BRPI0621217A2 - nova estrutura de antena e método para sua fabricação - Google Patents

Abstract

NOVA ESTRUTURA DE ANTENA E MéTODO PARA SUA FABRICAçãO. A antena possui um elemento antena (212) e uma torre de alimentação (202, 402), que alimenta o elemento antena (212) Além disso, a antena possui uma placa dielétrica de suporte (211, 411), a qual é mecanicamente fixada à primeira extremidade da torre de alimentação (202, 402) O elemento antena tem o formato de um dipolo dobrado, e é composto de tiras de metal (413, 413', 414, 414', 416, 416', 417, 417', 716, 716', 717, 717', 719), conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies da placa dielétrica de suporte (211, 411) Na referida primeira extremidade, a torre de alimentação (202, 402) está eletricamente conectada a dois pontos diferentes do elemento antena (212).

Description

"NOVA ESTRUTURA DE ANTENA E MÉTODO PARA SUA FABRICAÇÃO"

A invenção refere-se em geral a estruturas de antena em dispositivos de rádio. Em particular, a invenção refere- se à fabricação de uma estrutura de antena de maneira que a antena tenha uma ampla gama de freqüências, e que seja facilmente ajustável à impedância de alimentação desejada.

Com freqüência, são estabelecidas exigências para as estruturas de antena de dispositivos de rádio pequenos que freqüentemente causam conflitos mútuos. A antena deve ser pequena e eficiente (a eficiência de uma antena na transmissão é determinada como a relação entre a energia irradiada e a energia fornecida à antena). Ela deve ter uma gama de freqüências ampla, que cubra bem toda a faixa de freqüência a ser usada e, além disso, a antena deve ser facilmente ajustável à impedância da entrada da antena no dispositivo de rádio. E ainda, a antena deve ter uma estrutura sólida, e sua produção deve ser fácil. Uma parte muito grande do tempo usado na produção de uma única antena em produção em série é usada nas fases de aquecimento e resfriamento necessárias nas soldagens, de maneira que seria preferível a menor necessidade de soldagens possível, sob o ponto de vista de produção / técnico.

Um tipo de antena, que tem características muito vantajosas de gama de freqüências a despeito de seu tamanho pequeno, é a de dipolo dobrado. São conhecidas algumas variações recentes do princípio de dipolo dobrado, por exemplo, das publicações de referência US 5,293,176 e US 5,796,372. No entanto, uma desvantagem de um dipolo dobrado é que sua impedância natural de alimentação fi ca próxima de 3 00 ohm, enquanto a maioria dos dispositivos de rádio são projetados considerando impedâncias de antena de 50 ohm ou 75 ohm. Conectar um dipolo dobrado como antena desse tipo de dispositivo de rádio requer o uso de um transformador simétrico-assimétrico ou algum outro circuito de interface, gerando custos adicionais na produção, e geralmente limitando a gama de freqüências disponível.

Um tipo pequeno de antena é também conhecido da publicação de referência US 2004/0222937 Al. Uma gama de freqüências especialmente ampla é dada como sua vantagem. No entanto, a parte irradiadora da antena é complexa, e seus vários braços não foram muito bem apoiados mecanicamente.

Um objetivo da presente invenção é apresentar uma estrutura de antena de tamanho pequeno, a qual possui uma gama de freqüências ampla, e que é facilmente ajustável à impedância de alimentação desejada. É também um objetivo da invenção apresentar um método para a produção dessa estrutura de antena, que é rápido e vantajoso do ponto de vista de produção / técnico. Além disso, é um objetivo da invenção apresentar uma estrutura de antena e seu método de produção, os quais proporcionem à antena uma boa eficiência em uma ampla faixa de freqüência.

Os objetivos da invenção são atingidos formando- se um irradiador de antena do tipo de dipolo dobrado sobre as superfícies de uma estrutura planar de suporte, e fixando-se a peça obtida dessa maneira a uma torre de alimentação, sendo que um braço dessa torre funciona como uma linha de transmissão.

Uma antena de acordo com a invenção apresenta um elemento antena e uma torre de alimentação para estabelecer uma alimentação para o elemento antena. É característico da antena que

- a antena tem uma placa dielétrica de suporte, a qual é mecanicamente fixada à primeira extremidade da torre de alimentação,

- o elemento antena tem a forma de um dipolo dobrado, e é composto de tiras de metal conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies da placa dielétrica de suporte, e

- na referida primeira extremidade, a torre de alimentação é eletricamente conectada a dois pontos diferentes no elemento de antena.

A invenção também refere-se a um método de produção de uma estrutura de antena, sendo o método caracterizado pelo fato de que um elemento antena em forma de dipolo dobrado é formado de tiras de metal conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies de uma placa dielétrica de suporte, e a placa dielétrica de suporte é mecanicamente fixada à primeira extremidade da torre de alimentação, de maneira que na referida primeira extremidade, a torre de alimentação é eletricamente conectada a dois pontos diferentes do primeiro elemento antena.

