BR102021013771A2

BR102021013771A2 - Antena elétrica de microfita e método de fabricação

Info

Publication number: BR102021013771A2
Application number: BR102021013771-1A
Authority: BR
Inventors: Luis Fernando Pigoso Destro; William Norberto Aloise; Vanderlei Gonçalves
Original assignee: Ibbx Inovação Em Sistemas De Software E Hardware Ltda
Priority date: 2021-07-13
Filing date: 2021-07-13
Publication date: 2023-01-17
Also published as: GB202401875D0; WO2023283712A1; GB2623278A; DE202022002998U1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma antena elétrica (1) de microfita e seu respectivo método de fabricação, em que dita antena (1) é do tipo eletricamente pequena sendo dimensionada em função de ao menos um parâmetro de onda com a qual será operada. A presente invenção também se refere a um equipamento dotado da dita antena elétrica (1).

Description

ANTENA ELÉTRICA DE MICROFITA E MÉTODO DE FABRICAÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a uma antena elétrica de microfita e seu respectivo método de fabricação, em que dita antena é do tipo eletricamente pequena sendo dimensionada em função de ao menos um parâmetro de onda com o qual será operada. A presente invenção também se refere a um equipamento dotado de dita antena elétrica.

Descrição do Estado da Técnica

[002] Em um contexto geral, sabe-se que a tendência de dispositivos é que sejam confeccionados cada vez mais em dimensões menores. Com isso, também diminui o espaço disponível neles para seus componentes eletrônicos incluindo aí os relacionados a tecnologias wireless como as antenas, o que traz uma série de desafios para desenvolver estes dispositivos.

[003] Especificamente em relação a tais antenas, há diversos estudos conhecidos sobre seu uso em diferentes aplicações, principalmente em near field, ao qual a presente invenção se refere.

[004] “Near field” é uma região do espaço/tempo considerado na transmissão de ondas eletromagnéticas. Se trata de um intervalo finito dado em função da distância entre o transmissor, chamado ponto zero, até o “far field”. Este intervalo possuí três subintervalos, sendo: near field reativo, near field radiante e zona de transição. Todos estes intervalos dependem diretamente de um comprimento de onda e do tamanho físico da antena transmissora. Como se pode observar nas equações abaixo, que relacionam near field com comprimento de onda, para se estar de fato em near field em distâncias consideradas regulares para o uso da invenção aplicada a dispositivos eletrônicos, deve-se operar em baixas frequências.

k = 2 π/λ

[005] As soluções que operam em “low frequency” e near field aplicadas a um propósito de a transmissão de energia sem fio (wireless power) para pequenos dispositivos (small devices) apresentam comportamentos anômalos de grandezas e fenômenos eletromagnéticos pouco compreendidos até o momento, os quais foram extremamente estudados nas presentes pesquisas ao longo do desenvolvimento da presente solução.

[006] Cita-se abaixo alguns destes fenômenos indesejados e recorrentes nas soluções do estado da técnica:

[007] - baixo ganho (G) independentemente do tamanho físico de antenas;

[008] - alteração de impedâncias de ondas no espaço livre em função de distância Tx/Rx, tanto em uma parte Real (R) quanto em uma parte imaginária (Jx);

[009] - defasagem entre campos E e H em função da distância Tx/Rx;

[0010] - uma quantidade de energia não é distribuída igualmente entre campos E e H;

[0011] - componentes de campo E (E theta, E phi e Er) e H (H theta, H phi e Hr) tem intensidade diferentes que em far field conhecidas e

[0012] - baixa resistência de radiação nas antenas.

[0013] Além disso, vale notar que nesses casos específicos não se aplicam ferramentas matemáticas convencionais adequadamente.

[0014] Assim, não se observa no estado da técnica uma solução que opere em “low frequency” e near field e que apresente aplicações adequadas e respectivos benefícios para a transmissão de energia sem fio (wireless power) a aparelhos, especialmente aqueles do tipo “small devices”.

[0015] As soluções conhecidas no estado da técnica não permitem, portanto, usufruir de benefícios de aplicações em low frequency e near field em pequenos dispositivos, pois estas não foram projetadas e construídas de maneira não convencional especialmente para estas aplicações. Isso ocorre pois, para tal, são necessárias antenas e circuitos especiais para este fim e não conhecidos no estado da técnica até o presente momento.

Objetivos da Invenção

[0016] Um objetivo da presente invenção é prover uma solução de antena elétrica, seu método de fabricação e aparelho dotado de dita antena que vantajosamente opere em low frequency (baixa frequência) e near field.

[0017] Um objetivo da presente invenção é prover uma solução de antena elétrica, seu método de fabricação e aparelho dotado de dita antena que vantajosamente apresente em relação a far field:

[0018] - maior quantidade e energia disponível para um receptor;

[0019] - densidade de potência mais linear em função da distância;

[0020] - disponibilidade de energia distribuída uniformemente em 360° no plano phi da transmissão; e

[0021] - menor atenuação da onda ao atravessar barreiras.

