ES2300797T3

ES2300797T3 - Una antena de perfil bajo.

Info

Publication number: ES2300797T3
Application number: ES04749166T
Authority: ES
Inventors: Bengt Svensson; Anders Hook; Martin Johansson; Joakim Johansson
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: ATE388501T1; WO2006006898A1; CN1985405B; US20080129625A1; EP1769562A1; EP1769562B1; DE602004012332D1; CN1985405A; DE602004012332T2

Abstract

Una antena (100, 100'', 200, 300, 400, 600) que comprende una pluralidad de paredes de un material eléctricamente conductor, siendo las paredes: - una primera (110,410, 610) y una segunda (120, 420, 620) paredes principales con respectivas longitudes de extensión, - una primera pared extrema (130, 630), - una primera y una segunda paredes laterales, en la que dichas paredes están dispuestas de modo que la primera (110, 410, 610) y la segunda (120, 420, 620) paredes principales se extienden paralelas entre sí y están unidas por la primera pared extrema (130, 630), uniendo también las paredes laterales la primera y la segunda paredes principales de manera que se forme una estructura que contiene una cavidad con sólo una abertura (105, 205, 605), siendo dicha abertura una abertura rectangular que puede ser hecha radiar por una conexión (207) de alimentación que, también, está incluida en la antena, caracterizada porque la primera y la segunda paredes principales son curvas, haciendo dicha condición de paralelismo que sean concéntricas, creándose así una cavidad a modo de caja, curvada de manera cilíndrica, siendo la abertura (205) la única abertura de la caja y estando orientada la abertura en la dirección circunferencial del citado cilindro, comprendiendo además la antena una segunda pared extrema (140, 640) que se extiende desde la segunda pared principal (120) hacia la primera pared principal (110), siendo la longitud en que se extiende la primera pared principal tal que la segunda pared extrema y la primera pared principal, no se encuentren.

Description

Una antena de perfil bajo.

Campo de la técnica

El presente invento se refiere a una antena que comprende una pluralidad de paredes de un material eléctricamente conductor, estando dispuestas las paredes para formar una antena de perfil bajo, de poca profundidad, y que, por lo tanto, puede integrarse fácilmente en estructuras existentes en espacios pequeños.

Técnica anterior

Existe un deseo marcado para desarrollar antenas que puedan integrarse en estructuras nuevas o existentes sin necesidad de tener que dedicar un volumen o espacio grandes a la antena. Preferiblemente, la antena debe ofrecer una gran versatilidad en lo que respecta, por ejemplo, a la polarización y la cobertura.

Sumario del invento

El deseo antes establecido es considerado por la antena del presente invento en el que se describe una antena que comprende una pluralidad de paredes de un material eléctricamente conductor. Las paredes incluidas en la antena del invento son:

-: una primera y una segunda paredes principales con respectivas longitudes de extensión,

-: una primera pared extrema, y

-: una primera y una segunda paredes laterales.

De acuerdo con el invento, las paredes están dispuestas de modo que la primera y la segunda paredes principales se extienden paralelas entre sí y están unidas por la primera pared extrema. Además, las paredes laterales también unen o conectan la primera y la segunda paredes principales, de modo que se forme una estructura con una cavidad con solamente una abertura. La abertura de la cavidad tiene forma de abertura rectangular, que puede ser hecha radiar mediante una conexión de alimentación que también está incluida en la antena.

La primera y la segunda paredes principales son curvas, haciendo dicha condición de paralelas que las mismas sean concéntricas, creándose así una cavidad en forma de caja curvada cilíndricamente, siendo la abertura (205) la única abertura de la caja, estando orientada la abertura en la dirección circunferencial de dicho cilindro. Además, la antena del invento comprende una segunda parte extrema que se extiende desde la segunda pared principal hacia la primera pared principal. En esta solución alternativa, la longitud en que se extiende la primera pared principal es tal que la segunda pared extrema y la primera pared principal no se encuentran.

