ES2908138T3 - Conjunto de antenas de ranura de línea radial reconfigurable - Google Patents

Conjunto de antenas de ranura de línea radial reconfigurable Download PDF

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Halim Boutayeb
Marek Klemes
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Abstract

Una antena (200) que comprende: una guía de ondas radial (201), que define una región de guía de ondas (203) entre primera y segunda superficies (206, 208) opuestas; una sonda de radiofrecuencia, RF, (216), dispuesta en la región de guía de ondas (203) para generar señales de RF; una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante (270), dispuestos en la primera superficie (206) para emitir las señales de RF desde la región de guía de ondas (203); una pluralidad de elementos conductores (214) separados dispuestos dentro de la región de guía de ondas (203); una pluralidad de elementos sintonizables (242), comprendiendo cada elemento sintonizable una bobina de choque de RF (248), de un cuarto de longitud de onda, acoplado a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a uno respectivo de los elementos conductores (214); una pluralidad de líneas de control de CC (252), estando conectada cada línea de control de CC a al menos uno de los elementos sintonizables (242) para ajustar su capacitancia variable; y un circuito de control (258), acoplado a las líneas de control de CC (252) y configurado para aplicar selectivamente valores de corriente CC para ajustar las capacitancias variables de los elementos sintonizables (242) para controlar una dirección de propagación de las señales de RF de la sonda de RF.

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de antenas de ranura de línea radial reconfigurable
Campo técnico
La presente invención se refiere al diseño de antenas y, en realizaciones particulares, a un aparato y un método para un conjunto de antenas de ranura de línea radial reconfigurable.
Antecedentes
Los transmisores inalámbricos modernos de señales o antenas de radiofrecuencia (RF) realizan una dirección de haz para manipular la dirección de un lóbulo principal de un patrón de radiación y lograr una selectividad espacial mejorada. Las técnicas convencionales de dirección de haz se basan en la manipulación de la fase de las señales de RF a través de una serie de cambiadores de fase y conmutadores de RF. La inclusión de cambiadores de fase, conmutadores de RF y otros componentes complejos aumentan el coste de fabricación y la complejidad del diseño de las antenas ágiles. En consecuencia, se desean diseños de antenas ágiles menos complejos con capacidades de banda ancha.
El documento WO 2016/000577 da a conocer un aparato y un método que describen un conjunto de antenas cilíndricas ágiles de banda ancha polarizada dual con guías de ondas radiales reconfigurables. El documento US 6396440 da a conocer un aparato de antena de conjunto en fase.
Compendio de la invención
Las estructuras de antenas de guías de onda radiales existentes que permiten la dirección del haz a menudo se basan en configuraciones que no son eficientes en cuanto al espacio, o que dependen de componentes o conjuntos costosos. Se describen realizaciones a modo de ejemplo en las que están dispuestos elementos de desplazamiento de fase cargados capacitivamente para efectuar la dirección del haz en una estructura de guía de ondas radial que incluye una serie de elementos de antena de ranura.
