de esta placa pueden no ser rectilíneos y su longitud puede ser menor que su anchura. Uno de estos bordes se sitúa en la intersección de la superficie superior S2 y de la superficie de corte S3. Se extiende, pues, según la dirección transversal DT. Constituye un borde posterior 10 y define según la dirección longitudinal DL un sentido hacia atrás DB dirigido hacia este borde posterior y un sentido hacia delante DF opuesto a este sentido hacia atrás. Por otro lado, la configuración de la placa 6 forma al menos una hendidura F1 en el interior de esta placa. La presencia de esta hendidura hace aparecer al menos una resonancia suplementaria en un grupo de resonancias de esta antena. Este grupo incluye varias resonancias correspondientes, respectivamente, a varios modos de funcionamiento y a varias frecuencias de funcionamiento de esta antena. Puede incluir también resonancias no explotadas en la utilización de la antena.
- Por último, un cortacircuito C2 que conecta eléctricamente la placa 6 a la masa 4. Este cortacircuito se forma en la superficie de corte S3 que es típicamente plana y constituye entonces un plano de cortocircuitos. Impone que las resonancias de la antena sean, al menos aproximadamente, del tipo de cuarto de onda.
La antena comprende además un dispositivo de acoplamiento de presenta más particularmente la forma de una línea de acoplamiento. Este dispositivo comprende por una parte un conductor principal que está constituido por dos trozos C1 y C3 y que está conectado a la placa 6 en un punto de conexión interno 18. Comprende, por otra parte, un conductor de masa igualmente compuesto que coopera con este conductor principal y que se describirá más tarde. Constituye la totalidad o parte de un conjunto de conexión que conecta la estructura resonante de la antena a un órgano de tratamiento de señales 8, por ejemplo para excitar una o varias resonancias de la antena a partir de este órgano en el caso de que se trate de una antena emisora. Además de este dispositivo, el conjunto de conexión comprende, típicamente, una línea de conexión, tal como C4, C5, que es externa a la antena y que comprende dos conductores. En un extremo de esta línea en el lado de la antena estos dos conductores se conectan, respectivamente, a dos conductores de conexión que pertenecen al dispositivo de acoplamiento y que pueden considerarse como que constituyen dos bornes de la antena. En el otro extremo de esta línea los dos conductores de ésta última se conectan, respectivamente, a dos bornes del órgano de tratamiento de señales. Esta línea puede ser, principalmente, del tipo coaxial, del tipo de microcinta o del tipo coplanar. En el caso de que la antena considerada constituya una antena receptora, este mismo conjunto transmite las señales recibidas por esta antena al órgano de tratamiento de señales. Los diversos elementos de este conjunto tienen las funciones respectivas definidas anteriormente.
El órgano de tratamiento de señales está capacitado para funcionar a las frecuencias de resonancia que constituyen dichas frecuencias de funcionamiento de la antena. Puede ser compuesto y comprender entonces un elemento sintonizado de manera permanente a cada una de estas frecuencias de funcionamiento. Puede comprender también un elemento sintonizable.
La presente invención tiene igualmente por objeto un dispositivo de comunicación que incluye una antena según esta invención y un dicho órgano de tratamiento de señales conectado a esta antena por un dicho conjunto de conexión.
La antena que se describe como ejemplo es una antena con dos frecuencias, es decir, que debe poder dar lugar a al menos dos resonancias de manera que funcione según dos modos correspondientes a dos frecuencias de funcionamiento. Para este objetivo se forma una hendidura en la placa 6 que desemboca hacia delante en el exterior de ésta última. Constituye una hendidura separadora longitudinal F1. La extensión longitudinal ocupada por esta hendidura define en esta placa una región anterior Z2, Z1, Z12, separando la propia hendidura en esta región una zona primaria Z1 de una zona secundaria Z2. Una región posterior ZA se extiende entre esta región anterior y el borde posterior 10. Preferentemente, esta región posterior es más corta y más de preferencia mucho más corta según la dirección longitudinal DL que esta región anterior.
