ES2315288T3 - Antenas internas para dispositivos moviles de comunicaciones. - Google Patents

Abstract

Antena de bandas múltiples que es resonante y radiante en una banda de alta frecuencia, que comprende: un sustrato dieléctrico (101) que tiene caras opuestas; una capa eléctricamente conductora (103) que sirve como plano de tierra de antena en una cara del sustrato dieléctrico; una línea de alimentación eléctricamente conductora (105) soportada sobre la cara opuesta del sustrato dieléctrico, teniendo dicha línea de alimentación, como mínimo un extremo de alimentación y un extremo de carga; y una ranura (104) formada en dicho plano de tierra (103) que tiene un lado de alimentación y un lado de carga con respecto a dicho extremo de alimentación y extremo de carga, estando acoplada electromagnéticamente dicha ranura (104) con dicha línea de alimentación (105) de manera tal que dicha ranura es resonante y radiante a dicha banda de alta frecuencia; en la que dicha antena comprende además otro conductor eléctrico (110; 315; etc.) conectado eléctricamente a dicho plano de tierra (103) para actuar como continuación del mismo, caracterizada porque dicho conductor eléctrico adicional está conectado eléctricamente al plano de tierra de la antena (103) en un borde del plano de tierra (103) y acoplado electromagnéticamente a dicha ranura, como mínimo, en una banda de frecuencia baja y dimensionado y situado de manera tal que provoque que dicha antena sea resonante y radiante también a dicha frecuencia o frecuencias de banda baja.

Description

Antenas internas para dispositivos móviles de comunicaciones.

Sector de la invención

La presente invención se refiere de manera general a antenas y, más particularmente, a antenas pequeñas y de alta eficacia para dispositivos de comunicación móviles y manuales.

Antecedentes de la invención

Los dispositivos móviles para comunicaciones se están haciendo cada vez de menores dimensiones al irse desarrollando la tecnología. Para que una antena funcione adecuadamente debe tener una longitud que es usualmente la mitad aproximadamente de la longitud de onda, excepto para las antenas de tipo monopolar (que normalmente funcionan encima de un plano de tierra), en las que se requiere la cuarta parte de una longitud de onda. Para dispositivos de comunicaciones móviles de tipo avanzado, por ejemplo, unidades manuales de tipo celular, estas dimensiones son poco prácticas puesto que las dimensiones totales del equipo manual son menores de la mitad de la longitud de onda de la frecuencia apropiada.

La utilización de antenas pequeñas reduce su eficacia, por lo tanto requiere un suministro mayor de potencia a efectos de activar el dispositivo. Una potencia más elevada provoca ciclos de la batería más cortos entre cargas y aumenta la radiación hacia la cabeza/cuerpo del usuario. El nivel de potencia radiado hacia la cabeza humana es muy significativo y se prescriben serias limitaciones y especificaciones a efectos de proteger a los usuarios.

El funcionamiento de estos dispositivos adyacentes al cuerpo humano cambia también la distribución del campo y/o corriente a lo largo de la antena y por lo tanto cambia su modelo de radiación así como su eficacia de radiación. En términos prácticos, la reducción de rendimiento puede encontrarse en el rango de 10-20 dB o más. El resultado es una exigencia de mayor potencia para accionar el dispositivo con las consecuentes desventajas que se han descrito. La utilización de antenas de varilla extensible tales como las antenas "STUBBY" o antenas retráctiles, es asimismo poco conveniente, dado que las antenas quedan frecuentemente "enganchadas" dentro del bolsillo. También reducen el aspecto estético del dispositivo móvil de comunicaciones y de modo más importante, el modelo de radiación es casi omni-direccional de manera que no se consiguen mejoras en la radiación hacia la cabeza/cuerpo del usuario.

Las antenas internas suministradas por diferentes empresas son relativamente ineficaces en comparación con las antenas externas. Además, estas antenas internas de tipo conocido no disminuyen en general la radiación hacia la cabeza/cuerpo del usuario y en muchos casos incluso la incrementan. La ganancia de la antena es asimismo reducida en general (especialmente cuando se utiliza adyacente a la cabeza/cuerpo) y los resultados del SAR (Specific Absorption Ratio) (Proporción de Absorción Específica) son en general elevados.

Otro problema que se presenta en las antenas internas conocidas es la estrechez de banda de funcionamiento. Además de la estrechez de banda en la que la impedancia de entrada esta compensada, la eficacia de la radiación queda todavía más reducida. Este último se considera un problema incluso más difícil en los casos en los que se requieren bandas de frecuencia dual o funcionamiento en triple banda de los dispositivos de comunicación móvil, tales como los dispositivos celulares GSM 900/1800, 900/1900, 900/1800/1900 MHz, etc.

Se conocen antenas internas para dispositivos de comunicación móviles que utilizan un elemento de radiación resonante como radiador principal. En particular, las antenas impresas, por ejemplo de tipo parche y ranuras son muy convenientes en su utilización por su facilidad de fabricación, sus dimensiones reducidas y su reducido coste de fabricación. Si estos elementos impresos pudieran ser utilizados en dispositivos de comunicación móviles con respecto al rendimiento, ganancia, equilibrado de impedancia y reproductibilidad, ello constituiría a mejor solución. Desafortunadamente estos elementos, a causa de las pequeñas dimensiones del dispositivo de comunicación móvil, mostrarán un rendimiento muy bajo y por lo tanto una baja ganancia y será difícil de equilibrar su impedancia a la del dispositivo de comunicación móvil.

De manera general, las antenas de ranura excitadas por una línea de alimentación (por ejemplo por estructuras de microbanda ("microstrip") o línea de banda ("stripline")) o por un cable coaxial, son habitualmente de banda estrecha. A efectos de conseguir el equilibrado de la ranura incluso con respecto a una banda estrecha, la excitación de la ranura se realiza en general de manera descentrada para reducir la impedancia de entrada de la ranura que es naturalmente muy elevada. La patente USA Nº 5.068.670 realizada por uno de los inventores de la presente solicitud, describe una antena de ranura de banda ancha conseguida por adición de cargas reactivas como redes de equilibrado por ambos lados de la ranura. En la realización preferente las líneas de alimentación están situadas de forma descentrada con respecto a la ranura.

La dirección de máxima radiación de una ranura excitada de forma descentrada es cambiada con frecuencia debido a las distribuciones de campo eléctrico y magnético asimétricas a lo largo de la ranura. Si bien las ranuras con anchura de banda estrecha no se ven afectadas significativamente por este fenómeno, las ranuras de banda ancha son realmente afectadas. La mejor solución consiste en excitar la ranura simétricamente por alimentación doble y líneas de carga que se pueden derivar de una alimentación de excitación única. Cada uno de los brazos de la banda tiene una red de equilibrado dual a efectos de ampliar la anchura de banda de la antena. La longitud y anchura de cada uno de los brazos pueden ser iguales a efectos de conseguir una estructura completamente simétrica, pero también pueden ser distintos para hacer máxima la anchura de la banda. Si los brazos no son idénticos, se producirá una cierta desviación con la frecuencia.

La ranura puede ser no resonante al hacer ambos extremos abiertos (extremos abiertos) ("open-ended") o bien resonante al tener ambos extremos cerrados (extremos cortos) ("short-ended"). El rendimiento de la radiación depende de la distribución de campo, amplitud y fase, a lo largo de la ranura. Los campos electromagnéticos en ranuras de extremos cortos debe desvanecerse en ambos extremos de la ranura y dado que son continuas, su valor en cualquier punto a lo largo de la ranura no puede alcanzar el nivel requerido tal como en las ranuras más cortas. Por lo tanto, las ranuras llamadas de extremos cortos son rápidamente grandes, habitualmente del orden de la mitad de la longitud de onda de la frecuencia operativa.

Los campos electromagnéticos en las ranuras de extremos abiertos pueden tener un valor finito en sus extremos y no desvanecerse. Resulta de ello que se puede conseguir un valor razonable en el campo incluso para ranuras de longitud relativamente corta. El punto de excitación puede ser optimizado entonces para alimentaciones simples o dobles. Se debe tener en cuenta que el modelo de radiación será distinto del habitual. Además, el tipo de carga de la banda para ranuras de extremos abiertos adoptaría preferentemente a la forma de cortocircuito para eliminar una masa flotante en el extremo alejado de la ranura. Como resultado, esta configuración es más compleja de equilibrar por medio de la parte reactiva de la impedancia de ranura. Además, una masa o tierra flotante disminuiría el rendimiento de la antena.

