ES2324204T3 - Dispositivo mediante una antena. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (1) de antena que comprende un conductor (2) helicoidal, en el que un conductor (12) de un cable (10) conector está acoplado eléctricamente a una primera parte (2a) de extremo del conductor (2) helicoidal del dispositivo (1) de antena, y otro conductor (14) del cable (10) conector está acoplado eléctricamente a un punto (2b) de conexión, estando ubicado el punto (2b) de conexión en el conductor (2) helicoidal, entre la primera parte (2a) de extremo y una segunda parte (2c) de extremo del conductor helicoidal, caracterizado porque el conductor (2) helicoidal del dispositivo (1) de antena está enrollado alrededor de un tubo (4) de ferrita o barra de ferrita, y la segunda parte (2c) de extremo del conductor (2) helicoidal está libre y no conectada.
Description
Dispositivo mediante una antena.
Esta invención se refiere a una antena de
transmisión y recepción que tras su conexión con un dispositivo
adecuado genera y/o es sensible principalmente a la parte magnética
de un campo electromagnético.
Con frecuencia, la teoría de antenas se basa en
sí misma en una única antena dipolo que en la bibliografía se
denomina antena "dipolo Hertziano". Este tipo de antena es muy
corto con respecto a la longitud de onda del campo
electromagnético. La radiación electromagnética de la antena dipolo
depende en gran parte de la dirección en cuestión, con respecto al
eje principal de la antena. Así, la antena dipolo es una antena
sensible a la dirección. Vista en relación con una antena
imaginaria con la misma radiación en todas las direcciones, la
antena dipolo tendrá, para la misma potencia de entrada, sin tener
en cuenta las pérdidas, en algunas direcciones una mayor radiación
que la antena imaginaria, y en otras direcciones menos radiación. La
relación entre la máxima intensidad de radiación de la antena
direccional y la intensidad de radiación uniforme de la antena
imaginaria se denomina ganancia, y es una expresión de la
sensibilidad direccional de una antena.
Sin embargo, una antena real no radia toda la
entrada. Es costumbre considerar una antena como un circuito en el
que una resistencia de antena que representa la potencia radiada,
una resistencia óhmica que representa la pérdida de potencia por
ejemplo a través del calentamiento de la antena y una impedancia de
reflexión que representa el potencial de la antena para devolver
parte de la entrada al transmisor conectado a la antena, están
conectados en serie. Las pérdidas óhmicas en una antena establecen
restricciones considerables, por ejemplo, sobre el uso de ferrita
en antenas de transmisión, dado que el sobrecalentamiento cambia la
propiedad magnética de la ferrita. Debido a su propiedad magnética,
la ferrita se usa ampliamente en antenas de recepción. El documento
US-A-4644366 da a conocer una antena
de tarjeta de circuito impreso compacto que puede adaptarse a una
amplia banda de frecuencias, incluyendo frecuencias muy bajas. La
antena incluye un inductor tridimensional formado sobre la tarjeta,
una banda conductora periférica en un lado de la tarjeta que
proporciona una capacidad distribuida al extremo de la antena y un
conductor periférico en el lado opuesto de la tarjeta que
proporciona una capacidad a tierra para sintonizar la antena con la
frecuencia, y un punto de alimentación de línea de transmisión que
proporciona una adaptación de impedancia a la línea de transmisión
de cable plano de circuito impreso asociada sin el uso de circuitos
de adaptación de impedancia. Los dos conductores del cable coaxial
están conectados a una bobina en un extremo de la bobina y en una
parte de la bobina que está situada entre las dos partes de extremo
de la bobina. La bobina consiste en dos conductores que están
dispuestos en lados opuestos de una placa dieléctrica de circuito
impreso.
Desde que se descubrió el campo
electromagnético, el desarrollo de antenas se ha centrado en mejorar
la relación entre los tipos de resistencia en una antena,
corrigiendo y/o adaptando su impedancia al transmisor, y adaptando
la antena a la banda de frecuencias en la que se pretende que
opere.
Un campo electromagnético comprende un campo
eléctrico y un campo magnético. Las antenas más conocidas son
antenas eléctricas prácticamente puras en el sentido de que
generan/son sensibles a campos eléctricos. Un tipo de antena, la
antena de bucle magnético, genera/es en principio sólo sensible a la
parte magnética del campo electromagnético. Se conocen varias
versiones fundamentalmente diferentes de este tipo de antena. Una
variedad comprende una antena en la que muchas espiras del conductor
de antena se han enrollado alrededor de una barra magnética. Con la
transmisión se forma un campo magnético, que se dirige a lo largo
del eje central del devanado. Sin embargo esta solución, que es muy
buena en sí misma, no es adecuada para la transmisión debido a las
pérdidas óhmicas tal como se describió anteriormente, aunque se usa
ampliamente como antena AM en receptores de radio, en los que su
principal desventaja es su gran dependencia direccional.
Las antenas que son principalmente sensibles a
la parte eléctrica del campo electromagnético están influidas por
la multitud de campos eléctricos que rodean la antena. Estos campos
pueden provocar una grave alteración, por ejemplo en un circuito de
radio. Una antena magnética no está sujeta al mismo grado de
alteración de este tipo.
