BRPI1000326A2 - sistema de antenas compacto com uma diversidade de segunda ordem - Google Patents

Abstract

SISTEMA DE ANTENAS COMPACTO COM UMA DIVERSIDADE DE SEGUNDA ORDEM. A presente invenção volta-se a um sistema de antenas bastante compacto com uma diversidade de segunda ordem. Um sistema de antenas com uma diversidade de segunda ordem integrado junto a um cartão eletrónico compreendendo de um primeiro elemento de radiaçâo do tipo F-invertido (11) com uma primeira extremidade conectada junto a um plano de aterramento, uma segunda extremidade liberada (11') e uma parte de fonte de alimentação condutiva (11"), um segundo elemento de radiação de tipo F-invertido (13) com uma primeira extremidade conectada junto a um plano de aterramento, uma segunda extremidade liberada (13') e uma parte de fonte de alimentação condutiva (13"), caracterizado em que as extremidades liberadas do primeiro e do segundo elementos de radiação apresentam-se opostas entre si e sendo separadas através de um elemento de projeção (15) do plano de aterramento. Aplicação voltada para cartões eletrónicos para dispositivos de comunicação de padrões diversificados.

Description

"SISTEMA DE ANTENAS COMPACTO COM UMA DIVERSIDADE DE SEGUNDAORDEM"

A presente invenção está voltada a um sistema de antenas compacto com um graude diversidade de segunda ordem, e mais especificamente, a um sistema de antenas paradispositivos de comunicação sem fios, tais como plataformas ou portais de entrada digitaisde múltiplos padrões.

Presentemente, as plataformas ou portais de entrada digitais que se apresentam nomercado propõe uma multiplicidade de serviços através de conexões sem fios. Entretanto,eles devem ser capazes de darem suporte a diversos padrões, tais como os padrões paracomunicações via telefones digitais-implementando a função DECT (Telefone Digital Aper-feiçoado Sem Fio) ou os"padrõSS para comunicações de alta taxa de bits sem fio, tal comoos padrões tipo IEEE802.11a,b,g.

Mais ainda, por vezes, este tipo de comunicação sem fio é realizado sob a expecta-tiva de certo desempenho e, neste caso, observa-se o fenômeno de múltiplas trajetórias queimplicam num grande comprometimento quanto a qualidade do sinal recebido, particular-mente o fenômeno de interferência que vem a provocar o desvanecimento dos sinais.

Para superar os problemas anteriores, são utilizados os sistemas de antenas comuma diversidade de segunda ordem. Contudo, para se obter a diversidade de forma correta,é necessário que as duas antenas apresentem-se perfeitamente descorrelacionadas. Po-rém, os especialistas da área tem a tendência a distanciar demais as antenas umas dasoutras. Não obstante, os dispositivos de comunicação, atualmente disponíveis no mercado,apresentam-se cada vez mais compactados, o que impõe um problema no que diz respeitoa localização das antenas processadas diretamente, através de cartão eletrônico, recebendooutros circuitos de processamento.

Várias soluções tem sido propostas para superação dessas desvantagens mencio-nadas acima. No pedido de patente W02007/006982 em nome de THOMSON Licensing,propõe-se a integração de antenas do tipo F-invertido, uma oposta a outra junto a um cartãoeletrônico. Para melhoria <áo desacoplamento entre as duas antenas de tipo F-invertido, depreferência, determina-se uma fenda de extensão Ag/4. Um sistema de antenas deste tipo éapresentado na Figura 1.

Neste caso, em um substrato 1 com um plano de aterramento 2, as duas antenasdo tipo F- invertido 3 e 4 são aterradas. As antenas 3 e 4 na modalidade mostrada, são po-sicionadas ao longo da periferia do substrato 1, apresentando-se perpendiculares uma aoutra. Elas são conectadas por suas extremidades 3', 4' formando um aterramento, enquan-to que as extremidades liberadas 3" e 4" apresentam-se, cada qual, liberadas em uma por-ção do substrato, respectivamente, A, B, caracterizada por ser não-metalizada.

Neste caso, as extremidades 3' e 4' são conectadas junto ao plano de aterramento2 e na modalidade mostrada, uma fenda 5 é determinada para a melhoria do desacoplamen-to entre as duas antenas. Cada antena 3 e 4 é conectada, respectivamente por uma linha dealimentação 3a e 4a conjugadas a 50 ohms junto a um porto de alimentação 3b, 4b.