A estrutura de antena da invenção possui pelo menos um irradiador de antena do tipo de dipolo dobrado, composto de áreas condutoras na superfície da placa dielétrica de suporte, e possivelmente de vias que as conectam. Além disso, a estrutura possui uma torre de alimentação, a qual é mais preferivelmente fixada à placa dielétrica de suporte sem soldagem, por exemplo, por parafusos ou outros elementos mecânicos de fixação. A direção principal da torre de alimentação, isto é, a direção do eixo longitudinal, é essencialmente perpendicular à placa de suporte dielétrico. Para facilitar a descrição verbal, a extremidade da torre de alimentação, à qual a placa dielétrica é fixada, pode ser chamada de extremidade superior. A extremidade oposta é a extremidade inferior, respectivamente.

A torre de alimentação possui braços eletricamente condutores que se estendem na direção de seu eixo longitudinal, e da extremidade inferior para a extremidade superior. Dois pontos de alimentação do dipolo dobrado estão localizados na extremidade superior dos dois braços da torre de alimentação. A extremidade superior do primeiro braço constitui um ponto de alimentação. Um condutor de alimentação, com uma determinada seção constituindo uma linha de transmissão juntamente com o primeiro braço, dobra-se na direção da extremidade superior do segundo braço da seção superior da torre de alimentação, formando ali um segundo ponto de alimentação.

Uma estrutura de antena pode ter vários elementos irradiadores de antena. Em uma configuração preferida existem dois dipolos dobrados posicionados em cruz na placa dielétrica de suporte. Neste caso, a torre de alimentação possui quatro braços, respectivamente; dois para cada dipolo dobrado. É possível utilizar dois dipolos dobrados cruzados para obter-se polarizações ortogonais.

A seguir a invenção será explicada mais detalhadamente, fazendo-se referência às configurações preferidas mostradas como exemplo e aos desenhos anexos, nos quais

A Figura 1 ilustra um princípio conhecido de uma antena de dipolo dobrado;

A Figura 2 ilustra uma estrutura de antena de acordo com uma configuração da invenção;

A Figura 3 ilustra a função elétrica da estrutura de antena da Figura 2;

A Figura 4 ilustra uma estrutura de antena de acordo com uma configuração da invenção;

A Figura 5 ilustra a mesma estrutura de antena da Figura 4;

As Figuras 6a e 6b ilustram alguns formatos alternativos para um condutor de alimentação;

As Figuras 7a - 7c ilustram algumas alternativas para metalizar a superfície inferior da placa dielétrica de suporte;

As Figuras 8a e 8b ilustram algumas alternativas para metalizar a placa dielétrica de suporte;

As Figuras 9a - 9d ilustram algumas alternativas para metalizar a superfície superior da placa dielétrica de suporte;

As Figuras IOa e IOb ilustram alguns formatos alternativos para uma torre de alimentação;

As Figuras 11a - 11c ilustram algumas alternativas para os perfis laterais de uma torre de alimentação;

As Figuras 12a - 12d ilustram alguns formatos alternativos para a parte superior dos condutores de alimentação;

As Figuras 13a - 13c ilustram algumas alternativas para posicionamento dos pontos de fixação; e a Figura 14 ilustra uma torre de alimentação alternativa.

Os mesmos números de referência são usados para peças correspondentes nas Figuras. Os exemplos de configurações da invenção, que serão explicados neste pedido de patente, não limitam a cobertura de reivindicações da patente reveladas posteriormente. As características reveladas nas reivindicações associadas podem ser livremente combinadas umas às outras, a menos que seja feita uma menção literalmente contrária nesta especificação. 0 verbo "compreender" e seus derivados foram usados como epítetos abertos nesta especificação, e não excluem a possibilidade de que o objeto descrito teria outras características diferentes das que são mencionadas literalmente na especificação.

A Figura 1 ilustra um princípio de dipolo dobrado conhecido por si mesmo. Um elemento antena irradiador é composto de um condutor superior 101 e um condutor inferior 102, os quais estão conectados um ao outro em suas extremidades. O condutor inferior 102 é fendido no meio de maneira a formar uma alimentação compensada 103 composta de dois pontos de alimentação. Alternativas incluem a conexão desta alimentação compensada à entrada da antena compensada (não mostrada na Figura) do aparelho de rádio através de uma linha de transmissão compensada, ou o uso de um transformador de impedância 104 de acordo com a Figura 1, através do qual a alimentação compensada 103 do dipolo dobrado é convertida em uma alimentação não compensada 105, que é conectada a uma linha de transmissão não compensada (por exemplo, um cabo coaxial) 106.