El punto de conexión interno 18 es exterior a la zona secundaria y está situado, preferentemente, en la zona primaria Z1. Un dicho modo de funcionamiento constituye entonces un modo primario en el que se establece una onda estacionaria gracias a la propagación de ondas progresivas en los dos sentidos de esta dirección longitudinal o de una dirección próxima a esta última, propagándose estas ondas en una área que incluye esta zona primaria y excluyendo esta región posterior prácticamente la zona secundaria Z2. Otro modo de funcionamiento constituye un modo secundario en el que se establece una onda estacionaria gracias a una propagación de ondas progresivas en los dos mismos sentidos, propagándose estas ondas en otra área que incluye las zonas primaria y secundaria y la región posterior.
En el marco de esta disposición, la región posterior ZA tiene una primera función que es la de acoplar la zona secundaria a la zona primaria para permitir el establecimiento del modo secundario. Tiene una segunda función que es la de permitir al cortocircuito presente sobre el borde posterior el desempeñar su papel en cada una de estas dos zonas. La antena es entonces, al menos de manera aproximada, para cada frecuencia de funcionamiento, del tipo de cuarto de onda.
Las configuraciones de la placa y del dispositivo de acoplamiento, y más particularmente la posición longitudinal del punto de conexión interno 18 se eligen de manera que se hace aparecer un valor deseado predeterminado de la impedancia que presenta la antena al órgano de tratamiento de señales o, más típicamente, a una línea de conexión que une este órgano a este dispositivo. Esta impedancia se llamará en adelante impedancia de la antena. En el caso de una antena emisora, se la llama, normalmente, impedancia de entrada. Su valor deseado es, ventajosamente, igual a la impedancia de la línea de conexión. Es por esto por lo que, preferentemente, la posición del punto de conexión da a la impedancia de la antena prácticamente un mismo valor para las diversas frecuencias de funcionamiento.
Generalmente es útil el que las frecuencias de funcionamiento tengan los valores deseados predeterminados. Estos valores se pueden obtener, ventajosamente, por una elección conveniente de las dimensiones longitudinales respectivas de las zonas primaria Z1 y secundaria Z2. Es por esto por lo que, en el marco de la presente invención, estas dos dimensiones son, típicamente, diferentes. Resulta con ello que el borde delantero de la placa se separa entonces, necesariamente, de ser una línea recta transversal.
En el caso más particularmente descrito, la configuración de la placa 6 forma, preferentemente, otra hendidura que se extiende según la dirección transversal DT. Esta hendidura constituye una hendidura separadora transversal F2 que separa parcialmente esta zona primaria de la región posterior ZA. De preferencia, se conecta al extremo posterior de la hendidura separadora longitudinal F1.
La configuración de la placa 6 forma, aún ventajosamente, al menos una hendidura F3 que se extiende en la zona primaria Z1 según la dirección longitudinal DL. De preferencia esta hendidura se extiende hacia delante a partir de la hendidura separadora transversal F2. Puede llamarse hendidura de reducción de frecuencia pues su papel es el de reducir las frecuencias de funcionamiento en una medida creciente con su longitud. Permite así no sólo limitar la longitud de la placa necesaria para obtener los valores deseados predeterminados de las frecuencias de funcionamiento, sino también ajustar estas frecuencias gracias a una regulación conveniente de la longitud de esta hendidura.
Preferentemente, la antena presenta un plano de simetría que se extiende según las direcciones longitudinal DL y vertical DV, constituyendo la traza de este plano en la superficie superior del sustrato un eje de simetría A para la placa 6. Cuando dos elementos son simétricos el uno del otro con respecto al eje o al plano de simetría el número del mismo incluido en las referencias numéricas cuando está a la derecha de las figuras es igual al número correspondiente del mismo que está a la izquierda incrementado en 10. El dispositivo de acoplamiento y la zona primaria Z1 se extienden en la proximidad del eje A y la configuración de la placa forma dos de dichas hendiduras separadoras longitudinales F1 y F11 a uno y otro lado de esta zona primaria. La zona secundaria comprende entonces dos partes Z2 y Z12 situadas, respectivamente, más allá de estas dos hendiduras.