Según un primer aspecto que forma parte de la invención, está dispuesta una antena que incluye una guía de ondas radial que define una región de guía de ondas entre primera y segunda superficies opuestas. Una sonda de radiofrecuencia (RF) está dispuesta en la región de la guía de ondas para generar señales de RF, y una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante están dispuestos en la primera superficie para emitir las señales de RF desde la región de la guía de ondas. Una pluralidad de elementos conductores separados entre sí, están dispuestos dentro de la región de la guía de ondas. La antena incluye una pluralidad de elementos sintonizables, comprendiendo cada elemento sintonizable una inductancia de RF de un cuarto de longitud de onda acoplada a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a uno de los elementos conductores respectivos. Están dispuestas una pluralidad de líneas de control de CC (corriente continua), estando conectada cada línea de control de CC a al menos uno de los elementos sintonizables para ajustar su capacitancia variable. Un circuito de control está acoplado a las líneas de control de CC y configurado para aplicar selectivamente valores de corriente de CC para ajustar las capacitancias variables de los elementos sintonizables para controlar una dirección de propagación de las señales de RF de la sonda de RF.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, cada uno de los elementos sintonizables comprende una resistencia protectora que acopla el inductor de RF a la línea de control de CC.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la guía de ondas radial comprende una primera placa circular, que define la primera superficie, y una segunda placa circular, que define la segunda superficie, extendiéndose los elementos de antena de ranura radiante a través de la primera placa circular.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, cada uno de los elementos conductores se extiende entre la primera y la segunda placa circular, y los elementos sintonizables están dispuestos en la segunda placa circular.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la sonda de RF puede estar situada en un centro de la región de la guía de ondas y los elementos conductores dispuestos en un patrón periódico radial y circunferencial alrededor de la sonda de RF.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, los elementos de antena de ranura están dispuestos en un anillo sobre la primera placa circular, estando los elementos de antena de ranura a una distancia radial de la sonda mayor que los elementos conductores.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, al menos algunas de las líneas de control de CC pueden estar conectadas a dos o más de los elementos sintonizables.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, al menos algunos de los elementos de antena de ranura tienen la misma forma y dimensiones, pero están orientados en diferentes direcciones.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, los elementos de antena de ranura tienen la misma forma y dimensiones y están orientados en una dirección común con respecto a la sonda de RF.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, al menos algunos de los elementos de antena de ranura pueden incluir primera y segunda ranuras radiantes.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, las primera y segunda ranuras se cruzan entre sí en ángulos rectos.
Según un segundo aspecto que forma parte de la invención, existe un método para dirigir señales de RF de haz, que comprende: proporcionar una estructura de guía de ondas radial que incluye: una región de guía de ondas entre las primera y segunda superficies opuestas; una sonda de radiofrecuencia (RF) dispuesta en la región de la guía de ondas para generar señales de RF; una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante, dispuestos en la primera superficie para emitir las señales de RF desde la región de la guía de ondas; una pluralidad de elementos conductores, separados entre sí, dispuestos dentro de la región de la guía de ondas; y una pluralidad de elementos sintonizables, comprendiendo cada elemento sintonizable una inductancia de RF de un cuarto de longitud de onda acoplada a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a uno de los elementos conductores respectivos. El método incluye controlar, con un microcontrolador, las capacitancias variables de los elementos sintonizables para controlar una dirección de propagación de las señales de RF dentro de la región de la guía de ondas.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la guía de ondas radial comprende una primera placa circular, que define la primera superficie, y una segunda placa circular, que define la segunda superficie, extendiéndose los elementos de antena de ranura radiante a través de la primera placa circular, extendiéndose cada uno de los elementos conductores entre las primera y segunda placas circulares y estando dispuestos los elementos sintonizables en la segunda placa circular.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la sonda de RF está situada en el centro de la región de la guía de ondas y los elementos conductores están dispuestos en un patrón periódico radial y circunferencial alrededor de la sonda de RF, y los elementos de antena de ranura están dispuestos en un anillo en la primera placa circular, los elementos de antena de ranura están a una distancia radial de la sonda mayor que los elementos conductores.
Según un ejemplo que no forma parte de la invención, está dispuesta una estructura de antena de guía de ondas radial, que comprende: primera y segunda placas circulares, que definen una región de guía de ondas radial entre ellas; una sonda de radiofrecuencia (RF), dispuesta centralmente en la región de la guía de ondas, para generar señales de RF; una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante, dispuestos en la primera superficie, para emitir las señales de RF desde la región de la guía de ondas; y una pluralidad de variadores de fase, cada uno de los cuales comprende un inductor de RF acoplado a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a un elemento conductor dispuesto en la región de la guía de ondas. Las capacitancias variables de los variadores de fase son ajustables, para controlar una dirección de propagación de las señales de RF dentro de la región de la guía de ondas.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la inductancia de RF es una inductancia de RF de un cuarto de longitud de onda, y cada una de las capacitancias variables es controlada mediante señales de control de CC aplicadas a las mismas a través de las inductancias de RF.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, la sonda de RF está situada en un centro de la región de la guía de ondas, los elementos conductores están dispuestos en un patrón periódico alrededor de la sonda de RF, y los elementos de antena de ranura están dispuestos en un anillo en la primera placa circular.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, los elementos de antena de ranura están dispuestos a una distancia radial de la sonda mayor que los elementos conductores.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, al menos algunos de los elementos de antena de ranura incluyen primera y segunda ranuras radiantes.
