ES2337098T3 - Antena multicapa de forma constructiva planar. - Google Patents
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Abstract
Antena multicapa de forma constructiva planar, en particular antena patch, con varias superficies y/o capas dispuestas a lo largo de un eje axial (Z) con o sin decalaje lateral entre si, con las siguientes características: - se prevé una superficie de masa (3) eléctricamente conductora, - se prevé una superficie emisora (7) conductora dispuesta distanciada sobre la superficie de masa (3) y que discurre esencialmente en paralelo a la misma, - se prevé un substrato dieléctrico (5), dispuesto entre la superficie de masa (3) y la superficie emisora (7), - la superficie emisora (7) está unida eléctricamente con una linea de alimentación (9) eléctricamente conductora, - con un equipo de soporte (19), previsto en la cara de la superficie emisora (7) opuesta a la superficie de masa (3), y - con un elemento patch (13) eléctricamente conductor, previsto en el lado del equipo de soporte (19) opuesto a la superficie emisora (19), caracterizado por las siguientes características adicionales: - el elemento patch (13) con sus zonas del borde (14) o sus tramos del borde o de pared (14) configurados alrededor o por tramos, está dispuesto con decalaje en altura por encima de la superficie emisora (7), y - el elemento patch (13) presenta entonces un espesor o altura (114) tal que la distancia (17) que resulta entre la superficie emisora (7) y la cara inferior (13b) del elemento patch (13) o la altura (17) del equipo de soporte (19) es menor que el espesor o altura (114) del elemento patch (13).
Description
Antena multicapa de forma constructiva
planar.
La invención se refiere a una antena multicapa
de forma constructiva planar según el preámbulo de la reivindicación
1.
Las antenas patch o bien las llamadas antenas de
microcinta (microstrip) se conocen desde hace mucho tiempo. Las
mismas incluyen usualmente una superficie de base eléctricamente
conductora, un material de substrato dieléctrico dispuesto encima y
una superficie emisora prevista sobre la cara superior del material
de substrato dieléctrico. La superficie emisora superior se excita
por lo general mediante una linea de alimentación que discurre
transversalmente respecto a los antes citados planos y capas. Como
cable de conexión sirve sobre todo un cable coaxial, cuyo conductor
exterior está unido eléctricamente a una conexión con el conductor
de masa y por el contrario el conductor interior del cable coaxial
está unido eléctricamente con la superficie emisora que se encuentra
arriba.
Las antenas multicapa de forma constructiva
planar se conocen por ejemplo como las llamadas antenas patch
"stacked" (apiladas). Mediante un tal tipo de antenas existe la
posibilidad de aumentar la anchura de banda de una tal antena o bien
garantizar resonancias en dos o más gamas de frecuencias. Mediante
tales antenas puede mejorarse también la ganancia de la antena.
Según la publicación previa IEEE TRANSACTIONS ON
ANTENNAS AND PROPAGATION (operaciones relativas a antenas y
propagación) Vol. AP-27, Núm. 2, Marzo 1979, páginas
270-27 3 se describe una antena patch multicapa que
permite una resonancia en dos gamas de frecuencias. Para ello
presenta la antena patch por ejemplo, además de la superficie de
masa que se encuentra abajo y de la superficie emisora dispuesta
decalada al respecto y excitada mediante una linea de alimentación,
una superficie patch dispuesta por encima de la superficie emisora
con decalaje lateral al respecto. El material de substrato entre la
superficie de masa y la superficie emisora, así como entre la
superficie emisora y la superficie patch que se encuentra sobre la
misma, está compuesto en cada caso por un substrato con la misma
constante dieléctrica.
Una antena patch con capas de substrato con
distintas constantes dieléctricas se conoce por ejemplo por la
publicación previa IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION,
Vol. 47, Núm. 12, Diciembre 1999, páginas 1780-1784.
Como superficie de substrato superior para la capa metálica superior
(superficie patch) sirve material esponjoso. La distancia entre la
superficie patch superior y la superficie emisora que se encuentra
debajo, corresponde a la distancia entre la superficie emisora y la
superficie de masa inferior.
Por la publicación previa IEEE TRANSACTIONS ON
ANTENNAS AND PROPAGATION, Vol. 47, Núm. 12, Diciembre 1999, páginas
1767 - 1771, entre otros, se supone conocido que mediante antenas
patch multicapa puede aumentarse la ganancia de la antena.
Además, se ha dado a conocer otra antena con
estructura multicapa por ejemplo por el documento US 5,880,694 A. La
misma incluye una superficie de masa inferior, un cuerpo dieléctrico
de soporte que se asienta encima con una superficie emisora que se
encuentra sobre la cara superior. Por encima de la superficie
emisora está dispuesto otro cuerpo dieléctrico, sobre el que está
prevista una superficie patch eléctricamente conductora sobre el
lado que se encuentra alejado de la superficie de masa inferior.
