ES2257787T3 - Antena de microtira de acoplamiento electromagnetico. - Google Patents
Antena de microtira de acoplamiento electromagnetico.Info
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Abstract
PARA INCREMENTAR EL ANCHO DE BANDA, UN DISPOSITIVO DE ANTENA DE TIRA ACOPLADA ELECTROMAGNETICAMENTE COMPRENDE UN PRIMER SUSTRATO (1); UN ELEMENTO DE ANTENA (2) DISPUESTO SOBRE UNA PRIMERA SUPERFICIE (1A) DEL PRIMER SUSTRATO (1); UN SEGUNDO SUSTRATO (2); Y UN ELEMENTO ALIMENTADOR (4) DISPUESTO ENTRE UNA SEGUNDA SUPERFICIE (1B) DEL PRIMER SUSTRATO (1) Y UNA PRIMERA SUPERFICIE (3A) DEL SEGUNDO SUSTRATO (3); EN DONDE UNA PARTE EXTREMA (4A) DEL ELEMENTO ALIMENTADOR (4) ESTA SITUADA DENTRO DE UN MARGEN DE -0,3L Y +0,3L DE UNA PARTE DE BORDE (2A) DEL ELEMENTO DE ANTENA (2), EN DONDE L ES LA PROLONGACION DEL ELEMENTO DE ANTENA (2) EN EL SOLAPE ENTRE EL ELEMENTO DE ANTENA (2) Y EL ELEMENTO ALIMENTADOR (4).
Description
Antena de microtira de acoplamiento
electromagnético.
La presente invención se refiere a un dispositivo
de antena de microtira y un aparato de recepción para recibir una
señal emitida incluyendo un dispositivo de antena de microtira.
Las antenas de microtira acopladas
electromagnéticamente (también denominadas antenas "acopladas en
proximidad") como antenas de microtira en general exhiben
solamente una anchura de banda pequeña. Se han realizado diferentes
intentos por incrementar la anchura de banda de antenas de
microtira, incluyendo el uso de sustratos más gruesos, de elementos
parásitos y de redes de adaptación de impedancia.
En ELECTRONICS LETTERS, 9 abril 1987, Vol. 23, Nº
8, págs. 368-369 se describe una antena de parche
de microtira acoplada electromagnéticamente que consta de un parche
de microtira rectangular sobre un primer sustrato y una línea de
alimentación de microtira sobre un segundo sustrato debajo del
primer sustrato. Se ha previsto un plano de tierra debajo del
segundo sustrato. La línea de alimentación está centrada con
respecto a la anchura del parche y está introducida la mitad de la
longitud del parche. Se menciona una línea de alimentación
introducida más o menos que la mitad de la longitud del parche pero
se describe que una introducción igual a la mitad de la longitud del
parche es ventajosa para acoplamiento máximo entre la línea de
alimentación de microtira y el parche de microtira. Para
incrementar la anchura de banda de la antena de microtira se ha
previsto un pequeño adaptador ajustable que está conectado en
derivación con la línea de alimentación de microtira y está situado
cerca del borde del parche de microtira o aproximadamente lambda/2
de él.
En IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,
Vol. AP-38, Nº 7, págs. 1136-1140,
Julio 1990, G. Splitt y otros, "Guidelines for Design of
Electromagnetically Coupled Microstrip Patch Antennas on
Two-Layer Substrates", se describe una regla de
diseño para determinar la posición del extremo de una línea de
alimentación de microtira debajo de un parche de microtira cuadrado
con referencia al centro del parche en una estructura de dos capas.
Según esta regla de diseño el extremo de la línea de alimentación
se deberá colocar a una distancia de \pm0,2 de la longitud del
parche del centro del parche de microtira.
En M+RF 97, 30 septiembre - 2 octubre 1997,
Londres, Reino Unido, págs. 59-64, Ammann, Max J.,
"A broadband proximity-coupled microswitch patch
antenna for wireless LANs", se explica el diseño y la evaluación
de una antena de parche de microtira acoplada electromagnéticamente
de dos capas. Se describe una antena de microtira que consta de un
primer sustrato en el que se imprime el radiador cuadrado y un
segundo sustrato en que la línea de alimentación se imprime debajo
del primer sustrato. Para incrementar la eficiencia de radiación y
la anchura de banda del radiador, el primer sustrato es
relativamente grueso y consta de un material que tiene una
permitividad relativa baja. Para reducir la eficiencia de la
radiación de la línea de alimentación, el segundo sustrato es
relativamente fino y consta de un material que tiene una alta
permitividad relativa. La línea de alimentación está centrada con
respecto a la anchura del parche. Se describe que el solapamiento
del parche se puede ajustar para mejor adaptación y óptima anchura
de banda de impedancia. En el ejemplo dado, el extremo abierto de
la línea de alimentación de la antena de microtira solapa el parche
ligeramente más de mitad de la longitud del parche. La anchura de
banda se incrementa previendo un pequeño adaptador colocado en la
línea de alimentación.
US 5.471.664 describe una sonda de entrada LNB
(Convertidor de Bloque de Ruido Bajo) para recibir comúnmente ondas
polarizadas circularmente hacia la derecha y hacia la izquierda. La
sonda incluye un parche de microtira rectangular que está dispuesto
en el centro de una configuración de tierra de forma circular.
Cuatro sondas de entrada están dispuestas junto a bordes
individuales del parche de microtira rectangular.
US 5.165.109 describe una antena de parche de
microtira que tiene una estructura laminada e incluyendo un parche
de microtira en una primera superficie de un primer sustrato así
como dos líneas de alimentación dispuestas en la primera superficie
de un segundo sustrato.