Este sistema de antenas apresenta bom isolamento entre os dois elementos de ra-diação. Entretanto isto requer a presença de uma área de separação A1B na parte frontal doelemento de radiação. Esta área A1B não deve conter quaisquer partes metálicas, de manei-ra que a antena funcione nas condições corretas.

A presente invenção volta-se, portanto, a um sistema de antenas com uma diversi-dade de segunda ordem que pode ser produzido sob baixo custo, embora apresentado-semuito compacto e capaz de-adaptação às freqüências operacionais utilizadas para comuni-cação, particularmenteTãs freqüências solicitadas pelo padrão DECT.

A finalidade da presente invenção consiste de um sistema de antenas com uma di-versidade de segunda ordem integrado junto a um cartão eletrônico contendo um primeiroelemento de radiação de tipo F-invertido com uma primeira extremidade conectada junto aum plano de aterramento, uma segunda extremidade liberada e uma parte de fonte de ali-mentação condutiva, um segundo elemento de radiação do tipo F-invertido com uma primei-ra extremidade conectada junto a um plano de aterramento, uma segunda extremidade libe-rada e uma parte de fonte de alimentação condutiva, caracterizando-se pelo fato de que asextremidades liberadas do primeiro e segundo elementos de radiação apresentam-se opos-tas entre si, sendo separadas através de um elemento de projeção do plano de aterramento.

De acordo com uma característica adicional da presente invenção, uma fenda éconcebida no elemento de projeção do plano de aterramento. Preferivelmente, esta fendaque fornece melhores condições ao desacoplamento, apresenta um comprimento de Ag/4,que representa o comprimento de onda na linha da freqüência de operação.

De acordo com outra característica operacional adicional da presente invenção,uma segunda fenda e uma terceira fenda são concebidas no plano de aterramento de cadalado da fenda de desacoplamento.

A segunda e terceira fendas viabilizam a que as dimensões do elemento de radia-ção sejam adaptadas para a obtenção de uma radiação otimizada na faixa desejada de fre-quências. Desta maneira, pode-se obter um sistema de antenas mais compactado para umadada freqüência.

Outras características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão visíveis me-diante a leitura da descrição a seguir em referência a uma modalidade preferencial, estadescrição sendo feita com referência as figuras anexadas no apêndice do relatório, aonde:

a Figura 1 apresenta uma descrição de um sistema de antenas já conhecido de a-cordo com o estado anterior da técnica.

A Figura 2 compreende de uma vista em perspectiva diagramática mostrando umsistema de antenas do tipo F-invertido com dois elementos de radiação.

A Figura 3 apresenta as curvas fornecidas como uma função da freqüência, a adap-tação de cada elemento de radiação e do isolamento entre os dois elementos de radiaçãodo sistema de antenas da Figura 2.

A Figura 4 apresenta em perspectiva diagramática um sistema de antenas comuma diversidade de antenas de segunda ordem, de acordo com a presente invenção.

A Figura 5 apresenta curvas de simulação fornecendo a adaptação de cada ele-mento de radiação e do isolamento entre os dois elementos de radiação para o sistema deantenas mostrado na Figura 4.

A Figura ê apresenta uma vista de plano de topo ampliado, fornecendo as diferen-ciadaTdimensões de um elemento de radiação da antena, de acordo com a presente invenção.

Para simplificação da descrição, elementos idênticos apresentam as mesmas refe-rências das figuras.

Com referência a Figura 2, descreve-se a seguir uma modalidade de um sistema deantenas contendo dois elementos de radiação de tipo F-invertido, que resolve o problemaquanto a área de afastamento requerida para a correta operação de uma antena de acordocom o estado anterior da técnica.

Nesta antena, propõe-se a apresentação de duas partes liberadas frente a frente deuma antena tipo F-invertido. Contudo, este tipo de antena reduz o tamanho total do sistemade antenas, ele não soluciona o problema bem conhecido pelos técnicos da área quanto aomútuo acoplamento existente entre os elementos de radiação.

Conforme mostrado na Figura 2, o sistema de antenas é constituído por um primei-ro elemento de radiação 11 do tipo F-invertido aterrado em um substrato 10 com metaliza-ção 12. Este primeiro elemento de radiação consiste de um braço condutivo 11a aonde umaextremidade do mesmo é conectada junto ao plano de aterramento 12, e com a outra extre-midade 11' se estendendo em direção a um canto do substrato 10. Um segundo elementode radiação de tipo F-invertido 13 é concebido em uma maneira semelhante junto aqueleelemento 11, mas em uma parte do substrato 10 perpendicular daquela recebendo o ele-mento 11. Este elemento de tipo F-invertido 13 compreende ainda de um braço condutivo13a, com uma parte apresentando-se conectada junto ao solo e com a outra parte 13' en-contrando-se liberada, e de uma parte oposta 11'.