Una antena de conductor de cinta con una
configuración de adaptación se ha dado a conocer además por el
documento EP 1 376 758 A1. Esta publicación previa describe los más
diversos ejemplos de ejecución para configuraciones de antena de
conductor de cinta. En un ejemplo de ejecución se describe una
antena de conductor de cinta que presenta sobre una superficie de
masa un substrato escalonado con al menos un resalte con forma de
cuadro que sobresale hacia arriba. Por debajo de este resalte con
forma de cuadro está prevista, contigua a la superficie de masa, una
escotadura en el substrato de material esponjoso, en cuya superficie
delimitadora que se encuentra en la parte superior está previsto un
conductor de cinta 6. Mediante el resalte resultante que sobresale
en el centro con forma de escalón, resultan en dos caras opuestas
escaleras más profundas y con ello talones con forma de escalera más
próximos a la superficie de masa, que con el resalte que se
encuentra arriba están dotadas conjuntamente, de una capa
eléctricamente conductora.
En todas las configuraciones de antenas ya
conocidas de este tipo es un inconveniente la configuración
relativamente costosa, ya que cuando se utilizan antenas patch
usuales en el mercado con una superficie de masa, un cuerpo de
substrato eléctrico que se encuentra encima y una superficie emisora
que se encuentra encima, siempre es costoso complementar una tal
antena para formar una antena multicapa. En función de la
utilización de antenas patch usuales en el mercado, que incluyen al
menos una superficie de masa inferior, un substrato compuesto por un
material dieléctrico, por ejemplo cerámica, y una superficie emisora
que se encuentra encima, debería entonces establecerse en cada caso
una capa de substrato dieléctrica, dado el caso con un espesor
diferente y por ejemplo posicionarse y anclarse sobre la superficie
emisora de la antena patch usual en el mercado, para disponer sobre
la cara superior de esta capa de substrato dieléctrica adicional la
superficie patch eléctricamente conductora. Una estructura distinta,
pero igualmente muy costosa, seria por ejemplo dotar una carcasa de
antena, debajo de la cual está alojada una antena patch usual en el
mercado, de una superficie patch adicional eléctricamente
conductora, lo cual no obstante exigirla igualmente costosas medidas
constructivas adicionales.
Por el contrario, es tarea de la presente
invención lograr una antena multicapa de forma constructiva planar
mejorada, en particular antena patch, que para lograr las
características eléctricas de por si conocidas esté dotada de un
emisor patch previsto encima de la superficie emisora, y que a la
vez esté constituida en su conjunto más sencilla y/o presente
características eléctricas mejoradas.
La tarea se resuelve según la invención en
función de las características indicadas en la reivindicación 1.
Ventajosas configuraciones mejoradas de la invención se indican en
las reivindicaciones subordinadas.
Con la solución correspondiente a la invención
pueden realizarse numerosas ventajas.
Como ventaja esencial resulta - lo que es
extremadamente sorprendente - que la antena correspondiente a la
invención presenta una clara mejora de las características de antena
comparada con antenas patch normales sencillas. Esto es más
sorprendente por cuanto la estructura de emisión prevista arriba del
todo sobre la antena patch está dispuesta a una distancia
extremadamente pequeña por encima de la superficie emisora de la
antena patch y a la vez puede presentar, en una forma constructiva
preferente, incluso una extensión longitudinal y transversal que es
mayor que la superficie emisora que se encuentra debajo. Seria de
esperar precisamente en un caso así que la superficie patch que se
encuentra arriba del todo influyese negativamente sobre el diagrama
de emisión.
Otra ventaja esencial de la antena
correspondiente a la invención es que pueden utilizarse sin
problemas antenas patch usuales en el mercado con una superficie de
masa y una superficie emisora y un dieléctrico que se encuentra
entre las mismas, preferiblemente por ejemplo las llamadas antenas
patch cerámicas, que no tienen que modificarse constructivamente. Es
simplemente necesario fijar mediante una capa adecuada adhesiva y/o
de fijación la estructura tridimensional eléctricamente conductora
correspondiente a la invención de la superficie patch que se
encuentra arriba del todo sobre una antena patch usual en el
mercado.
Con otras palabras, no es necesaria ninguna
estructura de soporte o cubierta adicional para sujetar esta
superficie patch.
En una forma constructiva preferente de la
invención, se utiliza como estructura adherente entre una antena
patch usual en el mercado y el elemento patch tridimensional
eléctricamente conductor que se encuentra arriba del todo, una capa
de adherencia en forma de una banda adhesiva que pega por los dos
lados o en forma de un equipo de pegado o de adherencia comparable,
con lo que es posible una fijación sin problemas del elemento patch
que se encuentra arriba del todo sobre una antena patch
tradicional.
En una forma constructiva especialmente
preferente de la invención, la distancia entre el elemento patch
tridimensional y la superficie emisora de una antena patch es mayor
que 0,5 mm, en particular mayor que 1 mm, por ejemplo alrededor de
1,5 mm. Aún cuando la distancia puede ser también mayor aún, es
básicamente suficiente por completo una distancia dimensionada tan
pequeña entre el elemento patch tridimensional y la superficie
emisora de una antena patch multicapa.
La estructura tridimensional del elemento patch
puede realizarse por ejemplo mediante un llamado cuerpo con volumen,
que además de su extensión superficial (por ejemplo comparable con
plaquitas metálicas o capas metálicas tradicionales) presenta
adicionalmente una altura o espesor claramente mayores de uno o
varios milímetros.