Así, dicho de otro modo, el invento ofrece una caja conductora o "zanja doblada", teniendo la caja una abertura que puede ser hecha radiar. Esta caja puede integrarse fácilmente en estructuras nuevas o existentes con necesidades de espacio mínimas.

Una antena de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 es conocida por la figura 2 del documento de patente US-A-2684444.

Aplicaciones específicas de ésta y otras realizaciones del invento se mostrarán en la siguiente descripción detallada.

Breve descripción de los dibujos

En lo que sigue, se describirá el invento con mayor detalle, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

las figs. 1a y 1b muestran dos realizaciones básicas diferentes de una antena, y

la fig. 2 muestra una sección de una aplicación de la antena del invento, y

la figura 3 ilustra una sección de otra aplicación del invento, y

las figs. 4a y 4b muestran otra realización del invento, y

las figs. 5 y 6 muestran ejemplos de otras realizaciones.

Realizaciones

La fig. 1a muestra una primera realización 100 de una antena del invento. Como se muestra en este dibujo, la antena 100 comprende una primera 110 y una segunda 120 paredes principales, con respectivas longitudes de extensión d_{1} y d_{2}. Las dos paredes principales están unidas, preferiblemente en su primer extremo, mediante una primera pared extrema 130.

La primera y la segunda paredes principales 110, 120, al igual que en la primera pared extrema 130, en esta realización, son placas planas y delgadas de un material eléctricamente conductor, estando dispuestas la primera y la segunda paredes laterales de forma que se extiendan paralelas entre sí, separadas una de otra en una cierta distancia, estando dicha distancia cubierta por la primera pared extrema 130 que une las dos paredes principales 110, 120. La primera pared extrema tiene cuatro bordes laterales, uno primero y uno segundo de los cuales están en contacto con la primera y la segunda paredes principales.

Además de las paredes mostradas en la fig. 1a, la antena también comprende una primera y una segunda paredes laterales, que no se muestran en el dibujo, pero que el lector imaginará. La primera y la segunda paredes laterales unen también la primera y la segunda paredes principales en los lados de la primera pared extrema que no están en contacto con las paredes principales primera y segunda. Dicho de otro modo, las paredes principales, junto con las paredes laterales, forman una estructura a modo de caja que está cerrada en un extremo por la primera pared extrema. Esta realización se denominará también antena de "zanja".

Así, la primera realización de la antena del invento ilustrada en la fig. 1a es una estructura eléctricamente conductora que contiene una cavidad con sólo una abertura, es decir, una abertura cuadrada o rectangular 105 que se extiende desde la primera pared principal 110 a la segunda pared principal 120. Esta abertura puede ser hecha radiar excitando la cavidad de la estructura 100 de una manera que se explicará posteriormente en esta descripción, haciendo así que en la estructura 100 funcione como una antena.

En la realización de la figura 1a, la longitud d_{2} de la segunda pared principal es aproximadamente \lambda/4, siendo \lambda la longitud de onda en la cavidad a la frecuencia de funcionamiento de la antena. Así, puede crearse una antena para una frecuencia dada dotando a las paredes principales y laterales de longitudes adecuadas, y/o rellenando la cavidad con un material dotado de un valor de \varepsilon adecuado, siendo \varepsilon la constante de permisividad eléctrica.

Como también se muestra en la fig. 1a, la antena 100 puede hacerse parte de una estructura mayor haciendo, por ejemplo, que la primera y la segunda paredes principales 110, 120, se unan a otras partes 110', 120', situadas al exterior de la antena. Una forma sencilla de conseguir esto, y de diseñar la antena 100, es hacer que las paredes principales sean partes de una chapa doblada con el fin de formar las paredes principales 110, 120, y la pared extrema 130.