El documento EP 0924797 describe una configuración de antena de ranura en la que la ranura está curvada a lo largo de dos ejes y es excitada en su punto central por un cable coaxial. Esta configuración presenta una serie de desventajas tal como se sugiere en la propia patente. Así por ejemplo, el equilibrado de dicha ranura es muy difícil debido al punto de excitación centrado (tal como se describe en lo anterior y en la patente USA Nº 5.068.670). Además, la parte de la ranura que contribuye a la radiación en la dirección deseada es muy pequeña, mientras que debido a los brazos plegados de la ranura que son paralelos, los campos son opuestos en su polarización y por lo tanto anulan la radiación en las direcciones más deseadas. Además, la excitación es compleja y costosa de implementar. Finalmente, las ranuras que son de extremos abiertos en un extremo son menos eficaces en comparación con las ranuras de extremos cortos y provocan radiación en direcciones no deseadas. El modelo de radiación será asimétrico debido a la radiación procedente del extremo abierto de la ranura, dado que los campos no se desvanecen tal como se ha mencionado anteriormente.

Las patentes USA Nº 5.929.813 y 6.025.802 describen antenas similares. Estas antenas son en realidad antenas de bucle en las que una "ranura de cable" genera una antena de bucle. Esta configuración comporta una serie de desventajas tales como se sugiere con esta patente. Así por ejemplo, la "ranura de cable" es abierta en los puntos de conexión, está cortada a lo largo del borde de la antena y está también plegada sobre la lámina metálica por lo que provoca radiación en direcciones no deseadas y con polarización opuesta (horizontal). La "ranura de cable" es excitada por el conector de antena de forma muy próxima al borde de la antena (y del teléfono); por lo tanto, la radiación en la cabeza del usuario no se reduce. En realidad, a causa del PCB del teléfono que contribuye de manera significativa a la radiación en frecuencias CDMA/TDMA/GSM (800 y 900 MHz) podría resultar que la radiación en la cabeza del usuario queda incluso incrementada.

Además, en la realización de un funcionamiento de frecuencia dual de acuerdo con estas patentes indicadas el modelo de radiación en la banda más alta tiene nulos o como mínimo reducción significativa en ciertos ángulos y esta lejos de ser omni-direccional en el plano de azimut. En esta configuración cada una de las "ranuras de cable" afectan al funcionamiento de la otra banda donde no se supone que influye en el bucle producido por esta configuración en paralelo con la cabeza del usuario en "posición de voz" (es decir una posición en la que el usuario sostiene el dispositivo de comunicación móvil de manera adyacente a su cabeza) y por lo tanto las distribuciones de campos varían de manera significativa junto al cuerpo humano.

Como resultado, el rendimiento de la antena se reduce, requiriéndose un alto nivel de potencia transmitida y la sensibilidad de recepción sería menor que la requerida.

La patente USA Nº 6.002.367 describe una antena de parche-ranura ("patch-slot") excitada por una línea de alimentación similar a la estructura descrita en la patente USA Nº 5.068.670. El parche es excitado por acoplamiento electromagnético de la línea de alimentación al parche con intermedio de la ranura a lo largo de su línea central y es muy pequeño en comparación con la longitud de onda a la frecuencia operativa; por esta razón no radia con eficacia. El parche (o parches) añadidos por encima de la ranura son excitados por la línea de alimentación; la línea de carga (descrita en varias realizaciones) y la puesta a tierra del parche sintonizan al parche. El mecanismo de la antena es similar al de la Antena Invertida Plana bien conocida "F" (PIFA), en la que la puesta a tierra del elemento sintoniza la antena, excepto en la de señal alimentación, que se realiza por una línea de alimentación en vez de una sonda (PIFA). El rendimiento de la antena es reducido y su anchura de banda operativa es muy estrecha. Es complicado el construir y relativamente cara y no se consigue una reducción real de la radiación sobre la cabeza/cuerpo del usuario. Además, la altura de la estructura es grande incluso en la realización más simple de un parche único. Para dispositivos de comunicación móviles modernos que son muy compactos en sus dimensiones, estas dimensiones son poco prácticas. Otras construcciones de antenas se describen en los documentos WO 99/13528 y WO 99/36988 (US 5.945.954) y en las patentes USA 6.031.503, 6.043.786 y 6.028.561 pero estas antenas están afectadas también de uno o varios de los inconvenientes explicados en lo anterior.

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Objetivos y breve resumen de la invención

Un objetivo de la invención consiste en proporcionar una antena interna para dispositivos de comunicación móvil que si bien es muy pequeña en comparación con antenas convencionales, no obstante es capaz de funcionar con una elevada eficacia.

Otro objetivo de la invención consiste en proporcionar una antena interna para dispositivos de comunicación móvil que muestran una Proporción de Absorción Específica (SAR) reducida con respecto a la radiación de la cabeza/cuerpo de una persona.

Un objetivo adicional de la invención consiste en dar a conocer una antena interna para dispositivos de comunicación móviles en las que el funcionamiento en las proximidades de la cabeza/cuerpo humano no produzca interferencias significativas con el rendimiento de la antena.

Otro objetivo de la invención consiste en dar a conocer una antena interna para dispositivos de comunicación móviles que pueden funcionar con eficacia en bandas de frecuencia amplia, únicas, duales o multi-banda.

Un objetivo adicional de la invención consiste en dar a conocer una antena interna para dispositivos de comunicación móviles que puede ser fabricada de manera económica en masa en comparación con las antenas externas convencionales.

Otro objeto adicional y ventaja de la presente invención consiste en dar a conocer una antena interna para dispositivos de comunicación móviles que presenta un aspecto más estético que los dispositivos comparables dotados de antenas externas convencionales.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se da a conocer una antena para microondas multo-banda de acuerdo con la reivindicación 1.

La explicación del incremento en la frecuencia operativa más baja es la siguiente: se generan corrientes eléctricas a lo largo del plano de tierra de la antena, que contribuyen a la radiación de la antena. En un plano de tierra finito, estas corrientes generan campos eléctricos y magnéticos en ambos extremos del plano de tierra (los extremos que son perpendiculares en la dirección de propagación de las corrientes) actuando de manera similar a una antena de tipo parche. Las corrientes generadas a lo largo del plano de tierra deben ser continuas y por lo tanto, si las dimensiones del plano de tierra son pequeñas, no se conseguirá amplitud significativa de corriente (teóricamente, se requiere para generar el máximo de corriente aproximadamente la mitad de la longitud de onda). Al añadir el segundo plano de tierra, las corrientes generadas no necesitan desaparecer en el borde del primer plano de tierra y por lo tanto contribuye a la radiación de la ranura. La razón del orden de la mitad de la longitud de onda se basa en la fase de la corriente que tiene una diferencia de 180º en ambos bordes. Los campos electromagnéticos generados en los bordes, que son un producto de la multiplicación de la corriente y la normal al borde (que tiene dirección opuesta en ambos bordes) producen campos electromagnéticos en fase y por lo tanto contribuye a la radiación en las direcciones deseadas.

A efectos de mantener la superficie de la antena reducida, tal como se requiere habitualmente para dispositivos de comunicación móviles, el segundo plano de tierra puede ser plegado o colocado por encima o por debajo del primer plano de tierra y a continuación las dos capas pueden ser conectadas por pasadores u otros elementos metálicos para conseguir esta continuación del plano de tierra y de las corrientes generadas. Esto último posibilita la continuación de las corrientes sin afectar la proximidad de la antena. Esta capa añadida puede quedar situada en el intersticio requerido entre la antena y el dispositivo de comunicación, de manera que el volumen total sigue siendo el mismo. Este intersticio es necesario a efectos de eliminar la supresión de los campos electromagnéticos debido a los campos reflejados procedentes del PCB de los dispositivos de comunicación móvil.