A Figura 2 é um corte transversal de uma configuração simples da invenção. As duas peças principais da estrutura da antena são a placa da antena 201 e a torre de alimentação 202. A placa da antena 201 possui uma placa dielétrica de suporte 211 e um irradiador de antena 212 formado sobre sua superfície de áreas condutoras. Na configuração da Figura 2, o irradiador de antena é uma área condutora do tipo de tira, que continua reta sobre uma superfície (a superfície que aponta para cima na Figura) da placa dielétrica 211 e vira sobre as bordas da placa dielétrica de suporte 211 em ambas as extremidades, na direção da sua outra superfície (superfície inferior). Nesta especificação, as palavras que indicam direção, como "para cima" e "para baixo" referem-se somente às Figuras anexas, e não restringem a produção ou uso da estrutura da antena da invenção a nenhuma posição determinada.

A torre de alimentação 2 02 possui um primeiro braço 221 e um segundo braço 222 que se estendem na direção de seu eixo longitudinal 203, e uma base 223 que conecta as extremidades inferiores dos braços. O primeiro braço 221 é oco, isto é, existe uma cavidade longitudinal 224 dentro dele, que passa pelo primeiro braço 221 inteiro de cima para baixo. A parede da extremidade superior do primeiro braço 221 tem um entalhe 225 no lado voltado para o segundo braço 222. O condutor de alimentação 226 é um condutor longitudinal, passado pela cavidade 224 do primeiro braço 221, virando para fora pelo entalhe 225 na parte superior do primeiro braço 221, e estendendo-se desse ponto até a extremidade superior do segundo braço 222, onde a extremidade do condutor de alimentação 226 permanece entre a extremidade superior do segundo braço 222 e a extremidade direita do irradiador da antena 212. A extremidade superior 221 do primeiro braço entra em contato com a extremidade esquerda do irradiador de antena 212. A estrutura da antena deve ser conectada a uma entrada de antena (não mostrada na Figura) de um dispositivo de rádio por uma linha de transmissão não compensada, cujo condutor de sinal (por exemplo, o condutor neutro de um cabo coaxial) está conectado à extremidade inferior do condutor de alimentação 226, e o condutor terra (o invólucro de um cabo coaxial) está conectado à base da torre de alimentação na extremidade inferior do primeiro braço 221.

A Figura 3 é um modelo elétrico simples da função da estrutura da antena mostrada na Figura 2. Na Figura 3, o ponto 301 corresponde à alimentação da estrutura da antena da Figura 2, isto é, o ponto no qual a extremidade inferior do condutor de alimentação 226 sai da extremidade inferior do primeiro braço oco 221. A impedância 321 representa a impedância formada pelo primeiro braço 221 entre a referida alimentação e o ponto, na qual a extremidade superior do primeiro braço 221 entra em contato com a extremidade esquerda do irradiador de antena 212. A impedância 326 representa a impedância do condutor de alimentação 226 entre a alimentação e o ponto, na qual a extremidade superior 226 do condutor de alimentação entra em contato com a extremidade direita do irradiador de antena 212. A impedância 322 representa a impedância, que é formada entre a alimentação e o ponto, na qual a extremidade superior do segundo braço 222 da torre de alimentação entra em contato - através da extremidade superior do condutor de alimentação que permanece no meio - a extremidade direita do irradiador de antena 212. A impedância 322 inclui os efeitos do segundo braço 222 e da base 223 da torre de alimentação.

Quando o dimensionamento da torre de alimentação é adequado, as impedâncias 321, 322 e 326 juntas formam um elemento de ajuste, que ajusta a impedância de alimentação de aproximadamente 3 00 ohm característica de um dipolo dobrado em um valor consideravelmente mais baixo, que fica entre 3 5 - 12 0 ohm; por exemplo, 100, 85, 75 ou 50 ohm. A alimentação da estrutura da antena (isto é, o ponto no qual a extremidade inferior do condutor de alimentação 226 sai da extremidade inferior do primeiro braço oco 221) pode ser conectada à entrada de antena de um dispositivo de rádio convencional por uma linha de transmissão não compensada. Como um sinal de rádio com a freqüência de centenas de megahertz ou alguns gigahertz viaja somente ao longo da superfície, mesmo em uma peça totalmente condutora, principalmente a condutividade do material de superfície da torre de alimentação 2 02 e a altura da torre de alimentação, que é indicada pela letra h na Figura 2, são significativas para as impedâncias 321 e 322. A altura h da torre de alimentação deve ser essencialmente do tamanho aproximado de um quarto de comprimento de onda com a radiofreqüência usada. 0 material da torre de alimentação pode ser, por exemplo, metal uniforme, metal revestido com outro metal, ou plástico revestido com metal. A invenção não restringe a seleção do material para a torre de alimentação ou para o tratamento da superfície, contanto que a condutividade de sua superfície possa ser adequada.