No obstante, alternativamente es posible
igualmente que por ejemplo esté dotado un tal elemento patch
tridimensional, dispuesto por encima de la superficie emisora, de un
borde o borde de nervio que va alrededor total o parcialmente, con
lo que se realiza una estructura casi tridimensional. Esto abre la
posibilidad de que el elemento patch dotado de una estructura
tridimensional pueda estar formado por una chapa o pieza estampada,
en la que a partir de un elemento plano se levanten hacia arriba
tramos en el borde alrededor, orientados transversalmente y
preferiblemente en perpendicular al plano del elemento patch. En las
esquinas no tienen que estar forzosamente unidos eléctricamente o
electrogalvánicamente entre si los distintos tramos de brida o de
borde. La unión eléctrica que resulta de un elemento del borde
levantado con un elemento del borde contiguo se realiza a través del
tramo central del elemento patch orientado esencialmente en paralelo
a la superficie emisora o de masa que se encuentra debajo.
La citada estructura tridimensional (que por lo
tanto se denominará estructura "tridimensional", porque
presenta en comparación con las plaquitas metálicas o láminas
metálicas utilizadas según estado de la técnica un espesor de
material o altura de material claramente superior), no exige
forzosamente que todo el cuerpo esté configurado como el llamado
cuerpo con volumen o que el citado borde que va alrededor tenga que
estar configurado forzosamente yendo alrededor en todo el tramo del
borde de la estructura patch. También son suficientes elementos del
borde o de nervio por tramos. Igualmente pueden estar previstas en
la propia superficie patch también escotaduras o incluso por ejemplo
una deformación cóncava de la superficie patch que se encuentra
orientada a la superficie emisora que se encuentra debajo. No
obstante, igualmente pueden estar practicadas también escotaduras en
la superficie patch, que por ejemplo penetran desde el borde que va
alrededor en la superficie patch.
Igualmente es posible utilizar un cuerpo
dieléctrico compuesto por plástico, que está recubierto de una capa
eléctricamente conductora. Cuando se utiliza un tal "cuerpo con
volumen" con un espesor o altura de por ejemplo más de
preferiblemente 0,5 mm o 1 mm, en particular más de 1,5 mm, debe
estar dotado el mismo, al menos sobre un lado paralelo a la
superficie emisora, preferiblemente sobre el lado contiguo a la
superficie emisora y a sus tramos de pared o borde que van
alrededor, de una capa eléctricamente conductora. Caso necesario,
puede estar dotada también la cara superior del cuerpo no conductor
eléctricamente opuesta a la superficie emisora de la antena patch de
una capa eléctricamente conductora.
Otras ventajas, particularidades y
características de la invención, resultan de los ejemplos de
ejecución representados en base a dibujos. Al respecto muestran en
detalle:
figura 1: una representación esquemática axial
en sección a través de una antena patch usual en el mercado, según
el estado de la técnica;
figura 2: una representación esquemática en
planta sobre la antena patch conocida por el estado de la técnica,
según la figura 1;
figura 3: una representación esquemática
transversal o lateral de una antena patch apilada (stacked)
correspondiente a la invención;
figura 4: una vista esquemática en planta sobre
el ejemplo de ejecución de la figura 3;
figura 5: una vista en planta correspondiente a
la figura 4 sobre una antena patch correspondiente a la invención
con una forma constructiva diferente para el elemento patch que se
asienta arriba;
figura 6: una representación lateral o en
sección correspondiente a la figura 3 de la antena patch
correspondiente a la invención, reproduciendo un equipo de soporte
utilizado para el elemento patch superior;
figura 7: un ejemplo de ejecución distinto al de
la figura 6 en representación esquemática lateral y/o en sección
figura 8: una representación esquemática en
planta sobre un elemento patch, tal como se utiliza reelaborando el
ejemplo de ejecución según la figura 7;
figura 9a: un ejemplo de ejecución diferente al
de la figura 7;
figura 9b: una vista en planta sobre el ejemplo
de ejecución de la figura 9a;
figura 10: un ejemplo de ejecución de nuevo
diferente al de las figuras 7, 9a y 9b;
figura 11: un ejemplo de ejecución que se desvía
de nuevo del de las figuras 7, 9a, 9b y 10; y
figura 12: un ejemplo de ejecución de nuevo
evolucionado con una altura o espesor del elemento patch claramente
mayor.
En la figura 1 se muestra en representación
lateral esquemática y en la figura 2 en representación en planta
esquemática la estructura básica de un emisor patch A usual en el
mercado (antena patch), que se amplia en base a las figuras 4.3 y
siguientes para formar una antena patch multicapa
(stacked-patch-antenna).
La antena patch mostrada en las figuras 1 y 2
incluye varias superficies y capas dispuestas una sobre otra a lo
largo de un eje axial Z, en las que a continuación entraremos.
En la representación esquemática en sección de
la figura 1 puede observarse que la antena patch A presenta en su
llamada cara inferior o de montaje 1 una superficie de masa 3
eléctricamente conductora. Sobre la superficie de masa 3 o bien con
decalaje lateral al respecto, se encuentra un substrato dieléctrico
5, que usualmente presenta en vista en planta un contorno exterior
5' que se corresponde con el contorno exterior 3' de la superficie
de masa 3. No obstante, este substrato dieléctrico 5 puede estar
dimensionado más grande o más pequeño y/o con un contorno exterior
5' diferente del contorno exterior 3' de la superficie de masa 3. En
general puede ser el contorno exterior 3' de la superficie de masa
un polígono de n lados y/o estar dotado incluso de tramos curvos o
estar configurado curvo, aún cuando esto es inusual.
