ES2283793T3 - Dispositivo de antena y terminal de comunicaciones radio portatil. - Google Patents
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Abstract
Un terminal de comunicaciones móviles por radio, que comprende: un primer cuerpo (211); un segundo cuerpo (212) conectado giratoriamente con dicho primer cuerpo y que puede abrirse y cerrarse con respecto a dicho primer cuerpo; un primer substrato (21) alojado en dicho primer cuerpo; una primera antena (23) de escotadura en forma de rendija, formada sobre dicho primer substrato y que tiene un alimentador; un segundo substrato (301) alojado en dicho segundo cuerpo, y caracterizado por: una segunda antena (302) de escotadura en forma de rendija, formada sobre dicho segundo substrato y situada en la proximidad de un extremo abierto de dicha primera antena de escotadura, de tal manera que la dirección de la polarización principal de la segunda antena de escotadura se hace coincidente con la de la primera antena, y la segunda antena de escotadura funciona por medio del acoplamiento electromagnético con dicha primera antena de escotadura, cuando dichos primero y segundo cuerpos están en estado abierto y en estado cerrado.
Description
Dispositivo de antena y terminal de
comunicaciones radio portátil.
La presente invención está relacionada con un
dispositivo de antena y un terminal de comunicaciones móviles por
radio y, más en particular, con aquellos que están adaptados para
mejorar el rendimiento de una antena.
Una antena de escotadura (o de banda estrecha)
es una antena de pequeño tamaño realizada mediante la apertura del
extremo del borde de una antena de ranura, y ha sido ampliamente
utilizada hasta ahora. Particularmente, puede obtenerse una
característica mejorada de una banda de frecuencias más ancha,
formando esta antena de escotadura en un substrato
semi-infinito.
Con la reciente tendencia a construir teléfonos
móviles de tamaño menor y peso más ligero, el substrato empleado en
él tiende también a ser de tamaño reducido. Consecuentemente, si se
forma una antena de escotadura en un substrato para servir como
antena para un teléfono móvil, surge el problema de que no puede
alcanzarse exactamente una característica de frecuencia
suficientemente ancha.
Este problema será explicado a continuación con
referencia a la figura 1.
La figura 1 muestra un ejemplo de un dispositivo
de antena convencional dispuesto en un teléfono móvil. En el
ejemplo de la figura 1, una antena 2 de escotadura con un
alimentador 3 está formada sobre un substrato 1 que tiene una
longitud horizontal de 0,27 \lambdar y una longitud vertical de
0,5 \lambdar. La totalidad de esta antena 2 de escotadura tiene
sustancialmente forma de L, de tal manera que puede doblarse hacia
la derecha en una posición correspondiente a una longitud de 0,04
\lambdar desde un borde (extremo inferior en el diagrama) del
substrato 1, y ser cortada para tener una longitud de 0,13
\lambdar desde la posición doblada. En este diagrama, \lambdar
indica la longitud de la onda eléctrica transmitida o recibida por
el teléfono móvil.
Las figuras 2A y 2B muestran gráficamente la
característica de impedancia de entrada obtenida en el caso de
emplear el dispositivo general de antena de la figura 1 en un
teléfono móvil. La figura 2A es un diagrama de Smith que representa
la característica de impedancia del dispositivo de antena, y la
figura 2B muestra una VSWR (ROE o Relación de tensiones de Onda
Estacionaria) que representa la adaptación de impedancias del
dispositivo de antena.
En la figura 2A, se indica que el lugar
geométrico m1 que representa la característica de impedancia del
dispositivo de antena está apartado del centro O. Se comprende por
tanto que la característica de impedancia del dispositivo de antena
no es una característica de banda ancha.
En la figura 2B, la abscisa indica frecuencias,
donde la frecuencia se hace más alta (1,25f0) a la derecha, o se
hace más baja (0,75f0) a la izquierda de la frecuencia central
predeterminada f0. La ordenada indica el valor de VSWR que se hace
mayor hacia arriba. Este dispositivo de antena está formado por la
antena 2 de escotadura y tiene una característica de resonancia
única, de manera que la VSWR = 4,5 en el extremo de una anchura de
banda BW (0,94f0 a 1,06f0) por ejemplo. Esto indica que la
eficiencia de radiación debida a la pérdida derivada de la
desadaptación de impedancias con el circuito radio se deteriora al
menos en un 36%, lo que significa que no se alcanza la anchura de
banda suficiente en este dispositivo de antena.
En los teléfonos móviles recientes de pequeño
tamaño, como se ha descrito anteriormente, el substrato que tiene
la antena de escotadura formada sobre él se hace relativamente
pequeño en comparación con las longitudes de onda de señales a
procesar por el teléfono móvil y, consecuentemente, existe el
problema de que no es posible asegurar una característica de banda
suficientemente ancha en ningún dispositivo de antena
convencional.
Además, la figura 3 representa gráficamente la
distribución eléctrica sobre la superficie del substrato en el
dispositivo de antena de la figura 1. En la figura 3, la superficie
del substrato puede ser dividida, por ejemplo, en una extensión e1
donde las corrientes de alta frecuencia no están muy distribuidas,
una extensión e2 en la que las corrientes de alta frecuencia están
distribuidas moderadamente, y una extensión e3 en la que las
corrientes de alta frecuencia están concentradas. Y la parte de la
rendija de la antena 2 de escotadura está incluida en la extensión
e3, donde las corrientes de alta frecuencia están concentradas,
indicando con ello una concentración de corrientes de alta
frecuencia en la parte cortada de la antena 2 de escotadura.