A figura 4 é uma vista explodida da estrutura de antena de acordo com uma configuração da invenção. 0 corte transversal da mesma antena está ilustrado na Figura 5. Esta estrutura de antena possui dois irradiadores de antena cruzados na forma de um dipolo dobrado, e um condutor de alimentação próprio para cada um. A torre de alimentação 402 possui quatro braços essencialmente paralelos, entre os quais os braços 422 e 432 são mais curtos que os braços 421 e 431, pela espessura da extremidade superior plana do condutor de alimentação. Os condutores de alimentação 426 e 436 estão posicionados em cavidades verticais que passam pelos braços 421 e 431, respectivamente, de maneira que a seção horizontal na extremidade superior de ambos os condutores de alimentação projeta-se pelo entalhe da parte superior do braço em questão. A referida seção horizontal do segundo condutor de alimentação (aqui o condutor de alimentação 436) é levemente curvada para baixo a partir do meio, de maneira que os condutores de alimentação possam cruzar-se sem entrarem em contato uns com os outros.

A placa dielétrica de suporte 411 é fixada à extremidade superior da torre de alimentação 402 por parafusos. O primeiro irradiador de antena em forma de dipolo dobrado é composto de tiras de metal 413 e 414 na superfície superior da placa dielétrica de suporte 411, com uma seção de ponte 415 conectando-as, tiras de metal 416 e 417 na superfície inferior da placa dielétrica de suporte 411, e vias metalizadas 418, que conectam as extremidades externas das tiras de metal à superfície superior e inferior da placa dielétrica de suporte 411 umas às outras. O segundo irradiador de antena, posicionado em cruz em relação ao primeiro, é composto de uma tira de metal 443 na superfície superior da placa dielétrica de suporte 411, tiras de metal na superfície inferior da placa dielétrica de suporte 411, das quais somente uma tira de metal 444 é mostrada na Figura 5 devido à maneira selecionada para a representação gráfica, e vias metalizadas 448, que conectam as extremidades externas das tiras de metal da superfície superior e inferior da placa dielétrica de suporte 411 umas às outras. Os irradiadores de antena em forma de dipolo dobrado são idênticos, com exceção de que o primeiro deles continua como uma tira de metal contínua 443 pela superfície superior da placa dielétrica de suporte 411, enquanto o outro cruza a tira de metal contínua em questão através da seção de ponte 415.

Um orifício de montagem 405 pode ser observado no meio da parte inferior da torre de alimentação 402, através do qual a torre de alimentação pode ser facilmente fixada a uma base desejada. Os parafusos das Figuras 4 e 5 são somente um exemplo para fixação da placa de suporte dielétrico 411 e da torre de entrada 4 02 uma à outra. Ao invés ou além deles, seria possível utilizar, por exemplo, rebites, rebites cegos, pinos cravados, cola, pregos, ou outros meios de fixação mecânica conhecidos pelos técnicos no assunto. Nenhum condutor de alimentação passa pelos braços 422 e 432 da torre de alimentação, assim, eles não precisariam ser ocos. Quando eles mesmo assim são feitos ocos, como na configuração mostrada nas Figuras 4 e 5, é possível economizar material de produção. Além disso, pode ser mais simples para a tecnologia de produção se a torre de entrada contiver somente um tipo (oco) de braços.

É possível influenciar a impedância de alimentação da estrutura de antena através do design do condutor de alimentação. As Figuras 6a e 6b ilustram dois exemplos de condutores de alimentação, sendo que o condutor de alimentação da Figura 6a gera uma impedância de 75 ohm e o condutor de alimentação da Figura 6b, uma impedância de alimentação de 50 ohm. A única diferença entre estes dois condutores de alimentação é que a extremidade inferior do condutor de alimentação da Figura 6b é provida com duas extensões escalonadas 601 e 602. Nestas Figuras, os condutores de alimentação são ilustrados com um corte transversal quadrado ou retangular, porém seu corte transversal poderia ser também, por exemplo, circular, oval ou triangular.

As Figuras 7a, 7b e 7c ilustram três exemplos dos revestimentos de metal para a superfície inferior de uma placa dielétrica de suporte. A diferença entre as Figuras 7a e 7b é principalmente a largura diferente das tiras de metal. Na Figura 7a, as tiras de metal 716 e 717 pertencem ao primeiro irradiador de antena em forma de dipolo dobrado, sendo, portanto, equivalentes às tiras de metal 416 e 417 da Figura 5. As tiras de metal 744 e 745 pertencem ao segundo irradiador de antena em forma de dipolo dobrado. Dois pequenos orifícios no meio da placa, entre as tiras de metal 716 e 717, são orifícios de fixação para a seção de ponte ser posicionada na superfície superior da placa de suporte dielétrico. 0 orifício da extremidade externa de cada tira de metal 716, 717, 744 e 745 é uma via metalizada, que conecta a extremidade externa da tira de metal em questão à extremidade externa da tira de metal da superfície superior da placa dielétrica de suporte.

