BR112015011747B1

BR112015011747B1 - Antena para um receptor de navegação via satélite

Info

Publication number: BR112015011747B1
Application number: BR112015011747-3A
Authority: BR
Inventors: Mark L. Rentz
Original assignee: Deere & Company
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2022-05-31
Also published as: GB2523946B; CN104885301B; WO2014099451A1; BR112015011747A2; US9379453B2; AU2013363428B2; US20140176386A1; CN104885301A; GB201511894D0; AU2013363428A1; DE112013006167T5; DE112013006167B4; GB2523946A

Abstract

ANTENA ,SISTEMA DE ANTENA, E, RECEPTOR DE NAVEGAÇÃO VIA SATÉLITE. É descrita uma antena (11) que compreende radiadores semielípticos endentados (26, 28, 126, 128). Cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) tem uma primeira superfície substancialmente plana. Um plano de aterramento (14) tem uma segunda superfície substancialmente plana (29) que é, no geral, paralela às primeiras superfícies substancialmente planas dos radiadores (26, 28, 126, 128) em um espaçamento, no geral, uniforme. O plano de aterramento (14) tem um eixo geométrico central. Elementos de alimentação (32) são adaptados para conduzir um sinal eletromagnético para, e a partir de, cada radiador. Cada um dos elementos de alimentação (32) é espaçado radialmente para fora do eixo geométrico central do plano de aterramento (14). Um elemento aterrado (34) é acoplado em cada radiador e espaçado radialmente para fora do espaçador de alimentação (32).

Description

Campo da Invenção

[001] Esta divulgação refere-se a uma antena para um receptor de navegação via satélite.

Fundamentos da Invenção

[002] Receptores de navegação via satélite referem-se a receptores de determinação de local, tais como um receptor do Sistema de Posicionamento Global (GPS), um receptor do Sistema de Satélite de Navegação Global (GLONASS) ou um receptor Galileo, por exemplo. Um receptor de navegação via satélite exige uma antena para receber um ou mais sinais de satélite que são transmitidos por um ou mais transmissores de satélite de veículos de satélite que orbitam ao redor da Terra. Certas antenas da tecnologia anterior não proveem recepção adequada de sinais de satélite em baixos ângulos de elevação. A recepção de sinais de satélite em baixos ângulos de elevação é particularmente importante se receptores de satélite forem operados em altas latitudes (por exemplo, no Ártico). Desta maneira, há necessidade de uma antena que provê recepção e ganho adequados de um ou mais sinais de satélite em relação a uma faixa visada de ângulos de elevação.

Sumário

[003] De acordo com uma modalidade, uma antena compreende radiadores semielípticos endentados. Cada um dos radiadores tem uma primeira superfície substancialmente plana. Um plano de aterramento tem uma segunda superfície substancialmente plana que é, no geral, paralela às primeiras superfícies substancialmente planas dos radiadores em um espaçamento, no geral, uniforme. O plano de aterramento tem um eixo geométrico central. Elementos de alimentação são adaptados para conduzir um sinal eletromagnético para, e a partir de, cada radiador. Cada um dos elementos de alimentação é espaçado radialmente para fora do eixo geométrico central do plano de aterramento. Um elemento aterrado é acoplado em cada radiador e espaçado radialmente para fora do espaçador de alimentação.

Breve Descrição dos Desenhos

[004] A figura 1A é uma vista em perspectiva de uma modalidade da antena.

[005] A figura 1B é uma vista plana da antena da figura 1A.

[006] A figura 1C é uma vista lateral seccional transversal da antena ao longo da linha de referência 1C-1C na figura 1B.

[007] A figura 1D é a vista em perspectiva da antena ao longo da linha de referência 1D-1D na figura 1B.

[008] A figura 1E é uma vista em perspectiva explodida da antena da figura 1A.

[009] A figura 2 é uma modalidade alternativa dos radiadores que podem ser substituídos pelos radiadores da figura 1A.

[0010] A figura 3 é uma modalidade alternativa de uma estrutura de suporte para os refletores parasíticos.

[0011] A figura 4 é uma outra modalidade alternativa de uma estrutura de suporte para os refletores parasíticos.

[0012] A figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de antena consistente com a antena da figura 1A.

[0013] A figura 6 é uma representação esquemática de uma modalidade ilustrativa de uma rede de correspondência.

[0014] A figura 7 é um diagrama de blocos de um combinador ou uma rede de combinação.

[0015] A figura 8 é um diagrama de um padrão de radiação ilustrativo associado com a antena de acordo com esta divulgação.

[0016] A figura 9 é um diagrama de blocos de um receptor de navegação via satélite acoplado na antena.

Descrição de Modalidade(s) Ilustrativa(s)

[0017] De acordo com uma modalidade, a figura 1A até a figura 1E, inclusive, ilustram uma antena 11. Por exemplo, a antena 11 compreende um grupo de radiadores espacialmente deslocados e diferentemente orientados (26, 28, 126, 128), tais como radiadores semielípticos endentados. Cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) tem uma primeira superfície substancialmente plana 27 (por exemplo, da forma ilustrada na figura 1C). Um plano de aterramento 14 tem uma segunda superfície substancialmente plana 29 que é, no geral, paralela às primeiras superfícies substancialmente planas 27 dos radiadores (26, 28, 126, 128) em um espaçamento, no geral, uniforme 51 (da forma mostrada na figura 1C). O plano de aterramento 14 tem um eixo geométrico central 21. Elementos de alimentação 32 são adaptados para conduzir um sinal eletromagnético para, e a partir de, cada radiador (26, 28, 126, 128), ou para, e a partir de, cada radiador. Cada um dos elementos de alimentação 32 é espaçado radialmente para fora do eixo geométrico central 21 do plano de aterramento 14. Cada elemento de alimentação 32 é acoplado em, ou eletricamente acoplado em, um respectivo radiador, entre os radiadores (26, 28, 126, 128). Um elemento aterrado 34 é acoplado em, ou eletricamente acoplado em, cada radiador (26, 28, 126 e 128) e espaçado radialmente para fora do elemento de alimentação 32.