[0022] Um objetivo da presente invenção é prover uma antena elétrica confeccionada especialmente em função de parâmetros de onda na qual pode operar.

[0023] Um objetivo da presente invenção é prover uma antena elétrica capaz de atuar na captação de energia de um meio externo de modo sem fio e posterior transmissão da energia captada.

[0024] Um objetivo da presente invenção é prover um método de fabricação de uma antena elétrica confeccionada especialmente em função de parâmetros de onda na qual pode operar.

[0025] Um objetivo da presente invenção é prover um equipamento dotado de ao menos uma antena elétrica confeccionada especialmente em função de parâmetros de onda na qual pode operar.

Breve Descrição da Invenção

[0026] Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de uma antena elétrica confeccionada em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido.

[0027] Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um método de fabricação de uma antena elétrica confeccionada em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido.

[0028] Os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de um equipamento elétrico dotado de ao menos uma antena elétrica confeccionada em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido.

Breve Descrição dos Desenhos

[0029] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

[0030] Figura 1 - é um exemplo de onda, destacando região de near field, zona de transição e região de far field;

[0031] Figura 2 - é um exemplo de onda, destacando planos E e H e também as regiões de near field e far field;

[0032] Figura 3 - é uma vista frontal da antena elétrica de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

[0033] Figura 4 - é uma vista frontal da antena elétrica de acordo com os ensinamentos da presente invenção, destacando suas trilhas confeccionadas em material condutor;

[0034] Figura 5 - é uma vista traseira da antena elétrica de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

[0035] Figura 6 - é uma vista em corte da antena elétrica de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

[0036] Figura 7 - é um gráfico de coeficientes de reflexão em função da frequência da antena de acordo com os ensinamentos da presente invenção;

[0037] Figura 8 - é uma carta de Smith para a antena de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

Descrição Detalhada das Figuras

[0038] A princípio, a presente invenção refere-se a uma antena elétrica 1, ora denominada apenas antena 1 a qual é, em uma configuração, de microfita do tipo “meander line”. Esta geometria é bastante vantajosa para a presente invenção pois as trilhas não permite a existência de reatância indutiva. Mais especificamente, cada trecho da trilha 4 que é condutora e o substrato que a envolve forma capacitores (trilhas horizontais) e indutores (trilhas verticais). Assim, a formação destes componentes permite que as capacitâncias e indutâncias de cada um entrem em equilíbrio e vantajosamente se anulem.

[0039] Em uma configuração, esta antena 1 é do tipo “eletricamente pequena” (Electrically Small Antena - ESA) em relação a um comprimento de onda, a qual apresenta dimensões menores que 0, 1 comprimentos de onda (0, 1λ) em relação a uma onda na qual podem operar.

[0040] Nesta configuração de ESA especificamente, nota-se que podem se alterar algumas características de radiação como ganho, comprimento efetivo, área efetiva, impedâncias, dentre outras.

[0041] Então para se trabalhar com uma antena do tipo ESA é necessário entender estes efeitos e buscar outros atributos possíveis, afim de acentuá-los no sistema buscando a melhor performance da antena 1 na captação de energia.

[0042] Neste contexto, a antena elétrica 1 ora proposta é configurada de acordo com os ensinamentos da presente invenção para apresentar propriedades (características) específicas especialmente em relação à sua geometria, permeabilidade magnética, permissividade, qualificação e quantificação dos materiais que a compõem.

[0043] O entendimento e aplicação destas propriedades possibilitaram a construção de antenas elétricas 1 de alta performance de acordo com os ensinamentos da presente invenção, chegando a rendimentos relativamente elevados em relação ao estado da técnica.

[0044] Estas propriedades estão diretamente ligadas ao conhecimento profundo das reatâncias capacitivas e indutivas presentes nas antenas, que muitas vezes são chamadas de elementos "parasitas", pois são indesejados por estarem fora das considerações de um circuito RLC pré-calculado.

[0045] Porém, esta antena 1 objeto da presente invenção leva em consideração esses elementos e os aproveita como forma de casamento ideal para o near field que também possuí elementos reativos. Com isso pode-se controlar estes parâmetros nas antenas, executando o cancelamento de reatâncias de onda em near field através das reatâncias controladas das antenas 1 conforme será melhor exposto adiante.

[0046] De todo modo e conforme pode se observar nas figuras 3, 4, 5 e 6, a antena elétrica 1 é composta basicamente por uma trilha 4 confeccionada em material condutor 2 e um substrato isolante 3, sendo configurada especialmente para aplicações em baixa frequência e near field. Um mero exemplo de baixa frequência com a qual a presente invenção conforme será descrita pode atuar satisfatoriamente está entre 100kHz e 200MHz, mais especificamente entre 1MHz e 150 MHz.

