BR0315342B1

BR0315342B1 - "estrutura de antena, dispositivo de rádio compreendendo uma estrutura de antena, e, aparelho de rádio"

Info

Publication number: BR0315342B1
Application number: BRPI0315342A
Authority: BR
Inventors: Pankinaho Ilkka; Talvitie Olli
Original assignee: Nokia Corp; Nokia Technologies Oy
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2018-01-09
Also published as: FI20021897A0; EP1554774A1; US20040135729A1; BR0315342A; KR20050055032A; CN1706070A; KR100723442B1; FI114837B; JP2006504308A; US6943746B2; CA2501221A1; WO2004038857A1; AU2003274181A1; EP1554774B1; CN1706070B; CA2501221C; FI20021897A; JP4181122B2

Abstract

"estrutura da antena, e, dispositivo de rádio compreendendo a estrutura da antena para entregar um sinal de rádio freqüência". dispositivo de rádio e uma estrutura de antena (100) compreendendo o plano terra (110), ao menos um primeiro (120) e um segundo radiadores (130), ambos os radiadores sendo configurados para prover ao menos uma freqüência de ressonância, de forma a prover ao menos uma banda de freqüência. a estrutura da antena também compreende pontos de alimentação separados (124, 134) para ambos os radiadores aterrados (122, 132) ao plano terra. o primeiro radiador é configurado para prover ao menos duas bandas de freqüência, ao menos uma das bandas de freqüência sendo sobreposta ao menos parcialmente com ao menos uma banda de freqüência fornecida pelo segundo radiador. em adição, ao menos o primeiro radiador é uma antena plana de encaixe, tal que o acoplamento entre os radiadores ao menos dentro da faixa de freqüência de sobreposição parcial é substancialmente evitado.

Description

(54) Título: ESTRUTURA DE ANTENA, DISPOSITIVO DE RÁDIO COMPREENDENDO UMA ESTRUTURA DE ANTENA, E, APARELHO DE RÁDIO (51) lnt.CI.: H01Q 1/24; H01Q 1/38; H01Q 5/00; H01Q 21/28 (30) Prioridade Unionista: 24/10/2002 FI 20021897 (73) Titular(es): NOKIA TECHNOLOGIES OY (72) Inventor(es): OLLI TALVITIE; ILKKA PANKINAHO

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para: “ESTRUTURA DE ANTENA, DISPOSITIVO DE RÁDIO COMPREENDENDO UMA ESTRUTURA DE ANTENA, E, APARELHO DE RÁDIO”.

Campo da Invenção [001] A invenção se refere a estruturas de antena, e, particularmente, a antenas internas usadas nos dispositivos de rádio, tais como as estações móveis.

Descrição da Técnica Anterior

À medida que a comunicação sem fio se torna cada vez mais comum, mais faixas de frequências novas são necessárias para os diferentes sistemas sem fio. Entretanto, a demanda para o equipamento terminal sem fio, tal como as estações móveis que suportam os vários sistemas sem fio, é também maior. Os modelos das estações móveis mais recentes empregam, tipicamente, vários dentre os seguintes sistemas e as seguintes faixas de frequência: EGSM 900 (880 a 960 MHz), GSM 1800 (1710 a 1880 MHz), GSM 1900 (1850 a 1990 MHz), WCDMA 2000 (1920 a 2170 MHz), US-GSM 850 (824 a 894 MHz), US-WCDMA 1900 (1850 a 1990 MHz) e US-WCDMA 1700/2100 (Tx 1710 a 1770 MHz, Rx 2110 a 2170 MHz). O GSM 1900 e algumas faixas de frequência WCDMA, por exemplo, se sobrepõem pelo menos parcialmente.

[002] Nos dispositivos de rádio pequenos, tais como as estações móveis, o objetivo tem sido frequentemente implementar a transmissão e a recepção em todos os sistemas e as faixas de frequência por meio de uma única antena. Os dispositivos de rádio pequenos fornecem pouco espaço, e sendo assim, seria frequentemente justificável o uso de apenas uma antena. Em tal caso, contudo, diferentes faixas de frequência devem ser combinadas para uma antena comum por meio de um comutador com perdas. O problema é particularmente sério em relação a um sistema WCDMA, onde o uso de uma única antena, tanto para transmitir quanto para receber, requer um “filtro duplex”, uma vez que a transmissão e a recepção ocorrem simultaneamente.

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No US-WCDMA 1900, por exemplo, a “separação duplex” das frequências entre a transmissão e a recepção é muito pequena, e, assim, devido aos requerimentos de filtragem total, um filtro duplex com a menor perda possível, tal como um duplexer cerâmico, tem sido usado. Tal filtro duplex é consideravelmente amplo e, além disso, este é tipicamente e vantajosamente instalado embaixo da antena, o que significa que a antena é fornecida com um espaço pequeno e a eficiência de radiação da antena diminui.