Consecuentemente, en este dispositivo de antena,
si un cuerpo humano o similar está en la proximidad de la parte de
la rendija de la antena 2 de escotadura, donde las corrientes de
alta frecuencia están concentradas, la característica de impedancia
de entrada se hace inferior en resistencia debido a su resonancia
única, originando así la desadaptación del circuito radio. Como
resultado, la eficiencia de radiación del dispositivo de antena se
hace menor hasta deteriorar finalmente la característica de la
antena de forma extremada.
El documento
JP-A-09 270 618 divulga el uso de
dos antenas de escotadura.
El documento WO 98/49743 divulga una antena de
escotadura en combinación con una antena de borde.
El documento
JP-A-8 097 760 divulga una antena de
escotadura en combinación con una antena de varilla.
El documento
JP-A-06 314 927 divulga el uso de
dos antenas de escotadura en una configuración cruzada.
El documento
US-A-5 600 337 divulga el uso de dos
antenas de escotadura en una configuración en "Y".
El documento WO 01/82408 A1 divulga un
dispositivo de comunicación plegable que comprende una antena de
escotadura en la parte inferior del alojamiento y un resonador de
escotadura alimentado por parásitos en la parte superior del
alojamiento.
La presente invención ha sido conseguida a la
vista de las circunstancias mencionadas anteriormente, y su objeto
reside en mejorar el rendimiento de la antena.
Un primer terminal de comunicaciones móviles por
radio de la presente invención comprende:
un primer cuerpo;
un segundo cuerpo conectado giratoriamente con
dicho primer cuerpo y que puede abrirse y cerrarse con relación a
dicho primer cuerpo;
un primer substrato alojado en dicho primer
cuerpo;
una primera antena de escotadura en forma de
rendija formada en dicho primer substrato y que tiene un
alimentador;
un segundo substrato alojado en dicho segundo
cuerpo;
una segunda antena de escotadura en forma de
rendija formada en dicho segundo substrato, situada en la proximidad
de un extremo abierto de dicha primera antena de escotadura de tal
manera que la dirección de la polarización principal de la segunda
antena de escotadura se hace coincidente con la de la primera
antena, y la segunda antena de escotadura funciona por medio del
acoplamiento electromagnético con dicha primera antena de
escotadura, cuando dichos primero y segundo cuerpos están en un
estado abierto y en un estado cerrado.
La figura 1 es un diagrama que muestra un
ejemplo de estructura de un dispositivo de antena utilizado en un
teléfono móvil convencional;
La figura 2A es un diagrama para ilustrar la
característica de impedancia del dispositivo de antena ilustrado en
la figura 1;
La figura 2B ilustra gráficamente la
característica de impedancia del dispositivo de antena ilustrado en
la figura 1;
La figura 3 es un diagrama para ilustrar una
distribución de corriente en el dispositivo de antena de la figura
1;
La figura 4 es un diagrama que ilustra un
ejemplo de estructura de un dispositivo de antena en un teléfono
móvil;
La figura 5 es un diagrama que ilustra un
ejemplo concreto de estructura del dispositivo de antena de la
figura 4;
La figura 6A es un diagrama para ilustrar la
impedancia del dispositivo de antena ilustrado en la figura 5;
La figura 6B ilustra gráficamente la
característica de impedancia del dispositivo de antena ilustrado en
la figura 5;
La figura 7A es un diagrama para ilustrar otro
ejemplo de la característica de impedancia del dispositivo de
antena ilustrado en la figura 5;
La figura 7B ilustra gráficamente otro ejemplo
de la característica de impedancia del dispositivo de antena
ilustrado en la figura 5;
La figura 8A es un diagrama para ilustrar un
ejemplo adicional de la característica de impedancia del dispositivo
de antena ilustrado en la figura 5;
La figura 8B ilustra gráficamente un ejemplo
adicional de la característica de impedancia del dispositivo de
antena ilustrado en la figura 5;
La figura 9 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 10 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 11 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 12 es un diagrama para ilustrar una
distribución de corrientes en el dispositivo de antena de la figura
11;
La figura 13 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 14 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 15 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 16 es otro ejemplo de estructura del
dispositivo de antena;
La figura 17 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena;
La figura 18A es un diagrama que ilustra un
ejemplo de estructura externa de un teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 18B es un diagrama que ilustra un
ejemplo de estructura interna del teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 19A es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura externa del teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 19B es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura interna del teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 20A es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura externa del teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 20B es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura interna del teléfono móvil que utiliza el
dispositivo de antena de la figura 4;
La figura 20C es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura en un estado en el que el teléfono móvil que
utiliza el dispositivo de antena de la figura 4 está plegado;
La figura 21 es un diagrama que ilustra otro
ejemplo de estructura del dispositivo de antena en el que se aplica
la presente invención; y
La figura 22 es un diagrama para ilustrar un
estado en el que el dispositivo de antena de la figura 21 está
plegado.
A continuación se describirán ejemplos de un
dispositivo de antena utilizado para comprender la presente
invención, con referencia a los dibujos que se acompañan.
La figura 4 es un diagrama que ilustra un
ejemplo de estructura de un dispositivo de antena formado sobre un
substrato que está alojado en un teléfono móvil en el que se aplica
la presente invención. En este substrato, se disponen también
diversos circuitos que incluyen un micrófono, un altavoz, una
pantalla, un controlador y similares que están omitidos en el
ejemplo de la figura 4 por conveniencia de la explicación. Este
substrato sirve como tierra del potencial de referencia a la que
están conectados estos circuitos.