[0047] Na prática, certamente outras faixas de frequência são também factíveis e podem ser consideradas, porém em situações reais objetivando especialmente carregar eletricamente dispositivos eletrônicos a distância, a aplicação da presente invenção poderia não ser útil. Isto porque a distância entre a antena 1 e o fornecedor de energia (ondas) varia em função da dita frequência, de modo que distâncias muito grandes, apesar de viáveis, acarretariam na perda do uso prático da invenção ora proposta. Neste contexto, as características propostas serão melhor descritas a seguir.

Geometria

[0048] No caso da presente invenção, que diz respeito a uma antena 1 eletricamente pequena e que atua em baixas frequências e near field, uma configuração possível é aquela em formato “meander line”, que apresenta uma fita em “curvas” e, portanto, uma superfície expandida e otimizada.

[0049] Esta configuração específica apresenta melhor captação de campo magnético através de fluxos magnéticos de inserção com angulo diferente de 90° com relação a uma reta normal da superfície da própria antena 1.

[0050] Esta geometria também permite que, para cada "curva" da trilha 4 haja pelo menos uma indutância em série dominante e para cada seção paralela haja ao menos uma capacitância em serie dominante.

[0051] Assim, devem ser calculadas cada curva e cada reta paralela entre as voltas da trilha 4 de material condutor 2 da antena 1. Com isso, é possível se obter cancelamentos entre indutâncias e capacitâncias da antena (ou seja, uma capacitância pode cancelar uma impedância específica e vice-versa), de modo que passa a existir na própria antena um circuito RLC equivalente e conhecido em função de frequências específicas ou de frequências que se deseja trabalhar com a antena elétrica 1.

[0052] Mais especificamente, considerando determinada frequência, a onda com a qual a antena 1 está operando apresenta determinada impedância com uma parte real (resistência de radiação) e uma parte imaginária (reatâncias capacitivas e indutivas). Fisicamente falando em relação às reatâncias capacitivas e indutivas, estas representam a porção da onda em forma de “armazenamento” entre um capacitor e um indutor. O cancelamento entre estas capacitâncias e indutâncias ocorre quando se atinge uma frequência de ressonância (sintonia ou ressonância direta) para aquela frequência de onda específica. Quando ocorre dito cancelamento, a energia antes armazenada em forma indutiva (campo magnético) ou capacitiva (campo elétrico) passa a ser potência no circuito e podem ser utilizadas de forma útil neste.

[0053] Em relação à antena 1, quando esta está em operação, é possível que surjam elementos parasitas indesejados e por vezes imprevisíveis no circuito. Por exemplo, os componentes da antena 1 como as próprias voltas (curvas; trechos) da trilha 4 podem formar um capacitor com uma carcaça de celular, com as mãos de um usuário, com móveis sobre os quais o equipamento elétrico é apoiado e outros componentes (por exemplo, externos) que são predominantemente isolantes elétricos. Tal elemento parasita dificilmente poderá ser calculado e considerado em um projeto com precisão satisfatória. Portanto, tendo-se a frequência de operação da antena 1, a presente invenção vantajosamente prevê que a própria antena 1 altere seus componentes capacitivos ou indutivos para realizar o cancelamento descrito acima.

[0054] Como certas impedâncias e capacitâncias que podem ser controladas por outros componentes são variáveis, é interessante que a antena 1 apresente uma banda um pouco larga, de modo que se possa ter espaço de trabalho para alteração de impedância ou capacitância sem que haja deslocamento de frequência.

[0055] Como a presente antena 1 é vantajosamente dedicada a capturar o máximo de potências possível, ou seja, é necessário induzir tensão nas extremidades da antena através de campos E e H, então pode-se considerar que esta antena 1 é hibrida, pois capta sinais através de dois campos de uma onda e não apenas através de um como é a maneira mais utilizada.

Permeabilidade magnética

[0056] Em relação às soluções conhecidas no estado da técnica, observa-se que a permeabilidade magnética não é muito levada e conta na construção de antenas, pois o que se julga importante para transferência de dados é a captação de sinais elétricos, o campo E. Para isso, o estado da técnica mostra ser mais conveniente focar no comprimento físico da antena 1.

[0057] Em contrapartida, a presente antena 1 é capaz de captar o máximo de energia possível a fim de abastecer equipamentos diversos (devices) e, para tal, é de grande valia captar também um campo magnético B, pois existe nele uma quantidade considerável de energia as vezes até maior que no campo elétrico E.

[0058] Com isso deve-se levar muito em consideração a permeabilidade magnética das antenas, e isso impacta diretamente na geometria da dita antena 1, já que o fluxo magnético depende de uma área da superfície A da antena 1.