É possível elaborar dois dipolos dobrados cruzados que não toquem um ao outro também sem uma seção de ponte, levando o segundo dipolo dobrado na intersecção por sobre a superfície da placa dielétrica de suporte, através das vias metalizadas. A Figura 7c ilustra uma alternativa de metalização da superfície inferior da placa dielétrica de suporte nesse caso. A tira de metal curta 719 do meio da placa pertence ao mesmo dipolo dobrado que as tiras de metal 716' e 717' . Ela está conectada à extremidade interna das duas tiras de metal da superfície superior da placa dielétrica de suporte através das vias metalizadas, conectando-as, assim, de maneira semelhante à seção de ponte 415 das Figuras 4 e 5, porém, somente em um lado da placa dielétrica de suporte.

As Figuras 8a e 8b são cortes transversais que mostram a placa dielétrica de suporte 411 e ilustram dois exemplos de maneiras para dimensionar as tiras de metal nas superfícies superior e inferior. A Figura 8a é diretamente equivalente ao dimensionamento mostrado na Figura 5: em suas extremidades externas, as tiras de metal 416 e 417 da superfície inferior da placa dielétrica de suporte 411 estendem-se mais que as respectivas tiras de metal 413 e 414 da superfície superior da placa dielétrica de suporte. Na Figura 8b, as tiras estendem-se por distâncias iguais, tanto na superfície superior como na inferior. A Figura 8b ilustra também um dipolo dobrado semelhante sem uma seção de ponte, que foi mencionado relacionado à Figura 7c. O dipolo dobrado é composto das tiras de metal 413', 414', 416', 417' e 719, e das vias metalizadas 418 e 818.

As Figuras 9a, 9b, 9c e 9d mostram diferentes alternativas de posicionamento das vias metalizadas e de orifícios de fixação em uma placa dielétrica de suporte. Na Figura 9a, cada ponto que demanda um cabo condutor possui uma única via metalizada. Os orifícios de fixação estão localizados simetricamente, de maneira que para os orifícios de fixação, a solução é semelhante à da Figura 4. Na Figura 9b, em cada ponto que demanda um cabo condutor, existem três vias metalizadas paralelas. No posicionamento dos orifícios de fixação, utilizou-se o conhecimento de que nenhum condutor de alimentação passa dentro dos dois braços da torre de alimentação, em cujo caso - se estes braços forem mesmo assim ocos - a extremidade superior oca do braço em si pode ser usada como o orifício de fixação. Por esta razão, os orifícios 901 e 902 da Figura 9b estão mais próximos do centro da placa dielétrica de suporte que os outros dois orifícios de fixação. Na Figura 9c, o número de vias metalizadas é diferente em diferentes pontos, e os orifícios de fixação não estão localizados na linha do meio das tiras de metal da superfície superior da placa dielétrica de suporte. Isto naturalmente requer que também os orifícios de fixação da torre de alimentação (não mostrados) fiquem localizados no mesmo caminho não central.

Experiências demonstraram que não é realmente necessário isolar eletricamente os dois irradiadores de dipolo dobrado que se cruzam no ponto em que eles se encontram, no lado de cima da placa dielétrica. A Figura 9d ilustra uma solução simples na qual as tiras metalizadas que constituem as partes superiores dos dipolos dobrados simplesmente se cruzam. Assim, não há necessidade de pontes separadas, e nenhuma das tiras precisa ser temporariamente levada para o lado de baixo da placa dielétrica no ponto de cruzamento. Tudo que foi dito a respeito de variar a localização dos orifícios e outros fatores estruturais pode naturalmente ser combinado ao princípio de permitir que os dipolos dobrados se cruzem, como na Figura 9d.

As Figuras IOa e 10b ilustram algumas configurações alternativas da estrutura da torre de alimentação. Na torre de alimentação da Figura 10a, somente os braços que têm o condutor de alimentação passando por dentro deles são ocos. Na configuração da Figura 10b, os orifícios de fixação não estão localizados nas protuberâncias da extremidade superior dos braços da torre de alimentação, mas os braços da torre de alimentação são tão espessos ao longo de todo seu comprimento que tanto as cavidades longitudinais como os orifícios de fixação necessários para os condutores de alimentação podem ser inseridos neles.

As Figuras 11a, 11b, 11c, 11d e 11e ilustram alguns exemplos de perfil lateral para os condutores de alimentação. Desviando das seções chanfradas explicadas acima, o condutor de alimentação da Figura 11 possui uma curva escalonada 1101. As Figuras 11b e 11c demonstram que não é essencial para a invenção a que distância da extremidade superior da torre de alimentação a seção horizontal do condutor de alimentação está localizada. Este, assim como outros fatores que contribuem para o dimensionamento do condutor de alimentação, influenciam a impedância de alimentação da estrutura da antena, de maneira que é possível encontrar os melhores valores de dimensionamento para diferentes situações, através da experimentação e/ou simulação. Os condutores de alimentação de acordo com as Figuras 11b e 11c, com a seção horizontal em diferentes alturas, podem ser usados na mesma estrutura como condutores de alimentação cruzados, de maneira que não é necessário fazer uma curva na seção horizontal de nenhum dos condutores de alimentação. Na Figura lld, a seção horizontal do condutor de alimentação possui somente uma curva local pequena 1102. A seção horizontal do outro condutor de alimentação (não mostrado) pode então ser reta ou provida com uma curva para cima correspondente. A Figura lie ilustra uma configuração na qual a extremidade superior 1103 do condutor de alimentação é tão espessa na direção elevada que a seção horizontal do condutor de alimentação pode ser completamente horizontal (com exceção das curvas que são necessárias para desviar um possível segundo condutor de alimentação).