En la figura 4, el dispositivo de antena
comprende un circuito radio 22 para transmitir/recibir una señal de
alta frecuencia hacia/desde una estación base cercana (no ilustrada)
o similar, y un substrato 21 en el que se disponen una antena 23 de
escotadura y una antena 24 de escotadura. Este substrato 21 se
mantiene independiente del circuito radio 22 con respecto a las
altas frecuencias.
En el substrato 21, la antena 23 de escotadura
está formada de tal manera que tiene un extremo abierto 23a con una
rendija lineal de una anchura predeterminada y una longitud de
\lambda/4 desde un borde del substrato 21 (lado inferior del
diagrama) sobre el reverso con respecto a la posición del circuito
radio 22. La antena 23 de escotadura tiene un alimentador 25 y
funciona de acuerdo con una corriente de alta frecuencia obtenida
del circuito radio 22 a través del alimentador 25.
La antena 24 de escotadura está formada de
manera que tiene un extremo abierto 24a con una rendija lineal de
una longitud ligeramente más corta que \lambda/4 y cortada en la
misma dirección que la antena 23 de escotadura desde el mismo borde
de la misma, en una posición separada por una distancia d desde la
antena 23 de escotadura. La antena 24 de escotadura está formada en
paralelo con la antena 23 de escotadura y es igual a ella en
anchura. La antena 24 de escotadura no tiene alimentador 25 y
funciona por medio del acoplamiento electromagnético con la antena
23 de escotadura.
La antena 23 de escotadura y la antena 24 de
escotadura están en una relación tal que el acoplamiento
electromagnético entre ellas tiende a aumentar o disminuir en
intensidad a medida que la distancia d se hace más corta o más
larga (particularmente cuando la distancia d entre el extremo
abierto 23a y el extremo abierto 24a se hace más corta o más
larga). De acuerdo con algunas experiencias, cando la longitud de
onda correspondiente a una frecuencia de referencia F0 por ejemplo
es \lambda, es preferible que la longitud de la distancia d esté
en la gama de \lambda/30 a
\lambda/5.
\lambda/5.
Es posible conseguir la
multi-resonancia del dispositivo de antena, es
decir, ensanchar la banda del mismo, cambiando ligeramente las
longitudes de las dos antenas 23 y 24 de escotadura. Y las
direcciones de polarización principal pueden hacerse coincidentes
formando las rendijas de las dos antenas en la misma dirección
(paralelas entre sí).
La figura 5 es un diagrama que ilustra un
ejemplo concreto de una estructura del dispositivo de antena de la
figura 4. En la figura 5, cualquier parte componente correspondiente
a las de la figura 4 están indicadas con referencias numéricas o
símbolos similares, y se omitirá a continuación una explicación
repetida de las mismas.
En la figura 5, el substrato 21 tiene un tamaño
tal que su longitud horizontal es 0,27 \lambdar y la longitud
vertical es 0,5 \lambdar, donde \lambdar indica la longitud de
onda de una onda de de la comunicación radio. La antena 23 de
escotadura está formada por el corte de una rendija lineal en una
longitud de 0,2 \lambdar desde un borde del substrato 1. Y la
antena 24 de escotadura que funciona por medio del acoplamiento
electromagnético con la antena 23 de escotadura, está formada por
otro corte de una rendija en una posición separada de la antena 23
de escotadura hacia la derecha, en una distancia de 0,1 \lambdar y
en paralelo con la antena 23 de escotadura. La rendija de la antena
24 de escotadura está formada con una longitud ligeramente más corta
que 0,2 \lambdar, que es la longitud de la antena 23 de
escotadura.
En el dispositivo de antena de la figura 5, como
se ha descrito anteriormente, la antena 24 de escotadura que
funciona por medio del acoplamiento electromagnético, es ajustada
por medio de sus parámetros de dimensión, de una manera tal que
sintonice con la antena 23 de escotadura que tiene el alimentador
25.
La característica de impedancia de entrada del
dispositivo de antena de la figura 5 está ilustrado en las figuras
6A y 6B. La figura 6A es un diagrama de Smith que representa la
característica de impedancia del dispositivo de antena, y la figura
6B muestra gráficamente la característica de relación de tensiones
de onda estacionaria (VSWR) que indica la adaptación de impedancias
del dispositivo de antena.
En la figura 6A, el lugar geométrico m2 que
expresa la característica de impedancia del dispositivo de antena
es un tipo \alpha que se concentra en el centro O del diagrama de
Smith, significando con ello que la característica de impedancia
del dispositivo de antena se hace adecuada para una banda más
ancha.
En la figura 6B, la abscisa indica una
frecuencia que se hace más alta (1,25f0) hacia la derecha o más baja
(0,75f0) hacia la izquierda desde una frecuencia central
predeterminada f0 (=1/\lambdar). Y la ordenada indica el valor de
VSWR que se hace mayor hacia arriba. Esto significa que la
adaptación de impedancias se refuerza a medida que el valor de VSWR
se hace menor.