[0059] Para isso, considera-se a permeabilidade magnética da antena 1 (especialmente da trilha 4 e do substrato 3) de modo que quanto maior a permeabilidade magnética da antena 1, mais campo B será captado. Isto porque uma alta permeabilidade magnética permite uma maior captura de elétrons, mesmo em materiais considerados isolantes como, por exemplo, o substrato 3 da antena 1.

[0060] Porém, alinhado aos ensinamentos da presente invenção, existe um ponto "ótimo" de permeabilidade conforme a equação de força eletromotriz em função do fluxo magnético.

Permissividade elétrica dos isolantes e substratos

[0061] A permissividade elétrica pode ser entendida como uma grandeza que representa quanto um elétron reage quando é induzido nele um campo magnético ou elétrico. Assim, quanto maios a permissividade, mais condutor um material é.

[0062] A permissividade é importante no substrato 3 da antena, em especial tanto no invólucro do próprio dispositivo, ou na placa de impressão FR4, fenolite etc.

[0063] O conhecimento e domínio desta grandeza aplicados a construção das antenas 1 objeto da presente invenção é um fator contribuinte para a redução do comprimento físico destes elementos radiantes sem deslocar uma frequência de ressonância.

[0064] No entanto, esta aplicação pode acarretar em perdas de potência, de modo que um modelo matemático demonstra o ponto ideal no valor da permissividade. Com isso pode-se escolher o substrato 3 correto a ser utilizado e executar aplicações em antenas 1 em materiais diversos tal como injetado, por exemplo.

[0065] Em relação especialmente ao substrato 3, uma permissividade menor é vantajosa pois inibe a presença de elementos parasitas no circuito.

[0066] Por outro lado, uma permissividade maior é também vantajosa pois permite deslocar a frequência de ressonância para baixo (diminuir tal frequência). Ou seja, uma antena 1 pode ressonar em frequências menores pela simples presença de um substrato de permissividade relativamente alta sem a necessidade de alterar suas dimensões.

[0067] Em contrapartida, há perdas de energia no circuito em função do material do substrato 3.

[0068] Portanto, nota-se que a frequência de ressonância de determinada antena 1 e suas dimensões podem ser ambas alteradas em função deste substrato 3. Mas neste contexto, deve-se ponderar o material do substrato 3 em função principalmente dos pontos elencados acima.

Qualificação e quantificação dos materiais

[0069] Em uma configuração, os materiais componentes da antena elétrica 1 objeto da presente invenção são cobre e zinco, sendo cobre em uma linha positiva do circuito e zinco em uma linha negativa.

[0070] Em particular, o cobre na parte positiva e o zinco na parte negativa se dá pois entre estes dois materiais existe uma diferença de potencial natural (DDP), fato este que aumenta o desempenho de entrega de energia pelo circuito elétrico da antena 1.

[0071] Porém, vale notar que outros materiais de propriedades físico-químicas adequadas também poderiam ser utilizados em função de cada aplicação, tais como alumínio ou prata para a trilha 4 (condutor) e FR4, fenolite, PVC ou ABS para o substrato 3 (isolante), dentre outros.

Configuração

[0072] Alinhado aos ensinamentos da presente invenção acima expostos, a antena elétrica 1 proposta é confeccionada em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido, em que podem ser configurados em função do comprimento de onda (λ) ao menos um parâmetro dentre o grupo formado por: comprimento da antena W, altura da antena L, comprimento da trilha LH, altura de volta de trilha LV, altura da trilha S, espessura da trilha TW, altura da base da trilha LFV, comprimento da base da trilha LFH, altura do aterramento GNDV, comprimento do aterramento GNDH, espessura da antena TK e espessura da trilha TKC.

[0073] A configuração da antena 1 pode se dar também em função de outros parâmetros da onda como, por exemplo, sua velocidade de propagação ou até mesmo os parâmetros de qualificação da onda já citados previamente (impedância, energia em forma de reatâncias indutivas ou capacitivas, resistência real, campo magnético e elétrico e sua não perpendicularidade, tempo, dentre outros).

[0074] Em qualquer configuração, porém, a antena 1 deve ser configurada de modo a ter impedâncias com as partes reais e imaginárias variáveis (reativa), podendo se ajustar com a impedância da onda em função das distâncias entre transmissor e receptor.

[0075] Esta impedância variável é fundamental para que se atinjam os objetivos da presente invenção, de modo que a antena 1 possa ser casada com ondas no espaço livre em near field e que, por sua, vez possui impedâncias variáveis em função da distância entre transmissor e receptor.

[0076] Além de contribuir com este atributo, a antena elétrica 1 otimiza a captação de dois campos de uma onda (o elétrico E e o magnético B), aproveitando com isso maior parte da energia contida em uma onda eletromagnética. Obtenção de parâmetros função de um comprimento de onda (λ)

[0077] Para fins de melhor esclarecer como tais parâmetros são obtidos em uma situação prática, será brevemente descrito a seguir um processo de fabricação de antena eletricamente pequena em near field, tal como a presente proposta.

