ES2321144T3 - Antena de banda ancha de adaptacion. - Google Patents
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Abstract
Antena (1; 10) que comprende: - por lo menos un elemento radiante longitudinal central (2; 11), - por lo menos un elemento exterior (3; 12) que comprende por lo menos un arrollado de una hoja eléctricamente conductora (5) dispuesta alrededor del elemento radiante central, sin contacto eléctrico entre ellos, caracterizada porque el elemento exterior (3; 12) presenta una altura estrictamente decreciente o alternativamente creciente y decreciente a lo largo del arrollado.
Description
Antena de banda ancha de adaptación.
La presente invención se refiere a una antena de
banda ancha con conservación de diagrama de radiación.
Existe un cierto número de topologías de antena
de banda ancha en términos de VSWR (voltage standing wave
ratio) (relación entre tensión y proporción de ondas
estacionarias) susceptibles de ser utilizadas en diferentes campos
de aplicación (comercial, militar, industrial, ...).
Así, a título de ejemplos, las topologías más
extendidas son: las antenas independientes de la frecuencia
(espiral, log-periódica), y los dipolos de banda
ancha (elíptica, volúmica, planar...). Estas topologías se pueden
utilizar en el marco de la realización de antenas directivas u
omnidireccionales.
Con otra forma, el aumento de la banda pasante
se puede realizar mediante la adición de un circuito de adaptación
(matching network), que puede incorporar una cantidad
variable de componentes discretos o pseudolocalizados (capacidades,
inductancias, resistencias, transformadores, etc.)
Uno de los problemas asociados con la
introducción de un circuito de adaptación reside en las limitaciones
físicas inducidas por la utilización de componentes. Así, estas
soluciones no permiten de ninguna manera modificar o conformar las
características de radiación del elemento radiante elemental.
Además, un circuito de adaptación reducirá la eficacia y el
comportamiento en potencia intrínseca del elemento radiante. Sin
embargo, la utilización de las topologías de banda ancha citadas
anteriormente no permite, a pesar de ciertas propiedades de
conformación de la radiación, realizar unas estructuras compatibles
con la totalidad de las aplicaciones.
Así, con respecto a su factor de forma, estas
antenas deben presentar unas dimensiones parecidas a la longitud de
ondas. Además, para obtener una cobertura omnidireccional, los
factores de formas clásicas (antenas filares), no se pueden respetar
y por ello complican la integración de antenas con conservación de
haz en unas aplicaciones de tipo portátil o vehicular.
Con la aparición de nuevas normas de
comunicaciones que utilizan unas señales temporales, estas antenas
adolecen asimismo de problemas de dispersión con respecto a la
posición del centro de fase que dificultan, si no imposibilitan, la
utilización de dichos sistemas.
Sin embargo, se han desarrollado varias
estructuras en la óptica de evitar los problemas mencionados
anteriormente.
Se conoce a partir de la patente US nº 6.339.409
una antena constituida por el arrollado de una única hoja
eléctricamente conductora que presenta una forma de triángulo
rectángulo.
La solicitud de patente US 2006/0071873 describe
una antena tal como se ha mencionado anteriormente, conectada a un
disco que forma una masa.
La patente US nº 4.527.163 describe una antena
monobanda que comprende un elemento exterior constituido por una
hoja recortada que presenta una forma de Y.
La presente invención prevé en particular evitar
los inconvenientes mencionados anteriormente relacionados con las
antenas conocidas por medio de una construcción innovadora.
La invención tiene así por objeto una antena que
comprende:
- -
- por lo menos un elemento radiante longitudinal central,
- -
- por lo menos un elemento exterior que comprende por lo menos un arrollado de una hoja eléctricamente conductora dispuesto alrededor del elemento radiante central, sin contacto eléctrico entre ellos, presentando el elemento exterior una altura estrictamente decreciente o alternativamente creciente y decreciente a lo largo del arrollado.
La antena según la invención se puede utilizar
sola o como elemento de antena en una red de antenas idénticas o
diferentes y, según el caso, en contacto o no con una masa.
En un ejemplo de realización de la invención, la
hoja eléctricamente conductora que constituye el elemento exterior
comprende un primer lado que define la altura máxima del elemento
exterior y un segundo lado, en particular perpendicular al primero,
que define la base del elemento exterior.
La hoja conductora puede presentar por ejemplo
una forma de triángulo rectángulo o comprender un tercer lado que
une los dos primeros y que presenta una forma exponencial
decreciente.
Como variante, la hoja conductora puede
comprender un tercer lado que une los primer y segundo lados y que
está constituido por una sucesión de dentados.
La altura mínima del elemento exterior puede ser
nula o, como variante, no nula.
La hoja conductora puede presentar por ejemplo
una forma de triángulo rectángulo, truncado o no en un vértice.
En un ejemplo de realización de la invención, el
elemento exterior comprende un arrollado de una hoja conductora que
presenta una forma de triángulo isósceles cuya base define la altura
máxima del elemento exterior.