La fig. 1b muestra una segunda realización 100' de la antena del invento. En esta realización, se observan los mismos principios básicos que se representan en la fig. 1a y descritos en lo que antecede. Sin embargo, en esta realización 100', la estructura de "zanja" a modo de caja de la fig. 1a es sustituida por una estructura que podría describirse como una "zanja doblada". En la realización de la fig. 1a, la primera y la segunda paredes principales tienen la misma longitud, el cual no es el caso de la fig. 1b. La primera 110 y la segunda 120 paredes principales están unidas, también en esta realización, por la primera pared extrema 130, y se extienden paralelas una a otra, siendo todavía ambas paredes principales planas y teniendo, de preferencia, forma de placa. Además, esta realización también comprende paredes laterales primera y segunda, siendo todas las paredes de material eléctricamente
conductor.

Las paredes laterales no se muestran en la fig. 1b sino que el lector tendrá que imaginarlas como paredes que conectan las paredes principales y que se extienden al menos en la misma longitud que en la segunda pared principal 120. La realización 100' comprende también una segunda pared extrema 140 que se extiende desde la segunda pared principal 120 hacia la primera pared principal 110, de manera adecuada desde el extremo de la segunda pared principal, pero al menos desde un punto de la segunda pared principal elegido de modo que la segunda pared extrema no llegue a la primera pared principal.

Adecuadamente, la segunda pared extrema 140 tiene las mismas dimensiones que la primera pared extrema, al menos en la dirección que va de la segunda pared principal hacia la primera pared principal, pero como la primera pared principal es más corta que la segunda pared principal, la segunda pared extrema no conectará las dos paredes principales. Ambas paredes extremas deben extenderse perpendicularmente desde la segunda pared principal hacia la primera pared principal.

Así, se crea una antena 100' con una estructura de "zanja doblada" utilizando la realización de la fig. 1. La zanja 100' comprende una abertura 105' que corresponde a la diferencia de longitud entre la primera y la segunda paredes extremas.

Como en el caso de la realización previa 100, la longitud de la zanja, es decir, la longitud de la segunda pared principal, debe ser \lambda/4, siendo \lambda la longitud de onda de funcionamiento de la antena. Este es un principio general común para todas las realizaciones del presente invento. Sin embargo, si existiese la necesidad de antenas más pequeñas que las que pudieran ser posibles por la constante dieléctrica del aire, cae totalmente dentro del alcance del invento llenar al menos parte de la antena con un material cuya constante dieléctrica sea distinta de la del aire.

En la fig. 2, se muestra una aplicación práctica 200 de la realización 100' de la figura 1b: la antena 100' de "zanja" ha sido envuelta alrededor de un objeto cilíndrico 203, siendo la fig. 2 una sección del objeto con la antena envuelta a su alrededor. Así, las dos partes 211 de la antena ilustrada en la fig. 2 son, meramente, una sección superior y una sección inferior de una misma antena continúa curvada en forma cilíndrica.

Una de las ventajas del invento surge aquí: si se tiene un objeto tal como el cilindro 203 al que se desea unir una antena, esto puede hacerse, simplemente, disponiendo un rebajo en el cilindro 203 con unas medidas que correspondan, al menos aproximadamente, a la dimensiones exteriores de la antena.

Se dispone entonces la antena en el rebajo y se obtiene el objeto 200 ilustrado en la fig. 2, es decir, un cilindro con una antena incorporada. El objeto 200 tendrá una abertura 205 como se muestra en la fig. 2, que radiará debido a una estructura de alimentación también mostrada en la fig. 2.

Los principios empleados para la estructura de alimentación representada en la fig. 2 puede utilizarse, adecuadamente, para todas las antenas del presente invento: la estructura de alimentación se une a la primera pared principal, preferiblemente en la proximidad de la abertura. La estructura de alimentación atraviesa una de las otras paredes, por ejemplo la segunda pared principal, y se une a dicho punto de la primera pared principal. Por ejemplo, la estructura de alimentación puede adoptar la forma de un cable coaxial.