[0018] Em uma modalidade, um ou mais refletores parasíticos (18, 20 e 22) são espaçados axialmente a partir do plano de aterramento 14 e dos radiadores (26, 28, 126 e 128). Embora três refletores parasíticos (18, 20, 22) sejam ilustrados na modalidade da figura 1A até da figura 1E, inclusive, em outras modalidades, um refletor parasítico pode ser usado. Em uma modalidade alternativa, os refletores parasíticos (18, 20, 22) podem ser omitidos.

Radiadores

[0019] Um radiador (26, 28, 126, e 128) refere-se a um elemento de radiação, ou um elemento de radiação condutor elétrico, que recebe ou transmite um sinal eletromagnético, tal como um sinal eletromagnético transmitido a partir de um sistema de navegação por satélite, um transmissor de satélite ou um transceptor de satélite. O radiador (26, 28, 126, 128) pode compreender um monopolo carregado em disco modificado, por exemplo. Em uma modalidade, os radiadores (26, 28, 126, 128) são arranjados para prover componentes de sinal do deslocamento de fase de um sinal eletromagnético recebido pela orientação relativa de cada radiador em relação a um radiador adjacente no sentido horário ou no sentido anti-horário ao redor de um eixo geométrico central 21 da antena 11 ou do plano de aterramento 14, em que o sentido horário ou o sentido anti-horário são observados a partir de um ponto de visualização acima da antena 11. Da forma mostrada na figura 1B, uma borda curva 63 de cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) vira no sentido horário na direção de um eixo geométrico central 21 da antena 11, em que uma borda retilínea 62 de cada um dos radiadores (26, 28) é oposta ou toca a borda curva 63. A orientação no sentido horário das bordas curvas 63 dos radiadores predispõe a antena 11 para favorecer a recepção mais forte de sinais circularmente polarizados para a direita, por exemplo. A borda curva 63 tem um entalhe 61 (por exemplo, um entalhe, no geral, retangular) ou parte de corte, em que a borda curva 63 é, no geral, elíptica ou, no geral, circular. Da forma mostrada, o entalhe 61 é centralmente posicionado ou centralizado na borda curva 63. Em uma modalidade alternativa, a borda curva 63 de cada radiador pode ficar voltada no sentido anti-horário, particularmente, se houver preferência para receber sinais circularmente polarizados para a esquerda (LHCP) em relação aos sinais circularmente polarizados para a direita (RHCP).

[0020] Em uma modalidade, os radiadores (26, 28, 126, 128) podem ser embutidos em, encapsulados em, moldados em ou fixados em um elemento, no geral, plano 31. O elemento, no geral, plano 31 compreende uma camada dielétrica ou uma placa de fiação impressa substancialmente plana que é composta por um material dielétrico. Da forma ilustrada, o elemento plano 31 pode ser, no geral, modelado como um disco com material dielétrico removido ou ausente da periferia quando ele não for essencial para suportar os radiadores. Em modalidade alternativa, o elemento plano pode ser substancialmente em forma de disco.

[0021] Em uma modalidade, cada radiador (26, 28, 126, 128) ou elemento de radiação individual pode ser incorporado ou modelado como um monopolo carregado em disco (DLM) ou um monopolo carregado em disco modificado em virtude de ele se prestar a ser adaptado para ser aproximadamente ressonante em relação às bandas de frequência de interesse. Para frequências de micro-ondas ou para recepção de sinais de navegação via satélite (por exemplo, sinais do Satélite de Posicionamento Global (GPS)), o espaçamento, no geral, uniforme 51 entre o plano de aterramento 14 e os radiadores (26, 28, 126, 128) é aproximadamente 14 milímetros (mm) e o diâmetro do plano de aterramento 14 é aproximadamente 120 milímetros (mm), embora outras configurações caiam no escopo da divulgação e das reivindicações.

[0022] Em uma modalidade, o radiador (26, 28, 126, 128) pode compreender um monopolo carregado em disco modificado, em que modificado significa que há uma ou mais das seguintes modificações em um monopolo carregado em disco convencional ou típico: (1) cada disco é truncado de maneira tal que ele tenha apenas uma fenda 61, (2) as duas estruturas de alimentação (por exemplo, o elemento de alimentação 32 e o espaçador de aterramento 34) são deslocados do eixo geométrico central 21, e (3) os elementos de alimentação 32 têm seções transversais substancialmente circulares, elípticas ou poligonais (por exemplo, hexagonais) e os elementos aterrados 34 têm seções transversais, no geral, retangulares, respectivamente. Por exemplo, os elementos de alimentação 32 (por exemplo, estruturas hexagonais radialmente para dentro) são acionados e os elementos aterrados 34 (por exemplo, estruturas retangulares radialmente para fora) são eletricamente conectados ou acoplados no plano de aterramento 14. A truncagem dos discos (com fendas 61) e o deslocamento das alimentações (32, 34) facilitam uma melhor razão axial (AR) de toda a antena 11 quando os radiadores (26, 28, 126, 128) forem acionados para produzir radiação de polarização circular para a direita (RHCP). Se os radiadores (26, 28, 126, 128), da forma orientada na figura 1A, forem acionados para produzir radiação LHCP, a AR será degradada. A razão axial é a razão de amplitude dos componentes ortogonais de um campo eletromagnético com polarização circular. De forma ideal, um sinal circularmente polarizado tem componentes de campo eletromagnético ortogonais de amplitude igual que ficam 90 graus fora de fase. Em virtude de os componentes terem igual magnitude, a razão axial pode ser um (1) ou 0 Decibel (dB) para o feixe principal da antena 11. Entretanto, a antena 11 pode ter diferente razão axial, já que o desempenho pode degradar a partir de um feixe ou lóbulo principal de qualquer antena 11.