En el ejemplo de la figura 6B, el máximo de VSWR
es 3, 0 en una anchura de banda BW de 0,94f0 a 1,06f0. Esto indica
que la eficiencia de radiación se deteriora en un 14% por la pérdida
derivada de la desadaptación de impedancias con al menos el
circuito radio 22. Es decir, de acuerdo con este dispositivo de
antena, la eficiencia de la radiación del mismo se mejora un 22% en
comparación con el dispositivo de antena convencional explicado con
referencia a la figura 2, donde la eficiencia de la radiación es el
36%.
Haciendo referencia ahora a las figuras 7A, 7B,
8A y 8B, se ofrecerá una explicación sobre la característica de la
impedancia de entrada del teléfono móvil, que está equipado con el
dispositivo de antena de la figura 5, en el caso de que el teléfono
se sostenga en la mano. Cada una de las figuras 7A y 8A es un
diagrama de Smith que representa la impedancia característica del
dispositivo de antena, y cada una de las figuras 7B y 8B muestran
gráficamente la característica de relación de tensiones de onda
estacionaria (VSWR) que indica la adaptación de impedancias del
dispositivo de antena.
Las figuras 7A y 7B representan la
característica de impedancia del dispositivo de antena obtenida
cuando las mitades superiores de las rendijas de las antenas 23 y
24 de escotadura están cubiertas por la mano. En la figura 7A, el
lugar geométrico m3 que expresa la característica de impedancia del
dispositivo de antena es un tipo \alpha que se concentra en el
centro O del diagrama de Smith, significando con ello que el
dispositivo de antena tiene una característica de banda ancha. En
la figura 7B, la VSWR del dispositivo de antena es inferior a 1,8
en una anchura de banda BW de 0,94f0 a 1,06f0, significando por
tanto que se alcanza una característica de impedancia estable.
Las figuras 8A y 8B muestran gráficamente la
característica de impedancia obtenida cuando las rendijas de las
antenas 23 y 24 de escotadura están totalmente cubiertas con una
mano. En la figura 8A, el lugar geométrico m4 que expresa la
característica de impedancia del dispositivo de antena se concentra
en la proximidad del centro O del diagrama de Smith, significando
con ello que la característica de banda ancha del dispositivo de
antena se sigue manteniendo. En la figura 8B, la VSWR del
dispositivo de antena es inferior a 2,2 en una anchura de banda BW
de 0,94f0 a 1,06f0, significando por tanto que se alcanza una
característica de impedancia estable.
Como se ha descrito anteriormente, la antena 24
de escotadura, que funciona por medio del acoplamiento
electromagnético, se ajusta con sus parámetros de dimensión de una
manera tal que puede sintonizarse, a pesar de la perturbación o
influencia de la mano, con la antena 23 de escotadura que tiene el
alimentador 25, de manera que se puede alcanzar una característica
de impedancia estable de banda ancha.
Se ofrecerá una explicación adicional sobre otro
ejemplo de estructura de un dispositivo de antena, formado sobre un
substrato interno de un teléfono móvil.
En la descripción siguiente, cualquier parte
componente correspondiente a las utilizadas en la figura 4 está
indicada con referencias numéricas o símbolos similares, y por tanto
se omitirá una explicación repetida de las mismas.
En un dispositivo de antena de la figura 9, hay
formada en forma de L una antena 23 de escotadura que tiene un
alimentador 25, cuya rendija está doblada hacia la izquierda en el
diagrama, en una posición (punto P1) de una longitud predeterminada
desde un extremo abierto 23a sobre un borde del substrato 21, y está
cortada desde el punto P1 hasta una posición predeterminada (punto
final). Hay formada otra antena 24 de escotadura, que funciona por
medio de acoplamiento electromagnético con la antena 23 de
escotadura, que tiene forma de L, ya que su rendija está doblada
hacia la derecha en el diagrama en una posición (punto P2) de una
longitud predeterminada desde el extremo abierto 24a de un borde
del substrato 21, y está cortada desde el punto P2 hasta una
posición predeterminada (punto final).
En la antena 23 de escotadura, la longitud total
que incluye la longitud desde el extremo abierto 23a del substrato
21 al punto P1 y la longitud desde el punto P1 hasta el punto final,
está fijada en \lambda/4. Al mismo tiempo, en la antena 24 de
escotadura, la longitud total que incluye la longitud desde el
extremo abierto 24a del substrato 21 hasta el punto P2 y la
longitud desde el punto P2 hasta el punto final, está fijada
ligeramente más corta que \lambda/4. Por tanto, se hace posible
acortar la longitud de la rendija en la dirección longitudinal del
substrato 21 (es decir, desde los extremos abiertos 23a, 24a del
substrato 21 hasta los puntos P1, P2), de manera que el dispositivo
de antena de la figura 9 compuesto por las antenas 23 y 24 de
escotadura pueden reducirse en tamaño en comparación con el
dispositivo de antena de la figura 4.
Aunque cada rendija de las antenas 23 y 24 de
escotadura tienen forma de L en la figura 9, también podrían ser en
forma sinuosa o de zigzag.
En el dispositivo de antena de la figura 10, una
antena 23 de escotadura que funciona por medio del acoplamiento
electromagnético con una antena 23 de escotadura, está compuesta por
dos antenas 24-1 y 24-2 de
escotadura que están formadas por dos rendijas lineales que tienen,
cada una de ellas, una longitud predeterminada desde un borde del
substrato 21. La antena 24-1 de escotadura está
formada en una posición separada hacia la derecha en una distancia
predeterminada desde la antena 23 de escotadura, y tiene una
longitud ligeramente mayor que \lambda/4 desde el extremo abierto
24-1a. Y la antena 24-2 de
escotadura está formada en una posición separada hacia la derecha
en una distancia predeterminada desde la antena 24-1
de escotadura, y tiene una longitud ligeramente más corta que
\lambda/4. Estas antenas 24-1 y
24-2 de escotadura están formadas en paralelo con
la antena 23 de escotadura.