El objetivo de la invención es corregir los
aspectos negativos de la técnica anterior.
El objetivo se consigue según la invención
mediante las características explicadas en la descripción que se
menciona a continuación y en las reivindicaciones adjuntas.
En su configuración básica, la antena comprende
una bobina en la que un conductor de un cable conector está
conectado a una parte de extremo de la bobina y en la que el otro
conductor del cable conector está conectado a la bobina en un punto
entre las dos partes de extremo de la bobina. El número de devanados
de bobina entre los dos puntos de conexión debe adaptarse a la
banda de frecuencias en la que debe operar la antena. La parte de
la bobina que está ubicada entre los puntos de conexión constituye
la parte de alimentación de la antena. El resto de los devanados de
la antena, la parte resonante, que forma una extensión de los
devanados de alimentación, requiere un número de devanados
suficiente para hacer que la antena sea resonante sin el uso de un
condensador u otros dispositivos de sintonización. El devanado
resonante termina en un extremo libre; es decir, el extremo del
hilo de antena en la configuración básica no está acoplado
eléctricamente. Experimentos han demostrado, que los primeros
devanados de la bobina resonante, contados desde el punto conector,
deben tener una cierta separación entre sí para evitar un
calentamiento de la bobina. El resto de los devanados resonantes
puede estar estrechamente enrollado.
Una barra de ferrita fija o móvil, o
alternativamente un tubo de ferrita, puede estar situada dentro de
la bobina en paralelo con el eje central de la bobina. El fin de
esto es aumentar la resistencia de antena de la antena. Usando una
barra de ferrita móvil, puede cambiarse el intervalo resonante de la
antena y adaptarse a la frecuencia del campo electromagnético
pertinente.
Es necesario adaptar el material de ferrita a la
banda de frecuencias que debe cubrir la antena. En el caso de
frecuencias relativamente bajas, puede hacerse uso de barras de
ferrita tales como las que se usan en receptores de onda media. En
el caso de frecuencias superiores, debería usarse una barra de
ferrita que tuviera una permeabilidad inferior, preferiblemente una
fabricada mediante el uso de tecnología de polvos. Para antenas que
deben operar a las frecuencias más altas, ha resultado ser difícil
obtener materiales de ferrita de la permeabilidad deseada,
probablemente porque tales materiales no tienen una gran demanda.
Una regla general es que una banda de frecuencias superiores
requiere que la barra de ferrita tenga una permeabilidad magnética
inferior. Cuando la antena va a usarse sólo como una antena de
recepción, será suficiente usar los mismos materiales que los que se
encuentran en una antena de barra de ferrita convencional.
Las antenas según la invención se distinguen en
sí mismas por la configuración básica que muestra poca ganancia; en
cuanto al patrón de radiación son aproximadamente isotópicas, lo que
significa que no están muy orientadas a la dirección. La baja
resistencia óhmica equivalente permite usar una antena que contiene
una barra de ferrita como una antena de transmisión, también a una
potencia de transmisión considerable. Además, es una gran ventaja
que la antena pueda sintonizarse fácilmente sin el uso de circuitos
de sintonización especiales. Ensayos que se han llevado a cabo
indican que la antena es principalmente una antena magnética. En
comparación con otras antenas de transmisión magnéticas, la antena
según la invención tiene un peso y tamaño físico considerablemente
menor.
La configuración básica de la antena puede
modificarse de varias maneras para adaptarla para fines especiales.
Algunos ejemplos de ello se han descrito en la memoria descriptiva,
en la que se hace referencia a los dibujos adjuntos.
Lo siguiente describe un ejemplo no limitativo
de una realización preferida de la configuración básica de la
antena, junto con diversos ejemplos de posibles modificaciones de la
antena. Las realizaciones se ilustran en los dibujos adjuntos, en
los que:
la figura 1 muestra esquemáticamente la
configuración básica de la antena;
la figura 2 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un condensador de sintonización conectado, según
un ejemplo no reivindicado;
la figura 3 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un condensador de sintonización y una bobina
separada enrollada por la parte resonante de la antena;
la figura 4 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un condensador de sintonización y una bobina
separada enrollada por la parte de alimentación de la antena;
la figura 5 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un condensador de sintonización y una bobina
separada enrollada cerca de la bobina de antena;
la figura 6 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un condensador de sintonización conectado a las
dos partes de extremo del conductor helicoidal, según un ejemplo no
reivindicado;
la figura 7 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con un conductor conectado a la parte de extremo
libre del conductor helicoidal, según un ejemplo no
reivindicado.;
la figura 8 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1 con una cubierta de capacidades conectada a la parte
de extremo libre del conductor helicoidal, según un ejemplo no
reivindicado;
la figura 9 muestra esquemáticamente la antena
de la figura 1, en la que varía el paso de los devanados de bobina;
y
la figura 10 muestra una realización de la barra
de ferrita de la antena en la que las diferentes secciones de la
barra de ferrita tienen diferente permeabilidad.