Refletores parasíticos

[0023] Em uma configuração, a antena 11 compreende um ou mais refletores parasíticos (18, 20, 22) que são, no geral, elípticos ou, no geral, circulares. Em uma outra configuração, há um conjunto de refletores (18, 20, 22) que têm diferentes raios. Em uma ainda outra configuração, o conjunto de refletores compreende um primeiro refletor 18, um segundo refletor 20 e um terceiro refletor 22 espaçados axialmente uns dos outros, em que o primeiro refletor 18 tem um raio menor que o segundo refletor 20 e em que o segundo refletor 20 tem um raio menor que o terceiro refletor 22.

[0024] Em uma modalidade alternativa, os refletores parasíticos (18, 20, 22) são omitidos ou eliminados da antena 11 ou do sistema de antena. Entretanto, tais omissão ou eliminação de um ou mais refletores parasíticos podem ocasionar uma degradação na AR da antena.

[0025] Os refletores parasíticos (18, 20, 22) são compostos por material metálico, metal, uma liga ou outro material condutor elétrico posicionado ao redor de um eixo geométrico central 21 ou acima de uma região central da antena 11 ao redor do eixo geométrico central 21. Os refletores parasíticos (18, 20, 22) ficam localizados acima de uma parte dos radiadores (26, 28, 126, 128). Um propósito dos refletores parasíticos (18, 20, 22) é prover um acoplamento controlado entre os radiadores (26, 28, 126, 128) ou elementos de radiação, de maneira tal que a razão axial (AR) seja melhorada. O espaçamento vertical e i diâmetro dos refletores parasíticos (18, 20, 22) afetam quanto a AR pode ser reduzida, mas, no geral, quando os discos ficam posicionados mais baixos, a impedância desvia mais da impedância alvo (por exemplo, 50 ohms desejados). Mais discos ou menos discos podem ser usados para os refletores parasíticos, mas, durante o teste nas bandas de frequência do sistema de satélite de navegação global (GNSS), pouca melhoria foi observada com mais de três refletores parasíticos (18, 20, 22) ou discos passivos. Em uma configuração para recepção de um ou mais sinais do Sistema de Posicionamento Global (GPS) transmitidos a partir de veículos ou satélites espaciais, os discos têm diâmetros de aproximadamente 30 mm, aproximadamente 36 mm e aproximadamente 50 mm, do mais baixo para o mais alto, respectivamente, embora outras dimensões possam cair no escopo das reivindicações. Estrutura de Suporte

[0026] Em uma modalidade, uma estrutura de suporte dielétrica 24 suporta um ou mais refletores parasíticos (18, 20, 22) acima de uma parte central ao redor do eixo geométrico central 21 da antena 11 ou espaçados a partir dos radiadores. O refletor ou os refletores parasíticos (18, 20, 22) podem ser suportados por uma estrutura de suporte ou corpo dielétrico 24 que é associado com o perímetro ou a periferia de cada refletor parasítico (18, 20, 22). Por exemplo, da forma ilustrada na figura 1B e na figura 1C, a estrutura de suporte dielétrica 24 pode ter fendas ou recessos 75 que encaixam a parte de perímetro ou a parte de periferia 77 de cada refletor parasítico.

[0027] Em uma configuração, o corpo de suporte 24 compreende uma base 85 que tem suportes que se projetam 87 (por exemplo, suportes que se projetam escalonados) que se estendem a partir da base 85, em que cada um dos suportes que se projetam contém as fendas ou os recessos 75 que encaixam a parte de perímetro ou a parte de periferia 77 de cada refletor parasítico.

[0028] Vantajosamente, o corpo de suporte 24 facilita a proteção ou protege a parte de perímetro do refletor parasítico (18, 20, 22) para impedir a curvatura ou o movimento da periferia do refletor parasítico (18, 20, 22) que podem, de outra forma, afetar a sintonia ou afetar o acoplamento entre cada refletor parasítico (18, 20, 22) e um radiador (26, 28, 126, 128). Plano de Aterramento

[0029] O plano de aterramento 14 pode compreender qualquer superfície, no geral, plana 29 que é condutora elétrica. Por exemplo, o plano de aterramento 14 pode compreender uma superfície metálica, no geral, contínua de um substrato ou placa de circuito 15. Em uma modalidade, o material condutor elétrico compreende um material metálico, um metal ou uma liga. Em uma modalidade, o plano de aterramento 14 é, no geral, elíptico ou circular com uma espessura, no geral, uniforme. Em outras modalidades, o plano de aterramento 14 pode ter um perímetro que é, no geral, retangular, poligonal ou modelado de outras maneiras.

[0030] Em uma modalidade alternativa, o plano de aterramento 14 pode ser construído a partir de uma tela de metal ou uma tela metálica, tal como a tela de metal que é embutida em, moldada em ou encapsulada em um polímero, um plástico, uma matriz de polímero, uma matriz de plástico, um material composto ou congêneres. Elementos aterrados

[0031] Em uma modalidade, o elemento aterrado 34 tem uma seção transversal, no geral, retangular, embora outras formas poligonais ou outras formas geométricas possam funcionar e possam cair no escopo das reivindicações. Cada elemento aterrado 34 pode compreender um espaçador. Cada elemento aterrado 34 é mecanicamente e eletricamente conectado no plano de aterramento 14 e em um correspondente radiador (26, 28, 126, 128). Por exemplo, uma primeira extremidade 134 (por exemplo, extremidade inferior) de cada elemento aterrado 34 é conectada no plano de aterramento 14, enquanto que uma segunda extremidade 135 de cada elemento aterrado 34 é conectada no correspondente radiador (26, 28, 126, 128). Em uma modalidade, os elementos aterrados 34 ficam posicionados radialmente para fora dos elementos de alimentação 32 em relação ao eixo geométrico central 21. Elementos de alimentação

