ES2277366T3 - Antena plana y radio portatil que la utiliza. - Google Patents
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Abstract
SE DESCRIBE UNA ANTENA PLANA DE MICROTIRA QUE COMPRENDE UN SUBSTRATO DE DIELECTRICO (1C) EN FORMA DE PLACA, UN CONDUCTOR DE PARCHE (1B) DISPUESTO EN UN LADO DE LA SUBSTANCIA DIELECTRICA (1C), Y UN CONDUCTOR DE MASA (4) DISPUESTO EN EL OTRO LADO DE LA SUBSTANCIA DIELECTRICA (1C) Y QUE ALIMENTA ENERGIA ELECTRICA AL CONDUCTOR DE PARCHE (1B) MEDIANTE UN PROCEDIMIENTO DE RETROALIMENTACION, EN DONDE EL CONDUCTOR DE PARCHE (1B) TIENE UNA FORMA CUADRADA; Y AL MENOS TRES LADOS DE TAMAÑOS DIFERENTES.
Description
Antena plana y radio partátil que la
utiliza.
La presente invención se refiere al campo de las
comunicaciones, y más particularmente a la equiparación de
impedancias y al ajuste de una frecuencia múltiple de resonancia de
una antena plana polarizada circularmente, utilizada en las
comunicaciones por satélite. Además, la presente invención se
refiere a una radio portátil que emplea una antena plana polarizada
circularmente.
Diversas corporaciones han propuesto
recientemente el concepto de un teléfono celular portátil (móvil)
que utiliza satélites. Con respecto a las bandas de frecuencia
utilizadas por el teléfono celular portátil (móvil), se ha asignado
una banda de frecuencias de 1,6 GHz para las comunicaciones de
conexión ascendente desde un teléfono celular portátil (móvil) en
tierra con el satélite de comunicaciones, y una banda de frecuencias
de 2,4 GHz para las comunicaciones de conexión descendente desde el
satélite de comunicaciones al teléfono celular portátil (móvil) del
suelo. La banda de frecuencias de 1,6 GHz ha sido asignada asimismo
a las comunicaciones bidireccionales entre las estaciones
terrestres y el satélite de comunicaciones. En las comunicaciones se
utiliza comúnmente una onda polarizada circularmente con el fin de
garantizar la calidad del circuito de comunicaciones.
En su utilización actual se ha venido utilizando
una antena plana que recibe una onda de radio (por ejemplo, una
onda polarizada circularmente con giro a la derecha de 1,5 GHz)
transmitida desde un satélite del Sistema Global de Posicionado
(GPS). La antena plana es una antena de microcinta de un único punto
de retroalimentación (MSA) que comprende una sustancia dieléctrica
de tipo placa, un parche conductor (es decir, un elemento de
radiación) adherido a un lado de la sustancia dieléctrica de tipo de
placa y un conductor de tierra adherido al otro lado de la
sustancia dieléctrica de tipo de placa. La Figura 5 es una vista que
ilustra una antena actual de microcinta de un único punto de
retroalimentación (MSA) 21 vista directamente desde arriba, y un
conductor en forma de parche 21b con forma de paralelepípedo
rectangular. Tomando la longitud de los lados más largos PO y QR de
un conductor de parche 21b como L, y la longitud de los lados más
cortos PQ y OR del conductor de parche 21b como S, el conductor
está determinado de tal manera que 100 x L/S = 102 a 103%, o
aproximadamente. Los lados más largos PO y QR producen resonancia a
frecuencias comparativamente bajas y muestran una onda polarizada
elípticamente. Por el contrario, los lados más cortos PQ y OR
producen resonancia a unas frecuencias comparativamente más
elevadas y muestran otra onda polarizada elípticamente ortogonal a
la onda polarizada elípticamente descrita anteriormente. El
conductor de parche actúa como una antena de polarización circular
entre las frecuencias anteriores.