En estas condiciones, el conjunto de las hendiduras separadoras F1, F2, F11, F12 presenta la forma de una U. Las ramas y la base de esta U son, respectivamente, longitudinales y transversal. Esta base presenta un intervalo axial 20 que se extiende a uno y otro lado del eje para conectar la zona primaria Z1 al cortacircuito C2, C12 por intermedio de una parte axial de la región posterior ZA.
Según una disposición ventajosa, la línea de acoplamiento que constituye el dispositivo de acoplamiento de la antena comprende un conductor perteneciente a la capa conductora superior. Más precisamente, un trozo C1 de dicho conductor principal penetra según la dirección longitudinal DL en el área de la placa 6. Se extiende entre un extremo posterior próximo al borde posterior 10 y un extremo anterior que constituye el punto de conexión interno 18. Este trozo de conductor principal presenta la forma de una cinta y puede llamarse cinta de acoplamiento horizontal. Como conocida en sí, esta cinta está limitada lateralmente por dos muescas. Pero en la antena de la presente invención, estas dos muescas son suficientemente estrechas según la dirección DT y suficientemente largas según la dirección DL para poder ser consideradas, respectivamente, como dos hendiduras longitudinales F4 y F14. Estas dos hendiduras separan esta cinta de la placa 6 y se llamarán en adelante hendiduras de acoplamiento. La elección de su longitud hace posible, por cierto, que los parámetros de la línea de la que esta cinta de acoplamiento constituye el conductor principal puedan determinarse de manera ventajosa si se concibe esta línea como una línea coplanaria capaz de excitar la antena de una manera distribuida a lo largo de la longitud de esta línea antes que como una línea del tipo microcinta destinada a excitar la antena únicamente en el extremo de esta línea, estando entonces constituido el conductor de masa de esta línea coplanaria principalmente a la manera de una línea coplanaria por las partes de la placa situadas lateralmente a uno y a otro lado de esta cinta más allá de las dos hendiduras F4 y F14 y no por la masa de la antena como en una línea de microcinta. Esta línea se llamará en adelante línea coplanaria horizontal.
Esta línea permitiría acoplar la antena por intermedio de una señal electromagnética aplicada o reunida por la línea de conexión externa en el extremo posterior de esta línea coplanaria horizontal entre dos bornes comunes a esta línea coplanaria horizontal y a la antena, estando constituidos estos dos bornes, respectivamente, por este conductor de masa de esta línea y el extremo posterior de esta cinta. Pero, al menos en el caso de aparatos tales como ciertos radioteléfonos, la realización de la conexión entre el dispositivo de acoplamiento y esta línea externa por intermedio de tales conductores situados en el plano de la placa complicaría la fabricación de estos aparatos.
Más particularmente, la línea coplanaria horizontal en cuestión se extiende según el eje A. Pasa en el intervalo axial 20 de la base de la U, estando delimitado este intervalo por las dos hendiduras de acoplamiento F4 y F14. Como se ha indicado anteriormente, la posición del extremo anterior 18 de su conductor principal se determina para dar un valor deseado a la impedancia de la antena. Pero esta impedancia depende también de otros parámetros tales como las longitudes de la cinta de acoplamiento C1 y de las hendiduras de acoplamiento, así como de la naturaleza del sustrato.
Según otra disposición ventajosa, el citado cortocircuito es un cortocircuito compuesto que comprende dos conductores de cortacircuito C2 y C12. Estos dos conductores se extienden según la dirección vertical DV dejando entre ellos un intervalo libre. Cada uno de ellos conecta la masa 4 de la antena a la
placa 6.