[003] Consequentemente, para o tamanho da estação móvel e a minimização das perdas, seria mais vantajoso usar uma estrutura de antena compreendendo duas antenas para dividir a transmissão e a recepção, por exemplo, no sistema WCDMA entre diferentes antenas. Isto possibilitaria que um filtro duplex amplo e de ocorrência de perdas fosse evitado e substituído por filtros passa-banda mais simples.

[004] Em tal solução, o problema é apresentado pelas faixas de frequência de sobreposição acima mencionadas, onde a transmissão e a recepção simultâneas ocorrem. As duas antenas, ou mais precisamente dois radiadores, fornecidos em uma única estrutura de antena e operando pelo menos parcialmente dentro da mesma faixa de frequência acoplam fortemente entre si durante o uso. Isso significa que quando a energia é alimentada para o primeiro radiador, uma parte dessa energia é transferida para o segundo radiador, o qual prejudica a potência de radiação de ambos os radiadores e ocasiona um consumo de energia adicional para a estação móvel. Em outras palavras, o isolamento entre as duas antenas, isto é, radiadores, é insuficiente, e tipicamente da ordem de menos de 10 dB.

[005] O pedido de patente europeu EP 1 202 386 do depositante descreve uma estrutura de antena planar para um dispositivo de rádio, onde o radiador planar compreende pelo menos um sulco não-condutivo eletricamente, para possibilitar que o radiador planar seja dividido em pelo menos duas partes, as faixas de frequência fornecidas pelas duas partes sendo preferencialmente diferentes. Tal estrutura de antena é vantajosa, por exemplo,

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3/16 nas estações móveis de múltiplas frequências, mas esta estrutura não pode ser usada sem perdas para a transmissão e a recepção simultâneas ocorrendo dentro da mesma faixa de frequência; nem pode o problema de isolamento descrito acima ser solucionado por tal estrutura apenas.

Resumo da Invenção [006] Um objetivo da invenção é, portanto, fornecer uma estrutura de antena, assim como possibilitar que os problemas acima mencionados sejam solucionados. O objetivo da invenção é alcançado por uma estrutura de antena e um dispositivo de rádio, que são caracterizados pelo que está descrito nas reivindicações independentes.

[007] As modalidades de realização preferidas da invenção são descritas nas reivindicações dependentes.

[008] A invenção se baseia na verificação inesperada de que quando uma estrutura de antena que compreende dois radiadores associados pelo menos parcialmente na mesma faixa de frequência for usada, pelo menos um dos radiadores sendo uma antena plana de sulco acima mencionada associada a várias faixas de frequência, um isolamento considerável é fornecido entre os radiadores. Tal estrutura de antena compreende, portanto, pelo menos o plano terra, pelo menos o primeiro e o segundo radiadores localizados a uma distância do plano terra, ambos os radiadores sendo configurados para prover pelo menos uma frequência de ressonância, de forma a prover pelo menos uma banda de frequência, e uma camada de isolamento entre o plano terra e os radiadores.

[009] A estrutura de antena também compreende pontos de alimentação separados para pelo menos dois radiadores, os radiadores são aterrados pelo ponto de terra pelo menos no plano terra, e pelo menos o primeiro radiador é uma antena de plano de sulco configurada para prover pelo menos duas bandas de frequência, preferencialmente pelo menos uma banda de frequência inferior e pelo menos uma banda de frequência superior, pelo menos uma das bandas de frequência sendo pelo menos parcialmente sobreposta com pelo

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4/16 menos uma banda de frequência fornecida pelo segundo radiador. O uso de tal antena plana de sulco na estrutura da antena descrita acima resulta em um isolamento extremamente forte entre os radiadores, tal que o acoplamento entre os radiadores pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição é substancialmente evitado.

[010] De acordo com os resultados de medição, o isolamento entre os radiadores pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição é substancialmente maior do que 10 dB, e preferivelmente maior do que 20 dB.

[011] O dispositivo de rádio de acordo com uma modalidade de realização da invenção compreende a estrutura da antena acima descrita para entregar um sinal de rádio frequência, e, desse modo, no dispositivo de rádio, a transmissão e a recepção simultâneas dos sinais de rádio frequência que ocorrem pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição são diferenciadas entre o primeiro e o segundo radiadores.

[012] Além disso, na estrutura da antena acima descrita, as polarizações entre os radiadores são substancialmente ortogonais, tal que a razão de diversidade entre os radiadores pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição é substancialmente próxima de zero. De acordo com a modalidade de realização preferida da invenção, a estrutura da antena acima descrita pode ser então utilizada para implementar a recepção de diversidade no dispositivo de rádio compreendendo a estrutura da antena acima descrita para entregar o sinal de rádio frequência, e, desse modo, a recepção simultânea dos sinais de rádio frequência que ocorrem pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição é configurada para ser executada como recepção de diversidade por meio do primeiro e do segundo radiadores.