Opcionalmente, en cualquiera de los ejemplos anteriores, las primera y segunda ranuras se cruzan entre sí en ángulos rectos.
Breve descripción de los dibujos
Para una comprensión más completa de la presente invención y de las ventajas de la misma, a continuación, se hace referencia a las siguientes descripciones, tomadas junto con el dibujo adjunto, en el cual:
la figura 1 ilustra un diagrama de una red inalámbrica para comunicar datos;
la figura 2 es una vista isométrica superior y frontal de una antena de ranura de línea radial reconfigurable, según realizaciones a modo de ejemplo;
la figura 3 es una vista isométrica de la antena de la figura 2, con una placa superior de la antena parcialmente cortada, que muestra una estructura interna de la antena;
la figura 4 es una vista lateral, en sección, esquemática, de la antena de la figura 2;
la figura 5 es una vista superior de la antena de la figura 2 sin una placa superior de la misma;
la figura 6 es una vista desde abajo de la antena de la figura 2;
la figura 7 es una vista esquemática de un circuito de elementos sintonizables de la antena de la figura 2, según un ejemplo de realización;
la figura 8 es una vista superior de la antena de la figura 2;
la figura 9 es una vista superior de otra realización de la antena de la figura 2;
la figura 10 ilustra patrones de radiación de señal de RF simulados de una antena que resultan de variaciones en la carga capacitiva, según realizaciones a modo de ejemplo; y
la figura 11 es una vista superior de otro ejemplo de realización de una antena.
Los números y símbolos correspondientes en los diferentes dibujos se refieren, en general, a partes correspondientes, a menos que se indique otra cosa. Los dibujos están dibujados para ilustrar claramente los aspectos relevantes de las realizaciones, y no están necesariamente dibujados a escala. Los términos que describen una orientación tal como superior, inferior, frontal, posterior, izquierda y derecha se utilizan en esta invención como términos relativos.
Descripción detallada de realizaciones ilustrativas
En el presente documento se dan a conocer realizaciones a modo de ejemplo para una antena ágil que dirige transmisiones inalámbricas de banda ancha, por ejemplo, señales en el rango de frecuencia de RF o microondas. Tal como se utiliza en el presente documento, el término frecuencias de RF y señales de RF se utiliza para representar frecuencias y señales, respectivamente, en RF, microondas y otras regiones adecuadas del espectro para comunicaciones inalámbricas.
La figura 1 ilustra una red 100 para comunicar datos. La red 100 comprende un punto de acceso (AP - Access Point, en inglés) 110 que tiene un área de cobertura 112, una pluralidad de equipos de usuario (UE - User Equipment, en inglés) 120 y una red de retorno 130. El AP 110 puede comprender cualquier componente capaz de proporcionar acceso inalámbrico, por ejemplo, para establecer conexiones de enlace ascendente (línea de trazos) y/o enlace descendente (línea de puntos) con los UE 120. Ejemplos del AP 110 incluyen una estación base (nodo B), una estación base mejorada (eNB), una femtocelda, una LAN inalámbrica o un punto de acceso WiFi y otros dispositivos habilitados de manera inalámbrica. Los UE 120 pueden comprender cualquier componente capaz de establecer una conexión inalámbrica con el AP 110. La red de retorno 130 puede ser cualquier componente o conjunto de componentes que permitan intercambiar datos entre el AP 110 y un extremo remoto (no mostrado). En algunas realizaciones, la red 100 puede comprender diversos dispositivos inalámbricos adicionales, tales como relés, femtocélulas, etc. El AP 110 u otros dispositivos de comunicación inalámbrica de la red 100 pueden comprender un dispositivo de antena ágil, tal como se describe a continuación. La antena ágil se utiliza para transmitir/recibir las señales inalámbricas o de RF con los otros dispositivos, tal como para comunicaciones celulares y/o WiFi.