La línea de acoplamiento de antena comprende además conductores de conexión que se forman sobre la superficie de corte S3 y que pueden formar una línea coplanaria vertical. Una línea de este tipo está más particularmente constituida por los conductores siguientes:
- Un conductor principal C3 que se extiende según la dirección vertical DV entre un extremo inferior y un extremo superior en el intervalo dejado entre los dos conductores de cortocircuito. Este extremo superior se conecta al extremo posterior del conductor principal C1 de la línea coplanaria horizontal. Este conductor principal de la línea coplanaria vertical constituye al mismo tiempo el citado primer conductor de conexión, un primer borne de la antena y un trozo vertical del conductor principal de la línea de acoplamiento.
- Y dos dichos conductores de masa de esta línea que cooperan con el conductor C3 y que están constituidos por los dos conductores de cortocircuito C2 y C12. Estos dos conductores de cortocircuito constituyen al mismo tiempo conjuntamente un segundo borne de la antena.
En el caso de un aparato de dimensiones limitadas, el hecho de que estos conductores de conexión se formen sobre la superficie de corte S3 facilita sensiblemente la realización de una conexión entre, por una parte, el dispositivo de acoplamiento que pertenece a la antena formado en la superficie del aparato y, de otra parte, una línea de conexión que une este dispositivo a un órgano de tratamiento de señales. Si este órgano está situado en el interior de este aparato, esta línea puede tomar la forma de una línea coaxial que, en las proximidades de la antena, es perpendicular al plano de ésta. En otros casos, esta disposición de los conductores de conexión facilita la conexión de la antena a los conductores que tiene una placa madre sobre una superficie de la cual se ha fijado previamente el substrato de la antena, estando entonces la línea de conexión, típicamente, al menos en las proximidades de la antena, paralela a la dirección longitudinal de ésta. Por otro lado, la realización de tales conductores de conexión capaces de formar los bornes de la antena sobre la superficie de corte del substrato no complica la fabricación de la antena más que de una manera despreciable. En efecto, por una parte la realización de los conductores de cortocircuito es necesaria para que la antena fabricada sea del tipo de cuarto de onda. Por otra parte, el primer conductor de conexión puede realizarse por un proceso al menos análogo al de realización de los conductores de cortocircuito y, en la mayoría de los casos, en el curso de una misma etapa de fabricación.
Más en particular, según una disposición ventajosa propia de la primera antena descrita como ejemplo, el conjunto de los conductores de conexión del dispositivo de acoplamiento se realiza colectivamente mediante las etapas siguientes:
- formación de una capa conductora vertical sobre la superficie de corte S3,
- y grabado de esta capa para realizar a la vez los dos conductores de cortocircuito C2 y C12 y el primer conductor de conexión C3. Estos conductores constituyen entonces, respectivamente, dos bandas de cortocircuito y una cinta de acoplamiento vertical.
Preferentemente, los conductores de conexión ocupan solamente una fracción del borde posterior 10. En la antena descrita como ejemplo, se trata prácticamente de la misma fracción que la de la zona primaria Z1.
Preferentemente, las anchuras de las cintas de acoplamiento y de las hendiduras son tales que las hendiduras de acoplamiento situadas a ambos lados de estas cintas se eligen de manera que proporcionen a la línea de acoplamiento constituida por las líneas coplanarias vertical y horizontal una impedancia uniforme y conveniente, que es típicamente de 50 ohmios. La impedancia de la antena se ajusta, por otro lado, por la elección de la posición del punto de conexión interno 18.