[013] A invenção provê vantagens consideráveis. Uma vantagem da estrutura da antena da invenção é que o isolamento entre os radiadores é consideravelmente forte, o que significa que pouca ou nenhuma perda de

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5/16 potência ocorre de um radiador para outro. Contudo, a energia de radiação dos radiadores é extremamente boa mesmo dentro da faixa de frequência de sobreposição. O dispositivo de rádio que utiliza a estrutura da antena da invenção provê a vantagem de que a transmissão e a recepção simultâneas dos sinais de rádio frequência que ocorrem dentro da faixa de frequência de sobreposição podem ser diferenciadas entre diferentes radiadores, o que possibilita uma estrutura menor e um consumo de energia menor. Por outro lado, uma vantagem da estrutura da antena da invenção é que uma vez que a razão de diversidade entre os radiadores pelo menos parcialmente dentro da faixa de frequência de sobreposição é extremamente pequena, a estrutura da antena preferivelmente possibilita que a recepção de diversidade seja implementada. A vantagem da modalidade de realização preferida da invenção é que um filtro duplex do dispositivo de rádio que suporta o sistema WCDMA em particular pode ser substituído por uma solução mais simples que também incorre em perdas menores.

Breve Descrição dos Desenhos [014] A invenção é agora descrita em maiores detalhes em relação às modalidades de realização preferidas e com referência aos desenhos apensos, conforme definidos a seguir.

[015] A Figura 1 apresenta uma estrutura de antena de acordo com uma modalidade de realização preferida da invenção.

[016] A Figura 2 é um diagrama em blocos apresentando a front-end de transmissão e de recepção de acordo com uma modalidade de realização preferida da invenção.

[017] As Figuras 3a e 3b apresentam as características de frequência dos radiadores da estrutura de antena da Figura 1 dispostos no sistema da Figura 2.

[018] A Figura 4 apresenta a distribuição de corrente simulada da estrutura das antenas da Figura 1.

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6/16 [019] As Figuras 5a e 5b são diagramas em blocos apresentando a frontend de transmissão e de recepção de acordo com algumas modalidades de realização preferidas da invenção.

[020] A Figura 6 apresenta um sistema de recepção de diversidade de acordo com uma modalidade de realização preferida da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção [021] Com referência à Figura 1, uma modalidade de realização preferida da invenção será descrita a seguir. A Figura 1 apresenta uma estrutura de antena planar denominada de estrutura da antena PIFA 100 (Planar [nverted F Antenna/Antena Planar F Invertido) compreendendo o plano terra 100, o primeiro radiador 120 e o segundo radiador 130. Os radiadores 120, 130 estão localizados a uma distância do plano terra 110, tal que o ar ou outro material dielétrico é, como um material isolante, fornecido entre o plano terra 110 e os radiadores 120, 130. O primeiro radiador 120 é uma antena planar de sulco, que é conectada ao plano terra 110 pelo ponto terra 122 e para o qual a potência de radiação é alimentada do ponto de alimentação 124. O ponto terra 122 que constitui uma linha de terra é localizado substancialmente na extremidade do radiador 120. O ponto de alimentação 124 pode ser implementado como uma alimentação coaxial, por exemplo, como uma condução através do plano terra, tal que este reside a uma distância substancial da extremidade do radiador. O ponto de alimentação 124 pode ser também implementado ao colocar este na extremidade do radiador 120, de uma maneira similar ao do ponto terra.

[022] O radiador planar 120 é fornecido com um primeiro sulco 126 e um segundo sulco 128, que são as seções que não contêm nenhum material eletricamente condutivo. Tal estrutura de antena plana de sulco é adequada para uso em mais de uma faixa de frequência. A extremidade aberta do primeiro sulco 126 reside na extremidade 120a do radiador 120, entre o ponto terra 122 e o ponto de alimentação 124. A extremidade aberta do segundo sulco 128 reside na extremidade 120a do radiador, entre o ponto de

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7/16 alimentação 124 e a extremidade 120b. O segundo sulco 128 é para produzir uma faixa de frequência mais baixa ao separar a ramificação direita do radiador considerando que o primeiro sulco 126 que reside entre o ponto terra 122 e o ponto de alimentação 124 também divide o radiador 120 em duas ramificações diferentes, isto é, um elemento que conecta o ponto terra e um elemento que conecta o ponto de alimentação, que são responsáveis por produzir as faixas de frequência mais altas. Para a antena plana de sulco operar como desejado, o primeiro sulco 126 é colocado no radiador entre o ponto terra 122 e o ponto de alimentação 124, tal que o segmento de linha fornecido entre o ponto terra 122 e o ponto de alimentação 124 intercepta com o primeiro sulco 126, e, desse modo, a parte menor do sulco 126 é fornecida no lado da extremidade aberta do sulco 126 de um segmento de linha particular, isto é, no lado da extremidade 120a. A proporção da parte menor do primeiro sulco 126 da área de superfície de todo o sulco 126 é tipicamente um percentual pequeno em relação ao valor máximo do sulco.