Para conectar una línea eléctrica de
alimentación provista de una clavija de alimentación 21a de una
impedancia característica de 50 \Omega (por detrás), se equipara
la impedancia de la línea eléctrica de alimentación a la de la
clavija de alimentación ajustando la posición de la clavija de
alimentación 21a. Más concretamente, es sabido que todo lo que hay
que hacer es situar la clavija de alimentación 21a en cualquier
posición a lo largo de las líneas sustancialmente diagonales de un
cuadrado.
Actualmente, se ha venido utilizando un sustrato
dieléctrico 21c que forma la MSA 21 en forma de un sustrato
dieléctrico con una constante dieléctrica aproximadamente de 20, un
espesor de 4 a 6 mm y un tamaño de unos 25 mm. Un GPS precisa un
ancho de banda muy estrecho, aproximadamente de 1 MHz.
En contraste, dado que un teléfono celular
portátil (móvil) por satélite realiza la transmisión y la recepción
de una señal en un ancho de banda comparativamente más ancho
aproximadamente de unos 10 MHz, debe incrementarse el espesor del
sustrato dieléctrico 21c para ensanchar comparativamente de este
modo el ancho de la banda. Además, en un sistema que emplea un
satélite de órbita baja, es necesario garantizar la ganancia de una
antena con un ángulo de elevación reducido.
No obstante, en el caso en que se incremente el
sustrato dieléctrico (de manera que presente un espesor doble que
el del actual GPS MSA) con vistas a mejorar las características de
la antena en ancho de banda o con un ángulo de elevación reducido,
es difícil que un conductor rectangular de parche satisfaga
simultáneamente una frecuencia de resonancia múltiple y la
equiparación de la impedancia.
La presente invención resuelve el problema
anterior mediante la antena plana de microcinta especificada en la
reivindicación 1 y la radio portátil especificada en la
reivindicación 4.
La patente
WO-A1-9740548 (ver Figura 1, antena
1) da a conocer una antena plana de microcinta según el preámbulo
de la reivindicación 1.
La misma patente (ver Figura 8) da a conocer una
radio portátil según el preámbulo de la reivindicación 4.
La Figura 1 es una representación esquemática
que ilustra una antena plana de microcinta de un único punto de
retroalimentación según una forma de realización de la presente
invención vista desde la parte superior;
las Figuras 2A y 2B son gráficos de Smith que
muestran ejemplos de mediciones de la antena plana de microcinta
según la presente invención;
la Figura 3 es una representación esquemática
que ilustra una antena plana de microcinta según la presente
invención, utilizada en combinación con una antena helicoidal de
cuarto hilos;
la Figura 4 es una representación esquemática
que ilustra una radio portátil provista de la antena ilustrada en
la Figura 3; y
la Figura 5 es una vista en planta que ilustra
una antena plana de microcinta de retroalimentación actual vista
desde la parte superior.
La Figura 1 es una representación esquemática
que ilustra la configuración de una antena plana según una forma de
realización de la presente invención. En el dibujo, el número de
referencia 1, indica una antena plana de microcinta (MSA); 1a
indica una clavija de alimentación; 1b indica un conductor de
parche; y 1c indica un sustrato dieléctrico. Un conductor de tierra
no ilustrado está conectado al lado inverso del sustrato dieléctrico
1c, y la clavija de alimentación 1a pasa a través de un orificio
pasante formado en el conductor de tierra por detrás de un modo sin
contacto y está conectado a un punto de alimentación H del conductor
de parche 1b. Un primer lado del conductor de parche 1b es el lado
AB, un segundo lado del mismo es el lado BC. Un tercer lado del
conductor de parche es el lado CD y un cuarto lado del mismo es el
lado DA.