Las figuras 2 a 6 muestran una antena 200 reconfigurable, según realizaciones que forman parte de la invención. La antena 200 incluye una estructura de guía de ondas radial 201 compuesta por una primera y una segunda placas circulares 202, 204 paralelas que tienen superficies 206, 208 opuestas y separadas (véase la figura 4) que definen una región de guía de ondas interna 203. Las placas 202, 204 paralelas están conectadas eléctricamente entre sí alrededor de sus respectivos perímetros mediante uno o más elementos conductores 210 que forman una terminación en cortocircuito. En una realización, el elemento conductor 210 es una junta conductora circunferencial colocada cerca de los bordes exteriores de ambas placas 202, 204. Las superficies 206, 208 opuestas de las placas 202, 204 paralelas están separadas por una altura predeterminada, H, que favorece el funcionamiento de banda ancha de la antena. En una realización a modo de ejemplo, las placas 202, 204 están separadas por un medio no conductor permeable a la RF que, en el ejemplo ilustrado, es aire.
La antena 200 de ranura de línea radial incluye una serie de vías conductoras o elementos 214 que se extienden verticalmente entre las superficies 206, 208 de las placas 202, 204. En una realización a modo de ejemplo, los elementos conductores 214 están distribuidos de tal manera que son radial y circunferencialmente periódicos, tal como se puede ver, por ejemplo, en la figura 3, en la que una parte central de la placa superior 202 está retirada para mostrar los elementos conductores 214. Tal como se puede ver en el ejemplo ilustrado en la figura 3, los elementos conductores 214 están dispuestos a lo largo de respectivos anillos circunferenciales R1, R2, R3, duplicándose el número de elementos conductores 214 en cada anillo sucesivo más alejado del centro de la antena. Dentro de cada anillo, cada elemento 214 está separado de sus dos vecinos adyacentes una distancia D. Además, cada elemento 214 en el anillo interior R1 está separado de los dos elementos adyacentes 214 en el anillo central R2 la misma distancia D, y cada elemento 214 en el anillo intermedio R2 también está separado de los dos elementos adyacentes del armario 214 en el anillo exterior R3 la misma distancia D. En la realización ilustrada, los elementos conductores 214 son cilindros o clavijas metálicos.
Haciendo referencia a la figura 4, en una realización a modo de ejemplo, la placa circular superior 202 de la estructura de guía de ondas radial está formada por una placa de circuito impreso (PCB - Printed Circuit Board, en inglés) multicapa que incluye una capa de sustrato dieléctrico central 220 que está recubierta con una capa conductora 226 en cada uno de su superficie interior 206, superficie exterior 222 y bordes laterales 224. Los extremos superiores de cada uno de los elementos conductores 214 están conectados eléctricamente a la capa conductora 226, y la capa conductora 226 está conectada a tierra a través del elemento conductor 210. En realizaciones a modo de ejemplo, cada uno de los extremos superiores de los elementos conductores 214 incluye una clavija 228 que se extiende en el interior de un orificio pasante 230 metalizado correspondiente dispuesto en la placa circular superior 202.
La figura 5 muestra una vista superior de la antena 200 con la placa superior 202 retirada, y la figura 6 muestra una vista inferior de la antena 200. Haciendo referencia a las figuras 4, 5 y 6, en la realización ilustrada, la placa circular inferior 204 también está formada por una PCB multicapa que incluye una capa de sustrato dieléctrico central 232 con su superficie superior o interior 208 recubierta con una capa conductora 234 orientada hacia la región interior 203 de la guía de ondas. Los extremos inferiores de los elementos conductores 214 están fijados a la placa circular inferior 204, pero están eléctricamente aislados de la capa conductora de la placa inferior 234. En una realización a modo de ejemplo, cada uno de los extremos inferiores de los elementos conductores 214 incluye una clavija 236 que se extiende en el interior de un orificio 238 correspondiente dispuesto a través de la placa circular inferior 204. Una región no conductora 239 de diámetro Despacio libre está dispuesta en la superficie interior 208 alrededor de cada uno de los orificios 236, para aislar las clavijas 236 de la capa conductora 234. Tal como se ve mejor en la figura 6, la superficie inferior o exterior 240 de la placa inferior 204 incluye una región o anillo circunferencial exterior fuera de los elementos sintonizables 214, que incluye una capa conductora 241 sobre el sustrato 232, y una región circular interior 243, en la que el sustrato 232 está expuesto y soporta una pluralidad de elementos sintonizables 242. El número de elementos sintonizables 242 es igual al número de elementos conductores 214, y cada elemento sintonizable 242 está conectado eléctricamente a uno respectivo de los elementos conductores 214 y, en particular, a la clavija 236 del elemento conductor 214 que se extiende a través de la placa inferior 204.