EP 0 627 783 describe una red de antenas
multicapa y multielemento que tiene elementos de radiación, que se
implementan por la técnica de microtira. Según EP 0 627 783, se
menciona que es difícil obtener simultáneamente una anchura de
banda aceptable con determinada directividad y polarización para
aplicaciones de comunicación. Para proporcionar una antena de
directividad variable, EP 0 627 783 propone disponer elementos de
radiación en las interfaces de polaridad de espacios dieléctricos
apilados sobre niveles sucesivos en una estructura de radiación de
capa múltiple. Además, se menciona que la estructura de radiación
de capa múltiple propiamente dicha está dispuesta en medios de
excitación. Un excitador se representa como de forma circular y está
dispuesto en la superficie de un primer sustrato. Un segundo
sustrato está dispuesto en dicha superficie del primer sustrato y
se han dispuesto elementos de radiación sobre la superficie libre
del segundo sustrato.
EP 0 707 357 describe un receptor que incluye un
dispositivo de enfoque, tal como una lente electromagnética o un
reflector parabólico. Se coloca una primera alimentación en el foco
del reflector y se colocan otras alimentaciones en su lado. Las
alimentaciones son antenas de ranura que son preferiblemente de
forma angular. El receptor multiplexa las señales entrantes a un
convertidor de frecuencia que se forma en el mismo sustrato que las
alimentaciones.
En IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,
Abril 1988, Vol. 46, Nº 4, págs. 475-483, Parrikar
y Kuldip, "Multiport Network Model for CAD of Electromagnetically
Coupled Microstrip Patch Antennas", se describe una antena de
parche de microtira acoplada electromagnéticamente que consta
básicamente de una placa de tierra, una circuitería de alimentación
y un parche. Como una ventaja de una configuración de dos capas se
menciona un aumento de potencia irradiada y, en consecuencia, mayor
anchura de banda. En vista de estas ventajas, se sugiere un
solapamiento de parche mínimo de 10%.
En IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,
Agosto 1989, Vol. 37, Nº 8, págs. 949-958,
Davidovitz y Lo, "Rigorous Analysis of a Circular Patch Antenna
Excited by a Microstrip Transmission Line", se describe una
investigación teórica de una antena de parche de microtira acoplada
electromagnéticamente, donde la antena de parche es de forma
circular.
Aunque la anchura de banda se puede incrementar
utilizando un adaptador colocado en la línea de alimentación de una
antena de microtira acoplada electromagnéticamente, los valores
logrados en la técnica anterior no son suficientes para emplear
este tipo de antenas en varias aplicaciones, por ejemplo en una
unidad de recepción de Antenas de recepción por satélite Directa a
Casa (DTH). Estas antenas están diseñadas para la recepción de
señales emitidas directas e incluyen convencionalmente una bocina
de alimentación y un LNB, por ejemplo, como se describe en
EP-A-0735 610. Para evitar la
transición de tecnología de guía de onda hueca, es decir la bocina
de alimentación, a tecnología de guía de onda plana, es decir el
LNB, y las pérdidas introducidas por ello, es deseable disponer de
una antena de microtira que se pueda conectar como una alimentación
al LNB de un aparato de recepción capaz de recibir directamente
señales emitidas.
La presente invención considera un nuevo campo de
uso para dispositivos de antena de microtira con sustratos
dieléctricos de dos capas, a saber la recepción de señales emitidas
directas. Para este tipo de campo, los valores de anchura de banda
logrados en la técnica anterior no son suficientes.
Por lo tanto, un objeto de la invención es
proporcionar una antena de microtira acoplada electromagnéticamente
que exhibe una anchura de banda incrementada.
Este objeto se alcanza por el dispositivo de
antena de microtira según las reivindicaciones 1-18
y según las reivindicaciones 19-33. Además, según
las reivindicaciones 34-36 un aparato de recepción
para recibir señales emitidas incluye un dispositivo de antena de
microtira según las reivindicaciones 1-18 o las
reivindicaciones 19-33.
La solución de la invención se basa en el
conocimiento de que la antena de microtira está esencialmente libre
de un solapamiento entre el elemento de antena principal y el
elemento o elementos de alimentación.
El dispositivo de antena de microtira según las
reivindicaciones 1-18 se refiere al caso en el que
se puede recibir ondas polarizadas horizontal y verticalmente si se
dispone más de un elemento de alimentación. El dispositivo de antena
de microtira según las reivindicaciones 19-33 se
refiere a un rango fuera del rango del dispositivo de antena de
microtira según las reivindicaciones 1-18
específicamente para la recepción de ondas polarizadas horizontal y
verticalmente. Se ha observado que esta solución conduce a un mejor
aislamiento del puerto y un mejor rechazo polar cruzado de las
ondas polarizadas horizontal y verticalmente.
Es esencial observar que según la invención no se
requiere solapamiento entre el elemento de antena y el elemento de
alimentación. En contraposición a los dispositivos de la técnica
anterior, una disposición sin solapamiento es la base del diseño y
la evaluación de antenas de microtira adecuadas para diferentes
efectos. Por lo tanto, una antena de microtira esencialmente libre
de solapamiento entre el elemento de antena principal y el elemento
o elementos de alimentación es la realización preferida.