Neste caso, os braços 11a e 13a são conectados através de linhas de alimentação11", 13" junto aos circuitos de processamento do sinal eletromagnético que possam se apre-sentar posicionados no substrato 10, conforme mostrado pelo elemento 14. Esta estruturaapresenta a vantagem de ser particularmente compacta.

Entretanto, as simulações conduzidas em uma estrutura deste tipo forneceram ascurvas de adaptação a,b e a curva de isolamento c, mostradas na Figura 3. A curva de iso-lamento c indicou um acoplamento muito forte entre os elementos de radiação, conforme doconhecimento dos especialistas da área, e, portanto, não fornecendo condições à obtençãode uma boa diversidade de segunda ordem.

Para superação desta desvantagem, enquanto que mantendo a presença de umbom grau de compactação, a presente invenção propõe para a integração entre as duaspartes liberadas dos elementos de radiação do tipo F-invertido, um elemento de projeção 15do plano de aterramento. Este elemento de projeção sendo na forma de um dedo de umaextensão compatível com o tamanho máximo das duas antenas. Preferencialmente, esteelemento-de projeção apresenta uma fenda 16, aonde o comprimento D4 é calculado demaríHira que D4 seja, notadamente igual a Ag/4, aonde Ag compreende o comprimento deonda conduzido no elemento metálico de projeção. Mais ainda, as larguras mínimas dasfendas e das partes metálicas do dedo são relacionadas condizentes às restrições tecnológicas.

De acordo com outra característica da presente invenção, duas fendas 17, 18 sãoconcebidas no plano de aterramento 12 de cada lado da fenda de desacoplamento 16.

Conforme mostrado na Figura 6, o comprimento L1, considerado para o cálculo dafreqüência de operação do elemento de radiação do tipo F-invertido, é então calculado de talforma que a relação L1= D1 + H + + D2 + D4. O comprimento D3 é selecionado para adap-tação da freqüência de operação do elemento de radiação do tipo F-invertido.

Procedeu-se a uma simulação em 3D fazendo uso de um simulador eletromagnéti-co Ansoft HFSS com base no método de elementos finitos, conforme o descrito com refe-rência às Figuras 4 e 6. Neste caso, os valores selecionados foram tais que

D1 = 0,12 Λ0H = 0,05 Λ0D2 = 0,155 λ0D3 = 0,109 λ0D4 = 0,188 λΟ

Estes valores foram utilizados de tal maneira a se garantir a operação na faixa defreqüências compreendida entre 1,88 Ghz e 1,93 Ghz. O substrato utilizado consistiu de umtipo de substrato conhecido como FR4, apresentando uma espessura de 1,4 mm tendo umapermissividade de er = 4,4, e uma tangente de perda de 0, 03. As curvas obtidas na Figura 5indicam que a adaptação de cada elemento de radiação é menor do que - 10dB na faixa útil(curvas a,b) e que o isolamento entre os dois elementos de radiação é menor do que - 15dB(curva c).

Claims (4)

1. Sistema de antenas com uma diversidade de segunda ordem integrado junto aum cartão eletrônico compreendendo de um primeiro elemento de radiação do tipo F-invertido (11) com uma primeira extremidade conectada junto a um plano de aterramento,uma segunda extremidade liberada (11') e uma parte de fonte de alimentação condutiva(11"), um segundo elemento de radiação do tipo F-invertido (13) com uma primeira extremi-dade conectada junto a um plano de aterramento, uma segunda extremidade liberada (13') euma parte de fonte de alimentação condutiva (13"), CARACTERIZADO pelo fato de que asextremidades liberadas do primeiro e segundo elementos de radiação apresentam-se opos-tas entre si e sendo separadas por um elemento de projeção (15) do plano de aterramento.

2. Sistema de antenas, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelofato de compreender a concepção de uma fenda (16) no elemento de projeção (15) do planode aterramento (12).

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADO pelo fato de que afenda apresenta um comprimento de Ag/4 que representa o comprimento de onda na linhada freqüência de operação.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores,CARACTERIZADO pelo fato de que uma segunda fenda e uma terceira fenda são concebi-das no plano de aterramento em cada lado da fenda de desacoplamento.