ES2226158T3 - Antena helicoidal cargada de salientes. - Google Patents

Abstract

Antena que comprende: una longitud continua de material conductor conformada como una hélice y que tiene una pluralidad de regiones (12) de saliente a lo largo de una longitud curva de dicha hélice, caracterizada porque las regiones de saliente se extienden hacia un eje (10) central de dicha hélice.

Description

Antena helicoidal cargada de salientes.

La presente invención se refiere generalmente a antenas helicoidales, y más particularmente a geometrías de antenas helicoidales que apoyan un tamaño de antena reducido.

Descripción de los antecedentes

La antena helicoidal es vieja en la técnica, habiendo aparecido por primera vez a finales de los 40. En una configuración helicoidal, una longitud de material conductor está arrollada con un radio y un ángulo de paso alrededor de un eje central. El radio de curvatura de la hélice está definido por el radio del cilindro envolvente. La antena helicoidal produce un patrón de antena direccional, genera ondas de radio polarizadas circularmente y tiene un ancho de banda de frecuencia de funcionamiento ancho.

El documento US 5.345.548 describe una antena helicoidal convencional tal como la descrita antes. La antena conocida comprende un elemento radiador en forma de una hélice apoyada en un núcleo central alargado. La hélice se extiende desde una base de montaje, tal como un elemento de tierra o un plano de tierra dispuesto detrás de la hélice y perpendicular a un eje de la hélice.

En el documento US 3.568.205 se describe una antena helicoidal similar, es decir, dicha antena comprende un eje central definido por un alojamiento, un elemento radiador, o arrollamiento, arrollado alrededor del eje central en un patrón helicoidal. A fin de desarrollar una antena helicoidal capaz de funcionar en una banda de frecuencias ancha, que tenga un menor tamaño físico de lo que indicarían sus características eléctricas de radiación, dicho documento propone incrementar la longitud del camino eléctrico. A fin de alargar el camino eléctrico, el elemento arrollado helicoidalmente alrededor del alojamiento se arrolla parcialmente para formar un arrollamiento helicoidal de diámetro reducido o sigue un camino serpenteante.

En ciertas aplicaciones de comunicación, la antena puede ser el componente más grande del sistema. Por tanto, existe una necesidad de una manera de reducir adicionalmente el tamaño de la antena sin reducir el rendimiento de la antena.

Sumario de la invención

Por tanto, es un objeto de la presente invención reducir el tamaño de la antena sin reducir el rendimiento de la antena.

La presente invención es una geometría mejorada para una antena helicoidal. A lo largo de su longitud hay una pluralidad de salientes que sobresalen del radio exterior de curvatura de la hélice, hacia el eje central de la hélice. Los salientes no se encuentran en contacto eléctrico entre sí. La geometría helicoidal cargada de salientes está definida por a) la circunferencia de la hélice (que es 2 veces el radio del cilindro envolvente), b) el número de espiras de la hélice, c) el ángulo de paso de los arrollamientos helicoidales, d) el número de salientes por espira, e) la profundidad de los salientes y f) la anchura angular de cada saliente (es decir, el ángulo abarcado por la anchura del saliente en el radio del cilindro envolvente). Una antena helicoidal cargada de salientes de acuerdo con la invención exhibe unas características de rendimiento, tales como la ganancia y la polarización circular, similares a las de la antena helicoidal tradicional, pero es aproximadamente un tercio más pequeña en diámetro y la mitad de larga. La antena helicoidal cargada de salientes puede emplearse en redes de área local inalámbricas, comunicaciones por satélite, sistema punto a punto de microondas, y sistemas de comunicación personal. La máxima utilidad de la antena se produce en aplicaciones que utilizan frecuencias desde el VHF bajo hasta la gama baja de microondas.

Breve descripción de los dibujos

Los anteriores y otros objetos, aspectos y ventajas se comprenderán mejor a partir de la siguiente descripción detallada de una realización preferida de la invención, con referencia a los dibujos, en los que:

La figura 1 es una vista superior de una espira única de una antena helicoidal cargada de salientes.

La figura 2 es una vista lateral de una antena helicoidal cargada de salientes de cuatro espiras.

La figura 3 es una vista oblicua de una antena helicoidal cargada de salientes.

Descripción detallada de una realización preferida de la invención

A continuación, con referencia a las figuras, y más particularmente a la figura 1, se muestra una vista superior de una espira única de una antena helicoidal cargada de salientes. La antena está formada a partir de una longitud continua de material conductor.

La distancia desde el centro 10 hasta la circunferencia 11 del cilindro envolvente de la hélice es un radio "R" (denominado en lo sucesivo "radio de la hélice" o "radio de hélice"). El diámetro "D" de la hélice es el diámetro (2R) del cilindro envolvente, y la circunferencia del cilindro envolvente es "C". La forma helicoidal es una curva continua, y la distancia alrededor de una espira de la hélice a lo largo de la longitud de esa curva continua (en lo sucesivo, "longitud de la curva de la hélice" o "longitud de curva de hélice") es:

T_{d}= \frac{C}{COS(\alpha)}

donde C = \piD y \alpha = ángulo de paso entre espiras sucesivas de la hélice. Cada saliente 12 (en este ejemplo se muestran cuatro) se forma doblando el material conductor en aproximadamente ángulos rectos a partir de la circunferencia en unos puntos 13 y 13', hacia el centro 10, extendiéndose una distancia "d" menor que el radio "R". La anchura \beta angular del saliente 12 es el ángulo abarcado por el arco definido por la anchura del saliente en el radio del cilindro envolvente (es decir, entre los puntos 13 y 13'). Para cada espira de la hélice, existe un número ("n") de salientes 12 que se extienden desde la circunferencia 11 a lo largo de la longitud de la curva de la hélice. En el ejemplo mostrado, n = 4, y cada saliente tiene una profundidad de aproximadamente dos tercios de un radio y está truncado en un lado 14 de longitud "s". En general "n" no tiene por qué ser un entero, ni tiene que ser el mismo de una espira a otra, aunque en las implementaciones típicas sería el mismo. Asimismo, normalmente "s" sería menor que la anchura del saliente en el radio, y podría ser cero, de manera que el extremo del saliente en el sentido del eje central acabase en punta (tal como se indica en la figura 3).

Pasando ahora a la figura 2, se muestra una vista lateral de una antena helicoidal cargada de salientes. La hélice tiene un ángulo \alpha de paso, que se mide trazando una tangente 12 a lo largo de la longitud de la curva de la hélice y, en el punto en el que la tangente se encuentra con el cilindro envolvente definido por la hélice, trazando otra tangente 22 que se encuentra en un plano perpendicular al eje central de la hélice. Si la longitud del eje central de la hélice es "L" y la longitud de una espira helicoidal única sin salientes es "T_{d}", entonces:

L=N\cdot T_{d}\cdot sen\alpha =N \ \frac{C}{cos\alpha} \ sen\alpha=N\cdot C\cdot tan\alpha

donde "N" es el número de espiras de la hélice.

La longitud real de conductor en una espira única de la antena helicoidal cargada de salientes no es "T_{d}" (que es la longitud de una espira helicoidal sin salientes). De "T_{d}" debe restarse la longitud correspondiente a la anchura angular de los salientes (lo que da una componente angular de 2\pi - n\beta), y luego debe sumarse la longitud de conductor aceptada por los salientes. En el ejemplo mostrado en la figura 1, la longitud de conductor aceptada por cada saliente es:

S_{L}=(2d+S)

Por tanto, la longitud de conductor para cada espira de la antena helicoidal cargada de salientes es:

T_{L}=\frac{(2\pi-n\beta)}{cos\alpha}+nS_{L}

donde S_{L} > 2d.

La figura 3 muestra una vista oblicua de una antena según la invención, la cual tiene un arrollamiento helicoidal cargado de salientes montado en un reflector 30 de la manera convencional, con el eje 31 central de la hélice estando a lo largo del eje del haz del reflector. En una implementación típica de la realización preferida de la invención, que logra reducciones de tamaño de aproximadamente un tercio en diámetro y un medio en longitud en una antena helicoidal convencional con características comparables de rendimiento, tales como la ganancia y la polarización circular, el ángulo de paso está preferiblemente en el intervalo de 7º a 9º, el número de salientes por espira puede oscilar entre 3 y 15, el número de espiras puede oscilar entre 4 y 10, y la profundidad de los salientes puede oscilar entre dos tercios y tres cuartos de un radio de hélice. Otras realizaciones de la invención pueden mostrar niveles diferentes, aunque todavía significativos, de reducción de tamaño en una antena helicoidal convencional que tenga unas características comparables de rendimiento.

Claims (11)

1. Antena que comprende:

una longitud continua de material conductor conformada como una hélice y que tiene una pluralidad de regiones (12) de saliente a lo largo de una longitud curva de dicha hélice,

caracterizada porque las regiones de saliente se extienden hacia un eje (10) central de dicha hélice.

2. Antena según la reivindicación 1, en la que dicha hélice comprende una pluralidad de arrollamientos de espira dispuestos en un ángulo (\alpha) de paso alrededor de dicho eje (10), teniendo cada uno de dichos arrollamientos de espira al menos una de dichas regiones de saliente espaciadas a lo largo de dicha longitud curva.

3. Antena según la reivindicación 2, en la que cada una de dichas regiones de saliente sobresale hacia dicho eje hasta una profundidad (d) menor que un radio de dicha hélice.

4. Antena según la reivindicación 3, en la que dicha profundidad (d) de saliente está entre dos tercios y tres cuartos de dicho radio (R) de hélice.

5. Antena según la reivindicación 4, en la que dicho ángulo (\alpha) de paso está en el intervalo de 7º a 9º.

6. Antena según la reivindicación 5, en la que el número de arrollamientos de espira está en el intervalo de 3 a 15.

7. Antena según la reivindicación 6, en la que el número de salientes por espira está en el intervalo de 4 a 10.

8. Antena según la reivindicación 3, que tiene cuatro salientes por cada uno de dichos arrollamientos de espira, teniendo cada uno de dichos salientes una profundidad (d) de aproximadamente tres cuartos de dicho radio (R) de hélice.

9. Antena según la reivindicación 3, en la que cada uno de dichos salientes tiene una anchura en dicha longitud curva de hélice y está truncado hacia dicho centro (10) de dicha hélice en un lado que tiene una longitud (s) menor que dicha anchura.

10. Antena según la reivindicación 9, en la que dicha longitud (s) de dicho lado es cero.

11. Antena según la reivindicación 10, que comprende adicionalmente un reflector (30), en la que dicha hélice está montada en dicho reflector (30) y en la que dicho eje central de dicha hélice está a lo largo de un eje (31) del haz de dicho reflector.