En la fig. 3 se ilustra otra ventaja ofrecida por el presente invento. Si se desea obtener una antena con una pequeña RCS (sección transversal de radar), ello se facilita mucho mediante la realización 300 mostrada en la fig. 3: la antena de la fig. 1 se ha creado fabricando una "zanja doblada" que observa los principios generales descritos en relación con la fig. 1a. En este ejemplo, la zanja doblada se ha fabricado a partir de una pieza maciza de un material eléctricamente conductor.

Como la única parte de la antena 300 de acuerdo con el invento que tiene que ser electromagnéticamente visible para el mundo exterior es la abertura 305, el material eléctricamente conductor 309 se cubre entonces con un material absorbedor del radar (RAM) 307, de manera que la única parte de la antena no cubierta con RAM sea la abertura.

Además, puede disponerse un RAM con un grosor eléctrico significativamente menor que \lambda/4 para cubrir la antena, incluyendo la abertura. El término "significativamente" debe tomarse, en este caso, como al menos dos veces más corto, preferiblemente cinco veces más corto.

En la fig. 4a se muestra otra aplicación 400 de la antena de zanja de la fig. 1b: en esta realización, se ha deseado equipar el casco de, por ejemplo, un barco o una aeronave, con una antena de baja visibilidad que no requiera mucho volumen para su instalación y que no perjudique a la aerodinámica ni propiedades similares de la embarcación/aeronave.

Con el fin de conseguir los objetivos antes mencionados, se ha utilizado la antena de zanja doblada del invento. No se describirán de nuevo en esta memoria los principios de la antena, pero el principio general reside en que se ha creado una antena de zanja plana, con una abertura 405 que se extiende a lo largo de un lado de la antena. La antena 400 se ha dispuesto, entonces, en la superficie pretendida 470, es decir, el ala de una aeronave o el casco de una embarcación o una aeronave. En forma adecuada, la antena está dispuesta con la abertura 405 en paralelo a la superficie principal del casco o el ala.

En la fig. 4a, puede apreciarse una característica que no se ha ilustrado en los dibujos anteriores: en la fig. 4a se ve claramente la primera pared lateral 450 y se percibe la segunda pared lateral 460, ya que las dos paredes laterales 450, 460, unen la primera pared principal 410 y la segunda pared principal, siendo en este caso la segunda pared principal el "fondo" de la antena.

La frecuencia central de funcionamiento \lambda de la antena se define como \lambda/4=d, donde d es la longitud de la segunda pared principal de la antena.

En la fig. 4 es muestra, también, otra característica del invento, que puede emplearse con todas las realizaciones del invento. Dicha característica se utiliza con el fin de reducir la RCS de la antena 400: Uno o varios diodos, de preferencia diodos PIN, están dispuestos a través de la abertura de la antena, extendiéndose desde la primera pared principal hasta la segunda pared principal o, dicho de otro modo, salvando el espacio creado por el hecho de que la primera pared principal es más corta que la segunda pared principal.

El diodo o los diodos se emplean de la siguiente forma: durante las fases de transmisión (Tx) o de recepción (Rx) de la antena, el o los diodos no son conductores. Sin embargo, cuando la antena no se encuentra en fase de Tx ni de Rx, se hace que diodos sean conductores aplicando el voltaje apropiado. Esto hará que los diodos creen una malla conductora a través de la abertura lo cual, en forma conocida, reducirá significativamente la dispersión de ondas electromagnéticas extrañas por la antena.

La distancia d_{1} entre los diodos será, entonces, significativa, ya que d_{1} debe ser significativamente mucho menor que la mitad de la longitud de onda más corta que se anticipa que incida sobre la antena. Nuevamente, debe entenderse que el término "significativamente" quiere decir, en este caso, al menos dos veces más corta y, de preferencia, cinco veces más corta.

Así, posicionando los diodos a intervalos seleccionados y haciendo que sean eléctricamente conductores, puede reducirse fuertemente la RCS de la antena.