[0032] O elemento de alimentação 32 é eletricamente separado ou isolado do plano de aterramento 14. Em um exemplo, uma folga de ar ou um vão livre são estabelecidos entre os elementos de alimentação 32 e uma abertura 79 no plano de aterramento 14 da placa de circuito 15. Em um outro exemplo, um isolador ou anel de isolamento pode ser instalado entre o elemento de alimentação 32 e uma abertura 79 no plano de aterramento 14. Da forma ilustrada na figura 1C, uma primeira extremidade 81 (por exemplo, extremidade superior) de cada elemento de alimentação 32 é mecanicamente e eletricamente conectada em um radiador correspondente (26, 28, 126, 128). Por exemplo, o radiador (26, 28, 126, 128) pode ter um recesso para receber o elemento de alimentação 32, em que o recesso tem uma forma seccional transversal (por exemplo, forma substancialmente hexagonal) que corresponde substancialmente ao tamanho e à forma do elemento de alimentação 32, ou uma projeção localizada neste. Em uma modalidade, o elemento de alimentação 32 tem uma seção transversal, no geral, poligonal com cinco ou mais lados, tal como uma seção transversal substancialmente pentagonal ou substancialmente hexagonal. Desta maneira, o recesso (por exemplo, recesso substancialmente poligonal) em um correspondente radiador pode encaixar ou casar com a seção transversal, no geral, poligonal. Em uma outra modalidade, o elemento de alimentação tem uma seção transversal, no geral, circular. Em uma configuração, o recesso é soldado na seção transversal, no geral, poligonal ou ligado com adesivo condutor. O elemento de alimentação 32 é composto por metal, um material metálico, uma liga ou um outro material condutor elétrico.

[0033] Da forma ilustrada na figura 1C, uma segunda extremidade 83 (por exemplo, extremidade inferior) de cada elemento de alimentação 32 é oposta à primeira extremidade 81. A segunda extremidade 83 é eletricamente conectada em um ou mais traços condutores 16 de uma placa de circuito 15, por exemplo. Os traços condutores 16 podem ser associados com uma rede de correspondência de impedância 507 (na figura 5), que será descrita com detalhes posteriormente nesta divulgação. Em uma configuração ilustrativa, os traços condutores 16 proveem um sinal transmitido para a antena 11 ou conduzem um sinal recebido para um receptor acoplado na antena 11. Na segunda extremidade 83, o anel condutor elétrico 72 e o elemento de fixação (por exemplo, inserto condutor elétrico rosqueado ou porca metálica embutida) podem suportar a formação de uma conexão ou um caminho elétrico entre os radiadores (26, 28, 126, 128) e a rede de correspondência de impedância 507 ou outro sistema de circuitos na placa de circuito 75.

[0034] Nas figuras 1A até 1D, inclusive, a antena 11 usa quatro radiadores (26, 28, 126, 128) ou elementos de radiação individualmente acionados por quatro sinais recebidos, em que cada sinal recebido difere em fase em 90 graus do sinal ou sinais adjacentes. Por exemplo, a figura 5 ilustra a antena 11 em um modo de recepção, em que o sinal inserido a partir de cada radiador (26, 28, 126, 128) ou elemento de antena fica 90 graus fora de fase em relação aos sinais adjacentes. Similarmente, em um modo de transmissão ou um modo dual de transmissão e recepção, um sinal transmitido pode ser inserido em cada radiador 90 graus fora de fase em relação aos sinais adjacentes.

[0035] A figura 1E mostra uma vista explodida da antena 11. A antena pode incluir um quadro opcional 13 que alinha com um furo central 113 na estrutura de suporte 24 ou sua base 85 para facilitar o alinhamento dos elementos de fixação 30 com os elementos de fixação 71 (por exemplo, insertos rosqueados) embutidos no quadro opcional 13, ou furos rosqueados no quadro opcional 13.

[0036] A figura 2 é o diagrama de uma modalidade alternativa do conjunto radiador que deleta o elemento, no geral, plano 31 de maneira tal que radiadores (26, 28, 126, 128) sejam expostos. Números de referência iguais na figura 1A até na figura 1E e na figura 2 indicam elementos iguais.

[0037] Os radiadores (26, 28, 126, 128) da figura 2 não são embutidos ou fixados em nenhum plano dielétrico. Em vez disto, os radiadores (26, 28, 126, 128) podem compreender elementos de antena, no geral, planos 11 compostos por material condutor elétrico, com a orientação relativa dos radiadores (26, 28, 126, 128) no plano horizontal da forma mostrada na figura 2. Os radiadores (26, 28, 126, 128) podem ser coextensivos com o plano da folha da figura 2. Cada radiador (26, 28, 126, 128) pode ter um ou mais furos de montagem 202, de maneira tal que elementos de fixação 30 possam prender o radiador na antena 11 ou em uma parte da antena 11.

[0038] A antena 111 da figura 3 é similar à antena 11 das figuras 1A até 1E, inclusive, exceto em que a estrutura de suporte 24 da figura 1C é substituída por uma estrutura de suporte alternativa 124. Números de referência iguais na figura 1A até na figura 1E, inclusive, e na figura 3 indicam elementos iguais.

[0039] Na figura 3, o refletor ou refletores parasíticos (18, 20, 22) podem ser suportados por uma estrutura de suporte dielétrica 124 que é associada com, ou fixada em, uma região central 301 (por exemplo, furo central) de cada refletor parasítico. Cada refletor parasítico (18, 20, 22) pode ser fixado em uma estrutura de suporte dielétrica central 124 em seu furo central 301 por meio de um encaixe de pressão ou em seu furo central 301 e um respectivo degrau (125, 127, 129) na estrutura de suporte 124.

[0040] Em uma configuração, a estrutura de suporte dielétrica 124 compreende um poste central com degraus (125, 127, 129), em que cada degrau é configurado para suportar ou prender um correspondente dos refletores parasíticos (18, 20, 22). Por exemplo, cada degrau (125, 127, 129) pode suportar os refletores parasíticos (18, 20, 22) a partir de uma base ou região central do refletor parasítico ao redor do seu furo central 301.