[0078] Uma primeira etapa é identificar densidades de potência presentes em pontos do range escolhido nos quais a antena irá trabalhar (ex.: 1m, 2m e 3m).

[0079] Em outras palavras, esta etapa compreende verificar quais são as densidades de potência para cada ponto de atuação da antena, a determinadas distância entre emissor e receptor. Tal etapa pode ser realizada por meio de métodos matemáticos específicos para tal, especialmente em função da densidade de potência em near field no ponto escolhido, campo elétrico medido e da impedância da antena receptora.

[0080] Uma outra etapa compreende calcular uma área efetiva da dita antena 1, em função por exemplo de uma potência recebida medida e da densidade de potência em near field calculada previamente.

[0081] Sabendo a área efetiva para cada ponto, pode-se agora ajustar a impedância da antena 1 de modo a casar melhor com uma impedância da onda em near field. Desta maneira, cada vez que se ajusta a antena, pode-se verificar o que ocorreu com sua área efetiva.

[0082] Neste ponto, observou-se que certas dimensões vantajosamente se consolidam, por trazerem resultados ótimos de área efetiva, ou seja, de eficiência da antena eletricamente pequena em near field alinhado aos ensinamentos da presente invenção. Tais dimensões serão exemplificadas a seguir.

Exemplo 1

[0083] Para melhor exemplificar os parâmetros que podem ser configurados em função do comprimento de onda (λ) alinhado ao detalhamento anterior, exemplifica-se uma configuração proposta abaixo, cujas dimensões da antena elétrica 1 são definidas em função do dito comprimento de onda (λ):

[0084] Comprimento da antena W: de 0,0025λ a 0,025λ

[0085] Altura da antena L: de 0,0075λ a 0,075λ

[0086] Comprimento da trilha LH: de 0,002λ a 0,02λ

[0087] Altura de volta de trilha LV: de 0,0003λ a 0,003λ

[0088] Altura da trilha S: de 0,005λ a 0,05λ

[0089] Espessura da trilha TW: de 0,0001λ a 0,001λ

[0090] Altura da base da trilha LFV: de 0,0025λ a 0,025λ

[0091] Comprimento da base da trilha LFH: de 0,005λ a 0,05λ

[0092] Altura do aterramento GNDV: de 0,0025λ a 0,025λ

[0093] Comprimento do aterramento GNDH: de 0,0025λ a 0,025λ

[0094] Espessura da antena TK: de 0,00001λ a 0,0025λ

[0095] Espessura da trilha TKC: de 0,0000001λ a 0,001λ. Funcionamento e operação

[0096] A antena elétrica 1 da presente invenção pode atuar adequadamente como transmissor ou receptor de ondas. Em ambos os casos seu funcionamento é semelhante e será descrito em função de uma operação na qual se deseja fornecer energia elétrica a um aparelho (device) externo, em que uma primeira antena F1 (transmissor) transmite energia por meio do ar para uma segunda antena F2 (receptor).

[0097] A segunda antena F2 do receptor é especial de construção, e idêntica a F1 do transmissor, porém para se ajustar a tamanhos menores, suas dimensões podem ser reduzidas conforme necessidade, através dos ensinamentos da presente invenção em função de um comprimento de onda (λ).

[0098] A antena F2 primeiramente captura o sinal eletromagnético (campos E e H) presente no ar transmitido pela antena F1 do transmissor.

[0099] Após a antena F2 capturar os campos E e H, esta mesma envia um sinal para um componente subsequente (não mostrado), que por sua vez pode analisar a impedância desta onda de modo a casar a impedância da antena 1 com a da onda através de alterações de impedância em um bloco sintonizador (não mostrado).

[00100] Assim, de maneira geral, tem-se em uma configuração que após captar este sinal, a antena F2 envia as tensões para outros componentes para que estes sinais sejam devidamente tratados e retificados para atender às necessidades de fornecimento de energia ao aparelho.

[00101] Por meio da antena 1 ora proposta pela presente invenção, é possível se obter uma alta eficiência energética em comparação às soluções conhecidas no estado da técnica. Por exemplo, nota-se das figuras 7 e 8 que exemplificam testes práticos em uma frequência de 150MHz que há um baixo coeficiente de reflexão (na ordem de -8dB), o que representa que a antena 1 proposta permite ter um alto aproveitamento da potência fornecida a ela.

[00102] Como a antena 1 pode ser acoplada a um bloco que ajusta automaticamente a impedância de acordo com a variação de frequência da onda conforme já discutido anteriormente, a presente invenção permite ter uma baixa reflexão independente da frequência da onda captada pela antena 1.