As Figuras 12a, 12b, 12c e 12d ilustram alguns exemplos de maneiras pelas quais a largura do condutor de alimentação pode variar, por exemplo, em sua seção horizontal (como foi mencionado acima em relação à Figura 6b, o corte transversal do condutor de alimentação pode variar também em sua seção vertical). Ao mesmo tempo, as Figuras mostram como os orifícios de fixação não são necessariamente requeridos em todos os braços da torre de alimentação: nas configurações ilustradas nestas Figuras, são usadas como orifícios de fixação cavidades longitudinais sem nenhum condutor de alimentação passando pelos braços. Na Figura 12b, a seção horizontal dos condutores de alimentação é, em toda sua extensão, da mesma largura que sua seção vertical, e o condutor de alimentação se alarga somente quando forma a seção planar do tamanho da extremidade superior do braço da torre de entrada, cuja finalidade é exercer pressão sobre a tira de metal da superfície inferior da placa dielétrica de suporte (não mostrada na Figura), formando assim um ponto de alimentação. Na Figura 12b, a seção horizontal do condutor de alimentação é em geral mais larga que sua seção vertical, porém, a seção horizontal se estreita uniformemente a partir de suas extremidades na direção do ponto central, que está localizado na intersecção dos condutores de alimentação.

A configuração da Figura 12c difere da Figura 12b de maneira que a seção horizontal do condutor de alimentação não se estreita uniformemente na direção do seu ponto central, mas sim o ponto central da seção horizontal do condutor de alimentação possui um ponto que é mais estreito que o resto da seção horizontal. Na Figura 12d, a seção horizontal do condutor de alimentação é mais larga no ponto em que se junta à seção planar do tamanho do braço da torre de alimentação e se estreita uniformemente na direção do ponto em que a seção horizontal se torna seção vertical.

As Figuras 13a, 13b e 13c ilustram algumas maneiras de posicionar os orifícios de fixação. Na Figura 13a, são usadas como orifícios de fixação cavidades que passam dentro de dois braços da torre de alimentação. Os braços, em cuja parte interna oca passa um condutor de alimentação, possuem uma protuberância separada 13 01 para o orifício de fixação. Além disso, a Figura 13a mostra um exemplo da maneira que pode ser formada a extremidade superior do condutor de alimentação: em vez da seção planar descrita anteriormente, a extremidade superior dos condutores de alimentação da Figura 13a possui um gancho 1301 que se curva partindo do material plano do condutor de alimentação, com a seção vazia permanecendo em seu meio, correspondendo ao orifício das extremidades planares superiores do condutor de alimentação. A configuração da Figura 13b corresponde à configuração mostrada nas Figuras 4 e 5, isto é, cada braço da torre de alimentação é provido com uma protuberância para o orifício de fixação (ou cada braço é mais espesso em toda a parte de baixo pelo ponto de localização do orifício de fixação, como na Figura 10b). Na Figura 13c, cada braço da torre de alimentação possui uma protuberância para o orifício de fixação, porém a protuberância não está localizada na superfície externa do braço, e sim na lateral. Os respectivos orifícios da placa dielétrica de suporte (não mostrada na Figura) estariam então, mais naturalmente localizados da maneira mostrada acima na Figura 9c.

A Figura 14 ilustra uma maneira alternativa de formar a torre de alimentação. Nela, a torre de alimentação é composta da primeira placa dielétrica 1401 e da segunda placa dielétrica 1402, as quais estão dispostas em cruz. Para esta finalidade, a primeira placa dielétrica possui uma ligação 1403 no meio da borda inferior da placa dielétrica, e a segunda placa dielétrica possui uma ligação 1404 no meio da borda superior da placa dielétrica. A profundidade de cada ligação é metade da altura da placa dielétrica. A superfície da primeira lateral de cada placa dielétrica 1401 e 1402 é provida com uma área metalizada em forma de U, cuja operação elétrica é equivalente à estrutura da torre de alimentação da Figura 2. A superfície do segundo lado de cada placa dielétrica 1401 e 1402 possui o condutor de alimentação 1405 e 1406, respectivamente. Não é mostrada nenhuma placa de antena na Figura 14, a qual contudo refletiria claramente o que mostram as Figuras 2 (compare placa de antena 201), e 4 e 5.