El plano de tierra plegado puede ser plegado adicionalmente, por ejemplo mediante una tercera capa para aumentar adicionalmente su longitud, a costa de la complejidad de fabricación.

Tal como se ha mencionado, el segundo plano de tierra plegado sirve también como reflector, que refleja los campos electromagnéticos alejándolos de la dirección de la cabeza del usuario. Este reflector reduce la radiación en la cabeza/cuerpo del usuario y aumenta la ganancia de la antena principalmente hacia el espacio medio libre por delante del usuario.

Además, el plano de tierra de la antena puede ser asimismo ampliado y plegado en su lado de alimentación (en vez de o además de la prolongación en su lado de carga) para minimizar la radiación en la dirección del usuario. Un método practico para implementar esta segunda prolongación o extensión en el lado de alimentación del plano de tierra consiste en añadir otra capa conductora eléctricamente por debajo de la antena en el intersticio entre el PCB del dispositivo y la antena, que está conectada eléctricamente al pasador (o pasadores) puestos a tierra.

El conductor eléctrico que sirve como continuación del plano de tierra puede adoptar también la forma de un adaptador añadido. Esta implementación de la invención ahorra la necesidad de una capa adicional, simplificando los procesos de fabricación y montaje y reduciendo también el coste de la antena. Se puede conectar al plano de tierra por un lado y el adaptador añadido por el otro a través de orificios con recubrimiento (PTH), clavijas metálicas, patillas o cualquier tipo de elementos conductores eléctricos.

El conjunto de la antena puede ser fabricado sobre un panel de circuito impreso flexible de capa única siendo plegado, luego eliminando de esta manera la necesidad de una segunda capa separada y de conexiones especiales para la misma. También puede ser fabricado en forma de un sustrato dieléctrico único en el que el conductor eléctrico que sirve como continuación del plano de tierra está formado sobre la misma cara que las líneas de alimentación pero aislado con respecto a las mismas.

La anchura de los contactos eléctricos controla la frecuencia operativa de la banda baja. Una conexión estrecha produce la frecuencia operativa de la banda más baja, mientras que una conexión más ancha aumenta la frecuencia operativa de la banda más baja. La conexión puede ser tipo inductivo actuando como filtro de paso bajo y de está manera afectaría difícilmente la banda superior.

La conexión de la antena al dispositivo de comunicación móvil puede tener lugar con intermedio de patillas conductoras. Se pueden utilizar patillas cilíndricas, planas o de otra sección transversal. Las patillas pueden ser patillas con resorte, patillas rígidas con elementos elásticos en el PCB del dispositivo de comunicación o en la antena o patillas rígidas de tipo roscado. En otra realización, las patillas conductoras se pueden soldar al dispositivo de comunicación.

Otro método de conexión puede tener lugar con intermedio de un conector coaxial. La conexión puede ser realizada también utilizando un PCB flexible como sustrato de la antena, que se pueden montar directamente o se puede conectar con intermedio de un conector o mediante patillas al PCB del dispositivo de comunicación.

En las realizaciones preferentes de la invención que se describen a continuación, la antena es del tipo descrita en la patente USA antes citada Nº 5.068.670 (de uno de los inventores conjuntos de la presente solicitud), por el hecho de que comprende una línea de alimentación conductora eléctricamente soportada sobre una cara de un sustrato dieléctrico opuesto al que sirve como plano de tierra y una ranura formada en el plano de tierra que tiene un lado de alimentación acoplado electromagnéticamente al extremo de alimentación de la línea de alimentación y una cara de carga acoplada electromagnéticamente al extremo de carga de la línea de alimentación, de manera que la ranura es resonante y radiante en una banda de frecuencia alta predeterminada.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, la ranura formada en el plano de tierra de dicha antena es curvada.

La mejora conseguida por el curvado de la ranura consiste en la reducción de las dimensiones generales del panel de antena. Especialmente en el caso de una ranura con ambos extremos en cortocircuito, el efecto de curvado de la ranura es mínimo con respecto al rendimiento dado que los brazos laterales de la ranura se encuentran en las proximidades de los extremos de la misma. Tal como se ha descrito en lo anterior, los campos eléctrico y magnético en una ranura en cortocircuito desaparecen al final de dicha ranura y dado que deben ser continuos, se deduce que sus valores cerca de los extremos de la ranura son bajos y por lo tanto no quedan afectados por el curvado de la ranura. Las zonas cerca del centro de dicha ranura es la más significativa y los valores de los campos son elevados.

La combinación de dicha ranura curvada y línea de alimentación distribuida (preferentemente similar a la descrita en la patente USA 5.068.670) proporciona resultados especialmente favorables particularmente con dichas antenas pequeñas.

Una dimensión de antena típica en frecuencias DSC/PSC típicas (1800 Y 1900 MHz) debe ser aproximadamente 60-80 mm. Esta dimensión es poco practica para dispositivos de comunicación móviles modernos en los que el espacio típico para la antena interna es solamente de unos (35-45) mm X (12-30) mm. Las ranuras de la técnica anterior utilizadas hasta el momento tales como las de las patentes USA Nº 5.929.813 y 6.025.802 (Nokia) son alimentadas directamente por patillas. Además, la estructura sugerida por estas patentes muestra en realidad antenas de bucle en vez de antenas de ranura.

El documento PCT/US99/0085, WO 99/36988 (Rangestar) presenta antenas de ranura para equipos manuales celulares. Esta antena que se sugiere es alimentada por coaxial y por lo tanto no hay espacio para adaptación de impedancia más que la posición del punto de excitación a lo largo de la ranura. Esta configuración es también compleja con respecto al montaje, dado que debe ser soldada y los cables del coaxial se pueden romper frecuentemente. Además, la ranura es recta en vez de curvada y muy pequeña en su longitud en comparación con la longitud de onda de la frecuencia operativa y por lo tanto su rendimiento especialmente su anchura de banda operativa son básicamente muy reducidos.

Por lo tanto, el curvado de la ranura excitándola mediante una línea de alimentación distribuida que tiene un extremo de alimentación (que incluye preferentemente un transformador conseguido por el cambio de su longitud y anchura a efectos de adaptar la impedancia de la ranura) y un extremo de carga (que comprende una carga reactiva en vez de un adaptador abierto, adaptador corto o elementos acumulados para reducir principalmente la parte reactiva de la impedancia de ranura a un nivel cero) proporciona resultados especialmente excelentes (con respecto a radiación-rendimiento, ganancia y ancho de banda operativo) cuando se efectúa el curvado de la ranura excitándola mediante una línea de alimentación distribuida.

Se ha construido una antena de cinco bandas de acuerdo con ello cubriendo por completo las bandas de 800, 900, 1800, 1900 y 2400 MHz.

La conexión eléctrica a la antena puede tener lugar en cualquier punto adecuado de la misma. Por ejemplo, se pueden producir orificios con recubrimiento en el PCB de la antena en una etapa previa de diseño y se pueden insertar patillas del PCB del dispositivo de comunicación en dichos orificios efectuando su soldadura. En otra disposición posible, patillas con resorte pueden producir la conexión eléctrica por contacto directo con patillas sobre los PCB de la antena y el dispositivo de comunicación. En otra posible disposición, el acoplamiento electromagnético entre una línea de alimentación del PCB del dispositivo de comunicación y la antena pueden formar la conexión eléctrica a la antena.

Una implementación preferente consiste en hacer que la antena constituya (o como mínimo una de sus capas, si existe más de una) una parte integral del PCB del dispositivo de comunicación. En el caso más general, el PCB del dispositivo es un PCB de capas múltiples y la antena puede ser fabricada fácilmente y de forma directa sobre dicho PCB, eliminando de esta manera cualquier necesidad de conexión posterior o de PCB separado. El reflector conductor si es aplicable como capa separada puede ser entonces una simple chapa de metal colocada en las proximidades de la tapa frontal del PCB del dispositivo, estando conectada eléctricamente a la antena, por ejemplo, mediante patillas conductoras.

Otra implementación consiste en hacer la capa superior del PCB del dispositivo en forma de capa flexible, conteniendo la antena y el reflector conductor sobre la misma, en la que el panel de tierra o el panel reflector conductor esta plegado para conseguir la antena final.