Haciendo referencia a la figura 7, cada elemento sintonizable 242 funciona como un circuito de carga que acopla un elemento conductor 214 a una línea de control de CC 252 respectiva. En la realización ilustrada, cada elemento sintonizable 242 incluye una combinación en serie de un conductor de micro-tira 244 inductivo, un elemento de capacitancia variable 246, que tiene una capacitancia variable Cvar, una bobina de RF 248 y una resistencia protectora 250. La micro-tira 244, que está conectada en un extremo al elemento conductor 214, tiene una longitud y forma seleccionadas para proporcionar una inductancia L. La bobina de choque de RF 248 es un terminal radial de extremo abierto de un cuarto de longitud de onda (A/4), y está dotado de una capa conductora de forma adecuada formada sobre el sustrato 232. La resistencia protectora 250 está situada entre la bobina de choque de RF 248 y la línea de control 252, y tiene una resistencia suficientemente alta para evitar que entren picos de corriente en la línea de control 252. La combinación del elemento conductor 214 y el elemento sintonizable 242 forman un variador de fase 245 controlado mediante CC, en el que el valor Cvar del elemento de capacitancia variable 246 puede ser ajustado aplicando diferentes corrientes de CC en la línea de control 252 de CC que, a su vez, puede variar la carga capacitiva en el elemento conductor 214. En algunos ejemplos, el elemento de capacitancia variable 246 puede ser implementado utilizando un varactor; no obstante, se pueden utilizar diferentes tipos de elementos capacitivos. Las micro-tiras 244 de diferentes elementos sintonizables 242 pueden tener diferentes longitudes para optimizar el coeficiente de transmisión (aumentar las transmisiones en un rango más amplio de frecuencias) de la antena 200. Para una altura H determinada entre las placas 202, 204, la carga capacitiva de cada variador de fase 245 está controlada por el diámetro del elemento conductor 214 (Dw), la inductancia L, la capacitancia variable Cvar y el diámetro del espacio libre alrededor del elemento conductor, Despacio libre.
En una realización a modo de ejemplo, las líneas de control de CC 252 de los elementos sintonizables 242 son líneas conductoras formadas en la superficie del sustrato 232 en la región 243 de la placa inferior 204. En la realización ilustrada, las líneas de control de CC 252 conducen a un circuito de interfaz 254 que puede incluir, por ejemplo, un chip de circuito integrado montado en la placa 204. Haciendo referencia a la figura 4, el circuito de interfaz 254 está conectado a un circuito de control 258 que está configurado para aplicar selectivamente diferentes niveles de corriente CC desde una fuente de corriente CC 260 a cada una de las líneas de control CC 252. En realizaciones a modo de ejemplo, el circuito de control 258 comprende un microcontrolador 259 que incluye un procesador y un almacenamiento que contiene instrucciones que configuran el circuito de control 258 para aplicar selectivamente diferentes magnitudes de corriente CC a las diferentes líneas de control 252, con el fin de lograr la dirección del haz. La variación de la corriente en las líneas de control de CC 252 provoca un cambio correspondiente en la capacitancia variable Cvar de los respectivos elementos capacitivos 246 variables que, a su vez, pueden ser utilizados para efectuar la dirección del haz dentro de la antena 200. En al menos algunos ejemplos, la misma línea de control de CC 252 puede ser utilizada para controlar más de un elemento sintonizable 242. Por ejemplo, la misma línea de control de CC puede ser conectada a grupos de dos o más elementos 242 sintonizables que son adyacentes entre sí. En el ejemplo mostrado en la figura 6, cada línea de control de CC 252 se utiliza para controlar un par de elementos sintonizables 242.