Na Figura 14, os pontos de alimentação para as extremidades do elemento irradiador de antena da superfície inferior da placa de antena descrita são compostos de regiões metalizadas 1407, 1408, 1409 e 1410 na borda superior das placas dielétricas 1401 e 1402. Cada uma destas regiões metalizadas está localizada na extremidade superior de uma haste de uma região metalizada em forma de U. As extremidades superiores dos condutores de alimentação 1405 e 1406 conectam-se à mesma região metalizada 1408 e 1410, a qual não está na extremidade superior da mesma haste onde a seção vertical do condutor de alimentação está localizada. As ligações 1403 e 1404 das placas dielétricas 1401 e 1402 demandam o uso de vias metalizadas 1411 e 1412 na seção da placa dielétrica que se estende até a ligação, de maneira que a conexão que conduz eletricidade não se quebraria pela ligação. A Figura 14 não determina como os parafusos de fixação ou outros meios de fixação para fixar a placa da antena são posicionados na torre de alimentação, pois os técnicos no assunto podem facilmente apresentar soluções adequadas para isto.

A estrutura ilustrada na Figura 14 é bem adequada para ser simplificada para uma antena com uma polarização. Neste caso, uma placa dielétrica será suficiente, e não serão necessárias ligações ou vias metalizadas exigidas pelas ligações. Como a uniformidade do condutor de alimentação é muito mais importante para a operação da antena que a uniformidade da parte inferior da seção metalizada em forma de U, pode ser apresentada uma variação da configuração da Figura 14, na qual a ligação 1403 é bastante profunda e a ligação 1404 é bem rasa, respectivamente, de maneira que o condutor de alimentação 1406 pode continuar de maneira uniforme de uma extremidade à outra.

Na Figura 14, a seção vertical do condutor de alimentação e a região metalizada de um lado da placa dielétrica neste ponto correspondem eletricamente à linha de transmissão, a qual nas Figuras 2, 4 e 5 é composta da seção vertical do condutor de alimentação e da parede circundante eletricamente condutora da cavidade que passa pelo braço do condutor de alimentação na direção vertical. A largura do condutor de alimentação pode variar da maneira que se desejar; as duas variações escalonadas da extremidade inferior do condutor de alimentação são mostradas como exemplo para alterar a impedância.

A estrutura da antena de acordo com a invenção é adequada para ser usada, por exemplo, em estações de base para sistemas celulares de rádio. Por exemplo, se a faixa de freqüência desejada for do tamanho de aproximadamente dois gigahertz, o quarto de comprimento de onda essencial para a altura da torre de alimentação é de aproximadamente 30 mm. No entanto, a estrutura da antena de acordo com a invenção pode ser usada em antenas de dispositivos de radar, em dispositivos de posicionamento por satélite, e em outros equipamentos de rádio pequenos em geral.

A invenção pode variar em relação ao que foi apresentado acima. Por exemplo, não é de maneira nenhuma essencial para a invenção que os braços do condutor de alimentação estejam exatamente perpendiculares à placa da antena, apesar de esta solução ter suas próprias vantagens, por exemplo, na forma de modelagem e produção mais fáceis. Os elementos de antena de irradiação cruzados não precisam ser idênticos, e não é necessário usá-los para transmitir e/ou receber o mesmo sinal com diferentes polarizações, porém os elementos antena podem ser dimensionados de um modo diferente, de maneira que a estrutura da antena tenha duas antenas independentes com uma polarização.

Claims (16)

1. Antena para dispositivo de rádio, antena esta compreendendo um primeiro elemento antena (212), e uma torre de alimentação (202, 402) para formar uma alimentação para o primeiro elemento antena (212), caracterizada pelo fato de que a antena possui uma placa dielétrica de suporte (211, 411), a qual está mecanicamente fixada a uma primeira extremidade da torre de alimentação (202, 402); o primeiro elemento antena tem a forma de um dipolo dobrado e é composto de tiras de metal (41, 413', 414, -414', 416, 416', 417, 417', 716, 716', 717, 717', 719) conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies da referida placa dielétrica de suporte (211, 411); e a torre de alimentação (202, -402) é eletricamente conectada a dois pontos diferentes do primeiro elemento antena (212) na referida primeira extremidade.

2. Antena, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a torre de alimentação (202, 402) possui um primeiro braço eletricamente condutor (221, 421) e um segundo braço (222, 422), os quais estão em conexão eletricamente condutora um com o outro em uma segunda extremidade da torre de alimentação, e um primeiro condutor de alimentação (226, 426) com uma primeira seção que forma uma linha de transmissão com o referido primeiro braço, e com uma segunda seção que se estende da referida linha de transmissão até o segundo braço da primeira extremidade da torre de alimentação.