Otra realización preferente consiste en hacer que la antena constituya una parte integral de la batería del dispositivo de comunicación que esta colocado usualmente en la parte posterior del dispositivo de comunicación. En está estructura, los elementos de contacto serán preferentemente del tipo de clavijas con resorte. Una posición preferente para colocar la antena es la parte superior de la cara posterior del dispositivo de comunicación a efectos de hacer mínima la interferencia con su funcionamiento y rendimiento, manteniendo simultáneamente el dispositivo de comunicación en las manos del usuario y/o cerca del cuerpo/cabeza del usuario.

Se apreciará de este modo que la presente invención puede ser implementada por una antena formada por una ranura resonante (es decir, una ranura de "extremo corto") realizada en un plano de tierra de un panel de circuito impreso, excitada por lo menos por una línea de alimentación que cruza la ranura como mínimo en un único punto de excitación a lo largo de la ranura. Este punto de excitación está diseñado para optimizar la impedancia de la ranura en el punto de la línea de alimentación a la deseada frecuencia operativa. La excitación puede ser también llevada a cabo mediante una línea de alimentación dual, para excitar la ranura simétricamente para asegurar la radiación simétrica de la ranura o bien asimétricamente para ampliar el ancho de banda de frecuencia operativa por una combinación de las dos excitaciones distintas. A efectos de aumentar el rendimiento de la antena, el lado del extremo de carga de la alimentación es preferentemente de tipo reactivo en vez de carga adaptada. El diseño del extremo de alimentación de la línea de alimentación y el extremo de carga de la línea de alimentación se pueden realizar de acuerdo con la patente USA Nº 5.068.670 para hacer máxima la anchura de banda operativa de la antena. La ranura es preferentemente curvada en el plano de tierra en el que ha sido realizada, a efectos de asegurar las dimensiones reducidas de la antena.

El extremo de carga es del tipo de carga reactiva, tal como se ha indicado anteriormente. Puede ser un adaptador en cortocircuito (simulando un cortocircuito, en el que el extremo del adaptador está conectado al plano de tierra, por ejemplo, mediante un orificio con recubrimiento), un adaptador abierto (simulando un circuito abierto) o elementos acumulados (simulando la carga reactiva que puede representar una impedancia distinta del cortocircuito o circuito abierto). Cualquier combinación de carga reactiva puede servir como extremo de carga en las construcciones de antena que se han descrito.

Tal como se ha mencionado en lo anterior, los dispositivos de comunicación móviles modernos requieren en la actualidad una banda dual o triple de funcionamiento. Por lo tanto, la ranura está diseñada para funcionar en bandas más altas (por ejemplo, de unas bandas de 1800 y/o 1900 MHz para dispositivos de teléfonos celulares). A efectos de que la antena funcione también en la banda de frecuencia más baja (por ejemplo, en las bandas de 800 y/o 900 MHz para dispositivos de teléfonos celulares), se puede producir una ampliación del plano de tierra en el extremo alejado de la ranura por medio de una chapa de metal conectada eléctricamente al borde del plano de tierra para aumentar otra banda de funcionamiento a la antena (por ejemplo, en las bandas de 800 y/o 900 MHz para dispositivos de teléfonos celulares). La pieza añadida de plano de tierra junto con el PCB del dispositivo de comunicación móvil sintoniza la banda de frecuencia operativa más baja. Dado que el PCB del dispositivo de comunicación es producido previamente y en la mayor parte de casos es independiente del diseño de la antena, la sintonización es controlada usualmente por medio de la forma, longitud, anchura y tipo de conexión del plano de tierra ampliado.

El plano de tierra ampliado que se ha mencionado se puede aplicar sobre un PCB plegado al otro lado del PCB de la antena o como segunda capa situada formando ángulo o paralela al PCB de la antena a efectos de ahorrar superficie de la misma. En una implementación preferente, la extensión del plano de tierra se consigue por medio de adaptadores de línea de alimentación en el otro lado del PCB de las antenas y conectadas eléctricamente al plano de tierra mediante orificios dotados de recubrimiento o patillas conductoras. Estos adaptadores están diseñados de manera que no interfieren significativamente con las alimentaciones y cargas de la alimentación que excita la ranura o la propia ranura.

Otras características y ventajas de la invención quedarán evidentes de la siguiente descripción.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una forma de dispositivo de comunicación móvil que comprende una disposición para incorporar en su interior una antena interna realizada de acuerdo con la presente invención;

La figura 2 muestra un dispositivo de comunicación móvil que comprende otra disposición para incorporar en su interior una antena interna construida de acuerdo con la presente invención;

La figura 3 muestra una forma de antena interna construida de acuerdo con la presente invención en su estado desplegado, las figuras 3a-3c muestran esquemáticamente la forma como se puede plegar dicha antena;

La figura 4 muestra una construcción similar a la de la figura 3, pero con una ranura abierta por un extremo en el reflector en vez de cerrada por ambos extremos tal como en las figuras 3;

La figura 5 muestra otra forma de antena interna construida de acuerdo con la presente invención, asimismo en estado desplegado, mostrando esquemáticamente las figuras 5a-5c la forma en que se puede efectuar el plegado de dicha antena;

La figura 6 muestra una antena interna construida de acuerdo con la presente invención en un único PCB flexible (circuito impreso en su estado desplegado), mostrando esquemáticamente las figuras 6a-6c la forma en la que dicha antena puede ser plegada;

La figura 7 muestra una antena interna construida sobre un único PCB flexible de acuerdo con la presente invención;

Las figuras 7a-7c muestran la forma en la que se puede efectuar el plegado del PCB de la figura 7;

Las figuras 8, 8a y 8b muestran una antena interna construida sobre una capa rígida única de PCB;

Las figuras 8a y 8b muestran las caras opuestas del PCB de la figura 8;

Las figuras 9, 9a y 9b son vistas que corresponden a las de las figuras 8, 8a y 8b pero muestran una modificación de la construcción de dicha antena;

Las figuras 10, 10a, 10b y 10c muestran una antena interna construida sobre una única capa rígida PCB con algunas modificaciones en comparación con la figura 8;

La figura 11 muestra otra forma de antena interna con doble reflectores, mostrando esquemáticamente las figuras 11a-11c la forma en que dicha antena puede ser plegada dos veces;

Las figuras 12, 12a, 12b y 12c muestran una antena interna construida sobre una capa rígida de PCB con otras modificaciones;

Las figuras 13 y 13a-13c muestran una antena interna que no está construida de acuerdo con la presente invención sobre un PCB único, teniendo dos ranuras alimentadas por dos líneas de alimentación, mostrando las figuras 13a y 13b las caras opuestas del PCB de la figura 13 y mostrando la figura 13c una vista lateral;

Las figuras 14 y 14a-14c muestran una construcción similar a la de la figura 13 pero con una línea de alimentación; y

La figura 15 muestra una antena similar a la figura 3 pero con una ranura abierta en el reflector, constituyendo la figura 15a una vista lateral y las figura 15b y 15c muestran el conjunto.

Descripción de realizaciones preferentes

La figura 1 muestra los componentes principales de un dispositivo de comunicación móvil tal como un teléfono celular manual construido de acuerdo con la presente invención. Este dispositivo, indicado en general con el numeral (2) comprende una tapa frontal (3), un PCB principal (panel de circuito impreso) (4) y una tapa posterior (5) que contiene asimismo habitualmente la batería (no mostrada). Los componentes indicados pueden ser convencionales y por lo tanto no se han explicado otros detalles de los mismos.

De acuerdo con la presente invención el dispositivo móvil (2) comprende una antena interna indicada de modo general con el numeral (6), dispuesta entre el PCB principal (4) y la tapa posterior (5) y conectada al PCB por patillas de alimentación (8). En la realización mostrada en la figura 1 la antena interna (6) está situada sustancialmente paralela al plano del PCB principal (4) al que está conectada por las clavijas de alimentación (8). La figura 2 muestra una variación en la que la antena interna, designada con el numeral (16), está dispuesta sustancialmente perpendicular al PCB principal (4) al que está conectada por clavijas de alimentación (18).