El substrato dieléctrico 5 presenta una altura o
espesor suficiente, que por lo general corresponde a un múltiplo del
espesor de la superficie de masa 3, es decir, contrariamente a la
superficie de masa 3, que está compuesta solamente de forma
aproximada por una superficie bidimensional, está configurado el
substrato dieléctrico 5 como cuerpo tridimensional con suficiente
altura y espesor.
En la cara superior 5a opuesta a la cara
inferior 5b (que llega hasta junto a la superficie de masa 3) está
configurada una superficie emisora 7 eléctricamente conductora, que
igualmente de nuevo aproximadamente puede entenderse como superficie
bidimensional. Esta superficie emisora 7 es alimentada y excitada
eléctricamente a través de una linea de alimentación 9, que
preferiblemente discurre en dirección transversal, en particular
perpendicularmente a la superficie emisora 7 desde abajo a través
del substrato dieléctrico 5 en el correspondiente agujero o en un
correspondiente canal 5c.
Desde un punto de conexión 11 que generalmente
se encuentra abajo, al que puede conectarse un cable coaxial no
mostrado más en detalle, está unido entonces el conductor interior
del cable coaxial no mostrado con la linea de alimentación 9
electrogalvánicamente y con ello con la superficie emisora 7. El
conductor exterior del cable coaxial no mostrado está unido entonces
electrogalvánicamente con la superficie de masa 3 que se encuentra
abajo.
En el ejemplo de ejecución según la figura 1 y
siguientes se describe una antena patch que presenta un dieléctrico
5 y una forma cuadrada en vista en planta. Esta forma o el
correspondiente contorno o linea perimetral 5' puede no obstante
tener una forma diferente a la cuadrada y presentar en general una
forma poligonal de n lados. Aún cuando es inusual, pueden estar
previstas incluso delimitaciones exteriores curvas.
La superficie emisora 7 que se asienta sobre el
dieléctrico 5 puede presentar el mismo contorno o linea perimetral
7' que el dieléctrico 5 que se encuentra debajo. En el ejemplo de
ejecución mostrado está configurada la forma básica igualmente
adaptada a la linea perimetral 5' del dieléctrico 5 con forma
cuadrada, pero presenta en dos extremos opuestos aplanamientos 7'',
que casi están formados mediante la eliminación de un triángulo
rectángulo isósceles. En general puede representar por lo tanto
también la linea perimetral 7' una linea perimetral o contorno
poligonal de n lados o incluso estar dotado de una delimitación
exterior 7' curvilínea.
La citada superficie de masa 3, como también la
superficie emisora 7, se denominan en parte superficies
"bidimensionales", ya que su espesor es tan pequeño que casi no
pueden denominarse "cuerpo con volumen". El espesor de la
superficie de masa y de la superficie emisora 3, 7 se mueven
usualmente por debajo de 1 mm, es decir, en general por debajo de
0,5 mm, en particular debajo de 0,5 mm, 0,20 mm, 0,10
milímetros.
Por encima de la antena patch A así formada, que
por ejemplo puede estar compuesta por una antena patch A usual en el
mercado, preferiblemente por una llamada antena patch cerámica (en
la que por lo tanto la capa de substrato 5 dieléctrica está
compuesta por un material cerámico), está dispuesto directamente en
una antena patch apilada correspondiente a la invención según las
figuras 3 y 4, en decalaje en altura respecto a la superficie
emisora 7, adicionalmente un elemento patch 13 (figura 3), que
respecto a la citada superficie de masa 3 y a la superficie emisora
7 presenta una estructura tridimensional con altura o espesor
claramente diferentes, es decir, mayores.
La antena patch apilada así descrita esta
posicionada por ejemplo sobre un chasis B representado en la figura
3 simplemente como linea, que por ejemplo puede significar el chasis
de base para una antena de un vehículo automóvil, en el que la
antena correspondiente a la invención puede estar montada dado el
caso junto a otras antenas para otros servicios. La antena patch
apilada correspondiente a la invención puede utilizarse por ejemplo
en particular como antena para el posicionamiento geoestacionario
y/o para la recepción de señales de satélite o terrestres, por
ejemplo del llamado servicio SDARS. No obstante, no existen
limitaciones para la utilización también para otros
servicios.
servicios.
El elemento patch 13 puede estar compuesto por
ejemplo por un cuerpo metálico eléctricamente conductor, por ejemplo
un paralelepípedo, con la correspondiente extensión longitudinal y
transversal y suficiente altura o espesor.
Tal como puede observarse en la figura 4, puede
no obstante presentar este elemento patch 13 también un entorno 13'
que se desvía de una estructura rectangular o cuadrada. Tal como se
conoce ciertamente, puede realizarse mediante reducción de las zonas
de los bordes 14, por ejemplo de las zonas de las esquinas 13a que
pueden observarse en la figura 4, una cierta adaptación adicional de
la antena patch.
En el ejemplo ejecución mostrado presenta el
elemento patch 13 una extensión longitudinal y una extensión
transversal que por un lado es mayor que la extensión longitudinal y
transversal de la superficie emisora 7 y/o por otro lado también es
mayor que la extensión longitudinal y transversal del substrato
dieléctrico 5 y/o de la superficie de masa 3 que se encuentra
debajo.