[023] As características da antena plana de sulco podem ser projetadas como desejado ao alterar as dimensões do radiador 120, por exemplo, ao alterar a forma, o comprimento e a largura dos sulcos e/ou alterar a localização do ponto de alimentação ou terra; tais alterações sempre afetam as frequências de ressonância e a potência de radiação produzida pelo radiador. Como para a presente invenção, o ponto é que a antena plana de sulco é configurada para irradiar pelo menos dentro de uma faixa de frequência mais baixa e dentro de uma ou mais faixas de frequências mais altas. Em relação à presente invenção, as frequências substancialmente e ligeiramente abaixo de 1 GHz (aproximadamente de 800 a 1000 MHz) são consideradas como faixas de frequência mais baixa, enquanto que as frequências substancialmente de 2 GHz (aproximadamente 1700 a 2200 MHz) são consideradas como faixas de frequências mais altas; estas faixas de frequência são usualmente usadas por diferentes sistemas de comunicação móveis. Contudo, a estrutura da antena da invenção não é restrita apenas a estas frequências, mas pode também ser

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8/16 aplicada à outra, particularmente e substancialmente, sobre as frequências de 2 GHz. O pedido de patente europeu EP 1 202 386 descreve a implementação da antena plana de sulco e os detalhes relativos às diferentes modalidades de realização desta em maiores detalhes.

[024] O segundo radiador 130 é um radiador planar estreito, cuja área da superfície nesta modalidade de realização é substancialmente menor do que a área do primeiro radiador 120. O segundo radiador 130 compreende também um ponto terra 132 que conecta o radiador 130 ao plano terra 110, e um ponto de alimentação 134 que alimenta a potência de radiação. O ponto terra 132 que constitui a linha de terra é localizado substancialmente na extremidade do radiador 130. O ponto de alimentação 134 pode ser implementado como uma alimentação coaxial, por exemplo, como conduzindo através do plano terra, tal que este reside a uma distância substancial da extremidade do radiador. O ponto de alimentação 134 pode ser também implementado ao colocar este na extremidade do radiador 130, de uma maneira similar a esta do ponto terra. O segundo radiador é configurado para irradiar dentro de uma faixa de frequência sobrepondo pelo menos parcialmente com pelo menos uma faixa de frequência, preferencialmente com uma faixa de frequência mais alta do primeiro radiador. No que diz respeito à operação da invenção, a forma ou a localização do segundo radiador 130 com relação ao primeiro radiador 120 é irrelevante; apenas o ponto que é ambos os radiadores são fornecidos, cada um, com seu próprio ponto de alimentação e, preferivelmente, mas não necessariamente, o plano terra comum.

[025] A estrutura da antena da Figura 1 pode preferencialmente ser configurada para operar como uma estrutura de antena para uma estação móvel de múltiplas frequências. Um exemplo de uma estação móvel de múltiplas frequências é uma estação móvel configurada para suportar os sistemas e as faixas de frequências EGSM (880 a 960 MHz), GSM 1900 (1850 a 1990 MHz), WCDMA 2000 (1920 a 2170 MHz). As faixas de frequências do GSM 1900 e do WCDMA 2000 parcialmente se sobrepõem. Uma situação

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9/16 similar ocorre na estação móvel que emprega os sistemas e as faixas de frequências US-WCDMA 1900 (1850 a 1990 MHz) e GSM 1900 (1850 a 1990 MHz) ou US-WCDMA 1700/2100 (Tx 1710 a 1770 MHz, Rx 2110 a 2170 MHz) e GSM 1800 (1710 a 1880 MHz). Como discutido acima, para ambos, o tamanho da estação móvel e a minimização de perdas, em tal estação móvel, é vantajoso usar uma estrutura de antena compreendendo duas antenas e dividir a transmissão e a recepção nos sistemas WCDMA entre diferentes antenas. Isto possibilita que o filtro duplex amplo e de processamento de perda seja evitado e substituído por dois filtros perda-baixa que, dependendo da situação, pode ser um filtro passa-baixa, passa-alta e passa-banda.

[026] Isto possibilita, por exemplo, que a configuração da antena da Figura 2 seja usada. No diagrama em blocos da Figura 2, a antena A1 corresponde ao primeiro radiador 120 da Figura 1 e, simultaneamente, a antena A2 corresponde ao segundo radiador 130 da Figura 1. Através do comutador S, a antena A1 é configurada para receber (RX) a transmissão dos dados de acordo com todos os sistemas acima mencionados. Além disso, através do comutador S, a antena A1 é configurada para transmitir (TX) os sinais amplificados pelo bloco amplificador Amp1 em ambas as frequências GSM, isto é, EGSM 900 e GSM 1900. Quando a estação móvel usa as faixas de frequência GSM, o comutador S é usado para controlar a alternação da transmissão e recepção que ocorre por divisão de tempo dentro de uma faixa de frequência particular. Se por outro lado, o sistema WCDMA 2000 for usado, o comutador S é desativado sempre e o sinal recebido é filtrado para uma banda de frequência correta por meio do filtro passa-banda BPF1. A antena A2 é configurada apenas para transmitir o sinal WCDMA 2000 a ser alimentado através do amplificador Amp2 e do filtro passa-banda BPF2. A transmissão e a recepção no sistema WCDMA 2000 têm sido então divididas entre diferentes antenas. [027] Como indicado acima, as características da antena plana de sulco podem ser projetadas como desejado ao alterar as dimensões do radiador; tais modificações sempre afetam a frequência de ressonância e a potência de

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10/16 radiação, produzidas pelo radiador. Se a estrutura da antena da Figura 1 é disposta na configuração da Figura 2, de forma a otimizar as características de radiação das antenas com relação às bandas de frequência sendo usadas, associações de acordo com a Figura 3a e as eficiências de radiação de acordo com a Figura 3b resultarão nos radiadores 120 e 130. A eficiência de radiação se refere à eficiência do radiador, onde a associação do radiador tem sido levada em conta.

