ES2287382T3 - Antena de forma poligonal. - Google Patents

Abstract

Antena con una estructura de antena eléctricamente conductiva y eventualmente una estructura de soporte eléctricamente no conductiva, en la que la estructura de antena presenta la forma básica de un triángulo acutángulo (3) cuyos lados (7) tienen un trazado que forma al menos una punta, en la que un vértice del triángulo (3) forma un punto de pie (10) de la antena, y en la que los lados (8) parten del punto de pie (10) y se ensanchan con respecto a un eje de base (9) y los lados (7) que miran hacia dentro en dirección al eje de base (9) se conectan al extremo del lado (8), caracterizada porque alrededor del punto de pie (10) está prevista una superficie de masa (11) que se extiende hasta el primer lado (7) dirigido hacia dentro.

Description

Antena de forma poligonal.

La invención concierne a una antena, especialmente una antena para la recepción de señales digitales terrestres, tales como señales DVB-T, según las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Hasta ahora, era sabido que las ondas radioeléctricas (señales) irradiadas por emisores se reciben a través de antenas, tales como, por ejemplo, antenas de varilla. La antena, especialmente la antena Marconi en sí conocida, estaba ajustada a 8/4 de las ondas radioeléctricas de modo que era así posible un ancho de banda suficiente para la recepción de televisión. Sin embargo, las señales analógicas irradiadas hasta ahora adolecían de inconvenientes, especialmente en cuanto a la calidad de las imágenes recibidas y del volumen de contenidos de las señales, por lo que se realiza un cambio de las señales analógicas a las señales digitales. Por esta razón, los sistemas de antena conocidos hasta ahora ya no son adecuados para la recepción de señales digitales. Dado que las antenas conocidas hasta ahora están polarizadas principalmente en dirección horizontal, no son adecuadas para la recepción de señales digitales, ya que estas señales digitales son irradiadas en dirección vertical. Estas antenas (por ejemplo, Yagi) son, además, de construcción muy grande y tienen desventajosamente una dirección preferente. Además, para la recepción de señales digitales de televisión se necesita solamente un pequeño nivel a fin de obtener una imagen impecable. No obstante, cuando el nivel es demasiado pequeño, no se obtiene en absoluto ninguna señal de salida (imagen, sonido). Es cierto que las antenas de varilla eran adecuadas para esto, pero éstas no tienen las propiedades de recepción necesarias y requieren una ocupación de espacio demasiado grande.

El documento WO-A-0122528 muestra una antena con una estructura de antena eléctricamente conductiva y eventualmente una estructura de soporte no conductiva. Esta estructura de antena presenta la forma básica de un triángulo acutángulo cuyos lados tienen un trazado que forma al menos una sola punta.

Se conoce por el documento DE 197 29 664 una antena del tipo genérico expuesto con una estructura de antena eléctricamente conductiva y, dado el caso, una estructura de soporte eléctricamente no conductiva, en donde la estructura de antena presenta la forma básica de un triángulo acutángulo cuyos lados tienen un trazado que forma al menos una sola punta, constituyendo un vértice del triángulo un punto de pie de la antena y partiendo los lados del punto de pie y ensanchándose con respecto a un eje de base y conectándose al extremo de los lados los lados que miran hacia dentro en la dirección del eje de base.

Por tanto, la invención se basa en el problema de proporcionar un sistema de antena para la recepción de señales terrestres, especialmente digitales, que sea pequeño y barato y que presente a lo largo de todo el dominio de frecuencia una alta ganancia constante y una buena adaptación, así como una buena característica de radiación omnidireccional.

Este problema se resuelve con las características de la reivindicación 1.

Según la invención, se ha previsto que alrededor del punto de pie esté dispuesta una superficie de masa que se extienda hasta el primer lado dirigido hacia dentro. Debido al trazado en forma de punta de los lados se materializa una antena Marconi sensiblemente mejorada que tiene un ancho de banda muy grande. Así, por ejemplo, se puede alcanzar en el dominio DVB-T un ancho de banda de aproximadamente 470 MHz a 862 MHz. Además, con esta estructura de antena según la invención se logra la alta adaptación requerida. Asimismo, la antena tiene a lo largo de todo el dominio de frecuencia una ganancia típica de +1,5 dB frente a un dipolo de 8/2 y, además, ofrece una característica de radiación omnidireccional muy buena y una característica de irradiación plana también muy buena. Asimismo, es ventajoso el hecho de que la estructura de antena prescinde completamente de miembros de adaptación (como, por ejemplo, bobinas o similares), ya que la impedancia de su punto de pie está cerca de un valor real de 75 ohmios. Se obtienen así pequeñas pérdidas con un coste muy pe-
queño.