El objeto se logra según una primera solución de
la invención por un dispositivo de antena de microtira según las
reivindicaciones 1-18 incluyendo un primer
sustrato; un elemento de antena dispuesto en una primera superficie
del primer sustrato; un segundo sustrato; y un primer elemento de
alimentación dispuesto entre una segunda superficie del primer
sustrato y una primera superficie del segundo sustrato; donde una
porción de extremo del primer elemento de alimentación está
colocado dentro de un rango de -0,3L y +0,1L de una porción de
borde del elemento de antena, donde L es la extensión del elemento
de antena en una dirección paralela a la dirección de
solapamiento.
Según un aspecto de la primera solución de la
invención, un segundo elemento de alimentación está dispuesto entre
la segunda superficie del primer sustrato y la primera superficie
del segundo sustrato, una porción de extremo del segundo elemento
de alimentación está colocada dentro de un rango de -0,3L y +0,1L de
una porción de borde del elemento de antena, donde L es la
extensión del elemento de antena en una dirección paralela a la
dirección de solapamiento.
Típicamente, dichos elementos de alimentación
primero y/o segundo son líneas de alimentación alargadas. Además,
dichos elementos de alimentación primero y segundo están dispuestos
generalmente sustancialmente perpendiculares entre sí.
Para adaptación de impedancias, se puede prever
unos medios de adaptación de impedancia en una antena de microtira
según la invención. Típicamente, los medios de adaptación de
impedancia son una red de adaptación de impedancia conectada al
primer y/o segundo elemento de alimentación.
Ventajosamente, el primer y/o segundo elemento de
alimentación está centrado con respecto a la porción de borde
respectiva del elemento de antena.
El elemento de antena puede ser de forma
cuadrada, de forma rectangular, de forma circular o de forma
elíptica.
Se puede disponer un elemento de tierra en una
segunda superficie de dicho segundo sustrato.
Para mejorar la ganancia y para la formación del
haz se puede prever un tercer sustrato. En una primera superficie
del tercer sustrato se han dispuesto elementos de antena
adicionales. El tercer sustrato está dispuesto de tal manera que el
elemento de antena principal esté interpuesto entre la primera
superficie del primer sustrato y una segunda superficie del tercer
sustrato.
Preferiblemente, los elementos de antena
adicionales están dispuestos simétricamente con respecto al centro
del elemento de antena principal. Para lograr acoplamiento
electromagnético, los elementos de antena adicionales están
dispuestos de manera que se solapen con el elemento de antena
principal.
Los elementos de antena adicionales pueden ser de
forma cuadrada, de forma rectangular, de forma circular o de forma
elíptica.
El dispositivo de antena puede tener una
estructura apilada.
Además, el objeto se logra según una segunda
solución de la invención por el dispositivo de antena de microtira
según las reivindicaciones 19-33 incluyendo un
primer sustrato; un elemento de antena de forma cuadrada dispuesto
en una primera superficie del primer sustrato; un segundo sustrato;
un primer elemento de alimentación alargado dispuesto entre una
segunda superficie del primer sustrato y una primera superficie del
segundo sustrato; y un segundo elemento de alimentación alargado
dispuesto entre la segunda superficie del primer sustrato y la
primera superficie del segundo sustrato; donde una porción de
extremo del primer elemento de alimentación alargado y una porción
de extremo del segundo elemento de alimentación alargado se colocan
dentro de un rango de -0,3L y -0,5 (L-W) de una
porción de borde respectiva del elemento de antena de forma
cuadrada. Aquí, L es la extensión del elemento de antena de forma
cuadrada en una dirección paralela a la dirección de solapamiento y
W es la anchura del respectivo elemento de alimentación alargado
que tiene un rango de 0 < W < 0,4L.
También en esta realización, es esencial observar
que según la invención no se requiere solapamiento entre el
elemento de antena y el elemento de alimentación. En contraposición
a los dispositivos de la técnica anterior, una disposición sin
solapamiento es la base para el diseño y la evaluación de antenas de
microtira adecuadas para diferentes efectos. Por lo tanto, una
antena de microtira esencialmente libre de solapamiento entre el
elemento de antena principal y el elemento o elementos de
alimentación es la realización preferida.
Además, empleando dos elementos de alimentación
se logra un dispositivo de antena de microtira para recibir ondas
polarizadas horizontal y verticalmente con el mismo dispositivo de
antena.
Típicamente, los elementos de alimentación
primero y segundo están dispuestos sustancialmente
perpendicularmente entre sí.
Para adaptación de impedancias, se puede prever
unos medios de adaptación de impedancia que toman generalmente la
forma de una red de adaptación de impedancia conectada al primer y
segundo elemento de alimentación alargado, respectivamente.
El primer y/o segundo elemento de alimentación
alargado está dispuesto en el centro de la porción de borde
respectiva del elemento de antena de forma cuadrada.
Se puede prever un elemento de tierra en una
segunda superficie del segundo sustrato.
Para mejorar la ganancia y para formación del haz
se puede prever un tercer sustrato. En una primera superficie del
tercer sustrato se han dispuesto elementos de antena adicionales.
El tercer sustrato está dispuesto de tal manera que el elemento de
antena de forma cuadrada está interpuesto entre la primera
superficie del primer sustrato y una segunda superficie del tercer
sustrato.
Preferiblemente, los elementos de antena
adicionales están dispuestos simétricamente con respecto al centro
del elemento de antena de forma cuadrada.
Para mejorar la ganancia y para formación del haz
se puede prever un tercer sustrato. En una primera superficie del
tercer sustrato elementos de antena adicionales se han dispuesto.
El tercer sustrato está dispuesto de tal manera que el elemento de
antena esté interpuesto entre la primera superficie del primer
sustrato y una segunda superficie del tercer sustrato.