Muy en general puede presentar el elemento patch
13, total o parcialmente, también lineas perimetrales convexas o
cóncavas y/o de cualquier forma curva, o bien un contorno poligonal
de n lados o formas mixtas de ambos, tal como se muestra sólo
esquemáticamente para un ejemplo de ejecución diferente según la
figura 5 en vista en planta, presentando el elemento patch 13 en
este caso un contorno exterior irregular o un perímetro 13'
irre-
gular.
gular.
El espesor del elemento patch 13 presenta una
dimensión que no sólo es el doble, el triple, cuádruple o quíntuple,
etc., sino sobre todo 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y/o 100
veces y más el espesor de la superficie de masa 3 y/o el espesor de
la superficie emisora 7.
En el ejemplo de ejecución mostrado, el espesor
o altura 114 del elemento patch 13 es igual o superior a una
distancia 17 que forman la cara inferior 13b del elemento patch 13 y
la cara superior 7a de la superficie emisora 7.
Por otro lado, esta distancia 17 no debería ser
tampoco inferior a 0,5 mm, preferiblemente de más de 0,6 mm, 0,7 mm,
0,8 mm, 0,9 mm o igual o superior a 1 mm. Los valores de alrededor
de 1,5 mm, es decir, en general entre 1 mm hasta 2 mm o 1 mm hasta 3
mm, 4 mm o hasta 5 mm, son totalmente suficientes.
\newpage
Por otro lado, puede observarse también que la
altura o espesor 114 del elemento patch tridimensional 13 es
preferiblemente inferior a la altura o espesor 15 del substrato
dieléctrico 5. Preferiblemente el espesor o altura 114 del elemento
patch 13 que se encuentra arriba del todo presenta una dimensión que
es inferior al 90%, en particular inferior al 80%, 70%, 60%, 50% o
incluso inferior al 40% y dado el caso 30% o menos del 20% de la
altura o espesor 15 del elemento de substrato 5.
Por otro lado, no es necesaria una limitación
previa a la altura antes citada. Por ello puede presentar la altura
o espesor 114 del elemento patch 13 tridimensional también una
altura o espesor mayor, y sobre todo claramente superior, al espesor
del substrato dieléctrico 5. Con otras palabras, puede presentar
esta altura o espesor 15 del elemento de substrato 5 por ejemplo
también una dimensión que corresponde a hasta 1,5 veces, 2 veces, 4,
5, 6, 7, 8, 9 y/o 10 veces y más la altura o espesor 15 del elemento
de substrato 5.
Por otro lado, el espesor o altura 114 del
elemento patch 13 debe ser preferiblemente mayor que la medida de la
distancia 17 entre la superficie emisora 7 y la cara inferior 13b
del elemento patch 13.
Preferiblemente se aloja entre la superficie
emisora 7 y la cara inferior 13b del elemento patch 13 (es decir,
para la dimensión de la distancia 17) un equipo de soporte 19, en
particular un equipo de soporte dieléctrico 19 con una altura 17,
sobre el que se sujeta y sustenta el elemento patch 13. Este equipo
de soporte 19 dieléctrico está compuesto preferiblemente por una
capa adhesiva o de montaje 19' (figura 6), que por ejemplo puede
estar constituida como la llamada capa adhesiva o de montaje 19'
adhesiva por los dos lados. Pueden utilizarse para ello bandas
adhesivas que pegan por los dos lados usuales en el mercado o bandas
esponjosas que pegan por los dos lados, klebepads (almohadillas
adhesivas) o similares, que presentan el correspondiente espesor
antes citado. Esto proporciona la sencilla posibilidad de fijar y
montar de esta manera el citado elemento patch 13 sobre la cara
superior de una antena patch usual en el mercado, en particular de
una antena patch de cerámica usual en el mercado.
No obstante, en lugar del cuerpo metálico
plenamente conductor eléctricamente como elemento patch 13, puede
utilizarse también por ejemplo un cuerpo de plástico, que por
ejemplo está dotado de una cara inferior 13b eléctricamente
conductora y de delimitaciones laterales 13c que van alrededor
eléctricamente conductoras, por ejemplo mediante aplicación de una
capa exterior eléctricamente conductora. La cara superior 13d no
tiene que ser forzosamente eléctricamente conductora, aún cuando
toda la superficie del elemento patch 13 así constituido, no
conductor de por si, puede estar dotada alrededor de una capa
eléctricamente conductora.
En base a la figura 7 se muestra una evolución
en la que el elemento patch tridimensional 13 no está configurado
como cuerpo con volumen, sino como elemento patch 13 con forma de
placa dotado de un nervio lateral o del borde 14 que va
alrededor.
Un tal elemento patch 13 pueden fabricarse por
ejemplo a partir de una chapa metálica mediante estampado y
canteado, tal como se representa en la vista en planta por ejemplo
en la figura 8.
La figura 8 muestra las lineas perimetrales de
una pieza metálica, por ejemplo de forma aproximadamente cuadrada,
en la que en las zonas de las esquinas se cortan por troquelado
esquinas 25. A continuación pueden colocarse a lo largo de las
lineas del borde 27 las zonas o nervios del borde 14 así formados
frente a la superficie de base 113 del elemento patch 13, con lo que
estas zonas o nervios del borde 14 discurren transversalmente
respecto a la superficie de base 113 del elemento patch 13 y
preferiblemente en perpendicular al respecto. Las lineas de
intersección así formadas entre dos nervios del borde 14 que se
encuentran en dirección perimetral contiguos uno al otro y que en el
ejemplo de ejecución mostrado discurren perpendiculares entre si, no
tienen que estar unidas entre si electrogalvánicamente en sus lineas
de intersección y/o contacto, por ejemplo mediante soldadura. La
unión eléctrica a través del tramo central plano 113 del elemento
patch 13 es suficiente.
