ES2540161A1 - Antena multibanda tipo parche con sistema de alimentación cruzada - Google Patents

Abstract

Antena multibanda tipo parche con sistema de alimentación cruzada. Comprende una pluralidad de capas (C1...Cn) apiladas entre sí formando múltiples cavidades dieléctricas internas dispuestas sobre el plano de masa de la antena, un primer parche (P1), fijado en la capa superior de dicha pila de capas (C1...Cn), que incluye al menos dos líneas de transmisión alargadas (A) con al menos una zona de intersección, y están alimentadas eléctricamente por los extremos de dichas líneas de transmisión (A).

Description

Antena multibanda tipo parche con sistema de alimentación cruzada.

Campo de la invención

La presente invención concierne en general al campo de las antenas, y en particular a una antena multibanda, de tipo parche, que comprende una pluralidad de capas apiladas entre sí. 5

Estado de la técnica

Una innovación en el campo de las antenas multibanda, por ejemplo para sistemas de navegación GPS, se ha obtenido en la utilización de antenas formadas por diferentes capas entre sí, en las cuales las diferentes capas de la estructura pueden trabajar en diferentes bandas de frecuencia. 10

En algunos casos se requiere que el tamaño de la antena sea lo más reducido posible, como para la realización de agrupaciones de antenas con pequeñas separaciones entre elementos (por ejemplo, para evitar lóbulos de difracción). En estos casos es necesario el uso de materiales dieléctricos entre las múltiples capas de la antena.

Algunos estudios científicos dan a conocer algunas implementaciones particulares de este tipo 15 de antenas, por ejemplo, Yijun Zhou et al ‘A Novel 1.5” Quadruple Antenna forTri-Band GPS Applications; Zhou, Y et al ‘Dual Band Proximity-Fed Stacked Patch Antenna for Tri-Band GPS Applications; o F. Zhao et al ‘A circularly polarized aperture stacked patch microstrip antenna for L band’.

No obstante, los citados estudios conducen a implementaciones de antenas de elevada 20 complejidad, dificultando así su fabricación y/o obteniendo pérdidas óhmicas elevadas.

Por otro lado, existen también algunas antenas comerciales en el mercado, tales como las comercializadas bajo las marcas JavaD Triant, JavaD G3T o las Antcom 42GNSSA-XT-1, 52GNSSA-XT-1, TW3870 y 53G1215A-XT-1, si bien ninguna de ellas permite alcanzar las características técnicas que la antena propuesta en la presente invención. Por ejemplo, en 25 comparación con las antenas de JavaD, la antena propuesta presenta valores superiores de eficiencia y de relación axial, siendo mucho mejor para aplicaciones de polarimetría. Por otro lado, en comparación con la antena de Antcom los valores de eficiencia medidos y la directividad son más elevados. En la siguiente tabla pueden observarse algunos de estos parámetros diferenciales entre las diferentes antenas existentes en el mercado y la antena 30 propuesta en la presente invención.

Ganancia Neta Axial Ratio

L1 L5 L1 L5

Antena multibanda propuesta

4.96 dB 6.78 dB < 2.4 dB < 3.6 dB

JavaD Triant

4 dB 5 dB 3 dB Max.

JavaD G3T

5 dB 6 dB 3 dB Max.

42GNSSA-XT-1

4.5 dB 3 dB 7 dB 2-3 dB

52GNSSA-XT-1

3.6 dB 2.4 dB 5 dB 0.5 dB

TW3870*

4.5 dB 3 dB < 2 dB < 2 dB

53G1215A-XT-1 *

4.7 dB 3.3 dB 2 dB 2 dB

* Comparación realizada con una antena de bandas L1 y L2 en vez de L1 y L5.

Referencias

Zhou, Y.; Chen, C.; and Volakis, J.; \Dual Band Proximity-Fed Stacked Patch Antenna for Tri-Band GPS Applications,"IEEE Trans. Anten. and Propag., Vol. 55, nº 1, pp. 220-223, January 2007. 5

Zhou, Y.; Koulouridis, S.; Kiziltas, G. and Volakis J.; \A Novel 1.500 Quadruple Antenna for Tri-Band GPS Applications,"IEEE Atennas and Wireless Propag. Letters, Vol. 5, pp. 224-227, 2006.

Doust, E.G.; Clenet, M.; Hemmati, V. and Wight, J.; \An Aperture-Coupled Circularly Polarized Stacked Microstrip Antenna for GPS Frequency Bands L1, L2, and L5,"Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008. AP-S 2008. IEEE, July 2008. 10

Breve exposición de la invención

A tal efecto, la invención aporta una antena multibanda, de tipo parche, comprendiendo según técnicas ya conocidas, una pluralidad de capas apiladas entre sí formando múltiples cavidades dieléctricas internas dispuestas sobre el plano de masa de la antena.Según la propuesta de esta invención, la antena incluye un primer parche, fijado en la capa superior de dicha pila de 15 capas, que incluye al menos dos líneas de transmisión alargadas con al menos una zona de intersección entre ellas, y está alimentado eléctricamente por los extremos de dichas líneas de transmisión.