Así, en el dispositivo de antena de la figura
10, hay formada una pluralidad de antenas de escotadura que
funcionan por medio del acoplamiento electromagnético, de manera que
tienen longitudes distintas, por lo que toda la banda de resonancia
puede ser ensanchada en comparación con la obtenida en el caso de
una sola antena de escotadura. Normalmente, la resonancia de las
antenas viene expresada como (\lambda/4) x N (número de antenas),
de forma que puede conseguirse la resonancia múltiple por las
antenas 24-1 y 24-2 de escotadura a
una frecuencia deseada diferente de la de la antena 23 de escotadura
que tiene el alimentador 25.
Aunque la figura 10 muestra simplemente dos
antenas 24-1 y 24-2 de escotadura
funcionando por medio del acoplamiento electromagnético, el número
de las mismas puede ser tres o más. Además, aunque la antena 23 de
escotadura está dispuesta en el lado izquierdo mientras que las
antenas 24-1 y 24-2 están dispuestas
en el lado derecho, la disposición de las mismas puede ser la
inversa también, y esta disposición no importa.
En el dispositivo de antena de la figura 11, los
miembros conductores metálicos 31a y 31b conectados al substrato 21
están dispuesto próximos entre sí en la proximidad de un extremo
abierto 23a de la antena 23 de escotadura y un extremo abierto 24a
de la antena 24 de escotadura del substrato 21. (Los miembros
conductores metálicos 31a y 31b pueden estar compuestos por el
substrato 21). En esta estructura, es posible reforzar el
acoplamiento electromagnético que se debilita por alguna razón tal
como la imposibilidad de acortar la distancia d entre las antenas
23 y 24 de escotadura, a la vista de la relación de posiciones con
algunas otras partes componentes.
Esta estructura puede ser reconocida como que
opone los miembros conductores metálicos 31a y 31b entre sí a
través de un extremo abierto 31c, o puede ser reconocida como que
conecta el extremo abierto 23a y el extremo abierto 23b al extremo
abierto 31c que se utiliza como extremo abierto común.
Como se ha descrito, en el dispositivo de antena
de la figura 11, el ajuste para reforzar el acoplamiento
electromagnético se hace posible disponiendo próximos el substrato
21 o el miembro conductor metálico 31 conectado a él, haciendo
frente así al problema de que, en el substrato 21, las antenas 23 y
24 de escotadura no pueden estar dispuestas en posiciones ideales
del mismo debido a la relación con otras partes componentes (no
ilustradas) y, consecuentemente, el acoplamiento electromagnético
entre las dos antenas de escotadura se debilita.
Además, la figura 12 es un diagrama que muestra
la distribución eléctrica sobre la superficie del substrato en el
dispositivo de antena de la figura 11. En la figura 12, la totalidad
de la distribución puede ser dividida, por ejemplo, en una
extensión e0 en la que no hay distribuida casi ninguna corriente de
alta frecuencia, una extensión e1 en la que las corrientes de alta
frecuencia no están muy distribuidas, una extensión e2 en la que
las corrientes de alta frecuencia están distribuidas moderadamente,
y una extensión e3 en la que las corrientes de alta frecuencia
están distribuidas de forma concentrada. Como se indica en la
extensión e3, donde las corrientes están distribuidas de forma
concentrada, de acuerdo con el dispositivo de antena de la figura
11, el extremo abierto 24a de la antena 24 de escotadura que
funciona por acoplamiento electromagnético, está conectada al
extremo abierto común 31c junto con el extremo abierto 23a de la
antena 23 de escotadura que tiene el alimentador 25, por lo que las
corrientes de alta frecuencia están dispersadas en las dos antenas
(antenas 23 y 24 de escotadura). Consecuentemente, aún cuando una
antena 23 de escotadura esté afectada por alguna perturbación tal
como el toque de un cuerpo humano, por ejemplo, existe otra antena
24 de escotadura y por tanto la característica de impedancia de
entrada no varía con facilidad para alcanzar finalmente la
estabilidad en la característica de impedancia.
A continuación, en el dispositivo de antena de
la figura 13 se interpone un miembro metálico 41 entre una antena
23 de escotadura y una antena 24 de escotadura en un lado del
substrato 21, donde hay formados un extremo abierto 23a de la
antena 23 de escotadura y un extremo abierto 24a de la antena 24 de
escotadura. En este caso, al contrario que en el dispositivo de la
figura 11, es posible debilitar el acoplamiento electromagnético
reforzado en exceso por alguna razón como que la distancia d entre
las antenas 23 y 24 de escotadura sea demasiado pequeña.
El miembro metálico 41 puede ser un miembro
dieléctrico o un miembro magnético, sin estar limitado solamente al
metal, si es efectivo para debilitar el campo eléctrico.
Como se ha descrito, en el dispositivo de antena
de la figura 13, el ajuste para debilitar el acoplamiento
electromagnético se hace posible disponiendo un miembro metálico o
similar entre las antenas 23 y 24 de escotadura, haciendo así
frente al problema de que, en el substrato 21, las antenas 23 y 24
de escotadura no pueden estar dispuestas en posiciones ideales de
las mismas, debido a la relación con otras partes componentes (no
ilustradas) y, consecuentemente, se refuerza en exceso el
acoplamiento electromagnético entre ellas.