[028] Na Figura 3a, a associação do primeiro radiador 120 é projetada pelo gráfico S11 e a associação do segundo radiador 130 é projetada pelo gráfico S22. Como pode ser visto na Figura 3a, a primeira associação (faixa de frequência mais baixa) do primeiro radiador 120 substancialmente reside dentro da faixa de frequência de 900 a 1000 MHz, o estabelecimento de pico no valor de aproximadamente 930 MHz. Além disso, uma segunda associação (faixa de frequência mais alta) do primeiro radiador 120 reside substancialmente dentro da faixa de frequência de 1900 a 2020 MHz e o estabelecimento de pico a um valor de aproximadamente 1980 MHz. O segundo radiador 130 é configurado substancialmente dentro da faixa de frequência de 1800 a 2100 MHz e o estabelecimento de pico a um valor de aproximadamente 1960 MHz. Pode-se ver na Figura 3b que quando consideradas com uma eficiência de 50% (-3 dB) as bandas de frequência do primeiro radiador 120 configuram dentro das faixas de aproximadamente 880 a 980 MHz e 1820 a 2030 MHz. Similarmente, a banda de frequência do segundo radiador 130 configura dentro da faixa de aproximadamente 1780 a 2120 MHz. A segunda faixa de associação e a banda de frequência mais alta do primeiro radiador 120 se sobrepõem, dessa forma, substancialmente, com a faixa de associação e a banda de frequência do segundo radiador 130.

[029] No que diz respeito à estrutura da antena da invenção, um ponto importante é, contudo, o isolamento entre os radiadores 120 e 130, que é designado pelo gráfico S21 na Figura 3a. Esta mostra que dentro da faixa de frequência de sobreposição de 1920 a 1990 MHz do GSM 1900 e o WCDMA

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2000 e em torno desta faixa de frequência, o isolamento entre os radiadores 120 e 130 é substancialmente maior do que 20 dB. Em outras palavras, o isolamento é extremamente forte, o que significa que a transferência de potência, isto é, perdas, de um radiador para outro é mínima. Isto, novamente e preferencialmente, corta o consumo de energia e as perdas térmicas, como também aumenta o tempo de operação da estação móvel.

[030] A Figura 4 apresenta uma distribuição de corrente simulada da estrutura da antena da Figura 1 quando a antena WCDMA (radiador 130) está ativa na frequência de 2083 MHz. A antena GSM/WCDMA (radiador 120) está passiva, ou seja, esta não transmite nem recebe os sinais. Devido à antena WCDMA ativa (radiador 130), a corrente é induzida na antena GSM/WCDMA (radiador 120) em torno da extremidade fechada do primeiro sulco 126. As correntes, contudo, têm direções opostas (setas nas direções opostas), o que significa que elas se cancelam. Neste caso, praticamente, nenhuma potência se propaga para o radiador 120 do radiador 130, o que possibilita um isolamento extremamente forte a ser alcançado entre os radiadores 120 e 130. No que diz respeito à geração de isolamento forte, a forma e a localização do segundo radiador 130 com relação ao primeiro radiador 120 é irrelevante; o ponto é que ambos os radiadores são fornecidos com ponto de alimentação próprio e que o segundo radiador é configurado para irradiar dentro de uma faixa de frequência sobrepondo pelo menos parcialmente com pelo menos uma faixa de frequência mais alta do primeiro radiador.

[031] A distribuição de corrente da Figura 4 ilustra a concepção básica da invenção quando uma estrutura de antena é usada onde dois radiadores são acoplados ao mesmo plano terra e onde os radiadores têm pontos de alimentação próprios e são configurados para irradiar pelo menos parcialmente dentro da mesma faixa de frequência e onde pelo menos um dos radiadores é uma antena plana de sulco, um isolamento substancialmente forte é fornecido entre os radiadores. A faixa operacional e a associação da antena plana de sulco podem ser ajustadas ao modificar as diferentes dimensões da antena

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12/16 plana de sulco, isto é descrito, por exemplo, no pedido de patente europeu EP 1 202 386. Contudo, no que diz respeito à implementação da invenção, o ponto é que a antena plana de sulco é configurada para irradiar pelo menos dentro de duas faixas de frequência de uma faixa, e preferivelmente de uma faixa de frequência mais alta, estando pelo menos parcialmente dentro da mesma faixa de frequência da faixa de frequência do segundo radiador. Um isolamento forte provido entre os radiadores pode ser então utilizado, por exemplo, na configuração da antena descrita na Figura 2 que, então, possibilita que a implementação da estação móvel seja vantajosamente simplificada e a potência seja economizada.