La fig. 4b muestra otra característica que puede incorporarse en la antena 400: la antena 400 ilustrada en la fig. 4a puede presentar características de c.c. que prohibirían la disposición de diodos. Con el fin de hacer posible la disposición de diodos, puede tener que introducirse en la "zanja" una capa de c.c. separada. Como se muestra en la fig. 4b, esta capa de c.c comprende un material conductor dispuesto en paralelo al diodo, cerca de la pared 420, pero aislado de ella, en relación con la c.c. Esto puede conseguirse, por ejemplo, disponiendo la capa de c.c. en un material dieléctrico. Adecuadamente, existe una capa de c.c. común para todos los diodos, pero también es una posibilidad disponer capas de c.c. individuales para diodos separados.

Una antena de acuerdo con el invento puede integrarse, fácilmente, en estructuras existentes tales como, por ejemplo, mástiles. Si la cobertura ofrecida por una antena no es suficiente, puede integrarse más de una antena en una misma estructura. Un ejemplo de esto, se muestra en la fig. 5, en la que también se ilustra una característica adicional.

La fig. 5 representa una vista desde arriba en sección de una antena 500 montada en un mástil. La antena 500 comprende cuatro antenas secundarias 500_{1}-500_{4}. Todas las antenas secundarias son similares entre sí, y son versiones de la "antena de zanja" de la fig. 1b. Sin embargo, con el fin de facilitar la instalación o la integración en un mástil circular, la primera 510 y la segunda 520 paredes principales de las antenas secundarias son curvas, de manera que la propiedad de paralelismo mencionada anteriormente hace que las paredes principales sean mutuamente concéntricas.

Las paredes laterales pueden, también, estar curvadas en forma correspondiente, con el fin de unir entre sí la primera y la segunda paredes principales. Sin embargo, la pared extrema 530 no es curva, sino recta, y une las dos paredes principales en un extremo de la curva. Como las cuatro antenas curvas 500_{1}-500_{4} están unidas entre sí alrededor de un mástil circular, las paredes extremas pueden compartirse entre antenas vecinas de modo que, por ejemplo, la primera pared extrema 530 de una antena 500_{1} puede servir como segunda pared extrema de una antena vecina 500_{2}.

La característica adicional previamente mencionada de la antena 500, es como sigue: con el fin de reducir la longitud en que se extienden la o las antenas, es decir, en el ejemplo con las antenas curvas con el fin de reducir la circunferencia, las antenas individuales 500_{1}-500_{4} comprenden una tercera pared principal 525 unida a la segunda pared extrema, es decir, en la proximidad de la abertura 505 de la antena individual.

Esta tercera pared principal 525 es, también, plana y paralela (en este caso, concéntrica) respecto a la segunda pared principal 520 desde la cual se extiende. Debido a la tercera pared principal, la distancia d que determina la longitud de onda \lambda de funcionamiento de la antena de acuerdo con la fórmula \lambda/4=d se duplica, en efecto, ahora ya que la distancia contenida por la antena individual 500_{1}-500_{4} será la distancia desde la segunda pared extrema 540 a la primera pared extrema 530 y vuelta.

Otra forma de expresar esto es que la distancia que determina la longitud de onda de funcionamiento de la antena se convierte, ahora, en la distancia existente entre un punto de la segunda pared extrema 540 por encima de la tercera pared principal 525, hasta un punto de la primera pared extrema 530, terminando en un punto de la segunda pared extrema 540 por debajo de la tercera pared principal 525.

La fig. 6 ilustra otro ejemplo de una realización 600 que utiliza un principio expuesto en la fig. 5: una primera 610 y una segunda 62o paredes principales, junto con una primera 630 y una segunda 640 paredes extremas se combinan para definir una cavidad junto con las paredes laterales primera y segunda de acuerdo con los principios expuestos en relación con la fig. 1b, teniendo la cavidad una abertura 605.