En el dispositivo de antena de la figura 14,
como en el dispositivo de antena de la figura 11 antes mencionado,
partes del substrato 21 se extienden como substratos 21a y 21b sobre
un lado del mismo, donde hay formados un extremo abierto 23a de la
antena 23 de escotadura y un extremo abierto 24a de la antena 24 de
escotadura, y los substratos 21a y 21b están próximos entre sí. Y
hay dispuesto unos elementos constantes concentrados 51a, 51b y
51c, consistentes en condensadores, conductores o similares, en
substratos 21a y 21b mutuamente próximos. En el ejemplo de la
figura 14, por ejemplo, el elemento constante concentrado central
51b de tales elementos constantes concentrados 51a, 51b y 51c,
consiste en un condensador, mientras que los otros elementos
constantes concentrados, 51a y 51c, consisten en conductores, y la
intensidad del acoplamiento electromagnético puede ser ajustada
cambiando la capacitancia C del elemento constante concentrado 51b
que consiste en un condensador.
Como se ha descrito, en el dispositivo de antena
de la figura 14, la característica de la antena es ajustable
disponiendo los elementos constantes concentrados en partes del
substrato 21, así como cambiando las dimensiones de las rendijas de
las antenas de escotadura o la distancia entre las antenas de
escotadura.
Además, en el dispositivo de antena de la figura
15, se dispone un elemento 61 cambiador de fase que tiene un
componente de reactancia deseado, en una posición de la antena 24 de
escotadura incluida en el dispositivo de antena de la figura 4 y
que funciona por medio del acoplamiento electromagnético. Como la
intensidad del acoplamiento electromagnético puede cambiarse de
forma adaptativa por medio del elemento 61 cambiador de fase en
este dispositivo de antena de la figura 15, es posible fijar la
intensidad del acoplamiento electromagnético en un valor óptimo de
la misma, cuando el valor óptimo de tal intensidad varía dependiendo
de si el terminal móvil que utiliza este dispositivo de antena esté
sostenido o no por la mano de un usuario, por ejemplo.
Así, en el dispositivo de antena de la figura
15, la característica de antena, que incluye la impedancia y el
diagrama de radiación, puede ajustarse según se desee por medio del
elemento 61 cambiador de fase conectado a la antena 24 de
escotadura que funciona por medio del acoplamiento electromagnético.
Además, como el elemento 61 cambiador de fase es capaz de cambiar
la cantidad de fase a un valor deseado, la característica de la
antena se ajusta activamente de acuerdo con el entorno de
comunicaciones.
Como se ha descrito, la antena de escotadura que
funciona a través del acoplamiento electromagnético está formada
sobre un substrato en el que hay formada también otra antena de
escotadura que tiene un alimentador, de manera tal que genera la
misma polarización principal, y la relación entre tales antenas de
escotadura se ajusta con relación a las formas de las rendijas y a
la distancia entre ellas, o se dispone adicionalmente un miembro
metálico, un elemento constante concentrado o un elemento cambiador
de fase, de manera que la característica de impedancia de entrada
del dispositivo de antena pueda hacerse adecuada para una banda más
ancha, es decir, para alcanzar una resonancia múltiple.
Haciendo referencia ahora a las figuras 16 y 17,
se ofrecerá una explicación de un dispositivo de antena donde hay
dispuesta una antena, que funciona por medio del acoplamiento
electromagnético con una antena 23 de escotadura que tiene un
alimentador 25, en alguna otra posición distinta al substrato 21 en
el que hay formada una antena 23 de escotadura.
En el dispositivo de antena ilustrado como
ejemplo en la figura 16, se utiliza una antena lineal 71 como antena
que funciona por medio del acoplamiento electromagnético con una
antena 23 de escotadura que tiene un alimentador 25. La antena 71
que funciona por medio del acoplamiento electromagnético con la
antena 23 de escotadura, tiene una longitud de \lambda/2 y está
dispuesta en la proximidad de un extremo abierto 23a de la antena
23 de escotadura. Esta antena lineal 71 está colocada ortogonalmente
a la rendija de la antena 23 de escotadura, de tal manera que la
polarización principal de la misma se hace coincidir en dirección
con la de la antena 23 de escotadura. Consecuentemente, como la
dirección de polarización principal de la antena 23 de escotadura
es transversal a su rendija (es decir, horizontal en el diagrama),
la dirección de polarización principal h (es decir, longitudinal)
de la antena lineal 71 puede hacerse coincidir (paralela) con la
dirección de polarización principal de la antena 23 de
escotadura.
Generalmente, la mayoría de los usuarios hablan
(durante el uso) sosteniendo el teléfono móvil con una ligera
inclinación con respecto a la dirección horizontal, y por tanto la
dirección h de polarización principal de la antena lineal 71 es
casi vertical con tierra durante la comunicación, para hacerse
coincidente, consecuentemente, con la dirección de polarización
vertical de la estación base para el teléfono móvil, de manera que
la ganancia tiende a ser mayor.
En el ejemplo de la figura 16, la antena lineal
71 tiene forma de línea recta, pero puede ser también sinuosa, en
zigzag o helicoidal.