Preferiblemente, los elementos de antena
adicionales están dispuestos simétricamente con respecto al centro
del elemento de antena de forma cuadrada. Los elementos de antena
adicionales están dispuestos de manera que se solapen con dicho
elemento de antena principal para lograr un acoplamiento
electromagnético.
Los elementos de antena adicionales pueden ser de
forma cuadrada, de forma rectangular, de forma circular o de forma
elíptica.
El dispositivo de antena puede tener una
estructura apilada.
Un aparato de recepción para recibir una señal
emitida incluye un dispositivo de antena de microtira según la
primera solución o según la segunda solución de la invención e
incluye además un medio convertidor para convertir la frecuencia de
la señal retransmitida recibida. Ventajosamente, el medio
convertidor se prevé en tecnología de guía de onda plana para
evitar pérdidas por transición.
Se puede prever una matriz de conmutación para
distribuir a petición señales recibidas de dicho medio
convertidor.
Cualquier aparato de recepción descrito
anteriormente es adecuado para recibir señales emitidas de
satélites en dos posiciones orbitales. Si se debe recibir señales
emitidas de más de dos posiciones orbitales, se puede añadir un
dispositivo de antena de microtira adicional según la invención a un
aparato de recepción según la invención.
A continuación se describirá una realización
preferida y otras realizaciones de la invención con referencia a
los dibujos.
Las figuras 1 y 2 muestran una vista superior y
una vista lateral de una primera realización de la invención.
Las figuras 3 y 4 muestran una vista superior y
una vista lateral de una segunda realización de la invención.
Las figuras 5 y 6 muestran una vista superior y
una vista lateral de una tercera realización de la invención.
La figura 7 muestra una Disposición de antena de
recepción por satélite DTH.
La figura 8 muestra una primera realización del
aparato de recepción según la invención.
La figura 9 muestra una disposición de dos
antenas de microtira según la invención para recepción de dos
posiciones orbitales.
La figura 10 muestra una segunda realización del
aparato de recepción según la invención.
La figura 11 muestra una tercera realización del
aparato de recepción según la invención.
Y la figura 12 muestra una cuarta realización del
aparato de recepción según la invención.
En una realización preferida de una antena de
microtira acoplada electromagnéticamente según la invención como se
representa en la figura 1 y 2, un primer sustrato 1 tiene una
altura h1 y consta de un material dieléctrico que tiene una
permitividad relativa E1. Un elemento de antena 2 está dispuesto en
una primera superficie 1a del primer sustrato 1. En esta
realización, el elemento de antena 2 toma la forma de un elemento de
parche de microtira rectangular que tiene una longitud de L. Un
segundo sustrato 3 está dispuesto debajo del primer sustrato 1. El
segundo sustrato 3 tiene una altura h2 y consta de un material
dieléctrico que tiene una permitividad relativa E2. Un elemento de
alimentación 4 está interpuesto entre el primer y el segundo
sustrato. El elemento de alimentación 4 se puede disponer en la
segunda superficie 1b del primer sustrato 1 o una primera superficie
3a del segundo sustrato 3. En esta realización, el elemento de
alimentación 4 toma la forma de una línea de alimentación
alargada.
En esta realización preferida de la invención,
una porción de extremo 4a de la línea de alimentación alargada 4
está situada debajo de una porción de borde 2a del elemento de
parche de microtira 2 sustancialmente sin ningún solapamiento (O =
0%). Preferiblemente, la línea de alimentación 4 está centrada con
respecto a la porción de borde 2a. Según la invención y como se
indica en la figura 2, la porción de extremo 4a de la línea de
alimentación alargada 4 puede estar situada dentro de un rango de
-0,3L y +0,3L de la porción de borde del elemento de parche de
microtira 2
(O = \pm30%), donde L es la extensión del elemento de antena 2 en una dirección paralela a la dirección de solapamiento con el elemento de alimentación 4. En otros términos, según la invención una porción de extremo del elemento de alimentación está colocada dentro de una zona dispuesta simétricamente con respecto a una porción de borde respectiva del elemento de antena. En la realización preferida, el elemento de antena y el elemento de alimentación no se solapan.
(O = \pm30%), donde L es la extensión del elemento de antena 2 en una dirección paralela a la dirección de solapamiento con el elemento de alimentación 4. En otros términos, según la invención una porción de extremo del elemento de alimentación está colocada dentro de una zona dispuesta simétricamente con respecto a una porción de borde respectiva del elemento de antena. En la realización preferida, el elemento de antena y el elemento de alimentación no se solapan.
Como se representa en la figura 2, un elemento de
tierra 5 está dispuesto en una segunda superficie 3b del segundo
sustrato 3, tomando el elemento de tierra 5 la forma de un plano de
tierra que cubre sustancialmente la totalidad de la segunda
superficie 3b del segundo sustrato 3.
Se han examinado dos ejemplos de la realización
preferida de la invención. En ambos ejemplos la permitividad
relativa de los sustratos 1 y 3 se eligió a
E1 = E2 = 3,38
\pm
0,05.
En un ejemplo, las alturas de los sustratos 1 y 3
se eligieron a
h1 = h2 = 0,81
mm.
En el otro ejemplo las alturas del sustrato 1 y 3
se eligieron a
h1 = 1,52 mm y
h2 = 0,81
mm.