El elemento exterior puede estar arrollado en
espiral, en particular en espiral de paso variable, en particular en
espiral logarítmica.
El perfil de la hoja que constituye el elemento
exterior puede ser continuo o estar constituido por una sucesión de
partes planas.
El arrollado de la hoja conductora se puede
realizar desde uno u otro de los extremos de ésta, y del interior
hacia el exterior, o del exterior hacia el interior con respecto al
elemento radiante central.
El elemento radiante central puede ser de
cualquier tipo.
Por ejemplo, el elemento radiante puede ser de
tipo dipolar, en particular un dipolo impreso o cilíndrico.
El elemento exterior puede ser considerado como
un transformador de impedancia cuando éste está dispuesto para
funcionar sin contacto con una masa y únicamente por acoplamiento
electromagnético. La antena se denomina entonces "de perfil
continuo".
En otro ejemplo de realización de la invención,
el elemento exterior está dispuesto para funcionar en contacto con
una masa y puede ser considerado como una extensión de esta masa. La
antena se denomina entonces "de manguito adaptativo".
El elemento radiante puede ser un monopolo, un
dipolo, una hélice, una elipse o una combinación de estos
elementos.
El elemento radiante puede ser un dipolo impreso
o cilíndrico, por ejemplo.
Todos los elementos de la antena pueden estar
realizados a partir de materiales conductores o comprender unas
tarjetas de circuito impreso.
El elemento radiante central y el elemento
exterior pueden estar rodeados por un material dieléctrico, en
particular estando por lo menos parcialmente embebidos en el
material dieléctrico. Como variante, se puede utilizar un material
dieléctrico en hoja arrollada alrededor del elemento radiante
central y del elemento exterior.
Independientemente de que el elemento exterior
esté asociado a una masa o no, y según la periodicidad de este
elemento exterior, la antena según la invención puede ser de banda
ultra ancha o de tipo multibanda.
La adaptación de banda ancha así como la gran
eficacia de la antena según la invención permite el funcionamiento
de ésta a alta potencia.
La invención permite además la miniaturización
de la antena, con unas dimensiones del orden de la décima de la
longitud de onda.
La antena según la invención puede así ser
utilizada en cualquier tipo de aplicación, en particular para
aparatos portátiles o vehiculares.
Se puede utilizar en particular para
aplicaciones móviles, en particular en el campo de los aparatos
portátiles o de los vehículos, o, como variante, ser utilizada en
infraestructuras, por ejemplo en el campo de las estaciones de
base.
La invención permite además obtener un diagrama
de radiación seleccionado para ser direccional, sectorial (puesta de
la antena en red) u omnidireccional.
La invención permite en particular las ventajas
siguientes:
- -
- la obtención de un diagrama de radiación sustancialmente constante, en modo dipolar, directivo u otro, sobre su banda de funcionamiento,
- -
- una gran eficacia debido a la topología de la antena,
- -
- la conservación de su característica de banda ancha en un gran número de entornos de integración, en particular en un entorno que utiliza un plano de masa,
- -
- un volumen reducido a la vista de su característica de banda ancha.
La invención se pondrá más claramente de
manifiesto a partir de la lectura de la descripción detallada
siguiente, de ejemplos de realización no limitativos de la
invención, y del examen del dibujo adjunto, en el que:
- la figura 1 representa, esquemática y
parcialmente, una antena con un elemento radiante dipolar de acuerdo
con la invención,
- la figura 2 es una vista esquemática superior
de la antena de la figura 1,
- la figura 3 representa, esquemática y
parcialmente, la hoja conductora que sirve para formar el elemento
exterior de la antena de la figura 1,
- las figuras 4 a 7 representan, esquemática y
parcialmente, otros ejemplos de hojas que se pueden utilizar para
formar el elemento exterior de la antena según la invención, y
- la figura 8 representa, esquemática y
parcialmente, una antena monopolar de acuerdo con un ejemplo de
realización de la invención.
Se ha representado en la figura 1 una antena 1
denominada "de perfil continuo" que comprende un elemento
radiante central 2 de tipo dipolar de eje longitudinal X y un
elemento exterior 3, parcialmente calificado de parásito
representado a trazos discontinuos, que rodea el elemento radiante
2.
La antena 1 ilustrada comprende un material
dieléctrico 4 en el que están embebidos por lo menos parcialmente el
elemento radiante 2 y el elemento exterior 3.
Como variante, el elemento radiante 2 y el
elemento exterior 3 pueden estar separados por aire.
El elemento radiante 2 puede ser de cualquier
tipo, por ejemplo un dipolo impreso o cilíndrico, y presentar la
forma de un vástago.
El elemento exterior 3 puede ser considerado
como una carga adaptativa, y no está conectado a ninguna masa.
En el ejemplo considerado, el elemento exterior
3 está constituido por un arrollado de una hoja eléctricamente
conductora 5 que presenta una forma de triángulo isósceles, como se
ilustra en la figura 3. Como variante, la forma del triángulo podría
ser cualquiera.