Las referidas dos líneas de transmisión alargadas pueden definir, según unos ejemplos de realización, bien una cruz de brazos de iguales dimensiones, una cruz de brazos de diferentes 20 dimensiones, o incluso una configuración en ‘L’. Generalmente, la anchura de las dos líneas de transmisión será constante y sus extremos tendrán las mismas dimensiones.

Las diferentes capas apiladas entre sí están sintonizadas, cada una, a una determinada banda de trabajo. Preferiblemente, las capas más próximas al plano de masa tendrán bandas frecuenciales más bajas. Además, las capas internas de dicha pila estarán conectadas a masa 25 por su punto central.

De acuerdo a un ejemplo de realización de la invención, la capa adyacente a la citada capa superior incluye un segundo parche sintonizado en una banda de frecuencia L1 y la capa inferior a la anterior capa alimentada en la banda L1 incluye un tercer parche sintonizado en una banda de frecuencia L5. 30

Las dos antenas así construidas están polarizadas según dos polarizaciones lineales y ortogonales. Estas dos polarizaciones se pueden además combinar entre sí para obtener una polarización circular a derechas o a izquierdas. Esta combinación se realiza mediante un circuito híbrido de 90º implementado en la propia antena o como un circuito externo.

De acuerdo a un ejemplo de realización preferido de la invención, el dieléctrico utilizado en las 35 citadas cavidades dieléctricas es del tipo Rogers 4003c.

Descripción de las figuras

Las anteriores y otras características y ventajas resultarán más evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1 es una ilustración de la antena multibanda propuesta según el ejemplo de realización 5 en la que las dos líneas de transmisión alargadas son perpendiculares, en este caso de anchura constante y definen una cruz de brazos iguales;

La Fig. 2 es una ilustración de la antena multibanda propuesta según el ejemplo de realización en la que las dos líneas de transmisión alargadas son perpendiculares, en este caso de anchura constante y definen una configuración en ‘L’; 10

La Fig. 3 muestra un corte transversal de la antena multibanda propuesta para un ejemplo de realización preferido, dónde se muestran las diferentes capas, parches y dieléctricos que pueden ser utilizados en la fabricación de la antena.

Descripción detallada de unos ejemplos de realización

La presente invención incluye una pluralidad de capas C1…Cn apiladas entre sí formando 15 múltiples cavidades dieléctricas internas con el plano de masa de la antena. Dicha pluralidad de capas (C1…Cn) comprende al menos 5 capas.

De manera característica y particular de la presente invención, la antena incluye un primer parche P1, que está fijado en la capa superior C1 de dicha pila de capas C1…Cn, que incluye al menos dos líneas de transmisión alargadas A, con al menos una zona de interferencia de 20 sus trayectorias, y que está alimentado eléctricamente por los extremos de las citadas líneas de transmisión A. Dicha cruz comprende unos brazos de dimensiones de alrededor 35 milímetros de longitud y 5.5 milímetros de ancho. La última capa Cn será utilizada como plano de masa.

Con referencia a la Fig. 1, se ilustra, de acuerdo a un primer ejemplo de realización, la antena multibanda propuesta para el caso en que las citadas líneas de transmisión A del primer parche 25 P1 conforman una forma de cruz de brazos de dimensiones iguales.

Alternativamente, según otro ejemplo de realización de la antena propuesta, en este caso no ilustrado en esta descripción, la citada cruz podría incluir unos brazos de diferentes dimensiones.

Con referencia ahora a la Fig. 2, se ilustra un segundo ejemplo de realización de la presente 30 invención, en dónde en este caso, las citadas líneas de transmisión A del primer parche P1 definen una configuración en ‘L’.

De manera preferida, las líneas de transmisión A serán perpendiculares entre sí, y por ello separadas angularmente 90°, aunque no resulta necesario pudiendo comprender pequeñas variaciones de separación angular. 35

De acuerdo a los ejemplos de realización mostrados en las Figs. 1 y 2, las citadas capas C1…Cn apiladas entre sí están sintonizadas a una banda de trabajo, estando situadas las capas de bandas frecuenciales más bajas más próximas al plano de masa y estando las capas internas de dicha pila conectadas a masa por su punto central.

La capa adyacente, C2 según se ilustra en las Figs. 1 y 2, a dicha capa superior C1 incluye un 40 segundo parche P2 que está sintonizado en una banda de frecuencia L1 y la capa inferior, C3 según las Figs. 1 y 2, a la citada capa C2 incluye un tercer parche P3 sintonizado en una banda de frecuencia L5. Generalmente, el segundo parche P2 de la capa C2 será de menores dimensiones que el tercer parche P3 de la capa C3.