En el dispositivo de antena ilustrado como
ejemplo en la figura 17, se emplea, en lugar de la antena lineal 71
de la figura 16, una antena plegada 81 mediante la formación de un
bucle en una antena de longitud \lambda. De forma similar a la
antena lineal 71, la antena plegada 81 está dispuesta también de
forma coincidente con la dirección de polarización principal h. Por
tanto, se consigue el mismo efecto ventajoso que en la antena
lineal 71 de la figura 16.
En este caso, la distancia e del pliegue de la
antena plegada 81, ortogonal con la dirección de polarización
principal h, se fija de forma extremadamente pequeña.
En el ejemplo mencionado anteriormente, la
antena que funciona mediante el acoplamiento electromagnético está
dispuesta de tal manera que la dirección de polarización principal
de la misma se hace coincidente con la de la antena 23 de
escotadura que tiene el alimentador 25 en la proximidad de la misma,
por lo que se puede conseguir el mismo efecto ventajoso que en el
dispositivo de antena ilustrado en la figura 4.
Haciendo referencia ahora a las figuras 18A y
18B, 19A y 19B y 20A a 20C, se ofrecerá una explicación de algunos
casos de aplicación del dispositivo de antena antes mencionado a un
teléfono móvil. Se supone que, en la descripción siguiente, el
dispositivo de antena ilustrado en la figura 4 se emplea en un
teléfono móvil.
En las figuras 18A y 19A, un teléfono móvil 201
comprende una cuerpo superior 211 que tiene una pantalla 214 y un
altavoz 215, un cuerpo inferior 212 que tiene un control manual 216
y un micrófono 217, y una articulación 213 para unir el cuerpo
superior 211 y el cuerpo inferior 212 entre sí. Aunque la
articulación 213 está simplificada en las figuras 18A y 19A, el
cuerpo superior 211 y el cuerpo inferior 212 están soportados por la
articulación 213 de manera giratoria.
Las figuras 18B y 19B son diagramas que
ilustran, cada uno de ellos, un ejemplo de estructura de un
substrato interno en el teléfono móvil 201 de las figuras 18A y
19A. En las figuras 18B y 19B, cualquier parte componente
correspondiente a las de la figura 4 está indicada con referencias
numéricas o símbolos similares, y se omitirá una explicación
repetida de las mismas.
En el ejemplo de la figura 18B, en el cuerpo
inferior 212 hay alojado un substrato 21a, con un dispositivo de
antena formado en él, de tal manera que las antenas 23 y 24 de
escotadura están dispuestas en la parte inferior del teléfono móvil
201, y en el cuerpo superior 211 del teléfono móvil 201, hay alojado
un substrato 21b sin ningún dispositivo de antena, por lo que las
antenas 23 y 24 de escotadura (particularmente el extremo abierto
23a de la antena 23 de escotadura y el extremo abierto 24a de la
antena 24 de escotadura) están colocadas bajo la cabeza para
reducir consecuentemente la influencia perjudicial que puede
obtenerse en otro caso de la cabeza y que se ejerce sobre la
característica de la antena.
En el ejemplo de la figura 19B, en el cuerpo
superior 211 hay alojado un substrato 21a con un dispositivo de
antena formado en él, de tal manera que las antenas 23 y 24 de
escotadura está dispuestas en la parte superior del teléfono móvil
201, y en el cuerpo inferior 212 del teléfono móvil 201 hay alojado
un substrato 21b sin ningún dispositivo de antena, reduciendo así
la influencia perjudicial que puede ser ejercida en otro caso a la
característica de la antena desde la mano del usuario que sostiene
el teléfono móvil 201.
Aunque no está ilustrado particularmente, los
dispositivos de antena pueden estar dispuestos en ambos cuerpos
superior 211 e inferior 212. En este caso, puede obtenerse una
característica de antena óptima cumpliendo con el entorno de
comunicaciones, conmutando selectivamente los dispositivos de antena
en el cuerpo superior 211 y en el cuerpo inferior 212, o combinando
las señales recibidas en los dos dispositivos de antena.
Las explicaciones dadas anteriormente conciernen
a un teléfono móvil del tipo plegable, donde el cuerpo superior 211
y el cuerpo inferior 212 del mismo son giratorios. Sin embargo, la
presente invención es aplicable también a un teléfono móvil del
tipo recto, distinto a tal tipo plegable.
La figura 20A muestra un ejemplo en el que el
cuerpo superior 211 y el cuerpo inferior 212 del teléfono móvil 201
de la figura 18A son sustituidos por un cuerpo superior 221 y un
cuerpo inferior 222, respectivamente.
En la figura 20A, el cuerpo superior 221 tiene
una forma más corta que el cuerpo inferior 222 en una longitud
predeterminada r, y en conformidad con ello, como se ilustra en la
figura 20B, hay formado un substrato 21c que no tiene ningún
dispositivo de antena y que está alojado en el cuerpo superior 221,
de forma que es más corto en la longitud predeterminada r que un
substrato 21a que tenga un dispositivo de antena formado en él y
alojado en el cuerpo inferior 222.
Por tanto, como se ilustra en la figura 20C,
cuando el cuerpo superior 221 del teléfono móvil 201 gira sobre la
articulación 213 y se pliega para ser unido con el cuerpo inferior
222, una parte inferior 231 del cuerpo inferior 222 no está
superpuesta sobre el cuerpo superior 221 y sobresale hacia abajo.
Consecuentemente, el extremo abierto 23a de la antena 23 de
escotadura y el extremo abierto 24a de la antena 24 de escotadura
ilustrados en la figura 20B no están superpuestos (no están
opuestos) a otro substrato 21c y sobresalen hacia abajo.