[00103] Ademais e como já mencionado, a antena 1 é do tipo eletricamente pequena, o que possibilita trabalhar em baixas frequências de acordo com os presentes ensinamentos. Ao contrário, para atingir os mesmos objetivos propostos para a dita antena 1 com uma antena convencional conhecida no estado da técnica e em baixas frequências (elevado comprimento de onda), a antena teria que ter dimensões extravagantes, o que na prática não permitiria seu uso em todos os tipos de aparelhos eletrônicos, especialmente aqueles amplamente utilizados atualmente como celulares, tablets, portáteis e periféricos em geral.

[00104] Em concordância com a descrição acima e como pode ser observado das figuras 1 a 8, em uma porção inferior de uma face frontal da antena 1, tem-se que a trilha 4 localiza-se no substrato (por exemplo sobre ou contida neste). Tal trilha 4 inicia-se em uma base, de dimensões altura da base LFV e comprimento da base LFH. Esta base projeta-se para cima em direção ao substrato 3 e pode ser entendida como coplanar a ele. Partindo-se desta base, inicia-se uma projeção da trilha 4.

[00105] Em uma configuração preferencial, a antena 1 possui trilha 4 a qual apresenta trechos horizontais e verticais. Em linhas gerais, esta trilha 4 se prolonga paralelamente ao substrato 3 e pode ser entendida como coplanar a ele. Os trechos horizontais da trilha 4 se prolongam no comprimento da trilha LH ao longo do comprimento da antena W, paralelos um ao outro. Cada trecho horizontal da trilha 4 tem uma extremidade conectada a um trecho vertical que forma a altura de volta de trilha LV, que é paralela à altura da antena L. Em uma configuração preferencial, o comprimento da trilha LH e a altura de volta de trilha LV são equidistantes e perpendiculares entre si, formando assim a geometria preferencial denominada meander line.

[00106] Em uma configuração, cada trecho da trilha 4 apresenta mesma espessura TW, porém alternativamente diferentes espessuras podem ser implementadas ao longo da trilha 4.

[00107] A altura da trilha S se dá ainda com um trecho da trila 4 que se projeta a partir do último trecho horizontal da trilha 4 em direção à base da própria trilha 4, por exemplo partindo de uma porção superior da face frontal do substrato 3 de maneira perpendicular a ele.

[00108] Em uma face posterior do substrato 3 encontra-se um aterramento (GND), de dimensões altura do aterramento GNDV e comprimento do aterramento GNDH. Em uma configuração, este aterramento é paralelo ao substrato 3 e pode ser entendido como coplanar a ele.

[00109] Alinhado ao acima exposto, a presente invenção também compreende um método de fabricação de uma antena elétrica 1 de microfita de geometria do tipo meander line, a qual já foi descrita previamente.

[00110] Assim, salvo adaptações, as características da dita antena 1 se valem também para o método objeto da presente invenção.

[00111] Em relação ao método de fabricação de uma antena elétrica 1 propriamente dito, este compreende uma etapa de prover um material condutor 2 (das trilhas 4). Em uma configuração, tal material pode ser cobre e também prata ou alumínio, usados na configuração das trilhas 4 da antena 1 a ser fabricada. Uma outra etapa do método compreende prover um substrato isolante 3.

[00112] Em uma configuração estes materiais podem ser FR4, fenolite, PVC ou ABS na antena 1 a ser fabricada.

[00113] Uma outra etapa do método proposto compreende dispor o material condutor 2 e o substrato isolante 3 em conjunto de modo a compor a dita antena elétrica 1 em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido.

[00114] A princípio esta etapa pode se valer de diversos processos industriais amplamente conhecidos, tais como injeção, moldagem, prensagem e outros, os quais não serão aqui descritos, mas se incorporam como possibilidades para que se atinjam os objetivos da presente invenção.

[00115] Porém, vale destacar que esta etapa de disposição dos materiais deve ocorrer de modo que são configurados em função do comprimento de onda (λ) ao menos um parâmetro dentre o grupo formado por: comprimento da antena W, altura da antena L, comprimento da trilha LH, altura de volta de trilha LV, altura da trilha S, espessura da trilha TW, altura da base da trilha LFV, comprimento da base da trilha LFH, altura do aterramento GNDV, comprimento do aterramento GNDH, espessura da antena TK e espessura da trilha TKC.

[00116] Com isso, é possível garantir que a antena elétrica 1 obtida deste método poderá ser configurada para aplicações em baixa frequência e near field, permitindo atingir vantajosamente os objetivos da presente invenção.

[00117] Conforme já mencionado, as características da antena 1 obtidas através do método ora proposto já foram descritas previamente e não serão replicadas no presente texto. Este mesmo entendimento vale para os detalhamentos, exemplo e configurações da antena elétrica 1 que se aplicam, mutatis mutandis, ao dito método.

[00118] Adicionalmente, para atingir os objetivos da presente invenção, esta prevê também um equipamento elétrico dotado de ao menos uma antena elétrica 1, tal como aquela já descrita previamente e que pode ser obtida pelo método também já descrito.