La hoja 5 puede ser arrollada según una espiral,
por ejemplo una espiral de paso variable, como se puede observar en
la figura 2.
La altura máxima H del elemento exterior 3
medida según el eje X corresponde a la longitud H de la base del
triángulo isósceles de la hoja 5.
En el ejemplo considerado, la altura mínima del
elemento exterior 3 a lo largo del arrollado es nulo, que
corresponde al vértice S del triángulo isósceles opuesto a la
base.
La antena 1 puede ser del tipo de banda de
adaptación ultra ancha.
El elemento exterior 3 puede presentar otras
formas.
Por ejemplo, como se ha ilustrado en la figura
4, el elemento exterior 3 puede estar formado a partir de una hoja
conductora 5 que presenta una forma de triángulo rectángulo.
Como variante, la hoja conductora 5 puede
presentar una forma de triángulo rectángulo truncado, de manera que
el elemento exterior 3 presenta una altura mínima a lo largo del
arrollado que es no nula.
Como se ilustra en la figura 6, la hoja
conductora 5 puede presentar como variante dos lados perpendiculares
y un tercer lado que presenta una forma curvilínea de tipo
exponencial decreciente.
Como se ilustra en la figura 7, la hoja
conductora 5 puede presentar un lado constituido por una sucesión de
dentados, variando la altura del elemento exterior a lo largo del
arrollado siendo alternativamente creciente y decreciente.
Se ha representado en la figura 8 una antena 10
denominada "de manguito adaptativo" de acuerdo con otro ejemplo
de realización de la invención.
Esta antena 10 es de tipo monopolo, y comprende
un elemento radiante central 11, un elemento exterior 12 arrollado
alrededor del elemento radiante 11 y una masa 13, a la que está
conectado el elemento exterior 12. El elemento exterior puede estar
realizado de una sola pieza con la masa.
Los elementos 11 y 12 pueden estar realizados en
un material conductor o, como variante, a partir de tarjetas de
circuito impreso.
También como variante, el elemento radiante 11
puede ser del tipo dipolar.
El elemento exterior 12 puede ser considerado
como una extensión de la masa 13.
En el ejemplo considerado, el elemento exterior
12 está constituido por un arrollado de una hoja que presenta una
forma de triángulo rectángulo.
El elemento exterior 12 puede, evidentemente,
presentar otra de las formas descritas anteriormente.
La antena 10 puede permitir obtener una banda de
adaptación ultra ancha.
La influencia de la masa 13 sobre el
funcionamiento de la antena puede ser extremadamente débil gracias a
la invención.
El elemento radiante 11 puede ser monobloque o
estar constituido por varios elementos ensamblados.
En los ejemplos ilustrados, el elemento radiante
central y el elemento exterior son concéntricos.
Como variante, el elemento radiante central
podría estar descentrado con respecto al elemento exterior.
Claims (13)
1. Antena (1; 10) que comprende:
- -
- por lo menos un elemento radiante longitudinal central (2; 11),
- -
- por lo menos un elemento exterior (3; 12) que comprende por lo menos un arrollado de una hoja eléctricamente conductora (5) dispuesta alrededor del elemento radiante central, sin contacto eléctrico entre ellos, caracterizada porque el elemento exterior (3; 12) presenta una altura estrictamente decreciente o alternativamente creciente y decreciente a lo largo del arrollado.
2. Antena según la reivindicación 1,
caracterizada porque la hoja conductora (5) presenta un
primer lado que define una altura máxima (H) del elemento exterior y
un segundo lado, en particular perpendicular al primero, que define
una base del elemento exterior.
3. Antena según la reivindicación 2,
caracterizada porque la hoja conductora (5) presenta una
forma de triángulo rectángulo.
4. Antena según la reivindicación 2,
caracterizada porque la hoja conductora comprende un tercer
lado que une los dos primeros y que presenta una forma exponencial
decreciente.
5. Antena según la reivindicación 2,
caracterizada porque la hoja conductora comprende un tercer
lado que une los primer y segundo lados y está constituido por una
sucesión de dentados.
6. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la altura
mínima del elemento exterior es no nula.
7. Antena según la reivindicación 1,
caracterizada porque el elemento exterior comprende un
arrollado de una hoja conductora (5) que presenta una forma de
triángulo isósceles cuya base define la altura máxima (H) del
elemento exterior.
8. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento
exterior está arrollado en espiral, en particular en espiral de paso
variable.
9. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el elemento
exterior está dispuesto para funcionar sin contacto con una
masa.
10. Antena según la reivindicación 9,
caracterizada porque el elemento radiante central (2) es un
dipolo.
11. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque el elemento
exterior está dispuesto para funcionar en contacto con una masa
(13).
12. Antena según la reivindicación 11,
caracterizada porque el elemento radiante central (11) es un
monopolo.
13. Antena según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizada porque comprende
un material dieléctrico (4) que rodea el elemento radiante central y
el elemento exterior.
Applications Claiming Priority (2)
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