Los dos ejemplos se diseñaron por medio de una
herramienta de simulación en base al método de momentos. El diseño
de la antena de microtira incluía, por una parte, la optimización
de la longitud del parche L, la anchura de línea de alimentación W
y el solapamiento O, y, por otra parte, la red de adaptación de
impedancia. La longitud del parche L corresponde a la frecuencia
especificada resonante (frecuencia central de la banda de
frecuencia considerada). La anchura de línea de alimentación W se
optimizó y se logró la mejor anchura de banda usando una línea de
alimentación de 50 ohmios. La línea de alimentación no se solapaba
con el elemento de antena (solapamiento O = 0%) por lo que se
realizó una coincidencia de banda ancha. Los valores optimizados
para el segundo ejemplo (h1 = 1,52 mm y
h2 = 0,81 mm) son L = 5,2 mm, W = 1,9 mm y O = 0 mm.
h2 = 0,81 mm) son L = 5,2 mm, W = 1,9 mm y O = 0 mm.
Con ambos ejemplos se logró una anchura de banda
de más de 17,5% (VSWR <= 2).
En otra realización preferida de la antena de
microtira acoplada electromagnéticamente según la invención, que es
capaz de recibir dos señales emitidas polarizadas perpendiculares,
como se representa en la figura 3 y 4, un primer sustrato 11 tiene
una altura h11 y consta de un material dieléctrico que tiene una
permitividad relativa E11. Un elemento de antena 12 está dispuesto
en una primera superficie 11a del primer sustrato 11. En esta
realización, el elemento de antena 12 toma la forma de un elemento
de parche de microtira cuadrado que tiene una longitud de borde L.
Se ha previsto un segundo sustrato 13 debajo del primer sustrato
11. El segundo sustrato 13 tiene una altura h12 y consta de un
material dieléctrico que tiene una permitividad relativa E12. Un
primer elemento de alimentación 14 está interpuesto entre el primer
y el segundo sustrato. El primer elemento de alimentación 14 se
puede prever en la segunda superficie 11b del primer sustrato 11 o
una primera superficie 13a del segundo sustrato 13. En esta
realización, el primer elemento de alimentación 14 toma la forma de
una línea de alimentación alargada. Un segundo elemento de
alimentación 15 está interpuesto entre el primer y segundo sustrato.
El segundo elemento de alimentación 15 se puede prever en la segunda
superficie 11b del primer sustrato 11 o una primera superficie 13a
del segundo sustrato 13. En esta realización, el segundo elemento de
alimentación 15 toma la forma de una línea de alimentación alargada.
El segundo elemento de alimentación 15 se extiende en una dirección
sustancialmente perpendicular a dicho primer elemento de
alimentación 14.
En esta realización preferida de la invención,
una porción de extremo 14a de la primera línea de alimentación
alargada 14 está situada debajo de una primera porción de borde 12a
del elemento de parche de microtira cuadrado 12 sustancialmente sin
ningún solapamiento (O = 0%). Igualmente, una porción de extremo 15a
de la segunda línea de alimentación alargada 15 está situada debajo
de una segunda porción de borde 12b del elemento de parche de
microtira cuadrado 12 sustancialmente sin ningún solapamiento (O =
0%). Preferiblemente, las líneas de alimentación 14 y 15 están
centradas con respecto a la porción de borde respectiva 12a y 12b.
Según la invención y como se indica en la figura 3, la porción de
extremo 14a de la primera línea de alimentación alargada 14 y la
porción de extremo 15a de la segunda línea de alimentación alargada
15 pueden estar situadas de tal manera que la primera y la segunda
línea de alimentación alargada estén separadas una de otra dentro de
un rango de -1/2 \cdot (L-W) y + ½ \cdot
(L-W) de la porción de borde respectiva del elemento
de parche de microtira 12, donde L es generalmente la extensión del
elemento de antena 12 en la dirección de solapamiento con el
respectivo elemento de alimentación 14, 15 y W es la anchura del
elemento de alimentación 14, 15. En otros términos, según la
invención una porción de extremo del elemento de alimentación está
colocada dentro de una zona dispuesta simétricamente con respecto a
una porción de borde respectiva del elemento de antena.
Como se representa en la figura 3, un elemento de
tierra 16 está dispuesto en una segunda superficie 13b del segundo
sustrato 13, tomando el elemento de tierra 16 la forma de plano de
tierra que cubre sustancialmente la totalidad de la segunda
superficie 13b del segundo sustrato 13.
En las figuras 1 y 3 se representan redes de
adaptación de impedancia 20 que se han previsto para adaptar la
impedancia de la antena de microtira, por ejemplo, a un sistema de
50 ohmios que se usa de ordinario en antenas de satélite DTH. Cada
red de adaptación de impedancia 20 incluye una primera sección 21
que tiene una longitud L1 y una anchura W1 y una segunda sección 22
que tiene una longitud L2 y una anchura W2. La variación apropiada
de estos valores hace posible realizar adaptación de impedancia. Las
redes de impedancia 20 no son necesariamente idénticas, pero pueden
estar adaptadas para las condiciones dadas por el diseño del
elemento de alimentación individual. Sin embargo, es ventajoso
realizar las redes de impedancia en tecnología de guía de onda plana
para evitar pérdidas por transición. Para mejorar la formación del
haz y la ganancia de la antena de microtira acoplada
electromagnéticamente según la invención, como se representa en las
figuras 1 a 4, se le puede dotar, como se representa en las figuras
5 y 6, de un tercer sustrato 31 en cuya primera superficie 31 se han
dispuesto elementos de antena adicionales 32 y que está colocado con
una segunda superficie 31b en la primera superficie 1a, 11a del
primer sustrato 1, 11. En otros términos, el elemento de antena
principal 2 está interpuesto entre los sustratos primero y tercero.