3. Antena, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que: dentro do primeiro braço (221, -421) é provida uma cavidade (224) que se estende da primeira extremidade da torre de alimentação até a segunda extremidade; a referida linha de transmissão é composta de uma parede eletricamente condutora da referida cavidade (224) e uma seção do primeiro condutor de alimentação (226, 426) que passa na referida cavidade; uma parede da cavidade (224) possui um entalhe (225) na primeira extremidade da torre de entrada em um lado do primeiro braço (221, 421), voltado para o segundo braço (222, 422); e o primeiro condutor de alimentação (226, 426) passa pelo entalhe (225).

4. Antena, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o corte transversal do primeiro condutor de alimentação (226, 426) muda em um determinado ponto (601, 602) dessa seção, que fica dentro da referida cavidade (224).

5. Antena, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o corte transversal do primeiro condutor de alimentação (226, 426) muda em um determinado ponto da sua seção, estendendo-se da referida linha de transmissão até o segundo braço.

6. Antena, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a primeira extremidade da torre de alimentação (202, 402) possui um orifício de fixação em pelo menos um braço, para fixar mecanicamente a placa dielétrica de suporte (211, 411) à torre de alimentação (202, 402).

7. Antena, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a antena possui um segundo elemento antena em forma de dipolo dobrado, composto de tiras de metal (443, 444, 744, 745) conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies da placa dielétrica de suporte (211, 411); e na referida primeira extremidade, a torre de alimentação (202, 402) é eletricamente conectada a dois pontos diferentes no segundo elemento antena (212).

8. Antena, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a torre de alimentação (202, 402) possui um terceiro braço eletricamente condutor (431) e um quarto braço (432), os quais estão em conexão eletricamente condutora um com o outro na segunda extremidade da torre de alimentação, e um segundo condutor de alimentação (436) com uma primeira seção que forma uma linha de transmissão com o terceiro braço, e com uma segunda seção que se estende da referida linha de transmissão até o quarto braço da primeira extremidade da torre de alimentação.

9. Antena, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que dentro do terceiro braço (431) é provida uma cavidade que se estende da primeira extremidade da torre de alimentação até a segunda; a linha de transmissão é composta de uma parede eletricamente condutora da cavidade e a seção do segundo condutor de alimentação (436) que passa na cavidade; uma parede da cavidade possui um entalhe na primeira extremidade da torre de entrada em um lado do terceiro braço (431), voltado para o quarto braço (432); e o segundo condutor de alimentação (436) passa pelo entalhe.

10. Antena, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que a segunda extremidade da torre de alimentação (202, 402) é formada por uma placa inferior quadrangular (223), com os referidos primeiro (421), segundo (422), terceiro (431) e quarto (432) braços da torre de alimentação localizados em seus ângulos.

11. Antena, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que no ponto no qual as tiras de metal (413, 413', 414, 414', 443) que pertencem ao primeiro elemento antena e ao segundo elemento antena se cruzariam na superfície da placa dielétrica de suporte (411), as tiras de metal que pertencem a diferentes elementos antena são impedidas de entrarem em contato umas com as outras, através do uso de uma seção de ponte (415) ou uma tira de metal (419) conectada a outras tiras de metal (413', 414') através de vias metalizadas no lado oposto da placa dielétrica de suporte (411).

12. Antena, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que as tiras de metal que pertencem ao primeiro elemento antena e o segundo elemento antena cruzam-se na superfície da placa dielétrica de suporte.

13. Antena, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de estar disposta de maneira a ser conectada de uma extremidade da torre de alimentação (202, 402) à entrada de antena de um dispositivo de rádio por uma linha de transmissão não compensada.

14. Antena, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que sua impedância de alimentação na extremidade da torre de alimentação (202, 402) é de 35 - 120 ohm.

15. Método para produção de uma estrutura de antena, caracterizado pelo fato de que um primeiro elemento antena em forma de dipolo dobrado é feito de tiras de metal (413, 413', -414, 414', 416, 416', 417, 417', 716, 716', 717, 717', 719), conectadas umas às outras em pelo menos duas superfícies da placa dielétrica de suporte (211, 411); e a placa dielétrica de suporte (211, 411) é mecanicamente fixada a uma primeira extremidade de uma torre de alimentação (202, 402) de maneira que a torre de alimentação (202, 402) é conectada eletricamente a dois pontos diferentes do primeiro elemento antena (212) na referida primeira extremidade.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que um condutor de alimentação (226, - 426) é feito de modo a passar por uma cavidade (224) em um primeiro braço (221, 421) da torre de alimentação até um entalhe (225) na extremidade superior do primeiro braço (221, 421) da torre de alimentação e através do entalhe (225) até a extremidade superior de um segundo braço (222, 422); e uma extremidade do referido condutor de alimentação (226, 426) é pressionada entre uma extremidade superior do segundo braço (222, 422) da torre de alimentação e a placa dielétrica de suporte (411), de maneira que a referida extremidade do referido condutor de alimentação (226, - 426) entra em contato com uma tira de metal que pertence ao primeiro elemento antena da superfície da placa dielétrica (411).