[0041] Em uma modalidade alternativa, cada refletor parasítico (18, 20, 22) pode ser fixado em uma estrutura de suporte dielétrica central 124 por meio de uma porca (por exemplo, diferentes porcas, em que a porca inferior tem um diâmetro maior que uma porca superiora) que casa com roscas nas partes cilíndricas da estrutura 124 para unir cada refletor parasítico (18, 20, 22) entre uma respectiva porca e um correspondente degrau ou ressalto (125, 127, 129) da estrutura de suporte dielétrica central 124.

[0042] A antena 211 da figura 4 é similar à antena 11 da figura 1B, em que a estrutura de suporte 24 dos refletores parasíticos (18, 20, 22) é substituída por uma estrutura de suporte alternativa de camadas dielétricas (224, 324 e 424) ou camadas de espuma dielétrica. Por exemplo, cada camada dielétrica (224, 324 e 424) pode ser composta por poliestireno ou um outro material dielétrico de uma altura ou uma espessura desejada para prover uma separação alvo entre refletores parasíticos adjacentes ou voltados um para o outro (18, 20, 22) e para prover uma separação alvo de uma parte central 401 dos radiadores (26, 28, 126, 128) próxima do eixo geométrico central 21 da antena 211.

[0043] Em uma configuração, a estrutura de suporte dielétrica alternativa da figura 4 compreende primeira camada dielétrica 424 entre uma zona central 401 da antena 211 e o refletor parasítico mais próximo (18), uma segunda camada dielétrica 324 entre o refletor parasítico mais próximo (18) e um refletor parasítico intermediário (20) e uma terceira camada dielétrica 224 entre o refletor parasítico intermediário (20) e o refletor parasítico mais distante possível (22), em que o refletor parasítico mais próximo é sinônimo com o primeiro refletor parasítico 18 ou o refletor parasítico que é mais próximo de uma parte central 401 acima dos radiadores.

[0044] Em uma modalidade, o refletor ou refletores parasíticos (18, 20, 22) podem ser suportados por uma ou mais correspondentes camadas dielétricas (por exemplo, camadas de espuma dielétrica) que são associadas com ou que sustentam uma região central de cada refletor parasítico próximo do eixo geométrico 21. Por exemplo, o refletor parasítico (18, 20 ou 22) pode ser fixado em, ou adesivamente ligado em, uma correspondente camada de espuma dielétrica de uma espessura desejada: (1) (por exemplo, espessura vertical) para separar os refletores parasíticos adjacentes (18, 20, 22), (2) para separar o primeiro refletor parasítico 18 dos radiadores 27 ou (3) para produzir um grau desejado ou nível de acoplamento entre os radiadores e um ou mais refletores parasíticos para otimizar a AR.

[0045] Da forma ilustrada na figura 4, uma primeira camada dielétrica 424 cobre uma região central 401 da camada dielétrica 31, ao mesmo tempo em que a primeira camada dielétrica 424 toca e suporta o primeiro refletor parasítico 18. Uma segunda camada dielétrica 324 cobre pelo menos uma região central do primeiro refletor parasítico 18, ao mesmo tempo em que a segunda camada dielétrica 324 toca e suporta o segundo refletor parasítico 20. Uma terceira camada dielétrica 224 cobre pelo menos uma região central 401 do segundo refletor parasítico 20, ao mesmo tempo em que a terceira camada dielétrica 224 toca e suporta o terceiro refletor parasítico 22.

[0046] A figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de antena consistente com a antena 11 da figura 1A até a figura 1E, inclusive. Números de referência iguais indicam elementos iguais na figura 1A até na figura 1E, inclusive, e na figura 5. Em configurações alternativas, o sistema de antena pode compreender uma antena 11, uma antena 111 ou uma antena 211, por exemplo.

[0047] De acordo com a figura 5, um sistema de antena compreende um sistema da interface 571 acoplado na antena 11. Em uma modalidade, o sistema da interface 571 pode compreender uma pluralidade de redes de correspondência de impedância 507 acopladas em correspondentes radiadores (26, 28, 126, 128) da antena 11 por meio de elementos de alimentação 32. Nos nós de entrada 602, cada uma das respectivas redes de correspondência de impedância 507 é acoplada em um dos correspondentes radiadores (26, 28, 126, 128) para corresponder a impedância (por exemplo, impedância reativa) de cada radiador com uma impedância alvo (por exemplo, 50 ohms ou 75 ohms) nos nós de saída 601 das redes de correspondência de impedância 507. Em uma configuração, cada uma das redes de correspondência de impedância 507 compreende um ou mais circuitos sintonizados (por exemplo, 603 na figura 6) que compreendem um capacitor e um indutor (por exemplo, circuitos sintonizados em série ou em paralelo).

[0048] Por sua vez, as redes de correspondência de impedância 507 são acopladas em um combinador 501. Em uma modalidade, o sistema de antena compreende um combinador 501 que tem portas primárias (502, 503, 504, 505) acopladas nos nós de saída 601 das respectivas redes de correspondência de impedância 507 e uma porta secundária 511 para realizar interface com um dispositivo de navegação via satélite (por exemplo, um receptor, transmissor ou amplificador de baixo ruído (LNA) para um receptor, tal como o receptor 900 da figura 9). Em uma configuração, o combinador 501 aceita componentes de sinal de diferentes fases que são deslocadas em aproximadamente 90 graus nas portas primárias (502, 503, 504, 505); o combinador 501 transmite um sinal composto na porta secundária 511 que contém cada um dos componentes de sinal. Por exemplo, na figura 5, uma primeira porta 502 tem um sinal recebido com uma primeira fase de aproximadamente 0 grau; uma segunda porta 503 tem uma segunda fase de aproximadamente 90 graus; uma terceira porta 504 tem uma terceira fase de aproximadamente 180 graus, e uma quarta porta 505 tem uma quarta fase de aproximadamente 270 graus, em que o combinador 501 pode deslocar as fases com deslocadores de fase, híbridos, transformadores toroidais de ferrita, ou outros dispositivos para produzir um sinal recebido agregado ou composto. Em relação à porta secundária 511 do combinador, o dispositivo de navegação via satélite compreende um ou mais dos seguintes dispositivos: um receptor do satélite de navegação, um transmissor ou transceptor de satélite navegação.