En el modo de realización descrito como ejemplo, la línea de conexión externa a la antena es una línea coaxial. Comprende un conductor axial C4. En un primer extremo de la línea este conductor axial se conecta al conductor C3. En el otro extremo de la línea se conecta a un primer borne del órgano de tratamiento de señales 8. A lo largo de la línea está rodeado por una envoltura conductora C5. En el primer extremo de la línea esta envoltura se conecta a la vez a los dos conductores de cortocircuito C2 y C12. En el otro extremo de la línea se conecta al otro borne del órgano de tratamiento de señales, que está constituido, por ejemplo, por un emisor 8.
En el marco de un modo de realización de una antena emisora según esta invención, se indican a continuación diversas composiciones y valores a título de ejemplo numérico. Las longitudes y anchuras se indican, respectivamente, según las direcciones longitudinal DL y transversal DT.
- frecuencia de funcionamiento primaria: 940 MHz,
- frecuencia de funcionamiento secundaria: 870 MHz,
- impedancia de entrada: 50 ohmios,
- composición y espesor del substrato: resina epoxy con una permitividad relativa e_{r} = 4,3 y un factor de disipación tag d = 0,02; espesor 1,5 mm,
- composición y espesor de las capas conductoras: cobre, 17 micras,
- longitud de la zona primaria Z1: 26 mm,
- anchura de la zona Z1: 29 mm,
- longitud de las zonas secundarias Z2 y Z12:
\hbox{30 mm,}
- anchura de cada una de estas zonas: 5,5 mm,
- longitud de la zona posterior Z3: 2,5 mm,
- longitud del conductor C1 de la línea coplanaria horizontal: 25 mm,
- anchura del conductor C1 y del conductor principal C3 de la línea coplanaria vertical: 2,1 mm,
- altura del conductor C3: 0,8 mm,
- anchura común a todas las hendiduras, estando indicada esta anchura según la dirección horizontal para las hendiduras transversales F2 y F12: 0,5 mm,
- longitud de las hendiduras de reducción de frecuencia F3 y F13: 5 mm,
- anchura del intervalo axial 20:7 mm,
- anchura de cada uno de los conductores de cortocircuito C2 y C12: 5 mm.
La segunda antena que se describe como ejemplo de puesta en práctica de la presente invención se representa en la figura 5 y es de manera general análoga a la primera antena descrita anteriormente. Cuando un elemento de esta segunda antena tiene las mismas funciones que un elemento de esta primera antena, se designa por las mismas letras y/o cifras de referencia, salvo que la cantidad formada por estas cifras se incrementa en cien, siendo, por ejemplo, la zona primaria Z101 de esta segunda antena análoga a la zona primaria Z1 de la primera antena. Esta segunda antena difiere de la primera antena en los puntos siguientes:
En primer lugar, se realiza en el caso en que se necesiten tres frecuencias de funcionamiento. La placa 106 comprende entonces, además, dos zonas terciarias mutuamente simétricas. Una primera hendidura F101 en forma de U separa parcialmente la zona primaria Z101 de dos zonas secundarias Z102 y Z112. Está englobada en una segunda hendidura F105 de la misma forma que separa igualmente las zonas secundarias de las zonas terciarias Z103 y Z113.
Después, el cortacircuito está constituido por un conductor único C102 que se extiende sobre toda la anchura de la placa 106 y el acoplamiento entre las zonas primarias, secundarias y terciarias se realiza en la región posterior ZA gracias al intervalo axial 120. Por último, el acoplamiento de la antena se realiza a partir de una línea coaxial vertical. Un trozo terminal del conductor axial C104 de esta línea atraviesa el substrato 102 y está soldado a la placa 106 en la zona primaria Z101. Constituye así el dispositivo de acoplamiento de la antena. La envoltura conductora C105 de esta línea se suelda a la masa no representada de la antena, estando esta masa constituida por una capa conductora continua no representada que cubre la superficie inferior del substrato 102. La parte de esta línea coaxial que se extiende debajo de la antena constituye la línea de conexión de ésta.