También en este caso se fija el elemento patch
13 así formado con su cara inferior 13b mediante un equipo de
soporte, por ejemplo mediante un equipo de soporte 19 dieléctrico
con forma de capa, preferiblemente en forma de un substrato adhesivo
o de montaje 19' sobre la cara superior de una antena patch A por
ejemplo usual en el mercado, pudiendo estar recubierta una antena
patch A usual en el mercado en la cara superior de su superficie
emisora 7 adicionalmente por una capa dieléctrica, pero no teniendo
que ser así
En base a la figura 9a en sección transversal
esquemática y en base a la figura 9b en vista en planta esquemática,
se muestra que el elemento patch 13 descrito por ejemplo en base a
las figuras 7 y 8 puede estar dotado en su cara inferior plana 13b
de una escotadura o de un agujero 29. Esta escotadura o este agujero
29 está previsto preferiblemente en aquella zona en la que la linea
de alimentación 9 está unida con la superficie emisora 7 por lo
general mediante soldadura, ya que en este punto está configurada
usualmente una sobreelevación de soldadura 31 que resalta sobre la
superficie emisora 7. Incluso cuando se utilice sólo un equipo de
soporte 19 muy delgado, preferiblemente en forma de un soporte
adhesivo o de montaje 19', queda asegurado así que en este punto por
un lado puede generarse una buena unión mecánica por adherencia
entre el elemento patch 13 sobre el equipo de soporte 19,
preferiblemente en forma de la capa adhesiva y de montaje 19', y la
antena patch que se encuentra debajo, por lo general usual en el
mercado, y por otro lado puede evitarse con seguridad una toma de
contacto eléctrico entre la sobreelevación de soldadura 31 y el
elemento patch 13. Para una mejor representación, no se ha dibujado
en la figura 9a (al igual que tampoco en las figuras 10 y 11 a
tratar a continuación) el equipo de soporte 19, preferiblemente en
forma de una capa adhesiva y/o de montaje 19'. Para una mejor
representación se ha dibujado entonces en la figura 9b el patch 13
superior casi "transparente", con lo que la citada escotadura o
el agujero 29 sólo está señalado mediante la correspondiente linea
perimetral.
Similares ventajas pueden lograrse también según
una configuración correspondiente a la figura 10. En la figura 10 se
ha practicado en el plano inferior 13b eléctricamente conductor del
elemento patch 13 una deformación 33 que sobresale convexa hacia
arriba, que preferentemente llega por encima de la unión
eléctricamente conductora entre la linea de alimentación 9 y la
superficie de alimentación 7, es decir, por lo general allí donde
está configurada una sobreelevación de soldadura 31.
Finalmente, se muestra simplemente en base a la
figura 11 que los citados tramos del borde 14, que en los ejemplos
de ejecución mostrados están previstos en cada caso en el borde
exterior que va alrededor 113' de la superficie patch del elemento
patch 13, no tienen que estar orientados en perpendicular a la
superficie de base 113 del elemento patch 13, sino por ejemplo, tal
como se muestra en base a la figura 11, pueden estar previstos a una
orientación angular diferente de la perpendicular. En el ejemplo de
ejecución de la figura 11, están orientadas las delimitaciones
laterales del borde 14 a lo largo de la dirección de montaje axial A
(en la figura 1) divergiendo, es decir, discurriendo alejándose
entre si desde la superficie de base o central 113 en la dirección
de emisión. No obstante, de la misma manera pueden estar orientados
los tramos laterales del borde también convergiendo uno hacia otro.
De la misma manera pueden estar dobladas en un lado las
delimitaciones laterales 14 por ejemplo en otra dirección A más bien
hacia el tramo central 113 del patch 13 y en otro lado, orientadas
alejándose de la superficie central 113. Finalmente, estos nervios o
tramos del borde 14 no tienen que estar previstos forzosamente en el
borde perimetral más exterior 113', sino que pueden estar
configurados decalados más hacia el interior, tal como se muestra
por ejemplo en la figura 11 para nervios que discurren
transversalmente respecto a la superficie de base 113 o bien
sobreelevaciones 14' de otro tipo, en representación con linea
discontinua, que están dispuestas respecto a la delimitación
exterior 113' decaladas más hacia el interior sobre el elemento
patch. Estos nervios o sobreelevaciones 14' mostrados en la figura
11 pueden no obstante estar también orientados de nuevo de una forma
diferente a la perpendicular discurriendo más bien inclinados hacia
fuera, o más bien hacia dentro. Por lo demás, no tienen que estar
configurados tampoco en sección con forma de nervio o de banda, sino
que pueden presentar en una sección con forma triangular secciones
con volumen o formas de sección conformadas de cualquier otra
manera.
Finalmente, señalemos también que también cuando
se utiliza un cuerpo con volumen, por ejemplo comparable a la forma
constructiva de la figura 3 ó 6, las superficies delimitadoras 13'
(delimitaciones laterales 13c) que van alrededor no tienen que estar
orientadas perpendicularmente a la cara inferior o superior 13b, 13d
del elemento patch 13, sino que igualmente pueden estar configuradas
con superficies laterales que discurran oblicuamente, similarmente a
los bordes o nervios 14 que discurren inclinados en la figura
11.