La presente invención se refiere en primer lugar a la estructura de la antena interna, por ejemplo (6, 16) tal como se describe a continuación con respecto a las diferentes realizaciones de dicha antena interna tal como se ha mostrado en las figuras 3-15.

Las figuras 3 y 3a-3c muestran una realización preferente de la antena interna (6) de la figura 1 o de la antena interna (16) de la figura 2.

Por lo tanto, tal como se ha mostrado en las figuras 3 y 3a-3c la antena interna, indicada con el numeral (100), está constituida mediante dos paneles (101), (102) conectados mecánicamente y eléctricamente entre si a lo largo de un borde mediante una o varias clavijas eléctricamente conductoras (112) (solamente se ha mostrado una de ellas) que atraviesan los orificios dotados de recubrimiento (PTH) (111a), (111b). Se observará que se pueden utilizar para conectar las dos capas, patillas con resorte u otros tipos de patillas.

El panel (101) es un panel PCB (panel de circuito impreso) constituido por un sustrato dieléctrico que tiene una capa eléctricamente conductora (103) en una cara que sirve como plano de tierra y que está cortada con una ranura resonante (104). La ranura (104) es de configuración curvada, con estructura en U, cerrada en ambos extremos, definiendo dos brazos laterales cerrados (104a), (104b) unidos por un puente (104c). La ranura resonante (104) es excitada por una línea de alimentación eléctricamente conductora (105) soportada sobre la cara del panel dieléctrico (101) opuesta a la del plano de tierra (103).

La realización mostrada en la figura 3 es una construcción simétrica en la que los dos brazos laterales (104a), (104b) son sustancialmente paralelos, tienen sustancialmente la misma longitud y anchura y estarán excitados por un punto de excitación común, a saber el punto en el que la línea de alimentación (105) cruza la ranura. Se puede observar, no obstante, que la antena podría tener una estructura no paralela y/o asimétrica en la que los brazos laterales cerrados (104a), (104b) no son paralelos, tienen diferentes longitudes o anchuras y/o son excitados de manera no simétrica por las líneas de alimentación, respectivamente.

La línea de alimentación eléctricamente conductora (105) (líneas de trazo de la figura 3) dispuesta en el lado opuesto del PCB excita la ranura (104). El brazo (105a) de la línea de alimentación principal conecta la clavija de entrada de señal (108a) pasando a través de un PTH dividiendo la potencia en dos líneas de alimentación de transformador (105b y 105c) que salen de la ranura (104) por dos puntos. Las secciones de transformación (105b y 105c) pueden ser idénticas como en la figura 3 o distintas en su longitud y/o anchura. Las secciones de líneas de alimentación (105b y 105c) continúan desde los puntos de excitación por debajo de la ranura que llevan a cabo la función de cargas reactivas (106a y 106b), respectivamente.

Las cargas reactivas para esta realización están conectadas en cortocircuito a masa (103) en el otro lado del PCB con intermedio de los PTH (107a y 107b) respectivamente. Estas respectivas cargas fomentan y mejoran el acoplamiento de la impedancia de la ranura; es decir, principalmente reducen la parte reactiva de la impedancia de la ranura al orden de cero en una amplia gama de frecuencias. Por lo tanto, la potencia transmitida es electromagnéticamente desacoplada de las líneas de alimentación (105b y 105c) a la ranura (104), posibilitando la radiación de la ranura (104). Lo mismo es aplicable a la recepción, en la que la potencia recibida es desacoplada electromagnéticamente de la ranura (104) para alimentar las líneas (105b y 105c).

La longitud y/o anchura de cada una de los brazos de la línea de alimentación (105) y/o la carga reactiva (106) y/o cada una de las partes de la ranura (104a-104c) se pueden cambiar. Estos parámetros, así como el punto de excitación de la ranura, la altura por encima del PCB principal (4) y el ángulo entre la antena (6 o 16) y el PCB principal (4), la distancia entre las patillas (8) y su diámetro, el tipo de sustrato y grosor, etc. ajustan la banda de frecuencia más alta de la antena. En esta realización preferente que se ha mostrado de la presente invención la estructura es completamente simétrica y por lo tanto el modelo de radiación de la ranura (104) será simétrico.

Una característica importante de la presente invención es que la antena interna (100) es resonante y radiante no solamente a una alta frecuencia predeterminada, tal como queda determinado por la ranura (104) trazada en el plano de tierra (103), la línea de alimentación (105) y las cargas reactivas (106) sino asimismo a una banda de frecuencia más baja a efectos de ser capaz de utilización como antena de microondas de banda múltiple. Con este objetivo, la antena (100) de la figura 3 incluye otro panel (102) (por ejemplo, un PCB) que es un conductor eléctrico (110) conectado eléctricamente al plano de tierra (103) por una patilla eléctricamente conductora (112) (figuras 3b, 3c) insertada en los PTH (111a y 111b) preformados en los paneles (101, 102), respectivamente. El conductor eléctrico (110) sirve, por lo tanto, como continuación del plano de tierra (103) en el lado de carga de la ranura (104). Una ranura (109) cortada en el conductor eléctrico (110) actúa como carga electromagnética para la ranura (104) en la banda de frecuencia más baja, de forma que provoca que la ranura sea resonante y radiante también a una banda de frecuencia más baja. La longitud y/o anchura de cada brazo (109a-109c) de la ranura (109) se pueden cambiar y también la dirección de la abertura de la ranura y la posición de la misma sobre el conductor eléctrico (110). La ranura (109) puede ser distinta en longitud, anchura y forma en comparación con la ranura (6 ó 16). Estos parámetros afectan al comportamiento de frecuencia de la antena (100).

El conductor eléctrico (110), además de su contribución a la banda de frecuencia más baja, ha también ha intervenido en la reducción de la radiación en la cabeza del usuario sirviendo como reflector para desviar las ondas electromagnéticas distribuidas por la ranura (104); de manera que también reduce el nivel de SAR. Dependiendo del tipo y estructura de la antena, el SAR es reducido aproximadamente en 3dB en bandas de frecuencia típicas CDMA/TDMA/GSM (800 y 900 MHz) y en más de 5dB en bandas de frecuencias típicas PSC/DCS (1.800 y 1900 MHz). Además, el rendimiento muy elevado de la antena posibilita la reducción del nivel de potencia RF transmitido por el dispositivo de comunicación y, por lo tanto, aumenta la seguridad del usuario y también el ciclo operativo entre cargas de la batería.

Tal como se ha indicado anteriormente la figura 3 muestra una ranura (104) que tiene estructura de alimentación dual simétrica por las secciones de transformador (105b y 105c) y carga reactiva (106a y 106b). La figura 3 muestra tres patillas de alimentación utilizadas de acuerdo con esta realización: una patilla (108a) de alimentación de señal y un par de patillas de tierra (108b y 108c) en lados opuestos de la misma. Esta disposición mantiene la simetría de la estructura y reduce también la impedancia característica de la línea de transmisión que representan las patillas. La impedancia característica de una estructura simétrica de tres patillas es aproximadamente la mitad de la impedancia característica de una estructura de dos patillas. Esto hace más fácil, en la mayor parte de casos, acoplar la antena a la impedancia de salida del transmisor y/o la impedancia de entrada del receptor a través de estas patillas.

La carga reactiva (106) se acopla con la parte reactiva de la impedancia de la ranura (104) en cada punto de excitación en una banda más alta. El reflector (102), además de todos los parámetros descritos anteriormente que afectan a la banda de alta frecuencia, equilibra también la impedancia de ranura en la banda más baja. La impedancia combinada generada por la ranura (104) y la carga reactiva (106) o el reflector (102) es transmitida por las secciones de transformador (105b y 105c) a la unión entre el brazo principal de alimentación (105a) y las secciones de transformador (105a y 105b). Ambas impedancias desde los dos lados se combinan y se reflejan a través del brazo principal de alimentación (105a) y las patillas de entrada (8) hacia el aparato manual. La ranura (104), la carga reactiva (106), el panel (102) (reflector (110)), la línea de alimentación (105) y las patillas de entrada (8) pueden ser diseñados para asegurar el funcionamiento en banda ancha para la antena, es decir tanto en la banda más baja y una o varias bandas más altas.