Las dos antenas construidas en base a apilar las capas descritas anteriormente tienen dos polarizaciones lineales y ortogonales. Si se requiere, las dos polarizaciones se pueden combinar para obtener una polarización circular a derechas o a izquierdas. La combinación preferiblemente se realizará mediante un híbrido de 90º implementado bien en una capa adicional, o como un circuito externo. 5

Con referencia a la Fig. 3 se muestra un corte transversal de la presente invención de acuerdo a una realización preferida incluyendo las dimensiones óptimas de la antena propuesta.

La antena multibanda propuesta puede consistir en una antena bibanda GPS y Galileo: L1 y L5 (GPS) y E1 y E5 (Galileo), en dónde la citada pila de capas C1…Cn consta de 5 capas con dieléctrico Rogers 4003c, todas ellas definiendo una estructura de planta cuadrangular o similar 10 de dimensiones 95.1 x 95.1 mm.

Cada una de las cavidades dieléctricas tiene el mismo grosor, elegido de tal forma que se alcancen especificaciones de ancho de banda óptimas. Esto se debe a que al aumentar las pérdidas, aumenta el ancho de banda a costa de reducir la adaptación. Por ello, en esta implementación preferida se han utilizado un total de 5 capas de dieléctrico Rogers 4003c, de 15 unos 1,5 mm cada una, para alcanzar las citadas especificaciones. Para el pegado del dieléctrico Rogers 4003c se utiliza preferiblemente un pegamento Rogers 4450b de un grosor de 101µm por tener una constante dieléctrica similar a la del Rogers 4003c. Si bien, otro tipo de pegamentos tal cómo una resina epoxy también podría ser utilizada.

Los brazos de la cruz del citado ejemplo que corresponde con la realización preferida se han 20 elaborado en este caso con forma rectangular con un tamaño de 35.708 milímetros de longitud por 5.460 milímetros de ancho, el segundo parche P2 es un cuadrado de 48.113 mm de lado y el tercer parche P3 es un cuadrado de 61.033 milímetros de lado. Además, la distancia del centro de la antena a los puntos de alimentación es de 12.650 milímetros.

A un experto en la técnica se le ocurrirán modificaciones y variaciones a partir de los ejemplos 25 de realización mostrados y descritos sin salirse del alcance de la presente invención según está definido en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

1. REIVINDICACIONES
2. 1. Antena multibanda, de tipo parche que comprende una pluralidad de capas (C1…Cn) apiladas entre sí formando múltiples cavidades dieléctricas internas dispuestas sobre el plano de masa de la antena, caracterizada porque comprende un primer parche (P1), fijado en la 5 capa superior de dicha pila de capas (C1…Cn), que incluye al menos dos líneas de transmisión alargadas (A) con al menos una zona de intersección de sus trayectorias, y está alimentado eléctricamente por los extremos de dichas líneas de transmisión (A).
3. 2. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas dos líneas de 10 transmisión alargadas (A) son perpendiculares y definen una cruz, de brazos iguales o diferentes.
4. 3. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque dichas dos líneas de transmisión alargadas (A) son perpendiculares y definen una configuración en “L”, de lados 15 iguales o distintos.
5. 4. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque cada una de dicha pluralidad de capas (C1…Cn) apiladas entre sí está sintonizada a una banda de trabajo, estando situadas las capas de bandas frecuenciales más bajas más próximas al plano de masa. 20
6. 5. Antena según la reivindicación 4, caracterizada porque las capas internas de dicha pila están conectadas a masa por su punto central.
7. 6. Antena según la reivindicación 5, caracterizada porque la capa adyacente a dicha 25 capa superior comprende un segundo parche (P2) sintonizado en una banda de frecuencia L1 y la capa inferior a dicha capa alimentada en la banda L1 comprende un tercer parche (P3) sintonizado en una banda de frecuencia L5.
8. 7. Antena según la reivindicación 6, caracterizada porque dicho segundo parche (P2) 30 sintonizado en la banda L1 es inferior ha dicho tercer parche (P3) sintonizado en la banda L5.
9. 8. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha pluralidad de capas (C1…Cn) generan dos polarizaciones lineales y ortogonales.
10. 9. Antena según la reivindicación 8, caracterizada porque dichas dos polarizaciones lineales y ortogonales se pueden combinar apropiadamente utilizando un circuito híbrido de 90º para obtener polarizaciones circulares a izquierdas y/o derechas.
11. 10. Antena según la reivindicación 1, caracterizada porque cada una de las cavidades 40 dieléctricas de dichas múltiples cavidades dieléctricas formadas tiene el mismo grosor.
12. 11. Antena según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha pluralidad de capas (C1…Cn) comprende al menos 5 capas.
13. 12. Antena según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha pluralidad de capas (C1…Cn) son de planta cuadrangular.
14. 13. Antena según las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dichas cavidades dieléctricas comprenden un dieléctrico Rogers 4003c. 50
15. 14. Antena según la reivindicación 2, caracterizada porque dicha cruz comprende unos brazos de dimensiones de alrededor 35 milímetros de longitud y 5.5 milímetros de ancho.

    Fig. 1

    Fig. 2

    Fig. 3