Con el fin de de aumentar la distancia d que determina la longitud de onda \lambda de funcionamiento de la antena de acuerdo con la fórmula \lambda/4, la antena 600 emplea uno de los principios expuestos en relación con la fig. 5: la cavidad a modo de caja de la antena 600 comprende varias paredes intermedias 625.

El ejemplo de la fig. 6 ilustra tres paredes intermedias, pero este número puede variarse utilizando el principio expuesto: las paredes intermedias 625 se extienden en paralelo a las paredes principales primera y segunda, uniéndose las paredes intermedias, alternativamente, a la primera y a la segunda paredes extremas.

Cada pared intermedia se extiende desde la pared lateral a la que está unida, hacia la otra pared lateral, pero tiene una extensión tal que la pared intermedia no llega a la pared intermedia a la que no está unida. De este modo, dentro de la cavidad de la antena 600 se crea un laberinto, dicho de otro modo, una trayectoria con meandros. Se incrementa así la distancia d de la fórmula \lambda/4=d, que será la longitud total de la trayectoria con meandros.

La fig. 1 no forma parte del presente invento, sino que tiene únicamente fines explicativos. Además, las figuras 3, 4a, 4b, 5 y 6 no constituyen, en su forma exacta, parte del invento sino que se emplean para explicar ciertas partes del invento. Sin embargo, como elementos estructurales de estas figuras se utilizan y se incorporan en la estructura curva de acuerdo con la reivindicación 1, estas figuras no sólo tienen fines explicativos sino que, en su forma general, también sirven para ilustrar como se incorporan en la práctica las reivindicaciones 5-7.

Claims

1. Una antena (100, 100', 200, 300, 400, 600) que comprende una pluralidad de paredes de un material eléctricamente conductor, siendo las paredes:

-: una primera (110,410, 610) y una segunda (120, 420, 620) paredes principales con respectivas longitudes de extensión,

-: una primera pared extrema (130, 630),

-: una primera y una segunda paredes laterales,

en la que dichas paredes están dispuestas de modo que la primera (110, 410, 610) y la segunda (120, 420, 620) paredes principales se extienden paralelas entre sí y están unidas por la primera pared extrema (130, 630), uniendo también las paredes laterales la primera y la segunda paredes principales de manera que se forme una estructura que contiene una cavidad con sólo una abertura (105, 205, 605), siendo dicha abertura una abertura rectangular que puede ser hecha radiar por una conexión (207) de alimentación que, también, está incluida en la antena, caracterizada porque la primera y la segunda paredes principales son curvas, haciendo dicha condición de paralelismo que sean concéntricas, creándose así una cavidad a modo de caja, curvada de manera cilíndrica, siendo la abertura (205) la única abertura de la caja y estando orientada la abertura en la dirección circunferencial del citado cilindro, comprendiendo además la antena una segunda pared extrema (140, 640) que se extiende desde la segunda pared principal (120) hacia la primera pared principal (110), siendo la longitud en que se extiende la primera pared principal tal que la segunda pared extrema y la primera pared principal, no se encuentren.

2. La antena de la reivindicación 1, en la que la cavidad de la antena (200, 600) comprende, por lo menos, una pared intermedia (625) que se extiende en paralelo a la primera (610) y a la segunda (620) paredes principales, formando dicha pared intermedia (625) una trayectoria con meandros dentro de la cavidad de la antena (600).

3. La antena de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos parte de la cavidad de la antena está llena de un material dieléctrico diferente del aire.

4. La antena (400) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos un diodo (412) dispuesto entre la primera (410) pared principal y la segunda (420) pared extrema, y una capa de c.c. dispuesta en la cavidad definida por las paredes, empleándose dicha capa de c.c. para crear un voltaje de polarización para el diodo.

5. La antena de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la longitud en que se extiende la segunda pared principal es n*\lambda/4, siendo \lambda la longitud de onda de funcionamiento deseada de la antena y n es un entero positivo.

6. La antena de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el material eléctricamente conductor que rodea la abertura (105, 205, 605) está cubierto por material que absorbe el radar.