Las figuras 1 a 6 muestran el desarrollo de la antena según la invención, habiéndose tenido en cuenta las condiciones marco que se expondrán más adelante.

En la figura 1 se muestra un rectángulo 1 que, teniendo en cuenta el dominio de frecuencia a recibir, indica en principio las dimensiones disponibles. Además, las dimensiones del rectángulo se ajustan al diseño cuando la antena es utilizada como antena interior y no debe ocupar un espacio de montaje grande para no perturbar la óptica.

Dado que un rectángulo 1 de esta clase no presenta todavía las propiedades deseadas, puede pensarse en que, según la figura 2, el rectángulo sea provisto de una punta para llegar a la estructura 2 de forma rectangular provista de un tejado según la figura 2. Se mejoran así ciertamente las propiedades de recepción y también el ancho de banda, pero siguen sin satisfacerse todavía los requisitos deseados.

Por tanto, se ofrece utilizar según la figura 3 un triángulo acutángulo 3 con lados 4. Se mejoran así aún más las propiedades de recepción en comparación con las estructuras de antena precedentes, pero estas propiedades no son todavía óptimas.

La estructura de antena óptima resulta de una estructura que se muestra en la figura 4. Los lados 4 del triángulo acutángulo 3 presentan aquí un trazado que forma al menos una sola punta, estando constituido el trazado de forma de punta por lados 5, 6 o bien, en el caso de un trazado en forma de múltiples puntas, por lados 7, 8. Los lados 5, 6 ó 7, 8 parten aquí del lado 4 (dibujado parcialmente en línea de puntos y trazos), no teniendo dichos lados que partir exactamente del lado 4, sino que pueden hacerlo también directamente de un punto cercano al mismo.

En una ejecución especialmente ventajosa la estructura de antena es especularmente simétrica con respecto a un eje de base 9 del triángulo 3 dibujado con línea de trazos, resultando en la estructura de antena mostrada en la figura 4, como consecuencia del trazado en forma de doble punta, una estructura de antena endecagonal. Se ha comprobado que esta estructura de antena endecagonal presenta para el dominio de frecuencia a utilizar no sólo la ganancia constante necesaria y, además, la buena adaptación necesaria, sino que tiene también un inusitada ganancia muy alta en comparación con antenas conocidas.

Por último, en la figura 5 se representa todavía que un vértice del triángulo 3 forma un punto de pie 10 de la antena. Alrededor de este punto de antena 10 está dispuesta una superficie de masa 11. Dentro de esta superficie de masa 11 discurre, sin una unión con dicha superficie de masa 11, partiendo del punto de pie 10, una pista conductora 12 en cuyo extremo está dispuesta una unión, especialmente un manguito, para unir la antena con un aparato, especialmente un amplificador, que procese las señales recibidas.

La estructura de antena mostrada en la figura 5 y su superficie de masa correspondiente están constituidas por un cobre conductivo que está dispuesto sobre una placa de circuito impreso (estructura de soporte no conductiva). Esta antena puede ser provista todavía de una superficie de protección (tal como, por ejemplo, puede ser revestida de plástico inyectado) o bien puede disponerse en una carcasa.

La figura 6 muestra una estructura de antena como la que ya se ha mostrado, provisto de los mismos símbolos de referencia y explicado en relación con la figura 5. En contraste con la estructura de antena mostrada en la figura 5, la estructura de antena mostrada en la figura 6 presenta sobre la estructura de soporte no conductiva (placa de circuito impreso) otro punto de pie 13 que está unido, por ejemplo, con el manguito (no representado) dispuesto en la placa de circuito impreso a través de una unión eléctrica 14 y mediante la pista conductora 12. Este otro punto de pie 13 sirve para que otra antena, especialmente una antena 15 de forma de varilla, pueda conectarse para otro dominio de frecuencia, por ejemplo la banda III. Esta otra antena puede estar dispuesta, por ejemplo, sobre la estructura de soporte no conductiva o, partiendo del otro punto de pie 13, puede estar dispuesta como una estructura de forma de varilla suelta respecto de la estructura de soporte no conductiva. La alternativa últimamente citada tiene la ventaja de que la antena 15 puede orientarse en la zona del otro punto de pie 13, a través de una unión correspondiente (por ejemplo, una articulación de rótula), con independencia de la estructura de antena restante.