Debe comprenderse que el número de frecuencias de funcionamiento de una antena realizada según la presente invención puede ser superior a tres, comprendiendo entonces la placa de una antena de este tipo, por ejemplo para el caso de cuatro frecuencias, una zona primaria, dos zonas secundarias, dos zonas terciarias y dos zonas cuaternarias.
Por otro lado, las configuraciones de la placa y del cortocircuito no tienen por qué ser necesariamente simétricas.

Claims (10)

1. Antena multifrecuencia realizada según la técnica de las microcintas, comprendiendo esta antena:
- un substrato dieléctrico plano (2) que presenta dos superficies principales mutuamente opuestas que se extienden según direcciones definidas en esta antena y que constituyen direcciones horizontales (DL y DT), constituyendo estas dos superficies, respectivamente, una superficie inferior (S1) y una superficie superior (S2);
- un conductor (4) que constituye un plano de masa, sobre la superficie inferior (S1) de este substrato;
- varias zonas conductoras (Z2, Z1, Z12; Z103, Z102, Z101, Z112, Z113) que se extienden sobre la superficie superior (S2) del substrato, y teniendo cada zona una forma alargada que proporciona a la antena una forma de candelabro con varios brazos que tienen una base (C2, C12; C102);
- un dispositivo de acoplamiento de antena (C1, C3; C104, C105) común para todas las zonas conductoras;
y estando caracterizada
porque estas zonas conductoras (Z2, Z1, Z12; Z103, Z102, Z101, Z112, Z113) están separadas una de otra por hendiduras (F4, F14) de anchuras muy inferiores a las longitudes de onda de utilización de la antena;
porque estas zonas conductoras están suficientemente desacopladas mutuamente como para permitir que se establezcan diversas resonancias, respectivamente, en diversas áreas formadas por estas zonas, siendo estas resonancias al menos aproximadamente del tipo de cuarto de onda; y
porque cada una de estas zonas tiene un nodo de campo eléctrico fijado por al menos un cortocircuito (C2, C12; C102) con el plano de masa (4), y porque al menos un cortocircuito está situado en el borde inferior de dicha base (C2, C12; C102) del candelabro.
2. Antena de acuerdo con la reivindicación 1, en la que se define además otra dirección que forma un ángulo con cada una de estas direcciones horizontales, constituyendo esta otra dirección una dirección vertical (DV), comprendiendo esta antena:
- una capa conductora inferior que se extiende sobre dicha superficie inferior y que constituye el plano de masa (4) de esta antena;
- una capa conductora superior que se extiende sobre una área de dicha superficie superior por encima de la citada masa de manera que constituye una placa (6), teniendo esta placa una configuración, una longitud y una anchura, extendiéndose esta longitud y esta anchura según dos de dichas direcciones horizontales que constituyen una dirección longitudinal (DL) y una dirección transversal (DT), respectivamente, formando esta configuración al menos una hendidura (F1) en el interior de esta placa, contribuyendo esta hendidura a definir para esta antena un grupo de resonancias que incluye varias resonancias que corresponden, respectivamente, a varios modos de funcionamiento y a varias frecuencias de funcionamiento de esta antena, y
-
el dispositivo de acoplamiento de la antena, comprendiendo el mismo:
\bullet
un conductor principal (C1) conectado a dicha placa en un punto de conexión (18), y
\bullet
un conductor de masa (4), con objeto de permitir acoplar dicha antena a un órgano de tratamiento de señales (8) por intermedio de este dispositivo para cada una de las citadas frecuencias de funcionamiento,
estando caracterizada dicha antena por el hecho de que dicho cortocircuito (C2) conecta eléctricamente la citada placa (6) a dicha masa (4) sobre un borde de esta placa, extendiéndose este borde según dicha dirección transversal (DT) y constituyendo un borde posterior (10) que define en esta placa según dicha dirección longitudinal (DL) un sentido hacia atrás (DB) dirigido hacia este borde posterior y un sentido hacia adelante (DF) opuesto a este sentido hacia atrás, constituyendo dos regiones de esta placa, respectivamente, una región posterior (ZA) contigua a este borde posterior y una región anterior (Z1, Z2, Z12) en la parte de adelante de esta región posterior, desembocando una de dichas hendiduras por la parte de adelante fuera de esta placa de manera que constituya una hendidura separadora longitudinal (F1) que separa esta región anterior en dos zonas que constituyen, respectivamente, una zona primaria (Z1) y una zona secundaria (Z2), estando dicho punto de conexión (18) fuera de esta zona secundaria.