[032] Como se torna claro a partir da concepção básica da invenção, conforme mencionada acima, a invenção não está restrita apenas à estrutura da antena da Figura 1, mas a um fenômeno de isolamento similar que ocorre em todas as estruturas da antena preenchendo totalmente os requerimentos acima mencionados. Consequentemente, a estrutura da antena pode ser implementada, por exemplo, tal que ambos os radiadores sejam antenas planas de sulco. Isto pode ser implementado, por exemplo, como uma estrutura de antena similar às estruturas de antena acima mencionadas exceto para o segundo radiador sendo substituído pela antena plana de sulco. Ao prover ambas as antenas planas de sulco com a estrutura que possibilita que as faixas de frequência desejadas sejam alcançadas, isto pode ser apresentado dentro das faixas de frequência de sobreposição, onde o isolamento entre as antenas planas de sulco é substancialmente maior do que 20 dB, o que resulta em uma transferência de potência mínima, isto é, perdas de um radiador para o outro. [033] Nos exemplos acima descritos, a estrutura da antena da invenção é utilizada ao implementar ambas, a transmissão e a recepção de frequências GSM e a recepção WCDMA por uma antena, enquanto a outra antena é usada apenas para a transmissão WCDMA. A invenção não é, contudo, restrita a tal configuração, mas no que diz respeito à maioria das configurações da antena de acordo com as modalidades de realização, o ponto é que a transmissão e a

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13/16 recepção que ocorrem simultaneamente são diferenciadas entre diferentes antenas, neste caso uma estrutura de antena vantajosa possibilita um isolamento suficiente a ser alcançado entre a antena de transmissão e de recepção.

[034] Consequentemente, a modalidade de realização da Figura 5a, por exemplo, pode ser usada como uma configuração da antena, onde a configuração é similar à da Figura 2 com exceção de que a transmissão WCDMA e a recepção WCDMA foram trocadas de posição. Também nesta configuração, quando a estação móvel usa uma das faixas de frequência GSM, o comutador S é usado para controlar a alternação da transmissão e da recepção que ocorre por divisão de tempo dentro de uma faixa de frequência particular. Quando o sistema WCDMA 2000 é usado, o comutador S é sempre desativado, e o sinal amplificado WCDMA 2000 pelo amplificador Amp2 e filtrado para uma faixa de frequência correta através do filtro passa-banda BPF2 é transmitido. A antena A2 é configurada apenas para receber um sinal recebido filtrado pelo filtro passa-banda BPF1. Além disso, nesta configuração, a transmissão e a recepção no sistema WCDMA 2000 são divididas entre as diferentes antenas.

[035] Além disso, a invenção não é restrita às configurações da antena, onde a segunda antena A2 opera apenas como uma antena de transmissão ou recepção WCDMA, mas, por exemplo, algumas das funções GSM podem ser configuradas na segunda antena A2. Consequentemente, a modalidade de realização da Figura 5b, por exemplo, pode ser usada como uma configuração de antena, onde as funções do sistema GSM 1900 (transmissão e recepção) são movidas para a segunda antena A2 junto com a recepção do sistema WCDMA 2000. Neste caso, o comutador S deveria também ser fornecido em conexão com a segunda antena A2 para controlar a transmissão e a recepção do sistema usado, como descrito acima.

[036] É também possível configurar todas as funcionalidades GSM em uma antena A1 e, similarmente, todas as funcionalidades WCDMA

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14/16 (transmissão e recepção) em outra antena A2, por meio de um filtro duplex. Naturalmente, nenhuma vantagem é então fornecida ao enviar o uso do filtro duplex, mas, no entanto, um isolamento forte entre as antenas reduz as perdas de potência entre as antenas em tal configuração, isso, novamente, e preferivelmente, diminui as perdas térmicas e o consumo de energia da estação móvel.

[037] Além disso, de acordo com uma modalidade de realização, a estrutura da antena descrita pode também ser utilizada na recepção de diversidade, onde os sinais de múltiplos caminhos propagados são recebidos através de várias ramificações de antena, que possibilita que ambos, o ruído de sinal combinado e a interferência ocasionada por faltas sejam reduzidos. A recepção pode ser também executada usando um sinal energizado mais baixo o que aumenta a capacidade do usuário do sistema. Além disso, o sinal recebido de qualidade superior possibilita que a taxa de dados seja aumentada. A recepção de diversidade tem tipicamente sido usada na recepção da estação base, visto que as soluções conhecidas da antena para as estações móveis, o isolamento e a razão de diversidade entre as antenas são tipicamente fracos, o que significa que o ganho potencial obtido da recepção de diversidade de forma a intensificar os sinais tenha também sido mínimo. Ao invés disso, na estrutura da antena descrita atualmente, o isolamento entre as antenas é consideravelmente forte, e considerando que a razão de diversidade é consideravelmente pequena, possibilitando assim que a estrutura da antena seja também eficientemente utilizada na recepção de diversidade das estações móveis.