El tercer sustrato 31 tiene una altura h31 y consta de un material
dieléctrico que tiene una permitividad relativa E31. En las figuras
5 y 6 se representa una antena de microtira acoplada
electromagnéticamente que tiene dicho tercer sustrato 31 y elementos
de antena adicionales 32 que se basa en la realización de las
figuras 1 y 2, incluyendo, sin embargo, un elemento de antena de
microtira cuadrado 2 dispuesto en la primera superficie 1a del
primer sustrato 1. Los elementos restantes de la realización de las
figuras 1 y 2 no cambian y por lo tanto no se explican con más
detalle. En cambio, se hace referencia a la descripción anterior de
las figuras 1 y 2.
Como se representa en la figura 5, se han
dispuesto cuatro elementos de antena adicionales 32a a 32d en la
primera superficie 31a del tercer sustrato 31. Los cuatro elementos
de antena cuadrados adicionales 32a a 32d se colocan simétricamente
con respecto al centro del elemento de antena 2 en la primera
superficie 1a del primer sustrato 1 con una distancia d entre bordes
adyacentes. Los elementos de antena cuadrados adicionales 32a a 32d
tienen una longitud de borde de L'. La disposición simétrica en
ambas direcciones asegura las mismas condiciones de recepción para
ambas polarizaciones. Por lo tanto, los cuatro elementos de antena
cuadrados adicionales 32a a 32d se pueden prever ventajosamente
también en la realización de las figuras 3 y 4. Los elementos de
antena adicionales 32 son alimentados mediante el solapamiento entre
estos elementos y el elemento de antena 2 dispuestos en el primer
sustrato 1. Una superposición constructiva de las ondas y por lo
tanto la formación del haz es posible con esta realización de la
invención.
Con una antena de microtira acoplada
electromagnéticamente según la invención no hay que usar una
película adhesiva para unir los sustratos entre sí. Este tipo de
unión logrado por películas adhesivas se conoce en la técnica
anterior y se afronta generalmente como una estructura de capas
múltiples. En cambio, según otro aspecto de la invención, los
sustratos están unidos entre sí por medios mecánicos de unión como
tornillos, pernos, etc. La estructura resultante se denomina
estructura apilada. La ventaja conseguida por ello es que se puede
evitar las pérdidas que producen las películas adhesivas actualmente
disponibles.
Con una antena de microtira acoplada
electromagnéticamente es posible proporcionar un aparato de
recepción que es capaz de recibir directamente señales emitidas. En
una disposición de recepción DTH representada en la figura 7, un
reflector 40 se combina con un aparato de recepción 41.
Según la invención, como se representa en la
figura 8, una primera realización del aparato de recepción 41
incluye una antena de microtira acoplada electromagnéticamente 42
como se describe y un LNB 43. Ventajosamente, la realización de las
figuras 3 y 4 se emplea para suministrar una señal H para ondas
horizontalmente polarizadas y una señal V para ondas polarizadas
verticalmente al LNB 43. Dado que la antena 42 y el LNB 43 se
realizan en tecnología de guía de onda plana, se evitan las pérdidas
por transición.
Para recepción de dos posiciones de satélite
orbital se puede prever una primera y una segunda antena 42a y 42b
en un aparato de recepción 41 como se representa en la figura 9
mostrando solamente una vista superior del dispositivo de antena de
microtira. Se hace referencia a las figuras 1 a 6 para otros
detalles. La primera y la segunda antena 42a y 42b están separadas
una de otra de tal manera que las señales emitidas desde un satélite
en una primera posición orbital se puedan recibir simultáneamente
con señales emitidas de un satélite en una segunda posición
orbital. La primera o la segunda antena 42a o 42b está colocada en
el foco del reflector 40 (véase la figura 7) o ambas antenas 42a y
42b se colocan fuera, pero cerca, del foco del reflector 40 (véase
la figura 7). Dichos acercamientos son conocidos por disposiciones
de antena de satélite DTH incluyendo un aparato de recepción que
tiene una bocina de alimentación en tecnología de guía de onda hueca
y por lo tanto no se explican aquí con más detalle.
Una segunda realización del aparato de recepción
según la invención se representa en la figura 10. En este aparato
de recepción 61, las señales de salida de las antenas de microtira
acopladas electromagnéticamente 62a y 62b, que corresponden a las
antenas 42a y 42b en la figura 9 y que se muestran en la figura 10
emitiendo una señal H correspondiente a una onda emitida polarizada
horizontalmente recibida y una señal V correspondiente a una onda
emitida polarizada verticalmente recibida, pueden ser suministradas
a un solo LNB 63 incluyendo amplificadores de bajo ruido 64a y 64b,
mezcladores de frecuencia 65a y 65b y un oscilador local 66 mediante
unos medios de conexión 67 que están adaptados para suministrar
selectivamente las señales de salida H, V de una de las antenas de
microtira 62a, 62b a los amplificadores de bajo ruido 64a, 64b. Los
medios de conexión 67 se pueden realizar por medio de un interruptor
para conectar las entradas de los amplificadores de bajo ruido 64a,
64b con las salidas H, V de la primera antena de microtira 62a o de
la segunda antena de microtira 62b. Se suministra consiguientemente
una señal de control C a los medios de conexión 67. Las señales de
salida RF de los amplificadores de bajo ruido 64a, 64b son
suministradas a los mezcladores de frecuencia 65a, 65b que también
reciben una señal de salida del oscilador local 66. Los mezcladores
de frecuencia 65a, 65b incluyen salidas 68a, 68b cada una de las
cuales suministra una señal de salida del aparato de recepción a
dispositivos de usuario individuales.