Como resultado, particularmente en un estado de
espera en el que el cuerpo inferior 222 y el cuerpo superior 221
están cerrados, se hace posible disminuir la posibilidad no deseable
de que no pueda realizarse una característica de banda ancha,
debido a la influencia perjudicial derivada de la disposición
opuesta de las antenas 23 y 24 de escotadura a otro substrato
21c.
Volviendo a referirse a la figura 21, se
ofrecerá una explicación sobre un ejemplo de estructura de otro
dispositivo de antena empleado en un teléfono móvil 201 de tipo
plegable, en el que el cuerpo superior 211 y el cuerpo inferior 212
son giratorios. En la figura 21, cualquier parte componente
correspondiente a las de la figura 4 está indicada por referencias
numéricas o símbolos similares, y se omitirá una explicación
repetida de las mismas.
En un modo de realización de la presente
invención, para el que el dispositivo de antena ilustrado de la
figura 21 es un ejemplo, se aloja un substrato 21 en el cuerpo
superior 211 de un teléfono móvil 201, y se aloja un substrato 301
en el cuerpo inferior 212 del teléfono móvil 201. En la figura 21,
el cuerpo superior 211 y el cuerpo inferior 212 del teléfono móvil
201 están en estado abierto.
Sobre el substrato 301, hay formada una antena
302 de escotadura que funciona por medio del acoplamiento
electromagnético con una antena 23 de escotadura, en una longitud
ligeramente más corta que \lambda/4 desde el extremo abierto 302a
en un borde de la misma que mira hacia el substrato 21. Por tanto,
el extremo abierto 302a de la antena 302 de escotadura sobre el
substrato 301, está dispuesto en la proximidad de un extremo abierto
23a de la antena 23 de escotadura sobre el substrato 21. Estas dos
antenas están cortadas en la misma dirección (para formar rendijas
paralelas), de manera que las direcciones de la polarización
principal pueden hacerse coincidente (paralela).
La figura 22 es un diagrama que ilustra otro
estado en el que, en el teléfono móvil 201 que emplea el dispositivo
de antena de la figura 21, el substrato 21 y el substrato 301 están
girados sobre la articulación 213 (figura 19A), y el cuerpo
inferior 212 que aloja el substrato 301 está unido al cuerpo
superior 211 que aloja el substrato 21 de una manera plegada hacia
dentro, como se indica con la flecha P.
Como se ilustra en la figura 22, también cuando
el cuerpo superior 211 y el cuerpo inferior 212 están plegados, el
extremo abierto 302a de la antena 302 de escotadura está situado en
la proximidad del extremo abierto 23a de la antena 23 de
escotadura. Consecuentemente, puede obtenerse una característica de
banda ancha aún en el caso de que el teléfono móvil esté plegado,
así como en el caso en que los cuerpos superior e inferior del
mismo estén abiertos.
Así, incluso en la antena de escotadura formada
en el otro substrato, la antena está dispuesta en la proximidad del
extremo abierto de la antena de escotadura con un alimentador, de
tal manera que genera la misma polarización principal, por lo que
se consigue el mismo efecto ventajoso que en el dispositivo de
antena de la figura 16 antes mencionado.
Como se ha descrito anteriormente, la antena que
funciona mediante acoplamiento electromagnético está dispuesta en
la proximidad del extremo abierto de la antena de escotadura con
alimentador, para generar la misma polarización principal,
consiguiendo así una característica de banda ancha o de impedancia
de entrada de resonancia múltiple del dispositivo de antena.
La descripción ofrecida anteriormente concierne
a un ejemplo de un caso de aplicación de la presente invención a un
teléfono móvil. Sin embargo, la presente invención es aplicable
también a algunos otros terminales de comunicaciones móviles por
radio que tengan un dispositivo de antena, tales como un PDA
(Asistente Digital Personal) o similar.
Por tanto, de acuerdo con la presente invención,
es posible mejorar el rendimiento del dispositivo de antena. Más
aún, la presente invención asegura una característica de impedancia
estable. Y también de acuerdo con la presente invención, puede
conseguirse la característica de banda ancha.
Claims (2)
1. Un terminal de comunicaciones móviles por
radio, que comprende:
un primer cuerpo (211);
un segundo cuerpo (212) conectado giratoriamente
con dicho primer cuerpo y que puede abrirse y cerrarse con respecto
a dicho primer cuerpo;
un primer substrato (21) alojado en dicho primer
cuerpo;
una primera antena (23) de escotadura en forma
de rendija, formada sobre dicho primer substrato y que tiene un
alimentador;
un segundo substrato (301) alojado en dicho
segundo cuerpo,
y caracterizado por:
una segunda antena (302) de escotadura en forma
de rendija, formada sobre dicho segundo substrato y situada en la
proximidad de un extremo abierto de dicha primera antena de
escotadura, de tal manera que la dirección de la polarización
principal de la segunda antena de escotadura se hace coincidente con
la de la primera antena, y la segunda antena de escotadura funciona
por medio del acoplamiento electromagnético con dicha primera antena
de escotadura, cuando dichos primero y segundo cuerpos están en
estado abierto y en estado cerrado.
2. Un terminal de comunicaciones móviles por
radio, según la reivindicación 1, en el que dicha segunda antena de
escotadura está formada en paralelo con dicha primera antena de
escotadura, de tal manera que la dirección de la polarización
principal de la misma se hace coincidente con la de dicha primera
antena de escotadura.
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