Tal como se ve en las figuras 3 y 4, una sonda o alimentación de RF 216 está situada en el centro de la antena 200 en el centro de la región 203 de la guía de ondas interna entre ellos. La sonda de RF 216 está aislada eléctricamente de las placas 202, 204, y está conectada a través de una abertura en la placa inferior 204 a un conector de interfaz 262 que permite conectar una línea de entrada y/o salida de RF a la antena 200. En un ejemplo, el conector 262 puede ser una interfaz coaxial que conecta la línea que transporta la señal de RF de una línea coaxial, a la sonda de RF 216, y la vaina de conexión a tierra de la línea coaxial, a una tierra de guía de ondas común que está acoplada a las capas conductoras 226, 234, 241 y al elemento de junta conductora 214.
En realizaciones a modo de ejemplo, los elementos conductores 214 están controlados selectivamente por el circuito de control 258 para efectuar la dirección del haz dentro de la región de guía de ondas radial 203 de la antena 200 con respecto a la sonda de RF 216. En particular, el aumento de la carga capacitiva en un elemento conductor 214 aumentará la fase o el retardo aplicado a las señales de RF en las proximidades del elemento conductor 214, y la disminución de la carga capacitiva en un elemento conductor 214 disminuirá la fase o el retardo aplicado a las ondas de RF en las proximidades del elemento conductor 214. En consecuencia, el valor capacitivo Cvar puede ser ajustado selectivamente para controlar la dirección de las ondas de RF dentro de la región 203 de la guía de ondas radial de la antena 200 con respecto a la sonda de RF 216 central.
En realizaciones a modo de ejemplo, la antena 200 incluye un conjunto de elementos de antena de ranura 270 situados en la placa superior 202 para emitir ondas de RF desde la estructura de guía de ondas radial de la antena 200 y/o recibir ondas de RF en la misma. Tal como se ve, por ejemplo, en las figuras 2, 3 y 8, los elementos de antena de ranura 270 están separados circunferencialmente en un anillo cerca de un borde exterior de la placa superior 202 a una distancia radial que está más lejos que el anillo exterior R3 de los elementos conductores 214. En realizaciones a modo de ejemplo, cada elemento de antena de ranura incluye dos elementos de ranura 272, 274 formados a través de la placa 202, teniendo cada elemento de ranura una anchura W1 y una longitud L1. En la realización a modo de ejemplo ilustrada en las figuras 2, 3 y 8, los elementos de ranura 272, 274 de cada elemento de ranura de antena 270 se cruzan entre sí en ángulos rectos; no obstante, otros ángulos de intersección son posibles en otras realizaciones. En la realización ilustrada, los elementos de antena de ranura 270 están situados periódicamente alrededor de la región circunferencial exterior de la placa superior 200, pero la orientación de los elementos de antena de ranura 270 varía entre los elementos de antena de ranura adyacentes 270, de manera que la polarización de los elementos de antena de ranura adyacentes 270 varía.
Aunque son posibles varias configuraciones diferentes, en una realización a modo de ejemplo no limitativo para el funcionamiento de la antena en la banda de frecuencias de 5 Ghz - 6 GHz, cada uno de los elementos de ranura 272, 274 tiene una longitud L1 = 25 mm que es aproximadamente la mitad de la longitud de onda de funcionamiento, y un ancho de W1 = 2 mm, la antena 200 tiene un diámetro de 172 mm, las placas 202, 204 están separadas una altura de H = 10 mm, y los elementos conductores 214 tienen cada uno un diámetro Dw de 1,8 mm.
La figura 9 muestra una posible configuración diferente para los elementos de antena de ranura de la antena 200. La antena 200 de la figura 9 es idéntica a la antena de las figuras 2 a 8, excepto por que los elementos de antena de ranura 270 son reemplazados por los elementos de antena de ranura 300, que incluyen un primer elemento de ranura 302 y un segundo elemento de ranura 304 que se extienden en diferentes ángulos relativos en la placa superior 202. Cada elemento de ranura 302, 304 tiene un ancho W2 (por ejemplo, 2 mm) y una longitud L2 (por ejemplo, 25 mm), pero no se cruzan entre sí. Los centros de las ranuras 302 y 304 están separados una distancia que es igual a aproximadamente un cuarto de longitud de onda (para un cambio de fase de 90 grados). Ambas ranuras 302, 304 contribuyen a la onda electromagnética radiada. La orientación de 302 y 304 se optimiza numéricamente de tal manera que la onda electromagnética radiada total puede tener una polarización circular (se puede obtener una polarización circular con dos fuentes que tienen polarizaciones lineales y un cambio de fase de 90 grados). En la realización ilustrada, los elementos 300 de ranura de antena están situados periódicamente alrededor de la región circunferencial exterior de la placa superior 200, y cada uno tiene una orientación radial similar con respecto a la sonda 216 de RF central. La configuración de los elementos de antena 300 de ranura tal como se muestra en la figura 9 proporciona una polarización circular en comparación con la polarización arbitraria proporcionada por la configuración de los elementos de antena de ranura 270 tal como se muestra en la figura 8.