[00119] Este equipamento elétrico (não mostrado) pode conter uma pluralidade de componentes adicionais tais como uma fonte de energia elétrica, retificadores, osciladores, filtros, amplificadores, acopladores, sintonizadores, chaveadores, elevadores e redutores de grandezas elétricas, dentre outros de diversos tipos como, por exemplo, elétrico e/ou mecânicos.

[00120] Desta forma, a presente invenção permite, portanto, obter vantajosamente uma antena elétrica 1 configurada para atuar em frequências baixas (low frequency) e near field, permitindo capturar energia elétrica e transmiti-la para outros aparelhos (devices) com a função, por exemplo, de carregá-los eletricamente. Exemplos de tais equipamentos (devices) incluem celulares, smartphones, computadores, eletroeletrônicos diversos, gadgets, periféricos, etc.

[00121] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

Antena elétrica (1) de microfita, caracterizada pelo fato de que é confeccionada em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido, em que podem ser configurados em função do comprimento de onda (λ) ao menos um parâmetro dentre o grupo formado por: comprimento da antena (W), altura da antena (L), comprimento da trilha (LH), altura de volta de trilha (LV), altura da trilha (S), espessura da trilha (TW), altura da base da trilha (LFV), comprimento da base da trilha (LFH), altura do aterramento (GNDV), comprimento do aterramento (GNDH), espessura da antena (TK) e espessura da trilha (TKC).
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é configurada para aplicações em baixa frequência e near field.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a dita geometria do tipo meander line é configurada de modo que para cada curva há ao menos uma indutância em série dominante e para cada seção paralela há ao menos uma capacitância em série dominante.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a dita antena elétrica (1) é configurada de modo que permita surgir um circuito RLC na própria antena elétrica (1), tal circuito RLC sendo configurado em função de frequências de onda.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que é configurada para receber uma tensão induzida, em que a indução de tensão permite que a dita antena elétrica (1) capte ao menos um campo de uma onda, em que estes campos podem ser ao menos um dentre um campo elétrico e um campo magnético.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que é confeccionada de modo que possua permeabilidade magnética otimizada, a qual pode ser calculada em função de uma área da dita antena elétrica (1).
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que é confeccionada considerando parâmetros relacionados à permissividade elétrica.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que pode atuar como transmissor ou receptor de ondas.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que é composta por um material condutor (2) e um substrato isolante (3).
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que é confeccionada de modo a ter impedâncias com partes reais e imaginárias variáveis, em que tais impedâncias podem ser relacionadas a ao menos um dentre uma resistência de radiação, reatância capacitiva e indutiva.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a impedância pode ser do tipo reativa.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que os parâmetros do grupo formado por comprimento da antena (W), altura da antena (L), comprimento da trilha (LH), altura de volta de trilha (LV), altura da trilha (S), espessura da trilha (TW), altura da base da trilha (LFV), comprimento da base da trilha (LFH), altura do aterramento (GNDV), comprimento do aterramento (GNDH), espessura da antena (TK) e espessura da trilha (TKC) em função do comprimento de onda (λ) podem ser configurados da seguinte forma:
Comprimento da antena (W): de 0,0025λ a 0,025λ
Altura da antena (L): de 0,0075λ a 0,075λ
Comprimento da trilha (LH): de 0,002λ a 0,02λ
Altura de volta de trilha (LV): de 0,0003λ a 0,003λ
Altura da trilha (S): de 0,005λ a 0,05λ
Espessura da trilha (TW): de 0,0001λ a 0,001λ
Altura da base da trilha (LFV): de 0 0025λ a 0,025λ
Comprimento da base da trilha (LFH): de 0,005λ a 0,05λ
Altura do aterramento (GNDV): de 0,0025λ a 0,025λ
Comprimento do aterramento (GNDH): de 0,0025λ a 0,025λ
Espessura da antena (TK): de 0,00001λ a 0,0025λ
Espessura da trilha (TKC): de 0, 000001λ a 0,001λ.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que é configurada para capturar ondas do ar, em que tais ondas podem ser do tipo eletromagnéticas.
Antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que é do tipo eletricamente pequena.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1),
caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:
- - prover um material condutor (2);
- - prover um substrato isolante (3);
- - dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de modo a compor a dita antena elétrica (1) em função de um comprimento de onda (λ) de um sinal a ser recebido ou transmitido, em que são configurados em função do comprimento de onda (λ) ao menos um parâmetro dentre o grupo formado por: comprimento da antena (W), altura da antena (L), comprimento da trilha (LH), altura de volta de trilha (LV), altura da trilha (S), espessura da trilha (TW), altura da base da trilha (LFV), comprimento da base da trilha (LFH), altura do aterramento (GNDV), comprimento do aterramento (GNDH), espessura da antena (TK) e espessura da trilha (TKC).