3. Antena de acuerdo con la reivindicación 2, estando caracterizada esta antena por el hecho de que dicha región posterior (ZA) es más corta según la citada dirección longitudinal (DL) que dicha región anterior (Z1, Z2, Z12).
4. Antena de acuerdo con la reivindicación 3, estando caracterizada esta antena por el hecho de que el dicho punto de conexión (18) está situado en la citada zona primaria (Z1), constituyendo un dicho modo de funcionamiento un modo primario en el que se establece una onda estacionaria gracias a una propagación de ondas progresivas en los dos sentidos de una dirección al menos próxima a esta dirección longitudinal, propagándose estas ondas en una de dichas áreas que incluye esta zona primaria y excluyendo dicha región posterior prácticamente dicha zona secundaria (Z2, Z12), constituyendo un otro modo de funcionamiento citado un modo secundario en el que se establece una onda estacionaria gracias a una propagación de ondas progresivas en los dos mismos sentidos, propagándose estas ondas en una otra área citada que incluye estas zonas primaria y secundaria y esta región posterior.
5. Antena de acuerdo con la reivindicación 2, estando caracterizada esta antena por el hecho de que la posición de dicho punto de conexión (18) da a una impedancia de esta antena prácticamente un mismo valor para las diversas frecuencias de funcionamiento citadas.
6. Antena de acuerdo con la reivindicación 2, estando caracterizada esta antena por el hecho de que dichas zonas primaria (Z1) y secundaria (Z2) tienen dimensiones respectivas mutuamente diferentes según dicha dirección longitudinal (DL).
7. Antena de acuerdo con la reivindicación 4, estando caracterizada esta antena por el hecho de que el citado cortocircuito está formado solamente sobre un segmento de dicho borde posterior (10), estando la posición de este segmento, dentro de la anchura de dicha placa (6), más próxima a la de dicha zona primaria (Z1) que a la de dicha zona secundaria (Z2), constituyendo este segmento un segmento de cortocircuito (C2, C12), formando además la citada configuración de esta placa una hendidura que se extiende según dicha dirección transversal y constituyendo una hendidura separadora transversal (F2) que separa parcialmente esta zona primaria de la citada región posterior (ZA).
8. Antena de acuerdo con la reivindicación 2, estando caracterizada esta antena por el hecho de que dicha configuración de la placa (6) forma además al menos una hendidura (F3) que se extiende en dicha zona primaria (Z1) según la citada dirección longitudinal (DL).
9. Antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, estando caracterizada esta antena por el hecho de que presenta un plano de simetría que se extiende según dichas direcciones longitudinal (DL) y vertical (DV), constituyendo la traza de este plano en dicha superficie superior del substrato un eje de simetría (A) para dicha placa (6), extendiéndose dicho dispositivo de acoplamiento y dicha zona primaria (Z1) en las proximidades de este eje, formando dicha configuración de la placa dos hendiduras separadoras longitudinales (F1, F11) a ambos lados de esta zona primaria, comprendiendo dicha zona secundaria dos partes (Z2, Z12) situadas, respectivamente, más allá de estas dos hendiduras.
10. Dispositivo de comunicación por radio que incluye una antena de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9 y un dicho órgano de tratamiento de señales (8) conectado a esta antena y adaptado para funcionar a las mencionadas frecuencias de funcionamiento.
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