La figura 3a muestra una vista lateral de los dos paneles (101), (102) antes de ser conectados mecánicamente y eléctricamente; la figura 3b muestra una forma de conexión de los dos paneles de manera tal que el panel (101) que contiene el plano de tierra (103), ranura (104) y línea de alimentación (105) queda dispuesto sobre el panel (102) que contiene el reflector (110) y la ranura (109) (también puede ser asimétrico); mientras que la figura 3c muestra la disposición inversa en la que el panel (102) queda dispuesto por encima del panel (101). Un importante parámetro de la antena es el ángulo formado entre los dos paneles (101), (102). Es posible cambiar el ángulo entre los paneles para cambiar el panel que queda dispuesto en la parte superior y también cambiar la parte frontal del panel dirigido hacia arriba, pero estos cambios requerirán un ajuste fino de la línea de alimentación. Además, si bien las figuras 3, 3a y 3b muestran los dos paneles interconectados mecánicamente y eléctricamente entre si por una patilla única (112) recibida dentro de orificios pasantes dotados de recubrimiento (111a y 111b) respectivamente, en los dos paneles, se apreciará que se pueden utilizar para esta finalidad una serie de dichas patillas y elementos PTH.

La figura 4 muestra una antena, indicada con el numeral (1000), similar a la antena (100) de la figura 3 excepto que la ranura (109) del reflector conductor (110) está abierta en un extremo, tal como se ha mostrado por el brazo (109d) en la figura 4.

La figura 5 muestra otras construcción de la antena interna indicada de modo general con el numeral (200) que es similar a la que se ha mostrado en la figura 3, excepto que comprende solamente dos patillas de alimentación, es decir una patilla de señal (208a) y una patilla de masa o tierra (208b). Esto cambia la impedancia y característica de la línea de transmisión que representa el interfaz eléctrico entre la antena y el equipo manual. La localización de las dos patillas de alimentación (208a), (208b) es excéntrica con respecto a la antena; por lo tanto, el modelo de radiación es asimétrico.

Tal como se aprecia en la figura 5, en esta realización la excitación de la ranura (104) en el panel (101) tiene lugar mediante la línea de alimentación única (205) y un punto de excitación único; asimismo la carga reactiva (206) es de extremo abierto. Esta alimentación hace también asimétrica la radiación de la antena.

La longitud y anchura de la línea de alimentación de la carga reactiva así como el punto de excitación pueden ser cambiadas. El panel reflector (102) comprende una ranura cerrada (109) realizada en la capa conductora (110), tal como en la figura 3. La característica de la ranura reflectora (109) puede ser distinta de la ranura radiante (104) en el plano de tierra (103). Los brazos laterales cerrados (109a y 109b) de la ranura reflectora (109) pueden ser idénticos o distintos entre si en longitud y en anchura.

Los dos paneles (101), (102) pueden estar fijados mecánicamente y eléctricamente entre si en la relación deseada y el ángulo deseado mediante una o varias patillas eléctricamente conductoras tales como las mostradas con el numeral (112) en las figuras 5b y 5c. Tal como se ha descrito en lo anterior con respecto a las figuras 3 y 3a-3c, la relación entre los dos paneles y el ángulo definido por los dos paneles se puede alterar de acuerdo con la aplicación específica y la línea de alimentación puede ser objeto de ajuste fino de acuerdo con el orden deseado de paneles y el ángulo entre los paneles.

La figura 6 muestra una antena interna designada de modo general con el numeral (300) que es similar a la antena de la figura 3 pero que está construida sobre un panel único, de tamaño doble y de doble cara de tipo flexible PCB, en vez de dos paneles rígidos PCB. Esta construcción elimina la necesidad de los PTH (111) y patillas (112) en el conjunto de la figura 3. Las dos caras (A, B) del panel flexible único mostrado en la figura 6 están preparadas con los diferentes elementos tal como se ha descrito anteriormente con respecto a la figura 3 y tal como se ha mostrado en la vista lateral de la figura 6a; y el panel único es plegado entonces únicamente a lo largo del eje de plegado (317) hasta una posición anular predeterminada tal como se ha mostrado en la figura 6b o en la figura 6c de acuerdo con la aplicación específica.

Las patillas de alimentación (108a-108c) y la línea de alimentación (105) son similares a las que se han descrito en lo anterior con respecto a la figura 3. La carga reactiva (206) es una carga reactiva abierta igual que en la figura 5. La diferencia principal en la antena de la figura 6 es la añadidura del adaptador de extremos abiertos (313). Este adaptador amplia la anchura de banda de la antena y mejora el acoplamiento de la antena al aparato manual. Su longitud y anchura se puede cambiar de acuerdo con la aplicación específica.

La capa eléctricamente conductora que define el plano de tierra (103) a un lado del panel está formada con un corte o interrupción agrandado (es decir, un área sin conductor alguno) (314) en el lado opuesto del panel que define el reflector, para definir de esta manera los dos reflectores adaptadores (316a), (316b) en los extremos opuestos del panel. La longitud y/o anchura de los reflectores (316a), (316b) puede ser igual para la estructura simétrica o distinta para una estructura no simétrica proporcionando una mayor anchura de banda. Los dos reflectores (316a), (316b) están conectados eléctricamente con intermedio de los reflectores (318a), (318b) y sección de unión eléctrica (315) al plano de tierra (103). Los dos reflectores de alimentación (318a), (318b) pueden tener la misma longitud y anchura para una estructura simétrica o diferente longitud y/o anchura para una estructura no simétrica para proporcionar una mayor anchura de banda. La unión (315) actúa como filtro y por lo tanto sus dimensiones (longitud y anchura) afectan a la banda de baja frecuencia.

La figura 6a es una vista desde un extremo del panel de la figura 6 antes de su plegado; y las figuras 6b y 6c muestran dos posibles formas de plegado del panel correspondiendo a las disposiciones mostradas en las figuras 3b y 3c, respectivamente. La forma de la parte (314) del sustrato dieléctrico puede ser variada según se desee para cambiar la longitud y/o anchura de los reflectores (316a), (316b) y de las alimentaciones (318a), (318b) de los reflectores. Además la parte del sustrato dieléctrico (314) puede estar constituida con una o varias aberturas para recibir las patillas de alimentación (108).

La antena mostrada en la figura 7 que se ha indicado de manera general con el numeral (400) es similar a la antena (300) mostrada en la figura 6 y está construida asimismo sobre un panel flexible único que está plegado para conseguir el plano de tierra, ranura y línea de alimentación a un lado y el reflector en el lado opuesto. No obstante, en este caso la ranura radiante que se ha indicado con el numeral (404) que en este caso está formada en el plano de tierra (103) es de tipo de extremos abiertos, en ambos extremos; es decir, sus dos brazos laterales (404a), (404b) están abiertos a un lado y unidos al lado opuesto por un puente (404c). Por esta razón, la excitación de la ranura (404) es distinta de la que se ha descrito anteriormente con respecto a la figura 6.

Por lo tanto, en la estructura de antena mostrada en la figura 7, el adaptador de sintonización (313) está en cortocircuito con respecto al plano de tierra (103) con intermedio de un orificio pasante con recubrimiento (PTH) (419) para llevar a cabo la excitación principal de la ranura (404). La línea de alimentación (105) con las cargas reactivas (206) actúan como excitación secundaria de la ranura para conseguir una ranura excitada de alimentación múltiple. Los brazos laterales abiertos (404a) y (404b) pueden ser idénticos entre si para tener una estructura simétrica, o puede tener longitudes y/o anchuras distintas entre si consiguiendo una estructura no simétrica. Los puntos de excitación de la ranura (404) por la línea de alimentación pueden ser simétricos o no simétricos tal como se ha descrito en lo anterior.

La figura 7a es una vista lateral del panel flexible de la figura 7; y las figuras 7b y 7c muestran dos posibles disposiciones para el plegado del panel flexible correspondiente a las disposiciones de las figura 6b y 6c, respectivamente.