A partir de la descripción anterior, se apreciará que la antena 200 puede ser controlada para efectuar la dirección del haz. En particular, según un método a modo de ejemplo, el circuito de control 258 puede estar configurado para controlar selectivamente la carga capacitiva colocada en los elementos conductores 214, con el propósito de dirigir la propagación de señales de RF dentro de la región de guía de ondas radial 203 hacia elementos de antena radiante 270, 300 seleccionados que están situados en diferentes zonas radiales de la antena 200. En al menos algunos ejemplos, la exploración de la realización descrita facilita la dirección del haz en dos planos en un paquete de perfil bajo.
En al menos algunas realizaciones a modo de ejemplo, la estructura de guía de ondas radial 201 utilizada para la antena 200 puede estar formada utilizando una estructura distinta de dos PCB separadas. Por ejemplo, se puede utilizar una tecnología multicapa, tal como la cerámica cocida a baja temperatura (LTCC - Low Temperature Co-fired Ceramics, en inglés) para formar una estructura adecuada.
La figura 10 ilustra patrones de radiación de señales de RF simulados de una antena 200 resultantes de variaciones en la carga capacitiva en los elementos conductores 214. Un ejemplo de variación de las capacitancias se muestra mediante las flechas etiquetadas con “C” en la figura 6. El plano de simetría para la variación de capacitancia controla la dirección del haz irradiado en el ángulo phi. El rango de variación de la capacitancia controla la dirección del haz irradiado en el ángulo teta.
Tal como se describió anteriormente, los elementos de antena de ranura 270/300 están separados circunferencialmente en un anillo cerca de un borde exterior de la placa superior 202 a una distancia radial que está más allá del anillo exterior R3 de los elementos conductores 214. No obstante, en algunas realizaciones la disposición se puede ampliar para incluir agrupaciones adicionales de elementos conductores 214 y elementos de antena de ranura. Por ejemplo, la figura 11 ilustra una vista superior de otra realización a modo de ejemplo de una antena 1100, que es idéntica a la antena 200 descrita anteriormente, excepto por las diferencias que serán evidentes a partir de la descripción y las figuras. De manera similar a la antena 200, la antena 1100 incluye una región circular central 1102 que incluye elementos conductores 114 dispuestos periódicamente, rodeados por una región de anillo 114 de elementos de antena de ranura 270.No obstante, la antena 1100 se extiende para incluir una región de anillo adicional 1106 que rodea la región de anillo 1104 con otra región de anillo 1106 que incluye un conjunto adicional de elementos conductores controlados por elementos sintonizables 114, y esa región de anillo adicional 1106 está rodeada por una región de anillo más grande 1108, que incluye un conjunto adicional de elementos de antena de ranura 270. En algunos ejemplos, se pueden utilizar diferentes configuraciones de elementos de antena de ranura en las diferentes regiones de anillo 1104, 1108, para proporcionar más opciones de diversidad de emisión.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Una antena (200) que comprende:
una guía de ondas radial (201), que define una región de guía de ondas (203) entre primera y segunda superficies (206, 208) opuestas;
una sonda de radiofrecuencia, RF, (216), dispuesta en la región de guía de ondas (203) para generar señales de RF;
una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante (270), dispuestos en la primera superficie (206) para emitir las señales de RF desde la región de guía de ondas (203);
una pluralidad de elementos conductores (214) separados dispuestos dentro de la región de guía de ondas (203);
una pluralidad de elementos sintonizables (242), comprendiendo cada elemento sintonizable una bobina de choque de RF (248), de un cuarto de longitud de onda, acoplado a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a uno respectivo de los elementos conductores (214);
una pluralidad de líneas de control de CC (252), estando conectada cada línea de control de CC a al menos uno de los elementos sintonizables (242) para ajustar su capacitancia variable; y
un circuito de control (258), acoplado a las líneas de control de CC (252) y configurado para aplicar selectivamente valores de corriente CC para ajustar las capacitancias variables de los elementos sintonizables (242) para controlar una dirección de propagación de las señales de RF de la sonda de RF.
