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.Info
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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.
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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