En la forma de realización actual de la
invención, se forma inicialmente un rectángulo EBFD y se toma el
punto de intersección de la línea diagonal EF y la línea diagonal
BD como G. Se prevé el punto H como un punto de alimentación a lo
largo del segmento de línea EG con el fin de producir una onda de
polarización circular con giro a la derecha. Además, para facilitar
el ajuste de una frecuencia múltiple de resonancia y equiparar la
impedancia, el lado EB se prolonga hasta el lado A y el lado BF se
prolonga hasta el hasta el lado B (siendo AB \neq BC). Como
resultado de la prolongación de estos lados, los lados CD y DA se
convierten en líneas oblicuas. En consecuencia, se incrementan las
distancias posibles desde el punto de alimentación H hasta los
lados. En resumen, el ancho de banda del conductor de parche 1b se
incrementa también, y las condiciones para la equiparación de la
impedancia determinadas por las distancias desde el punto de
alimentación H a los lados quedan paliadas. La Figura 2 presenta un
ejemplo de medición de la MSA1. Las Figuras 2A y 2B son ejemplos de
la medición de un conductor trapezoidal de parche, representado
mediante ABFD que resulta de la prolongación del lado EB del
rectángulo indicado mediante EBFD que aparece en la Figura 1. La
Figura 2A es un gráfico de Smith obtenido en el caso en que la
prolongación (es decir, el lado AE) del conductor de parche está
fijada en 1,5 mm en longitud, mientras que la Figura 2B es un
gráfico de Smith obtenido en el caso en el que la prolongación (es
decir, el lado AE) está fijada a 2,0 mm de longitud.
Fijando los lados AB, BC, CD y DA del conductor
de parche 1b, en 20 mm, 19 mm, 18,6 mm y 17,04 mm, respectivamente,
así como fijando el sustrato dieléctrico 1c como presentando un
espesor de 12 mm, se utilizan de manera combinada una constante
dieléctrica de 20 aproximadamente, y un tamaño exterior de 28 x 28
mm, con el conductor de parche 1b y una antena helicoidal 2, tal
como aparece en la Figura 3. La Figura 3 presenta un conductor de
tierra 4, y la antena helicoidal 2 está conectada a la parte
inferior del conductor de tierra 4 en una dirección coaxial con el
mismo. La antena helicoidal 2 comprende un cilindro acrílico (o un
polo dieléctrico) con un diámetro de 30 mm, cuatro cintas adhesivas
de lámina de cobre (o elementos radiados linealmente) 2b, con una
anchura de 4,5 mm y que rodean en espiral la superficie del cilindro
acrílico en una altura de 134 mm a lo largo de 180º; y las cintas
adhesivas de lámina de cobre 2b que permanecen opuestas entre sí en
el extremo inferior del cilindro acrílico y están conectadas
eléctricamente entre sí mediante cables blindados. La intersección
entre los cables blindados y el extremo inferior del cilindro
acrílico no causa acoplamiento DC. Aunque la MSA1 está montada en
el extremo superior del cilindro acrílico 2a, las cintas adhesivas
de lámina de cobre 2b, que sirven de elementos radiantes
helicoidales polarizados linealmente, no están conectadas
directamente al conductor de tierra 4. Una parte marginal (un
conductor) 2d que presenta una anchura de unos 7 mm está conectada
entre el conductor de tierra 4 y las cintas adhesivas de lámina de
cobre 2b, y está conectada eléctricamente a los elementos radiantes
helicoidales. Un cable coaxial A (o una trayectoria de transmisión
de la señal), está conectado a la clavija de alimentación 1a que
pasa a través de un orificio pasante 4a formado en el conductor de
tierra 4 por medio del interior del cilindro acrílico 2a, para
alimentar de este modo el conductor de parche 1b con corriente
eléctrica. En la forma de realización actual, la ganancia de la
antena a un ángulo de elevación reducido, mejora si se la compara
con la ganancia de una antena que utilice solamente la MSA1. Se ha
configurado una antena que presenta una directividad uniforme,
sustancialmente en cualquier dirección desde un ángulo de elevación
reducido hasta el cenit, y una excelente relación axial.