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a antena elétrica (1) fabricada é configurada para aplicações em baixa frequência e near field.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a dita geometria pode ser do tipo meander line e configurada de modo que para cada curva há ao menos uma indutância série dominante e para cada seção paralela há ao menos uma capacitância série dominante.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que dita antena (1) é configurada para permitir surgir um circuito RLC na própria antena elétrica (1), tal circuito RLC sendo configurado em função de frequências de onda.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que dita antena elétrica (1) é configurada para receber uma tensão induzida, em que a indução de tensão permite que a antena elétrica (1) capte ao menos dois campos de uma onda, em que estes campos podem ser um campo elétrico e um campo magnético.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que a antena elétrica (1) possui permeabilidade magnética otimizada, a qual pode ser calculada em função de uma área da dita antena elétrica (1).
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que a antena elétrica (1) é confeccionada considerando parâmetros relacionados à uma permissividade elétrica.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que a antena elétrica (1) pode atuar como transmissor ou receptor de ondas.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que a antena elétrica (1) pode ter impedâncias com partes reais e imaginárias variáveis, em que tais impedâncias podem ser relacionadas a ao menos um dentre uma resistência de radiação, reatância capacitiva e indutiva.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a etapa de dispor o material condutor (2) e o substrato isolante (3) em conjunto de forma a compor a dita antena elétrica (1) se dá tal que a antena elétrica (1) pode ter uma impedância do tipo reativa.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de
microfita, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que pode incluir ainda uma etapa de configurar os parâmetros do grupo formado por comprimento da antena (W), altura da antena (L), comprimento da trilha (LH), altura de volta de trilha (LV), altura da trilha (S), espessura da trilha (TW), altura da base da trilha (LFV), comprimento da base da trilha (LFH), altura do aterramento (GNDV), comprimento do aterramento (GNDH), espessura da antena (TK) e espessura da trilha (TKC) em função do comprimento de onda (λ) da seguinte forma:
Comprimento da antena (W): de 0,0025λ a 0,025λ
Altura da antena (L): de 0,0075λ a 0,075λ
Comprimento da trilha (LH): de 0,002λ a 0,02λ
Altura de volta de trilha (LV): de 0,0003λ a 0,003λ
Altura da trilha (S): de 0,005λ a 0,05λ
Espessura da trilha (TW): de 0,0001λ a 0,001λ
Altura da base da trilha (LFV): de 0,0025λ a 0,025λ
Comprimento da base da trilha (LFH): de 0,005λ a 0,05λ
Altura do aterramento (GNDV): de 0,0025λ a 0,025λ
Comprimento do aterramento (GNDH): de 0,0025λ a 0,025λ
Espessura da antena (TK): de 0,00001λ a 0,0025λ
Espessura da trilha (TKC): de 0,0000001λ a 0,001λ.
Método de fabricação de uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que pode incluir ainda uma etapa de capturar ondas do ar quando dita antena elétrica (1) estiver em uso, em que tais ondas podem ser do tipo eletromagnéticas.
Equipamento elétrico dotado de ao menos uma antena elétrica (1) de microfita, caracterizado pelo fato de que é dotado de ao menos uma antena elétrica (1) de microfita, como definida na reivindicação 1.
Equipamento dotado de ao menos uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que é dotado de ao menos uma antena elétrica (1) de microfita que pode ser fabricada como definido na reivindicação 15.
Equipamento dotado de ao menos uma antena
elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que a antena elétrica (1) é confeccionada em função grupo formado por comprimento da antena (W), altura da antena (L), comprimento da trilha (LH), altura de volta de trilha (LV), altura da trilha (S), espessura da trilha (TW), altura da base da trilha (LFV), comprimento da base da trilha (LFH), altura do aterramento (GNDV), comprimento do aterramento (GNDH), espessura da antena (TK) e espessura da trilha (TKC) da seguinte forma:
Comprimento da antena (W): de 0,0025λ a 0,025λ
Altura da antena (L): de 0,0075λ a 0,075λ
Comprimento da trilha (LH): de 0,002λ a 0,02λ
Altura de volta de trilha (LV): de 0,0003λ a 0,003λ
Altura da trilha (S): de 0,005λ a 0,05λ
Espessura da trilha (TW): de 0,0001λ a 0,001λ
Altura da base da trilha (LFV): de 0,0025λ a 0,025λ
Comprimento da base da trilha (LFH): de 0,005λ a 0,05λ
Altura do aterramento (GNDV): de 0,0025λ a 0,025λ
Comprimento do aterramento (GNDH): de 0,0025λ a 0,025λ
Espessura da antena (TK): de 0,00001λ a 0,0025λ
Espessura da trilha (TKC): de 0,0000001λ a 0,001λ
Equipamento dotado de ao menos uma antena elétrica (1) de microfita, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que é de ao menos um tipo dentre elétrico, mecânico ou suas combinações.