Como alternativa o como complemento, en la figura 6 se muestra también que en paralelo o aproximadamente en paralelo a los lados 5, 6 y/o 7, 8 está presente una zona conductiva 16 y, entre medias, está presente una zona no conductiva 17. Además, para asegurar las propiedades eléctricas, la zona conductiva 16 dispuesta por ambos lados está unida en el cierre superior de la estructura de antena por medio de otra zona conductiva 18, especialmente un puente conductivo. Esta zona conductiva puede estar formada sobre la estructura de soporte no conductiva (placa de circuito impreso) o como un componente separado (por ejemplo, puente de alambre). Se ha visto en mediciones que la zona central conductiva (como se muestra, por ejemplo, en la figura 5) entre los lados 5 a 8 es pobre en corriente y, por tanto, contribuye sólo en grado poco importante a la función de la estructura de antena. Por este motivo, es suficiente que las zonas existentes aproximadamente paralelas a los lados 5 a 8 estén configuradas como zonas conductivas que sean conductoras de corriente. La zona intermedia así obtenida (zona no conductiva 17) se mantiene libre o puede ser utilizada para la disposición de la antena 15.

Resumiendo, la innovación eléctricamente eficaz respecto de la estructura de antena según la invención se basa en que la estructura de base es una estructura autosemejante cuyas dimensiones definitivas están adaptadas a las dimensiones compactas especiales que provienen del espacio de montaje disponible y del dominio de frecuencia a utilizar y que han sido decisivamente modificadas por una estructura puramente autosemejante. Esto quiere decir que la estructura de antena solamente puede utilizarse con estas dimensiones especiales del radiador y de la masa. Por tanto, su forma es una estructura optimizada en los parámetros citados al principio, la cual obtiene su eficacia de la combinación según la invención de una estructura autosemejante modificada y de las desviaciones posibles respecto de ésta en favor del tamaño mecánico. El principio básico de la antena es un radiador cuyos componentes se montan tres veces uno dentro de otro, cada vez con tamaño diferente. La forma del radiador individual es una punta de lanza que se caracteriza ella sola ya por una buena anchura de banda. Esta se repite tres veces y las tres estructuras se encajan una dentro de otra. Esto proporciona una forma de abeto que descansa sobre la cabeza (véanse, por ejemplo, las figuras 5 y 6). Dado que para una anchura de banda de aproximadamente 400 MHz, a una frecuencia de partida de 470 MHz, el radiador sería demasiado largo para el tamaño de base máximo de 8 x 16 cm, se tiene que modificar la estructura puramente autosemejante para que la antena junto con la masa se acomode a la placa de circuito impreso. La estructura autosemejante está situada en su dimensión entre un pentágono y un triángulo, de modo que se cierra un compromiso, estando adaptada la estructura puramente autosemejante al tamaño de la placa de circuito impreso de modo que se conservan las propiedades eléctricas. Por tanto, la antena obtiene las propiedades eléctricas positivas atendiendo a los requisitos especiales de tamaño. La estructura se construye a partir de una sección de un triángulo y un pentágono, conservando la estructura obtenida aproximadamente las propiedades de un radiador puramente autosemejante. En esta estructura se optimizan las dimensiones sin perder la acción de banda ancha. Con el sistema de antena mostrado y descrito es posible un montaje sobre una placa de circuito impreso que sea muchísimo más pequeña que en las antenas actuales con propiedades eléctricas comparables. Es así posible el montaje sobre una placa rectangular con circuito impreso solamente en un lado. Esta antena se puede incorporar fácilmente en una carcasa vertical, lo que facilita la utilización como antena interior verticalmente polarizada. Además, es excelentemente adecuada como antena DVB-T portátil. En un ejemplo de realización la alimentación de la señal se efectúa desde el punto de pie del radiador (vértice inferior del endecágono) hasta el manguito en el que se monta el cable coaxial, con lo que se materializa una línea paralela asimétrica. Esta conduce hasta el punto de soldadura del manguito a través de la superficie de masa. Se divide aquí la superficie de masa para impedir una formación de superficies individuales con corrientes diferentes, y se unen eléctricamente las dos partes de masa por medio de puentes de alambre, con lo que el puente está dispuesto sobre la línea de alambre paralela. La estructura de la superficie de masa 11 es aquí también de importancia. Ésta no es ciertamente autosemejante, pero no puede variarse tampoco a voluntad sin que irradie peor la antena. Por tanto, la superficie de masa 11 representa un aprovechamiento óptimo de la superficie disponible muy pequeña, si bien queda asegurada su función eléctrica. La masa (superficie de masa 11) actuante como contrapeso para el radiador ha de ser muy grande. En caso contrario, la antena se busca la masa en el cable de conexión. Por tanto, se propagan por el cable de alimentación conectado en esta antena unas ondas envolventes que tienen que ser eliminadas por una barrera contra ondas envolventes o que al menos tienen que mantenerse alejadas del cable. Esto es importante para que el cable no funcione como una parte de antena y se perturbe la propiedad de radiación omnidireccinal de la antena o el cable resulte sensible al contacto. La barrera contra ondas envolventes puede materializarse por medio de una ferrita dispuesta sobre el cable de alimentación o el manguito de la antena o por medio de una ferrita dispuesta sobre un trozo de cable coaxial que sustituya a una parte de la línea de alambre paralela. Se puede materializar también por medio de un circuito impreso compuesto de inductividad y condensador sobre la parte de soporte no conductiva. Para materializar una versión activa del sistema de antena es imaginable alojar un amplificador de antena constituido, por ejemplo, por componentes SMD dentro de la superficie de la masa de antena entre la antena (estructura de antena) que pueda materializarse también allí.