La figura 8 muestra otra construcción de antena indicada en general con un numeral (500) en la que una antena está construida sobre un panel PCB rígido, único que tiene una cara superior tal como se ha mostrado en la figura 8a y una cara inferior tal como se ha mostrado en la figura 8b. Esta disposición elimina la necesidad de plegar un panel flexible o de conectar conjuntamente los paneles cuando se efectúa un montaje de la antena en el equipo manual.

La cara superior del panel (figura 8a) está dotada de una capa eléctricamente conductora que sirve como plano de tierra (103) y con la ranura radiante (104) cortada en el plano de tierra. Además, la capa eléctricamente conductora en los bordes opuestos del plano de tierra (103) se ha eliminado para proporcionar las interrupciones (521a), (521b) en el plano de tierra, es decir área sin ningún conductor.

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La cara opuesta del PCB, tal como se ha mostrado en la figura 8b, está formada con la línea de alimentación (105), el adaptador de sintonización (313) y el reflector que comprende los dos reflectores adaptadores (520a), (520b) (correspondientes a los reflectores adaptadores (316a), (316b) de la figura 7), conectados por las alimentaciones (522a), (522b) de los reflectores (correspondiente a las alimentaciones de los reflectores (318a), (318b) de la figura 7). En la construcción de la figura 8, no obstante, los reflectores (520a), (520b) son excitados con un PTH (523) conectado al plano de tierra (103) en la cara opuesta (superior) del PCB. Los reflectores de alimentación (522a), (522b) actúan, por lo tanto, como transformadores con respecto a los reflectores adaptadores (520a), (520b) de manera tal que la función del reflector en la construcción de la antena de la figura 7 es realizada por los reflectores de aplicación (520a), (520b) y reflectores de alimentación (522a), (522b) formados en la misma cara (cara inferior) del panel del PCB igual que en la línea de alimentación (105) y el adaptador de sintonización (313) en la construcción de la antena de la figura 8. Las interrupciones (521a), (521b) en el plano de tierra proporcionan un parámetro de control adicional para la banda de frecuencia más baja y pueden también favorecer la radiación y acoplamiento de impedancia de la antena.

Las interrupciones (521a), (521b) del plano de tierra (103), los reflectores adaptadores (520a), (520b) y los reflectores de alimentación (522a), (522b) pueden ser simétricos tal como se ha mostrado en la figura 8 y pueden ser no simétricos. Las dimensiones de estos elementos incluyendo sus longitudes y/o anchuras se pueden variar para controlar el comportamiento en banda baja de la antena. La ranura (104) realizada en el plano de tierra (103), la línea de alimentación (105), el adaptador de sintonización (313) y las cargas reactivas (206a), (206b) pueden tener la misma configuración que se ha descrito anteriormente en especial con respecto a la antena de la figura 6, pero sus dimensiones serían distintas debido al hecho de que la longitud del plano de tierra (103) es menor a causa de las interrupciones (521a), (521b).

Se apreciará que la construcción de panel único mostrada en la figura 8 simplifica la fabricación y montaje de la antena y, por lo tanto, reduce su coste.

La figura 9 muestra una construcción de antena indicada de manera general con el numeral (600) que es muy similar al de la figura 8, excepto que la ranura radiante que se ha indicado (604) en la misma es una ranura semiabierta. Es decir, un brazo lateral (604) esté abierto y el otro brazo lateral (604b) está cerrado, estando conectados entre si los dos brazos laterales con un puente (604c).

Otra variante en la construcción de la antena (600) mostrada en la figura 9 es que comprende dos patillas de alimentación (208a), (208b) en vez de tres patillas de alimentación (108a-108c) tal como en la figura 8. La línea de alimentación (105) es de tipo de alimentación dual excitando los dos brazos laterales (604a), (604b) de la ranura (604).

Otra modificación consiste en que a efectos de un funcionamiento en banda ancha en la banda alta, se han dispuesto dos tipos de cargas reactivas en la antena (600) mostrada en la figura 9 a saber: una carga reactiva (106) en cortocircuito con intermedio del PTH (107) al plano de tierra (103) y una carga reactiva (206) que es de extremo abierto. Esta disposición proporciona una estructura no simétrica siendo, con el funcionamiento en la banda baja igual que en la antena (500) de la figura 8.

La figura 10 muestra una construcción de antena indicada en general con el numeral (700) similar al diseño (500) de la figura 5 presentado en la figura 8 pero con varias modificaciones importantes. El diseño de la antena (700) está realizado en un panel rígido único PCB que tiene una cara superior mostrada en la figura 10a y una cara inferior mostrada en la figura 10b. La figura 10c muestra una vista del lateral.

La cara superior (figura 10a) está dotada de una ranura (104) realizada en el plano de tierra (103) igual que en el diseño (500), pero en este caso existe solamente un interrupción (521) en el plano de tierra (103), mientras que en el otro lado de la cara superior una extensión (724) del reflector está conectada al reflector adaptador (520a) en la cara inferior con intermedio del PTH (523a). De esta forma se crea un intersticio (725) entre el plano de tierra (103) y la prolongación del reflector (724). La ranura (104) no tiene forma de U sino que está plegada adicionalmente en sus extremos.

La cara inferior del diseño de antena (700) que se ha mostrado en la figura 10b, muestra una diferencia importante en comparación con el diseño (500). El punto de excitación (PTH 523) de los reflectores adaptadores (520a) y (520b) no es simétrico, por lo tanto los reflectores de alimentación (522a) y (522b) no son simétricos. Además, en un lado el reflector (520a) ha sido prolongado en la cara superior de la antena conectada con intermedio del (PTH 523a) a la extensión (724) del reflector mientras que en el otro lado el reflector (520b) está plegado creando el reflector de brazo (726).

Por lo tanto, mediante la estructura no simétrica de los reflectores se puede añadir una banda de frecuencia adicional a la antena en banda baja. Al controlar la localización del (PTH 523) la anchura y longitud de cada uno de los reflectores de alimentación (522a) y (522b) cada reflector adaptador (520a) y (520b), el reflector de brazo (726), la extensión (724) del reflector y el intersticio (725) de la antena pueden sintonizar separadamente para funcionar en dos bandas de frecuencia baja.

Otra diferencia consiste en la ausencia del adaptador de sintonización (313) del diseño (500). En vez de ello, el adaptador de sintonización (713) está conectado directamente a la patilla de entrada de señal (108a).

Si bien los reflectores adaptadores mostrados tienen extremo abierto, se apreciará que cada uno de los reflectores adaptadores puede ser puesto a masa también por su extremo, mediante un PTH o incluso directamente en el caso del reflector adaptador ampliado (724).

La figura 11 muestra un diseño de antena indicado en general con un numeral (800) similar al diseño (200) de la figura 5, con dos modificaciones importantes. En primer lugar, la capa eléctricamente conductora (110) que define el reflector es continua y sin ranura en vez de estar formada con una ranura tal como se ha mostrado con el numeral (109) en la figura 5. En segundo lugar, existe otro panel (102') con una capa eléctricamente conductora continua (110'). Este panel (102') está conectado al panel (102) mediante la patilla (112') con intermedio de los PTH (111c) y (111d). Las figuras 11b y 11c presentan la antena en su posición de plegado doble.

La figura 12 muestra una antena, indicada de manera general con un numeral (900), similar a la antena (500) de la figura 8, excepto que en este caso los reflectores adaptadores (520a) y (520b) se encuentran por dentro con respecto a las cargas reactivas (206a) y (206b) de la línea de alimentación (105), respectivamente.

La figura 13 muestra una antena indicada en general con el numeral (1100) en la que la antena está construida sobre un único panel rígido PCB que tiene una cara superior tal como se ha mostrado en la figura 13a y una cara inferior tal como se ha mostrado en la figura 13b. Las dos ranuras (104) y (104') realizadas en el plano de tierra (103) tienen una construcción de alimentación dual y simétrica. La línea de alimentación (105) y las cargas reactivas (206a) y (206b) excitan simétricamente la ranura (104). La línea de alimentación (105') con sus cargas reactivas (206a) y (206b) actúa de modo igual con respecto a la ranura (104'). Las impedancias combinadas de cada ranura con sus cargas reactivas y su línea de alimentación son sumadas en paralelo a las patillas de entrada (108). Si bien, el diseño mostrado en este caso es totalmente simétrico, las ranuras (104) y (104'), las líneas de alimentación (105) y (105'), las cargas reactivas (206) y (206') y el punto de excitación de cada uno de ellos puede ser asimétrico.