[0049] Em uma configuração do sistema de antena, os radiadores (26, 28, 126 e 128) são arranjados para prover componentes de sinal do deslocamento de fase de um sinal eletromagnético recebido (por exemplo, sinal de satélite ou sinal de navegação via satélite) pela orientação relativa de cada radiador em relação a um radiador adjacente no sentido horário ou no sentido anti-horário ao redor do eixo geométrico central 21. Em uma modalidade, uma borda curva 63 de cada um dos radiadores (26, 28, 126 e 128) vira no sentido horário ao redor de um eixo geométrico central 21 da antena 11, em que uma borda retilínea 61 de cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) é oposta ou toca a borda curva 63. Em uma outra modalidade, a borda curva 63 tem um entalhe, no geral, retangular e em que a borda curva é, no geral, elíptica ou, no geral, circular.

[0050] Da forma mostrada na figura 5, cada elemento de alimentação 32 tem uma seção transversal, no geral, poligonal, tal como uma seção transversal hexagonal. Em uma modalidade alternativa, o elemento de alimentação 32 tem uma seção transversal, no geral, circular. O elemento aterrado 34 tem uma seção transversal, no geral, retangular, por exemplo.

[0051] Para receber eficientemente radiação circularmente polarizada para a direita (RHCP), os elementos de alimentação 32 (por exemplo, quatro postes de acionamento hexagonais) podem ser processados por um circuito analógico de micro-ondas ou de radiofrequência (RF) no lado de base do plano de aterramento 14, em que pelo menos uma parte de uma placa de circuito 15 ou substrato formam o plano de aterramento 14. Em uma modalidade, uma ou mais redes de correspondência de impedância 507 são montadas na placa de circuito 15 em um lado oposto (por exemplo, em um lado de base da placa de circuito 15) do lado que os radiadores ficam voltados. Cada rede de correspondência 507 pode ser acoplada nos correspondentes radiadores (26, 28, 126, 128). Cada rede de correspondência 507 provê correspondência ou conversão das características de impedância do sinal eletromagnético recebido ou transmitido para uma impedância alvo (por exemplo, 50 ohms) para o combinador 501. Em um exemplo, a impedância de saída da rede de correspondência 507 é, substancialmente, 50 ohms nos nós de saída 601. A seguir, os quatro sinais são alimentados em um combinador 501 (por exemplo, rede de combinação de quadratura), da forma mostrada na figura 5. O combinador 501 pode compreender um deslocador de fase, combinador ou módulos híbridos para maximizar a potência do sinal recebido a partir de um sinal de recepção de RHCP.

[0052] A figura 6 divulga uma possível modalidade ilustrativa de uma rede de correspondência de impedância 507 consistente com o diagrama de blocos da figura 5. Números de referência iguais na figura 5 e na figura 6 indicam elementos iguais.

[0053] Um nó de entrada 602 (ou primeiro terminal) da rede de correspondência de impedância 507 tem um capacitor 606 C2 que pode neutralizar, pelo menos parcialmente, a indutância associada com o respectivo radiador (por exemplo, 26, 28, 126 ou 128) em relação à faixa ou à banda de frequência do sinal recebido. O nó de entrada 602 funciona como um terminal de entrada no modo de recepção. A rede de correspondência de impedância 507 é bem adequada para compensar a indutância reativa dos radiadores (26, 28, 126, 128) da antena (11, 111 ou 211).

[0054] A rede de correspondência de impedância 507 compreende um circuito sintonizado em série 603. Por sua vez, o circuito sintonizado em série 603 compreende um capacitor (C1) acoplado em série em um indutor (L1), em que o circuito sintonizado provê uma frequência de banda de passagem em função da resposta da amplitude em, ou próximo de, uma frequência ressonante desejada (por exemplo, sinal de recepção alvo ou banda do sinal de recepção).

[0055] Um nó de saída 601 (por exemplo, segundo terminal) da rede de correspondência de impedância 507 é acoplado em um terminal do capacitor (C1) e um terminal de um indutor 604 (L2). O nó de saída 601 é um terminal de saída da rede de correspondência de impedância 507 no modo de recepção. Um terminal oposto do indutor 604 (L2) é conectado no aterramento de maneira tal que a frequência inferior ou sinais de corrente contínua sejam derivados para o aterramento, que provê uma frequência passa alta em função da resposta da amplitude para o sinal recebido inserido nos nós de entrada 602. Esta resposta da frequência passa alta é cumulativa com a resposta da frequência de banda de passagem provida pelo circuito sintonizado em série 603. O segundo terminal 601 apresenta uma impedância alvo (por exemplo, aproximadamente 50 ohms) para o combinador 501.

[0056] Com base na faixa de frequência de operação da antena 11 para um Sistema de Posicionamento Global (GPS) ou um outro sistema de navegação por satélite, os indutores L1 e L2 podem compreender microtira ou linhas de transmissão tipo stripline formadas ou definidas, pelo menos parcialmente, pelos traços condutores 16 em uma placa de circuito 15, enquanto que os capacitores C1 e C2 podem compreender capacitores montados no chip ou na superfície com mínimo comprimento do condutor, por exemplo.