Las estructuras de antena mostradas en las figuras 5 y 6 se alojan, por ejemplo, sobre una placa de circuito impreso normalizada, presentando esta placa, por ejemplo, un factor dieléctrico \gamma_{r} = 4,8 y un espesor de revestimiento estándar de 70 \mum. Estas son propiedades convencionales dadas a título de ejemplo de una placa de circuito impreso, de modo que la estructura de antena mostrada se puede fabricar a bajo coste. Según la variación de estas propiedades de la placa de circuito impreso, y exactamente igual que ocurre con modificaciones de las dimensiones exteriores, se pueden variar las propiedades de la antena.

Claims (9)

1. Antena con una estructura de antena eléctricamente conductiva y eventualmente una estructura de soporte eléctricamente no conductiva, en la que la estructura de antena presenta la forma básica de un triángulo acutángulo (3) cuyos lados (7) tienen un trazado que forma al menos una punta, en la que un vértice del triángulo (3) forma un punto de pie (10) de la antena, y en la que los lados (8) parten del punto de pie (10) y se ensanchan con respecto a un eje de base (9) y los lados (7) que miran hacia dentro en dirección al eje de base (9) se conectan al extremo del lado (8), caracterizada porque alrededor del punto de pie (10) está prevista una superficie de masa (11) que se extiende hasta el primer lado (7) dirigido hacia dentro.

2. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque el trazado en forma de punta está formado por lados (5, 6) ó (7, 8) que parten del lado (4) o de cerca del lado (4).

3. Antena según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la estructura de antena es especularmente simétrica con respecto a un eje de base (9) del triángulo (3).

4. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la estructura de antena es endecagonal.

5. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la estructura de antena está formada por cobre conductivo aplicado como revestimiento sobre una placa de circuito impreso que constituye la estructura de soporte.

6. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque aproximadamente en paralelo con los lados (5, 6) y/o (7,8) están presentes una zona conductiva (16) y, entre medias, una zona no conductiva (17).

7. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque está presente otra antena, especialmente una antena (15) de forma de varilla, para otro dominio de frecuencia, especialmente la banda III.

8. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha antena presenta una barrera integrada contra ondas envolventes.

9. Antena según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por su uso en la recepción de señales digitales terrestres, tales como señales DVB-T.