Una tercera realización del aparato de recepción
según la invención se representa en la figura 11. En este aparato
de recepción 71 las señales de salida de las antenas de microtira
acopladas electromagnéticamente 72a y 72b, que también corresponden
a las antenas 42a y 42b en la figura 9 y que se muestran en la
figura 11 emitiendo una señal H correspondiente a una onda emitida
polarizada horizontalmente recibida y una señal V correspondiente a
una onda emitida polarizada verticalmente recibida, se pueden
suministrar a un amplificador individual de los amplificadores de
bajo ruido 73a, 73c, 73d. Las señales de salida de los
amplificadores de bajo ruido 73a, 73b, 73c, 73d se suministran a
unos medios de conexión 74 que están adaptados para suministrar
selectivamente las señales de salida RF de los amplificadores de
bajo ruido 73a, 73b, 73d a mezcladores de frecuencia individuales
75a, 75b que también reciben una señal de salida de un oscilador
local 76. Los medios de conexión 74 se pueden realizar por medio de
un interruptor para conectar las entradas de los mezcladores de
frecuencia 75a, 75b con las salidas de los amplificadores de bajo
ruido 73a, 73b conectados a la primera antena 72a o las salidas de
los amplificadores de bajo ruido 73c, 73d conectados a la segunda
antena 72b. Se suministra consiguientemente una señal de control C a
los medios de conexión 74. Los mezcladores de frecuencia 75a, 75b
incluyen salidas 77a, 77b cada una de las cuales suministra una
señal de salida del aparato de recepción a dispositivos de usuario
individuales.
En una cuarta realización se ha previsto una
matriz de conmutación en el aparato de recepción 51 según la
invención. La matriz de conmutación distribuye las señales de una o
varias antenas de microtira, LNBs o mezcladores de frecuencia a
salidas que suministran una señal de salida del aparato de recepción
a dispositivos de usuario individuales. En la figura 12 se
representa un aparato de recepción 51 incluyendo dos antenas de
microtira acopladas electromagnéticamente 52a y 52b cada una de las
cuales suministra una señal H correspondiente a una onda emitida
polarizada horizontalmente recibida y una señal V correspondiente a
una onda emitida polarizada verticalmente recibida a amplificadores
de bajo ruido 53a a 53d. Se suministran señales RF de los
amplificadores de bajo ruido 53a a 53d a mezcladores de frecuencia
54a a 54d cada uno de los cuales recibe una frecuencia de referencia
de un oscilador local 55. Las señales IF del individuo mezcladores
de frecuencia 54a a 54d son alimentadas a una matriz de conmutación
56 que distribuye a petición las señales IF recibidas a cualquiera
de las cuatro salidas 57a a 57d. La matriz de conmutación 56 se
puede realizar en tecnología de guía de onda plana, como las
antenas de microtira y el LNB, para reducir la complejidad del
sistema general y para evitar mayores pérdidas por transición. La
matriz de conmutación se puede combinar con cualquiera de las
realizaciones primera a tercera del aparato de recepción según la
invención como se ha descrito anteriormente con referencia a las
figuras 8 a 11.
Claims (36)
1. Dispositivo de antena de microtira,
incluyendo:
- un primer sustrato (1, 11);
- un elemento de antena (2, 12) dispuesto en una
primera superficie (1a, 11a) de dicho primer sustrato;
- un segundo sustrato (3, 13); y
- un primer elemento de alimentación (4, 14)
dispuesto entre una segunda superficie (1b, 11b) de dicho primer
sustrato y una primera superficie (3a, 13a) de dicho segundo
sustrato;
caracterizado porque
- una porción de extremo (4a, 14a) de dicho
primer elemento de alimentación (4, 14) está colocada dentro de un
rango de -0,3L y +0,1L de una porción de borde (2a, 12a) de dicho
elemento de antena (2, 12), donde L es la extensión de dicho
elemento de antena (2, 12) en una dirección paralela a la dirección
de solapamiento.
2. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 1, donde un segundo elemento de alimentación (15)
está dispuesto entre dicha segunda superficie (1b, 11b) de dicho
primer sustrato (1, 11) y dicha primera superficie (3a, 13a) de
dicho segundo sustrato (3, 13), una porción de extremo (15a) de
dicho segundo elemento de alimentación (15) está colocada dentro de
un rango de 0,3L y +0,1L de una porción de borde (12b) de dicho
elemento de antena (2, 12), donde L es la extensión de dicho
elemento de antena (2, 12) en una dirección paralela a la dirección
de solapamiento.
3. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-2, donde dichos elementos
de alimentación primero y/o segundo (4, 14, 15) son líneas de
alimentación alargadas.
4. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 3, donde dichos elementos de alimentación primero y
segundo (4, 14, 15) están dispuestos sustancialmente
perpendicularmente entre sí.
5. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-4, donde se ha previsto
unos medios de adaptación de impedancia (20).
6. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 5, donde dichos medios de adaptación de impedancia
son una red de adaptación de impedancia (20, 21, 22) conectada a
dicho primer y/o segundo elemento de alimentación (4, 14, 15).
7. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-6, donde dicho primer y/o
segundo elemento de alimentación (4, 14, 15) está dispuesto en el
centro de dicha porción de borde (2a, 12a, 12b) de dicho elemento
de antena (2, 12).
8. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-7, donde dicho elemento
de antena (2, 12) es de forma cuadrada.
9. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-7, donde dicho elemento
de antena (2, 12) es de forma rectangular.
10. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-7, donde dicho elemento
de antena (2, 12) es de forma circular o de forma elíptica.
11. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-10, donde un elemento de
tierra (5, 16) está dispuesto en una segunda superficie (3b, 13b)
de dicho segundo sustrato (3, 13).
12. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-11, donde un tercer
sustrato (31) en cuya primera superficie (31a) se han dispuesto
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d), estando
dispuesto dicho tercer sustrato (31) de tal manera que dicho
elemento de antena (2) esté interpuesto entre dicha primera
superficie (1a, 11a) de dicho primer sustrato (1, 11) y una segunda
superficie (31b) de dicho tercer sustrato (31).
13. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 1-2, donde dichos elementos de
antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) están dispuestos
simétricamente con respecto al centro de dicho elemento de antena
(2).
14. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 12 y 13, donde dichos elementos de antena
adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) están dispuestos de manera que se
solapen con dicho primer elemento de antena (2).
15. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 12-14, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
cuadrada.
16. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 12-14, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
rectangular.
17. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 12-14, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
circular o de forma elíptica.
18. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 1-17, donde el dispositivo
de antena tiene una estructura apilada.
19. Dispositivo de antena de microtira,
incluyendo:
- un primer sustrato (11);
- un elemento de antena de forma cuadrada (12)
dispuesto en una primera superficie (11a) de dicho primer
sustrato;
- un segundo sustrato (13);
- un primer elemento de alimentación alargado
(14) dispuesto entre una segunda superficie (11b) de dicho primer
sustrato (11) y una primera superficie (13a) de dicho segundo
sustrato (13); y
- un segundo elemento de alimentación alargado
(15) dispuesto entre dicha segunda superficie (11b) de dicho primer
sustrato (11) y dicha primera superficie (13a) de dicho segundo
sustrato (13);
caracterizado porque
- una porción de extremo (14a) de dicho primer
elemento de alimentación alargado (14) y una porción de extremo
(15a) de dicho segundo elemento de alimentación alargado se colocan
dentro de un rango de -0,3L y -0,5 (L-W) de una
porción de borde respectiva (12a, 12b) de dicho elemento de antena
de forma cuadrada (12), donde L es la extensión de dicho elemento
de antena de forma cuadrada (12) en una dirección paralela a la
dirección de solapamiento y W es la anchura del respectivo elemento
de alimentación alargado que tiene un rango de 0 < W <
0,4L.
20. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 19, donde dichos elementos de alimentación primero y
segundo (4, 14, 15) están dispuestos sustancialmente
perpendicularmente entre sí.
21. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-20, donde se ha previsto
unos medios de adaptación de impedancia (20).
22. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 21, donde dichos medios de adaptación de impedancia
son una red de adaptación de impedancia (20, 21, 22) conectada a
dicho primer y segundo elemento de alimentación (4, 14, 15),
respectivamente.
23. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-22, donde dicho primer
y/o segundo elemento de alimentación alargado (14, 15) está
dispuesto en el centro de la porción de borde respectiva (12a, 12b)
de dicho elemento de antena de forma cuadrada (12).
24. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-23, donde un elemento de
tierra (16) está dispuesto en una segunda superficie (13b) de dicho
segundo sustrato (13).
25. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-24, donde un tercer
sustrato (31) en cuya primera superficie (31a) se han dispuesto
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 23d), estando
dispuesto dicho tercer sustrato (31) de tal manera que dicho
elemento de antena de forma cuadrada (12) esté interpuesto entre
dicha primera superficie (1a, 11a) de dicho primer sustrato (1, 11)
y una segunda superficie (31b) de dicho tercer sustrato (31).
26. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 25, donde dichos elementos de antena adicionales
(32a, 32b, 32c, 32d) están dispuestos simétricamente con respecto al
centro de dicho elemento de antena de forma cuadrada (12).
27. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-26, donde un tercer
sustrato (31) en cuya primera superficie (31a) se han dispuesto
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d), estando
dispuesto dicho tercer sustrato (31) de tal manera que dicho
elemento de antena (2) esté interpuesto entre dicha primera
superficie (1a, 11a) de dicho primer sustrato (1, 11) y una segunda
superficie (31b) de dicho tercer sustrato (31).
28. Dispositivo de antena de microtira según la
reivindicación 27, donde dichos elementos de antena adicionales
(32a, 32b, 32c, 32d) están dispuestos simétricamente con respecto al
centro de dicho elemento de antena (2).
29. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 27-28, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) están
dispuestos de manera que se solapen con dicho primer elemento de
antena (2).
30. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 27-29, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
cuadrada.
31. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 27-29, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
rectangular.
32. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 27-29, donde dichos
elementos de antena adicionales (32a, 32b, 32c, 32d) son de forma
circular o de forma elíptica.
33. Dispositivo de antena de microtira según una
de las reivindicaciones 19-32, donde el dispositivo
de antena tiene una estructura apilada.
34. Aparato de recepción para recibir una señal
emitida incluyendo un dispositivo de antena de microtira (42) según
una de las reivindicaciones 1-18 o una de las
reivindicaciones 19-33 y un medio convertidor (43)
para convertir la frecuencia de la señal retransmitida recibida.
35. Aparato de recepción según la reivindicación
34, donde dicho medio convertidor (43) se dispone en tecnología de
guía de onda plana.
36. Aparato de recepción para recibir señales
emitidas según una de las reivindicaciones 34-35,
donde se ha previsto una matriz de conmutación (56) para distribuir
a petición señales recibidas de dicho medio convertidor (43; 53a,
53b, 53c, 53d, 54a, 54b, 54c, 54d, 55).
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