La antena patch apilada correspondiente a la
invención puede utilizarse preferiblemente como antena en el marco
de una antena para vehículos automóviles, junto a otras antenas para
otros servicios. No existe una limitación al respecto. La antena
patch A usual en el mercado utilizada en el marco de esta antena
patch apilada correspondiente a la invención, está compuesta
preferiblemente - tal como se ha explicado - por un substrato
dieléctrico 5, cuyas caras superior e inferior están configuradas
por una capa 7 y 3 respectivamente metálica o eléctricamente
conductora y está fijada sobre el substrato 5.
Finalmente refirámonos además a la figura 12, en
la que se muestra otro ejemplo de ejecución. En este ejemplo de
ejecución se utiliza un elemento patch 13 que se encuentra en la
parte superior, y que - tal como puede observarse en la figura -
presenta una espesor o altura 114 que incluso es mayor que el
espesor o altura del substrato dieléctrico 5. Pese a esta altura
comparativamente grande o a la mayor extensión perpendicular a la
superficie del substrato, presenta también la antena patch así
formada características eléctricas mejoradas.
En base al ejemplo de ejecución descrito, queda
claro que el elemento patch 13 es mayor o igual que el substrato
dieléctrico 5. En el ejemplo de ejecución mostrado el elemento patch
13 es también mayor que la superficie de masa 3 y mayor que la
superficie emisora 7.
A continuación se darán adicionalmente
indicaciones de tamaño relativas al elemento patch 13 en relación
con el substrato dieléctrico 5, la superficie de masa 3 y la
superficie emisora 7, refiriéndose las siguientes indicaciones de
tamaño y relaciones de tamaño en cada caso a una dirección de
extensión en el sentido longitudinal y/o transversal del elemento
patch 13, del substrato 5, de la superficie de masa 3, así como de
la superficie emisora 7 (en particular en paralelo a ambas
longitudes de los bordes perpendiculares entre si de las citadas
partes), es decir, que reflejan relaciones lineales de tamaño y no
relaciones superficiales de tamaño.
Preferiblemente debería elegirse la
configuración tal que el elemento patch 13 sea hasta un 100% mayor
que el substrato dieléctrico 5 y/o hasta un 200% mayor que la
superficie de masa 3 y/o hasta un 200% mayor que la superficie
emisora 7.
En otra variante preferente, pueden elegirse los
tamaños alternativa o complementariamente tal que el elemento patch
(que por lo general es mayor que el substrato dieléctrico 5) deba
presentar un tamaño mínimo que sea un 20% inferior al del substrato
dieléctrico 5 y/o hasta un 5% inferior a la superficie de masa 3 y/o
hasta un 5% inferior a la superficie emisora 7. No obstante,
usualmente los correspondientes órdenes de magnitud son mayores que
los valores más inferiores antes citados.
Los valores preferentes se encuentran por
ejemplo tal que el elemento patch 13 es un 4% a 16%, en particular
un 6% a un 12% y en particular en un 8% mayor que el substrato
eléctrico 5 y/o tal que el elemento patch 13 es un 8% a un 34% y en
particular un 12% a un 28%, precisamente en un 17% mayor que la
superficie de masa 3 y/o es un 21% a 84%, en particular un 30% a
60%, sobre todo un 42% mayor que la superficie emisora 7.
Claims (22)
1. Antena multicapa de forma constructiva
planar, en particular antena patch, con varias superficies y/o capas
dispuestas a lo largo de un eje axial (Z) con o sin decalaje lateral
entre si, con las siguientes características:
- -
- se prevé una superficie de masa (3) eléctricamente conductora,
- -
- se prevé una superficie emisora (7) conductora dispuesta distanciada sobre la superficie de masa (3) y que discurre esencialmente en paralelo a la misma,
- -
- se prevé un substrato dieléctrico (5), dispuesto entre la superficie de masa (3) y la superficie emisora (7),
- -
- la superficie emisora (7) está unida eléctricamente con una linea de alimentación (9) eléctricamente conductora,
- -
- con un equipo de soporte (19), previsto en la cara de la superficie emisora (7) opuesta a la superficie de masa (3), y
- -
- con un elemento patch (13) eléctricamente conductor, previsto en el lado del equipo de soporte (19) opuesto a la superficie emisora (19),
\vskip1.000000\baselineskip
caracterizado por las siguientes
características adicionales:
- -
- el elemento patch (13) con sus zonas del borde (14) o sus tramos del borde o de pared (14) configurados alrededor o por tramos, está dispuesto con decalaje en altura por encima de la superficie emisora (7), y
- -
- el elemento patch (13) presenta entonces un espesor o altura (114) tal que la distancia (17) que resulta entre la superficie emisora (7) y la cara inferior (13b) del elemento patch (13) o la altura (17) del equipo de soporte (19) es menor que el espesor o altura (114) del elemento patch (13).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Antena según la reivindicación 1,
caracterizada porque el espesor o altura
(114) del elemento patch (13) es menor que la altura (15) del
substrato dieléctrico (5), correspondiendo la altura (15) del
substrato dieléctrico (5) a la distancia entre la superficie de masa
(3) y la superficie emisora (7).