2. La antena (200) de la reivindicación 1, en la que cada uno de los elementos sintonizables (242) comprende una resistencia protectora (250) que acopla la bobina de choque de RF (248) a la línea de control de CC (252).
3. La antena (200) de la reivindicación 2, en la que la guía de ondas radial (201) comprende una primera placa circular (202), que define la primera superficie (206), y una segunda placa circular (204), que define la segunda superficie (208), extendiéndose los elementos de la antena de ranura radiante (270) a través de la primera placa circular (202).
4. La antena (200) de la reivindicación 3, en la que cada uno de los elementos conductores (214) se extiende entre las primera y segunda placas circulares (202, 204), y los elementos sintonizables (242) están dispuestos en la segunda placa circular (204).
5. La antena (200) de cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, en la que la sonda de RF (216) está situada en el centro de la región de guía de ondas (203), y los elementos conductores (214) están dispuestos en un patrón radial y circunferencialmente periódico alrededor de la sonda de RF (216).
6. La antena (200) de la reivindicación 5, en la que los elementos de antena de ranura (270) están dispuestos en un anillo en la primera placa circular (202), teniendo los elementos de antena de ranura (270) una distancia radial de la sonda (216) mayor que la de los elementos conductores (214).
7. La antena (200) de la reivindicación 6, en la que al menos algunas de las líneas de control de CC (252) están conectadas a dos o más de los elementos sintonizables (242).
8. La antena (200) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en la que al menos algunos de los elementos de antena de ranura (270) tienen la misma forma y dimensiones, pero están orientados en diferentes direcciones.
9. Un método de dirección del haz de señales de RF, que comprende:
proporcionar una estructura de guía de ondas radial (201) que incluye: una región de guía de ondas (203) entre primera y segunda superficies (206, 208) opuestas; una sonda de radiofrecuencia, RF (216) dispuesta en la región de guía de ondas (203), que genera señales de RF; una pluralidad de elementos de antena de ranura radiante (270) dispuestos en la primera superficie (206) que emiten las señales de RF desde la región de guía de ondas (203); una pluralidad de elementos conductores separados (214) dispuestos dentro de la región de guía de ondas (203); y una pluralidad de elementos sintonizables (242), comprendiendo cada elemento sintonizable una bobina de choque de RF (248) de un cuarto de longitud de onda acoplada a través de una capacitancia variable y de una línea inductiva a uno respectivo de los elementos conductores (214), y
controlar, con un microcontrolador (259), las capacidades variables de los elementos sintonizables (242), para controlar una dirección de propagación de las señales de RF dentro de la región de guía de ondas (203).
10. El método de la reivindicación 9, en el que la guía de ondas radial (201) comprende una primera placa circular (202), que define la primera superficie (206), y una segunda placa circular (204), que define la segunda superficie (208), extendiéndose los elementos de antena de ranura radiante (270) a través de la primera placa circular (202), extendiéndose cada uno de los elementos conductores (214) entre las primera y segunda placas circulares (202, 204), y estando dispuestos los elementos sintonizables (242) en la segunda placa circular (204).
11. El método de la reivindicación 10, en el que la sonda de RF (216) está situada en un centro de la región de guía de ondas (203), y los elementos conductores (214) están dispuestos en un patrón periódico radial y circunferencialmente alrededor de la sonda de RF (216), y los elementos de antena de ranura (270) están dispuestos en un anillo en la primera placa circular (202), teniendo los elementos de antena de ranura (270) una distancia radial de la sonda (216) mayor que los elementos conductores (214).
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