En los dibujos, el número 1 de referencia indica
una antena según la invención, que comprende un conductor 2
helicoidal que rodea una barra 4 de ferrita fija o móvil. Un
conductor 12 de una línea 10 de conexión conectada a un transmisor
o receptor (no mostrado) está acoplado eléctricamente a una parte 2a
de extremo de la bobina 2. El otro conductor 14 de la línea 10 de
conexión está acoplado eléctricamente a un punto 2b en el conductor
2 helicoidal, estando ubicado el punto 2b en algún lugar entre las
dos partes 2a y 2c de extremo del conductor helicoidal. En esta
configuración básica, la parte 2c de extremo no está acoplada
eléctricamente. La parte de bobina ubicada entre los puntos 2a y 2b
constituye la parte de alimentación de la antena 1, mientras que la
parte de bobina ubicada entre los puntos 2b y 2c constituye la parte
resonante de la antena 1. La antena 1 también funcionará sin usar
la barra 4 de ferrita. La barra 4 de ferrita puede comprender una o
más secciones Xa, Xb, Xc y Xd de ferrita, posiblemente con
diferentes formas y permeabilidades, véase la figura 10, y
posiblemente con secciones conectadas o intermedias fabricadas de
uno o más materiales diferentes.
Mediante el desplazamiento de la barra 4 de
ferrita a lo largo del eje 3 central de la bobina 1 en la dirección
del punto 2a de alimentación, parte del conductor 2 helicoidal cae
fuera de la barra 4 de ferrita. Así, se cambia la frecuencia
resonante de la antena, permitiendo que la antena se adapte a una
banda de frecuencias diferente.
En un ejemplo con una barra 4 de ferrita fija es
posible sintonizar la antena por medio de un condensador 5
conectado a los puntos 2b y 2c, véase la figura 2. Las figuras 3 a 5
muestran realizaciones alternativas diseñadas para sintonizar la
antena 1. En la figura 3, el condensador 5 está acoplado
inductivamente a la antena 1 por medio de una bobina 6. La bobina 6
puede estar enrollada entre o sobre el conductor 2 helicoidal. Es
importante para el funcionamiento del circuito que las bobinas 2 y 6
estén enrolladas en la misma dirección. La ventaja del circuito tal
como se muestra en la figura 3 es que el voltaje del condensador es
relativamente bajo, lo que permite el uso de un condensador 5 con
una pequeña separación entre las placas. En la figura 4, la bobina
6 se sitúa mediante la parte de alimentación de la antena 1. En esta
realización también es importante que las bobinas 2 y 6 estén
enrolladas en la misma dirección. En la figura 5, la bobina 6 está
enrollada para rodear la barra de ferrita cerca del conductor 2
helicoidal. En la figura 6, el condensador está conectado entre las
partes 2a y 2c de extremo de la bobina.
La figura 7 muestra un ejemplo en el que un
conductor 7 convencional está conectado a la parte 2c de extremo
del conductor 2 helicoidal, y en el que puede usarse la longitud del
conductor 7 para sintonizar la antena 1, o bien cambiando
simplemente la longitud del conductor 7 o en combinación con hacer
que la bobina 2 resuene, o por medio de un condensador 5 tal como
se muestra en los dibujos anteriores, o bien moviendo la barra 4 de
ferrita hacia el interior o el exterior de la bobina 2.
En la figura 8, la parte 2c de extremo del
conductor 2 helicoidal está conectada a una cubierta 8 de
capacidades. Este ejemplo es particularmente adecuado cuando es
deseable que la antena no ocupe mucho espacio. La resonancia puede
producirse tal como se ha descrito para la figura 7.
Pueden combinarse dos o más de las realizaciones
mostradas para adaptar la antena para fines especiales.
Claims (5)
1. Dispositivo (1) de antena que comprende un
conductor (2) helicoidal, en el que
un conductor (12) de un cable (10) conector está
acoplado eléctricamente a una primera parte (2a) de extremo del
conductor (2) helicoidal del dispositivo (1) de antena, y otro
conductor (14) del cable (10) conector está acoplado eléctricamente
a un punto (2b) de conexión, estando ubicado el punto (2b) de
conexión en el conductor (2) helicoidal, entre la primera parte
(2a) de extremo y una segunda parte (2c) de extremo del conductor
helicoidal,
caracterizado porque el conductor (2)
helicoidal del dispositivo (1) de antena está enrollado alrededor de
un tubo (4) de ferrita o barra de ferrita, y
la segunda parte (2c) de extremo del conductor
(2) helicoidal está libre y no conectada.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo (4) o barra de ferrita comprende
una o más secciones de ferrita.
3. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque el tubo (4) o barra de ferrita comprende
secciones conectadas o intermedias entre las secciones de ferrita,
estando fabricadas las secciones conectadas o intermedias de uno o
más materiales diferentes.
4. Dispositivo según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo (4)
o barra de ferrita está dotado de una permeabilidad variable en la
dirección desde la primera parte (2a) de extremo del conductor (2)
helicoidal hasta la segunda parte (2c) de extremo del conductor (2)
helicoidal.
5. Dispositivo según una o más de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso del
conductor (2) helicoidal varía a lo largo del tubo (4) o barra de
ferrita.
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