[038] Por exemplo, as polarizações entre o primeiro e o segundo radiadores da estrutura da antena da Figura 1 são quase ortogonais. A razão de diversidade entre os radiadores também é, portanto, muito pequena. Na frequência de 1950 MHz, por exemplo, onde a eficiência do primeiro radiador é de substancialmente 50% e a eficiência do segundo radiador é de substancialmente 75%, então a razão de diversidade entre os radiadores é de

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15/16 substancialmente 0,02. Tal estrutura é extremamente adequada para ser utilizada na recepção de diversidade.

[039] A Figura 6 é um diagrama em blocos apresentando a modalidade de realização preferida para implementar a recepção de diversidade. No diagrama em blocos da Figura 6, a antena A1 corresponde ao primeiro radiador 120 da Figura 1 e, simultaneamente, a antena A2 corresponde ao segundo radiador 130 da Figura 1. Através do comutador S, a antena A1 é configurada para receber (RX) a transmissão dos dados de acordo com ambas as frequências GSM. Além disso, através do comutador S, a antena A1 é configurada para transmitir (TX) os sinais amplificados pelo bloco amplificador Amp1 em ambas as frequências GSM, isto é, EGSM 900 a GSM 1900. Além disso, a antena A1 opera como a primeira ramificação de diversidade (RX1) na recepção do sistema WCDMA 2000, que é primeiramente responsável pela recepção do WCDMA 2000. Quando a estação móvel usa uma das faixas de frequência GSM, o comutador S é usado para controlar a alternação da transmissão e da recepção que ocorre por divisão de tempo dentro de uma faixa de frequência particular. Se, por um lado, o sistema WCDMA for usado, o comutador S é sempre desativado e o sinal recebido é filtrado para uma banda de frequência correta por meio do filtro passa-banda BPF1.

[040] A antena A2 é configurada para transmitir o sinal WCDMA 2000 a ser alimentado através do amplificador Amp2. Além disso, a antena A2 opera como uma segunda ramificação de diversidade (RX1) na recepção do sistema WCDMA 2000, que é responsável secundariamente pela recepção WCDMA 2000. Uma vez que a antena A2 é configurada para ambos, a transmissão e a recepção do sistema WCDMA 2000, um filtro duplex é requerido entre a ramificação de transmissão e a ramificação de recepção. As características deste filtro duplex não são, contudo, quase tão críticas quanto se todas as funcionalidades (RX/TX) do sistema WCDMA 2000 fossem fornecidas na antena A2. A recepção de diversidade pode então ser preferivelmente implementada usando um filtro duplex menor possuindo características de

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16/16 filtragem pouco sofisticadas, enquanto, ao mesmo tempo, é possível alcançar as vantagens descritas acima relacionadas à recepção de diversidade. A recepção de diversidade pode também ser preferivelmente implementada no sistema GSM, e neste caso a recepção GSM ocorre através de ambas as antenas A1 e A2.

[041] Por razões ilustrativas, diferentes sistemas GSM e WCDMA têm sido usados como exemplos nas modalidades de realização acima, os quais podem ser preferivelmente aplicados em conexão com a estrutura da antena da invenção. Contudo, é óbvio para um técnico no assunto que um isolamento consideravelmente forte alcançado pela estrutura da antena da invenção pode também ser utilizado em conexão com quaisquer outras transferências de dados sem fio, onde a transmissão e a recepção ocorre, simultaneamente e substancialmente dentro da mesma faixa ou de faixas de frequências adjacentes. Consequentemente, a estrutura da antena da invenção pode preferivelmente ser aplicada, por exemplo, no sistema de rede de área local sem fio IEEE 802.11b utilizando a tecnologia do espectro de dispersão e no sistema BLUETOOTH sem fio utilizando a tecnologia de divisão de tempo, ambos operando dentro da faixa de frequência de 2400 a 2483,5 MHz. A despeito da natureza de sobreposição das faixas de frequência, ambos os sistemas podem preferivelmente ser acoplados à estrutura da antena da invenção. Além disso, um isolamento forte deve ser fornecido entre a antena usada para o posicionamento do satélite GPS e as antenas de diferentes sistemas de comunicação móvel celular, embora a faixa de frequência do sistema GPS (1227/1575 MHz) não sobreponha a dos sistemas de comunicação móvel celular comumente usados.