La figura 13c muestra una vista lateral de la antena (1100) en la que el lado superior y el lado inferior de la antena pueden ser distintos.

La figura 14 muestra una antena indicada de manera general con el numeral (1200), similar a la antena (1100) (figura 13) excepto que las ranuras (104) y (104') realizadas en el plano de tierra (103) tienen un único punto de alimentación y una única línea de alimentación (205). La línea de alimentación (205) tiene una sección transformadora entre las dos ranuras para mejorar el acoplamiento. De este modo ambas ranuras tienen una única carga reactiva. Las impedancias son sumadas en este caso en serie. Las ranuras (104) y (104') tienen una estructura simétrica pero ello no es esencial. La figura 14a muestra la cara superior y la figura 14b el lado inferior mientras que la figura 14c es una vista lateral.

La figura 15 muestra una antena indicada en general con el numeral (1300) similar a la antena (100) de la figura 3 excepto que la ranura (1309) realizada en la continuación de tierra (110) del panel (102) tiene extremos abiertos en ambos lados. De esta manera, ambos brazos idénticos y paralelos (1309a) y (1309b) conectados por el puente (1309c) son abiertos en un extremo. Los brazos laterales (1309a) y (1309b) pueden ser distintos entre si teniendo la construcción asimétrica. El plano conductor eléctrico (110) es por lo tanto flotante.

Si bien la invención ha sido descrita con respecto a diferentes realizaciones preferentes, se apreciará que estas se han indicado solamente con objetivos de ejemplo y que se pueden realizar muchas otras variaciones de la invención. Por ejemplo, cualquiera de las construcciones de antena que se han descrito puede incluir cualquiera de las patillas de alimentación descritas en cualquier ángulo con respecto al PCB principal. Las trayectorias conductoras desde una cara de un sustrato a la cara opuesta pueden ser patillas conductoras, orificios con recubrimiento PTH o ambos. El número de patillas de alimentación de señal puede variar de acuerdo con la aplicación particular; por ejemplo, en algunas aplicaciones puede ser deseable disponer de una patilla de señal y de un conjunto circular de patillas de tierra (por ejemplo cuatro), para simular una alimentación coaxial.

Otras muchas variaciones, modificaciones y aplicaciones de la invención serán evidentes para los técnicos en la materia.

Claims (24)

1. Antena de bandas múltiples que es resonante y radiante en una banda de alta frecuencia, que comprende:

un sustrato dieléctrico (101) que tiene caras opuestas;

una capa eléctricamente conductora (103) que sirve como plano de tierra de antena en una cara del sustrato dieléctrico;

una línea de alimentación eléctricamente conductora (105) soportada sobre la cara opuesta del sustrato dieléctrico, teniendo dicha línea de alimentación, como mínimo un extremo de alimentación y un extremo de carga; y

una ranura (104) formada en dicho plano de tierra (103) que tiene un lado de alimentación y un lado de carga con respecto a dicho extremo de alimentación y extremo de carga, estando acoplada electromagnéticamente dicha ranura (104) con dicha línea de alimentación (105) de manera tal que dicha ranura es resonante y radiante a dicha banda de alta frecuencia;

en la que dicha antena comprende además otro conductor eléctrico (110; 315; etc.) conectado eléctricamente a dicho plano de tierra (103) para actuar como continuación del mismo,

caracterizada porque dicho conductor eléctrico adicional está conectado eléctricamente al plano de tierra de la antena (103) en un borde del plano de tierra (103) y acoplado electromagnéticamente a dicha ranura, como mínimo, en una banda de frecuencia baja y dimensionado y situado de manera tal que provoque que dicha antena sea resonante y radiante también a dicha frecuencia o frecuencias de banda baja.

2. Antena según la reivindicación 1, en la que el otro conductor eléctrico (110; 315; etc.) está conectado eléctricamente al plano de tierra de la antena (103) en el lado de carga de la ranura.

3. Antena según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en la que el otro conductor eléctrico mencionado adopta también la forma de una capa eléctricamente conductora y actúa también como reflector.

4. Antena según la reivindicación 3, en la que dicha capa eléctricamente conductora (315) es continua y sin ranuras.

5. Antena según la reivindicación 3, en la que dicha capa eléctricamente conductora (315) está formada con una ranura (109) cerrada por ambos extremos (109a, 109b).

6. Antena según la reivindicación 3, en la que dicha capa eléctricamente conductora (315) está dotada con una ranura (109) abierta, como mínimo, en un extremo (109d).

7. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho conductor eléctrico adicional es un conductor (315) conformado para definir, como mínimo, un reflector adaptador (316a, 316b).

8. Antena según la reivindicación 7, en la que dicho plano de tierra (103) está interrumpido en su lado alineado con dicho reflector adaptador (316a, 316b).

9. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho conductor eléctrico adicional está conformado para definir dos reflectores adaptadores (316a, 316b) cada uno de ellos conectado eléctricamente a dicho plano de tierra (103) por una alimentación de reflector (318a, 318b).

10. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho conductor eléctrico adicional está soportado sobre un segundo substrato dieléctrico (102) fijado a un cierto ángulo con dicho substrato dieléctrico (101) del plano de tierra (103) para formar un conjunto en el que las dos capas eléctricamente conductoras están eléctricamente conectados entre si.

11. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho substrato dieléctrico (101) es flexible; está formado en una parte con dicho plano de tierra (103), línea de alimentación (105) y ranura (104) y en otra parte con dicho conductor eléctrico adicional (315); y está plegado según un ángulo predeterminado (figuras 6b, 6c) con dos capas eléctricamente conductoras conectadas entre si.

12. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho conductor eléctrico adicional (520a, 520b) es soportado sobre el mismo substrato dieléctrico (500) que dicho plano de tierra (103).

13. Antena según la reivindicación 12, en la que dicho conductor eléctrico adicional (520a, 520b) es soportado sobre la misma cara de dicho substrato dieléctrico (500) que dicha línea de alimentación (105) pero está aislado de la misma.

14. Antena según la reivindicación 12, en la que dicho conductor eléctrico adicional (520a, 520b) adopta la forma de uno o varios reflectores adaptadores.

15. Antena según la reivindicación 1, en la que dicha ranura (104) del plano de tierra (103) es curvada.

16. Antena según la reivindicación 1, en la que dicha línea de alimentación (105) comprende, como mínimo, un par de extremos de alimentación (105a, 105b) y un divisor de potencia que divide la potencia entre el mencionado par de extremos de alimentación.

17. Antena según la reivindicación 1, en la que cada uno de los extremos de alimentación (105) comprende un cambio de dimensiones para adaptar la impedancia de la parte respectiva de la ranura (104) en el lado de alimentación de la ranura.

18. Antena según la reivindicación 1, en la que cada uno de los extremos de carga (106) comprende un cambio de dimensiones para adaptar la impedancia de la parte respectiva de la ranura (104) al lado de carga de la ranura.

19. Antena según la reivindicación 1, en la que cada extremo de carga (106) de la línea de alimentación (105) comprende una carga reactiva (106a, 106b).

20. Antena según la reivindicación 1, en la que dicha ranura (104) del plano de tierra (103) está cerrada por ambos extremos (figura 3).

21. Antena según la reivindicación 1, en la que la ranura (104) del plano de tierra (103) está abierta por lo menos por un extremo (figura 4).

22. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho plano de tierra (103) está dotado de dos ranuras curvadas (104, 104', figura 13) electromagnéticamente acopladas a dicha línea de alimentación.

23. Antena según la reivindicación 1, en la que dicho plano de tierra (103) está formado por dos ranuras curvadas (104, 104', figura 13) y dicho substrato dieléctrico comprende dos líneas de alimentación (105, 105') acopladas electromagnéticamente a las dos ranuras curvadas mencionadas.

24. Dispositivo móvil de comunicación que incorpora una antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.