3. Antena según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque la altura (114) del
elemento patch (13) es mayor que la altura (15) del substrato
dieléctrico (5), correspondiendo la altura (15) del substrato
dieléctrico (5) a la distancia entre la superficie de masa (3) y la
superficie emisora (7), y porque el espesor o altura (114) del
elemento patch (13) corresponde hasta 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, ó
10 veces y más de la altura (15) del substrato dieléctrico (5).
4. Antena según la reivindicación 1 a 3,
caracterizada porque el elemento patch
(13) presenta al menos esencialmente una extensión longitudinal o
transversal de la superficie emisora (7) que es mayor o igual a la
extensión longitudinal y transversal respectivamente del substrato
dieléctrico (5) o que es mayor que la extensión longitudinal o
transversal de la superficie de masa (3).
5. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
4,
caracterizada porque el espesor o altura
(114) del elemento patch (13) es de más del doble, más de tres,
cuatro o cinco veces, en particular más de 6, 7, 8, 9 ó 10 veces y
en particular más de 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 ó 100 veces y
más el espesor de la superficie de masa (3) y/o el espesor de la
superficie emisora (7).
6. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
5,
caracterizada porque la altura (17) del
equipo de soporte dieléctrico (19) es mayor que 0,5 mm,
preferiblemente mayor que 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm, 0,9 mm o
preferiblemente mayor de 1 mm.
7. Antena según la reivindicación 6,
caracterizada porque la altura (17) del
equipo de soporte dieléctrico (19) es inferior a 5 mm, en particular
inferior a 4 mm, 3 mm o inferior a 2 mm.
8. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
7,
caracterizada porque el equipo de soporte
dieléctrico (19) está compuesto por una capa adhesiva o de montaje
(19').
9. Antena según la reivindicación 7 u 8,
caracterizada porque el equipo de soporte
dieléctrico (19) está compuesto por un equipo adhesivo o de montaje
(19') que pega por ambas caras, en particular una banda adhesiva que
pega por los dos lados, banda esponjosa, banda adhesiva acrílica o
klebepad (almohadilla adhesiva).
10. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
9,
caracterizada porque el elemento patch
(13) está compuesto por un cuerpo con volumen tridimensional.
11. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
10,
caracterizada porque el elemento patch
(13) incluye un tramo central o de base (113) como forma de hoja
metálica, con forma de lámina o con forma de capa, estando
configuradas sobre el tramo central o de base (113) las zonas de
pared o del borde que se encuentran transversales a su superficie de
pie alejándose en forma de elevaciones, bordes y/o nervios (14).
12. Antena según la reivindicación 11,
caracterizada porque las elevaciones,
bordes y/o nervios (14) están configurados en el borde (113') que va
alrededor del tramo central o de base (113) del elemento patch
(13).
13. Antena según la reivindicación 11,
caracterizada porque las elevaciones,
bordes y/o nervios (14) están previstos en el borde exterior (113')
del tramo central o de base (113) del elemento patch (13) tendidos
decalados más hacia el interior.
14. Antena según una de las reivindicaciones 11
a 13,
caracterizada porque el elemento patch
(13) está compuesto por una chapa metálica, cuyos nervios o bordes
(14) están formados mediante corte o estampado y subsiguiente
canteado.
15. Antena según una de las reivindicaciones 11
a 14,
caracterizada porque los bordes o nervios
(14) están orientados perpendicularmente a la superficie del tramo
central o de base (113) del elemento patch (13).
16. Antena según una de las reivindicaciones 11
a 14,
caracterizada porque los bordes o nervios
(14) están orientados a un ángulo diferente de la vertical respecto
a la superficie del tramo central o de base (113) del elemento patch
(13).
17. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
16,
caracterizada porque en el elemento patch
(13) está previsto/a una escotadura o un agujero (29) o una cavidad
(33) que se extiende sobre el plano inferior (13b) del elemento
patch (13) alejándose de la superficie emisora (7) que se encuentra
debajo.
18. Antena según la reivindicación 17,
caracterizada porque el agujero o la
escotadura (2 9) o la cavidad (33) está previsto/a en la zona en la
que en vista en planta la linea de alimentación (9) toma contacto
con la superficie emisora (7).
19. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
18,
caracterizada porque el elemento patch
(13) está compuesto por metal.
20. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
18,
caracterizada porque el elemento patch
(13) incluye un cuerpo no conductor eléctricamente, que está
recubierto totalmente o parcialmente por una capa eléctricamente
conductora, estando dotado al menos el tramo central o básico (113)
y las delimitaciones laterales (13') que van alrededor o los bordes
o nervios (14) previstos, de una capa eléctricamente conductora.
21. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
21,
caracterizada porque el elemento patch
(13) es hasta un 100% más largo o más ancho que el substrato
dieléctrico (5) o hasta un 200% más largo o más ancho que la
superficie de masa (3) o hasta un 200% más largo o más ancho que la
superficie emisora (7).
22. Antena según una de las reivindicaciones 1 a
21,
caracterizada porque el elemento patch
(13) presenta una longitud o anchura que es igual o mayor que un
valor mínimo, correspondiendo el valor mínimo de la longitud y
anchura del elemento patch (13) respectivamente a un 80% de la
longitud y anchura del substrato dieléctrico (5) o a un 95% de la
longitud y anchura respectivamente de la superficie de masa (3) o a
un 95% de la longitud y anchura respectivamente de la superficie
emisora (7).
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