[042] É óbvio para o técnico no assunto que a tecnologia avança, e a concepção básica da invenção pode ser implementada de várias formas diferentes. A invenção e as suas modalidades de realização não estão restritas aos exemplos descritos acima, mas podem variar dentro do escopo das reivindicações.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura de antena (100) compreendendo:

- pelo menos um plano terra (110);

- pelo menos um primeiro e um segundo radiadores (120, 130), localizados a uma distância do plano terra, ambos os radiadores sendo configurados para fornecer pelo menos uma frequência de ressonância a fim de prover pelo menos uma banda de frequência, e uma camada isolante entre o plano terra e os radiadores;

- pontos de alimentação separados (124, 134) para pelo menos dois radiadores;

- pontos terra separados (122, 132) para o plano terra para pelo menos dois radiadores;

caracterizada pelo fato de que:

- pelo menos o primeiro radiador (120) é uma antena plana de sulcos, compreendendo um primeiro e um segundo sulcos (126, 128), configurados para fornecer pelo menos duas bandas de frequência;

sendo que pelo menos uma das bandas de frequência fornecidas pelo primeiro radiador (120) está pelo menos parcialmente sobreposta com pelo menos uma banda de frequência fornecida pelo segundo radiador (130) para fornecer isolamento entre os radiadores pelo menos dentro da faixa de frequência parcialmente sobreposta.
2. Estrutura de antena de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a extremidade aberta do primeiro sulco (126) está localizada no primeiro radiador (120) entre o ponto terra (122) e o ponto de alimentação (124).
3. Estrutura de antena de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que um segmento de linha é fornecido entre o ponto terra (122) e o ponto de alimentação (124) do primeiro radiador (120) cruzando com o primeiro sulco (126).
4. Estrutura de antena de acordo com qualquer uma das

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2/3 reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o primeiro radiador é configurado para prover pelo menos três bandas de frequência.
5. Dispositivo de rádio compreendendo uma estrutura de antena (100), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que é configurado para prover transmissão e recepção simultâneas de sinais de rádio frequência pelo menos dentro da faixa de frequência que se sobrepõe parcialmente entre o primeiro e o segundo radiadores.
6. Dispositivo de rádio de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que um filtro de passa-banda, um filtro de passa-alta ou um filtro de passa-baixa é configurado para fornecer a filtragem dos sinais de rádio frequência que estão sendo simultaneamente transmitidos e recebidos pelo menos dentro da faixa de frequência que se sobrepõe parcialmente.
7. Dispositivo de rádio de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que:

- o primeiro radiador é configurado para transmitir e receber um sinal de rádio frequência por divisão de tempo, tal como um sinal GSM, e para receber um sinal de rádio frequência por divisão de frequência, tal como um sinal WCDMA; e

- o segundo radiador é configurado para transmitir um sinal de rádio frequência por divisão de frequência, tal como o sinal WCDMA.
8. Dispositivo de rádio de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que:

- o primeiro radiador é configurado para transmitir e receber um sinal de rádio frequência por divisão de tempo, tal como um sinal GSM, e para transmitir um sinal de rádio frequência por divisão de frequência, tal como um sinal WCDMA, e

- o segundo radiador é configurado para receber um sinal de rádio frequência por divisão de frequência, tal como o sinal WCDMA.
9. Dispositivo de rádio de acordo com a reivindicação 7 ou 8,

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3/3 caracterizado pelo fato de que, adicionalmente:

- o segundo radiador é configurado para transmitir e receber um sinal de rádio frequência por divisão de tempo, tal como um sinal GSM.
10. Dispositivo de rádio de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de acoplamento para acoplar a transmissão e a recepção do sinal de rádio frequência por divisão de tempo e o sinal de rádio frequência por divisão de frequência.
11. Dispositivo de rádio de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 10, caracterizado pelo fato de que é uma estação móvel, sendo que pelo menos um dentre os seguintes é configurado para ser o sistema suportado pela estação móvel e as bandas de frequência dos radiadores: EGSM 900 (880 a 960 MHz), GSM 1800 (1710 a 1880 MHz), GSM 1900 (1850 a 1990 MHz), WCDMA 2000 (1920 a 2170 MHz), US-GSM 850 (824 a 894 MHz), US-WCDMA 1900 (1850 a 1990 MHz) e US-WCDMA 1700/2100 (Tx 1710 a 1770 MHz, Rx 2110 a 2170 MHz).
12. Aparelho de rádio caracterizado pelo fato de que compreende uma estrutura de antena (100), conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 4.

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1/8

FIGURA 1

30/54

2/8

BPF2 Amp2

FIGURA 2

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3/8

- S11

-------$22 ............ S21

FREQUÊNCIA |MHz|

FIGURA 3a

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4/8

-S11 .. —----S22

FREQUÊNCIA [MHz]

FIGURA 3b

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5/8

---— ____7,,, ~~· *~^ ~*^** ;· ·?··>?··· · st ·· «Ί .U/âíU .vSJwü _ rjtàí£f

Tipo = Corrente da Superfície (pico) Monitor = H_2033 [2]

Máximo = 25,0152 A/m Frequência = 2083 Fase = 90 oraus

FIGURA 4

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6/8

Α1

Ψ

BPF1

FIGURA 5a

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7/8

36.'54

8/8

- GSM 900

A1 Ψ |-1 -RX- I BPF1 o s TX d· A2 d-

ι-GSM 900 •-GSM 1900

- GSM 1900

WCDMA *2000 RX1

WCDMA 2000 RX2

WCDMA 2000 TX

Amp2

FIGURA 6

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