[0057] A figura 7 compreende um combinador ilustrativo 501 consistente com a figura 5. Da forma ilustrada, o combinador 501 compreende uma pluralidade de híbridos, incluindo um primeiro híbrido 700 que provê uma primeira porta de saída 751 com deslocamento de fase de 0 grau e uma segunda porta de saída 752 com um deslocamento de fase de 90 graus em relação a um sinal de entrada na porta secundária 511. O primeiro híbrido 700 é acoplado em um segundo híbrido 702 e um terceiro híbrido 704. Da forma indicada, cada um do segundo híbrido 702 e do terceiro híbrido 704 provê duas portas de saída: uma porta de saída em fase com 0 grau de deslocamento de fase em relação a um sinal de entrada e porta de saída em fase oposta (ou porta de saída antifase) com 180 graus de deslocamento de fase em relação a um sinal de entrada. A primeira porta de saída 751 é acoplada no segundo híbrido 702, enquanto que a segunda porta de saída 752 é acoplada no terceiro híbrido 704. A porta de saída em fase do segundo híbrido 702 é acoplada no nó de saída 502; a porta em fase oposta ou antifase do segundo híbrido 702 é acoplada no nó de saída 504. A porta de saída em fase do terceiro híbrido 704 é acoplada no nó de saída 503; a porta em fase oposta ou antifase do segundo híbrido 702 é acoplada no nó de saída 505.

[0058] A figura 8 ilustra possíveis padrões de radiação ilustrativos que são possíveis em relação à antena (11, 111 ou 211) da divulgação. Se os elementos de alimentação 32 forem acoplados em um combinador 501 (por exemplo, um combinador de quadratura) através de redes de correspondência de impedância apropriadas 507, um ou mais padrões de radiação da figura 8 podem resultar, por exemplo.

[0059] Em um gráfico polar, a figura 8 ilustra o ganho da antena em função do azimute para várias polarizações, em que cada círculo concêntrico em linhas tracejadas indica um correspondente nível de ganho discreto do padrão de radiação, expressado em Decibéis, e em que a borda externa indica o azimute do padrão de radiação, expressado em graus. Aqui, o ganho ilustrativo da antena em função do azimute é ilustrado para as seguintes polarizações de sinais recebidos ou transmitidos: (1) polarização circular para a direita (RHCP) para o sinal GPS de frequência L1 (L1 RH), (2) polarização para a esquerda (LHCP) para o sinal GPS L1 (L1 LH), (3) polarização circular para a direita (RHCP) para o sinal GPS de frequência L2 (L2 RH), e (4) polarização circular para a esquerda (LHCP) para o sinal GPS de frequência L2 (L2 LH). O gráfico polar mostra que o ganho isotrópico circularmente polarizado para a direita para GPS L1 (1.575 MHz) e GPS L2 (1.227 MHz) é razoavelmente uniforme sobre o hemisfério superior. O gráfico também mostra que o ganho para polarização circular para a esquerda é muito inferior do que para polarização circular para a direita, de maneira tal que os sinais de polarização circular para a esquerda recebidos sejam atenuados ou rejeitados pela antena (11, 111 ou 211). Entretanto, entende-se que a polarização circular para a esquerda pode ser favorecida em relação à polarização circular para a direita, se desejado, pela mudança da orientação dos radiadores (26, 28, 126, 128) e pela mudança de suas respectivas conexões para o combinador ou a rede de combinação.

[0060] A figura 9 ilustra uma antena (11, 111 ou 211) acoplada no sistema da interface 571. Por sua vez, o sistema da interface 571 é acoplado no receptor 900. Números de referência iguais na figura 5 e na figura 9 indicam elementos iguais.

[0061] Em uma modalidade, o receptor 900 compreende um receptor de navegação via satélite ou um receptor de determinação de local, tal como um receptor GPS. O receptor 900 compreende um amplificador de baixo ruído 901, um conversor descendente 902, um conversor analógico para digital 903 e um processador de dados 904.

[0062] O amplificador de baixo ruído (LNA) 901 compreende um amplificador de radiofrequência analógico ou amplificador de micro-ondas para amplificar um sinal recebido provido a partir da antena (11, 111 ou 211) por meio do sistema da interface 571, ou sua porta secundária 511. Em uma configuração, o amplificador de baixo ruído 901 é acoplado em um conversor descendente 902 para realizar conversão descendente de um sinal recebido em uma frequência recebida para um sinal em frequência intermediária ou um sinal em frequência de banda base.

[0063] Em uma modalidade, o conversor descendente 902 pode compreender um oscilador de referência local e um mixador que mixa o sinal localmente gerado com o sinal recebido para conversão descendente. O conversor descendente 902 é acoplado em um conversor analógico para digital 903.

[0064] Da forma mostrada, o conversor analógico para digital 903 é arranjado para converter o sinal em frequência intermediária ou o sinal em frequência de banda base para um sinal digital em frequência intermediária ou um sinal digital em frequência de banda base. O conversor analógico para digital 903 é acoplado em um processador de dados 904.

[0065] Em uma modalidade, o processador de dados 904 pode compreender um microprocessador, um microcontrolador, um arranjo lógico programável, um dispositivo lógico programável, um processador de sinal digital, um circuito integrado específico de aplicação ou um outro sistema eletrônico de processamento de dados. O processador de dados 904 é configurado para decodificar ou demodular pelo menos parte do sinal recebido, para rastrear a fase da portadora do sinal recebido ou para de outra forma processar sinais recebidos, recebidos a partir de um ou mais satélites para estimar um local do receptor 900 e, mais especificamente, sua antena (11, 111, 211).

[0066] A antena (11, 111 ou 211) descrita neste documento é bem adequada para um receptor de Navegação por Satélite Global com base na Terra (GNSS) de alta precisão. Receptores GNSS de média para baixa precisão, tais como aqueles encontrados em sistemas de navegação veicular e aparelhos de telefone celular, são menos exigentes em suas exigências de desempenho da antena. A antena (11, 111 ou 211) descrita neste documento pode prover ganho isotrópico uniforme no hemisfério superior de +3 dBi e nenhum ganho em ângulos de elevação abaixo do horizonte; a recepção de sinais com polarização circular para a direita (RHCP), em oposição à polarização circular para a esquerda; e baixa variação de ganho em relação à frequência (isto é, resposta de frequência uniforme). A antena da divulgação pode ser prontamente fabricada em um tamanho relativamente compacto de baixo peso, por exemplo.