La Figura 4 presenta una radio portátil (o un
teléfono celular portátil) provisto de la antena ilustrada en la
Figura 3. La antena helicoidal 2 está soportada por un cilindro de
soporte 13 de la antena y está separada de la radio portátil 11 en
dirección longitudinal, con una sección de comunicación 13a
dispuesta entre ellas. En la radio portátil 11, el número de
referencia 11a indica una sección de recepción; 11b indica un
visualizador; 11c indica una sección operativa y 11d indica una
sección de transmisión. Como resultado de que la radio portátil
esté provista de la antena que aparece en la Figura 3, es posible
que la radio portátil establezca comunicación con un satélite de
órbita baja en la dirección del cenit mediante la utilización de una
antena.
Tal como se ha descrito anteriormente, incluso
cuando el conductor de parche utilizado como elemento de radiación
está formado por un sustrato dieléctrico de un espesor
comparativamente grande, la presente invención permite que el
ajuste de una frecuencia múltiple de resonancia deseada y la
equiparación de la impedancia entre una línea de alimentación y una
clavija de alimentación sean cumplimentados simultáneamente. Además,
no es preciso mencionar que la presente invención puede aplicarse
también a una antena con un sustrato dieléctrico de un espesor
comparativamente reducido tal como un sustrato dieléctrico actual.
En el caso de una antena plana con una constante dieléctrica
elevada y que requiere una estricta precisión dimensional para el
conductor de parche, la presente invención presenta unos efectos
pronunciados.
Claims (5)
1. Antena plana de microcinta polarizada
circularmente (1), que comprende:
- -
- una sustancia dieléctrica de tipo placa (1c);
- -
- un conductor de parche (1b) previsto en un lado de la sustancia dieléctrica de tipo placa (1c); y
- -
- un conductor de tierra (4) que está previsto al otro lado de la sustancia dieléctrica (1c) y que está adaptado para alimentar con corriente eléctrica el conductor de parche (1b) mediante retroalimenta- ción;
- -
- en la que el conductor de parche (1b) presenta forma de cuadrilátero, caracterizado porque por lo menos tres lados son de tamaño diferente.
2. Antena plana de microcinta (1) según la
reivindicación 1, en la que la antena plana de microcinta (1) está
montada en una antena helicoidal (2) que está conectada
eléctricamente a una parte inferior del conductor de tierra (4) de
la antena plana de microcinta (1).
3. Antena plana de microcinta (1) según la
reivindicación 1 ó 2, en la que la sustancia dieléctrica de tipo
placa (1c) presenta una constante dieléctrica de aproximadamente 20,
un espesor de 4 a 6 mm y un tamaño de unos 25 mm.
4. Radio portátil (11) que comprende:
- -
- una antena plana de microcinta polarizada circularmente (1), que comprende una sustancia dieléctrica de tipo placa (1c),
- -
- un conductor de parche (1b) previsto en uno de los lados de la sustancia dieléctrica de tipo placa (1c), y
- -
- un conductor de tierra (4) que está previsto en el otro lado de la sustancia dieléctrica (1c) y que está adaptado para alimentar de energía eléctrica al conductor de parche (1b) mediante retroalimentación;
- -
- en la que el conductor de parche (1b) presenta forma de cuadrilátero, y
- -
- en la que la antena plana de microcinta (1) está montada en una antena helicoidal (2) que está conectada eléctricamente a la parte inferior de la antena plana de microcinta (1), caracterizada porque por lo menos tres de los lados del conductor de parche (1b) son de tamaño diferente.
5. Radio portátil (11) según la
reivindicación 4, en la que la sustancia dieléctrica de tipo placa
(1c) presenta una constante dieléctrica de aproximadamente 20, un
espesor de 4 a 6 mm y un tamaño de unos 25 mm.
Applications Claiming Priority (4)
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