[0067] Tendo descrito a modalidade preferida, ficará aparente que várias modificações podem ser feitas sem fugir do escopo da invenção definido nas reivindicações anexas. Por exemplo, uma ou mais de qualquer uma das reivindicações dependentes apresentadas neste documento pode ser combinada com qualquer reivindicação independente para formar qualquer combinação de recursos apresentados nas reivindicações anexas, e tal combinação de recursos nas reivindicações é, pelo presente, incorporada pela referência na especificação deste documento.

Claims

1. Antena, caracterizada pelo fato de que compreende: uma pluralidade de radiadores semielípticos endentados (26, 28, 126, 128), cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) tendo uma primeira superfície plana (27) e uma borda curva (63) endentada, a pluralidade de radiadores (26, 28, 126, 128) sendo arranjada para prover componentes de sinal com deslocamento de fase de um sinal eletromagnético recebido pela orientação relativa de cada radiador em relação a um radiador adjacente em um sentido horário ou em um sentido anti-horário ao redor de um eixo geométrico central da antena, e uma borda retilínea de cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) é oposta à borda curva (63) ; um plano de aterramento (14) que tem uma segunda superfície plana (29) que é, no geral, paralela às primeiras superfícies planas (27) dos radiadores (26, 28, 126, 128) em um espaçamento, no geral, uniforme; pelo menos um refletor parasítico (18, 20, 22) acima dos radiadores (26, 28, 126, 128) endentados e espaçado dos radiadores (26, 28, 126, 128) endentados, em que o pelo menos um refletor parasítico (18, 20, 22) melhora a razão axial da antena através de acoplamento eletromagnético controlado entre os radiadores (26, 28, 126, 128) para alcançar uma razão de amplitude de componentes ortogonais de um campo eletromagnético que é associado com uma correspondente polarização de um sinal eletromagnético; uma pluralidade de elementos de alimentação (32) para conduzir o sinal eletromagnético para, ou a partir de, um correspondente da pluralidade de radiadores (26, 28, 126, 128), cada um dos elementos de alimentação (32) espaçado radialmente para fora do eixo geométrico central da antena; e uma pluralidade de elementos aterrados, cada membro aterrado eletricamente acoplado a um correspondente da pluralidade de radiadores (26, 28, 126, 128) e espaçado radialmente para fora dos membros de alimentação.

2. Antena, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de refletores parasíticos (18, 20, 22) que têm correspondentes partes de periferia; e uma estrutura de suporte dielétrica (24, 124) para suportar os refletores parasíticos (18, 20, 22) de maneira tal que os refletores parasíticos (18, 20, 22) sejam espaçados dos radiadores semielípticos endentados (26, 28, 126, 128), a estrutura de suporte dielétrica (24, 124) tendo fendas ou recessos para encaixar as correspondentes partes de periferia.

3. Antena, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de refletores parasíticos (18, 20, 22) que têm correspondentes partes de periferia; e uma estrutura de suporte dielétrica (24, 124) para suportar os refletores parasíticos (18, 20, 22) de maneira tal que os refletores parasíticos (18, 20, 22) sejam espaçados dos radiadores semielípticos endentados (26, 28, 126, 128), a estrutura de suporte dielétrica (24, 124) compreendendo um poste central com degraus, em que cada degrau é configurado para prender um correspondente dos refletores parasíticos (18, 20, 22).

4. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de refletores parasíticos (18, 20, 22) que têm correspondentes partes de periferia; e uma estrutura de suporte dielétrica (24, 124) para suportar os refletores parasíticos (18, 20, 22) de maneira tal que os refletores parasíticos (18, 20, 22) sejam espaçados dos radiadores semielípticos endentados (26, 28, 126, 128), a estrutura de suporte dielétrica (24, 124) compreendendo uma primeira camada dielétrica entre uma zona central da antena e um refletor parasítico mais próximo, uma segunda camada dielétrica entre o refletor parasítico mais próximo de um refletor parasítico intermediário, e uma terceira camada dielétrica entre o refletor parasítico intermediário e o refletor parasítico mais distante.

5. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a borda curva (63) de cada um dos radiadores (26, 28, 126, 128) vira no sentido horário na direção de um eixo geométrico central da antena, em que o sentido horário é observado a partir de cima da antena.

6. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a borda curva (63) tem um entalhe, no geral, retangular e em que a borda curva (63) é, no geral, elíptica ou, no geral, circular.

7. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que os elementos de alimentação (32) tem uma seção transversal, no geral, poligonal com cinco ou mais lados.

8. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o elemento de alimentação tem uma seção transversal, no geral, circular.

9. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que os elementos aterrados tem uma seção transversal, no geral, retangular.

10. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: uma pluralidade de redes de correspondência de impedância (507), cada uma das respectivas redes de correspondência de impedância (507) acoplada em um dos correspondentes radiadores (26, 28, 126, 128) para corresponder a impedância de cada radiador com uma impedância alvo nos nós de saída das redes de correspondência de impedância (507).

11. Antena, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente: um combinador (501) que tem portas primárias acopladas nos nós de saída das respectivas redes de correspondência de impedância (507) e uma porta secundária para realizar interface com um dispositivo de navegação via satélite.

12. Antena, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o combinador (501) aceita componentes de sinal de diferentes fases que são deslocadas em 90 graus nas primeiras portas e transmite um sinal composto na segunda porta de saída que contém cada um dos componentes de sinal.

13. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de navegação via satélite compreende um receptor do satélite de navegação.

14. Antena, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, caracterizado pelo fato de que cada uma das redes de correspondência de impedância (507) compreende um ou mais circuitos sintonizados que compreendem um capacitor e um indutor.

15. Antena de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo de que o pelo menos um refletor parasítico (18, 20, 22) compreende um disco.