ES2637813T3

ES2637813T3 - Antena multibanda de circuito impreso y método de fabricación de la misma

Info

Publication number: ES2637813T3
Application number: ES10156811.1T
Authority: ES
Inventors: Rene Christian; Bernard Sandler
Original assignee: UTC Fire and Security Americas Corp Inc
Current assignee: Carrier Fire and Security Americas Corp
Priority date: 2009-03-24
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2017-10-17
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: EP2234208B1; EP2234208A1; US20100245181A1; US8525730B2; CA2697293A1

Abstract

Una antena multibanda (110) que comprende: una placa de circuito impreso (PCB) (320); una primera pista acoplada a una primera superficie (302) del PCB y que se extiende a lo largo de al menos una porción de la longitud de un primer lado (306) del PCB y a lo largo de al menos una porción de una longitud de un segundo lado (308) del PCB que cruza el primer lado, la primera pista situada próxima a un perímetro (301) del PCB definida parcialmente por el primer lado y el segundo lado; una segunda pista acoplada a una segunda superficie (304) del PCB (320), la segunda pista situada próxima al perímetro del PCB, caracterizada porque: la primera pista tiene una longitud (L1) y opera en una banda de baja frecuencia; la segunda pista tiene una longitud (L2) y opera en una banda de alta frecuencia; y una porción de la primera pista se superpone a una porción de la segunda pista para proporcionar un acoplamiento entre la primera pista y la segunda pista, permitiendo el acoplamiento la división en modo resonante que permite que la banda de baja frecuencia y la banda de alta frecuencia parezcan más anchas, aumentando así el ancho de banda.

Description

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DESCRIPCION

Antena multibanda de circuito impreso y metodo de fabricacion de la misma ANTECEDENTES DE LA INVENCION Campo de la invencion

Las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a una antena multibanda de circuito impreso y, mas particularmente, a una antena multibanda de circuito impreso con una primera pista que opera en una banda de baja frecuencia sobre una primera superficie de la placa de circuito impreso y una segunda pista que opera en una banda de alta frecuencia sobre una segunda superficie opuesta de la placa de circuito impreso.

Descripcion de la tecnica relativa

Los dispositivos de comunicacion portatiles que se comunican con servicios inalambricos operan frecuentemente en diferentes bandas de frecuencia. Se pueden utilizar diferentes bandas de frecuencias, por ejemplo, en diferentes regiones geograficas, para diferentes proveedores inalambricos y para diferentes servicios inalambricos. Los buscapersonas, terminales de datos, telefonos moviles, otros dispositivos inalambricos y dispositivos inalambricos de funcion combinada requieren a menudo una antena o multiples antenas que respondan a multiples bandas de frecuencias. Como ejemplo de una necesidad para la recepcion y transmision multibanda, al menos algunos telefonos moviles "universales" deben adecuarse a las siguientes bandas: Sistema Global para Comunicacion con Moviles o Grupo Especial Movil (GSM); Sistemas Celulares Digitales (DCS); y Servicios de Comunicacion Personal (PCS).

Ejemplos de antenas multibanda para uso en comunicaciones moviles se describen en la publicacion WO 2005/076407 A2.

Aunque existen diversos disenos disponibles para antenas externas multibanda, los dispositivos de comunicacion portatiles convencionales alojan antenas internamente o dentro de una carcasa del dispositivo sobre una placa de circuito impreso (PCB). Sin embargo, las antenas PCB convencionales son incapaces de alcanzar cuatro anchos de banda, tales como 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz y 1900 MHz simultaneamente. Ademas, las antenas PCB convencionales no pueden conseguir anchos de banda muy bajos, tales como 824 MHz, sin tener que extender una antena para interactuar con otros componentes dentro de un dispositivo. Un factor que hace que las antenas PCB convencionales sean incapaces de conseguir capacidades multibanda es que las pistas en las antenas PCB convencionales incluyen mas de cuatro curvas (por ejemplo, cuatro giros de 90°) adoptando, por ejemplo, forma de espiral. Sin embargo, cuantas mas curvas hace una pista, es menos eficaz como radiador porque la pista interactuara con el material del PCB y por lo tanto, disipara mas energfa en el PCB en lugar de radiar la energfa.

La figura 12 es un ejemplo de un sistema convencional 1200 disenado para transferir una tierra a una placa base 1202. El aparato convencional 1200 comprende dos cables coaxiales 1204 y 1205 y una antena 1206 con un extremo de tierra soldado a una tierra de una placa base 1202. Adicionalmente, un cable coaxial de tierra 1210 esta soldado a un borde de la placa base 1202, permitiendo tan solo que un conductor central haga contacto con una base de la antena 1206. Los aparatos convencionales tienen diversos problemas cuando conectan, por ejemplo, la antena 1206 a una radio 1212. Por ejemplo, la radio 1212 es un PCB secundario que tiene una tierra que esta mal conectada a la placa madre 1202.

Adicionalmente, los aparatos convencionales descuidan un efecto de los cables coaxiales. Por lo tanto, a menos que haya un balun en la base de la antena o a menos que la antena este alimentada con una lmea de transmision verdaderamente diferencial, las corrientes de radiofrecuencia fluyen sobre el exterior del cable coaxial y radian, lo cual es no es deseable.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION

De acuerdo con la invencion, se proporciona una antena multibanda como se expone en la reivindicacion 1.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Las realizaciones no limitativas y no exhaustivas se describen con referencia a las siguientes figuras, en las que los mismos numeros de referencia se refieren a partes similares a lo largo de las diferentes vistas a menos que se especifique lo contrario.

La Figura 1 es un diagrama de bloques de una red de comunicacion inalambrica ejemplar.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicacion inalambrica ejemplar.

La figura 3 es una vista esquematica de una primera superficie de una placa de circuito impreso ejemplar que incluye una primera pista.

La figura 4 es una vista esquematica de una segunda superficie de una placa de circuito impreso ejemplar que incluye una segunda pista.

La figura 5 es una vista esquematica de una primera superficie de una placa de circuito impreso ejemplar incluye una primera pista.

5 La figura 6 es una vista esquematica de una segunda superficie de una placa de circuito impreso ejemplar que incluye una segunda pista.

La figura 7 es una vista esquematica de una primera superficie de una placa de circuito impreso ejemplar que incluye una primera pista.

La Figura 8 es una vista esquematica de una segunda superficie de una placa de circuito impreso ejemplar que 10 incluye una segunda pista.

La figura 9 es un grafico que muestra un rendimiento maximo disponible con relacion a la perdida por reflexion de una antena PCB multibanda.

La figura 10 es un grafico que muestra las mediciones de perdida por reflexion.

La figura 11 es una porcion del grafico mostrado en la figura 10.

15 La figura 12 es un ejemplo ilustrativo de un aparato convencional disenado para transferir una tierra a una placa base.

Las figuras 13 y 14 son ejemplos ilustrativos de un aparato ejemplar para transferir una tierra a una placa base de acuerdo con realizaciones de la presente descripcion.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

20 Haciendo referencia inicialmente a la Figura 1, se muestra un diagrama de bloques de una red de comunicacion inalambrica ejemplar y disenada generalmente como red inalambrica 100. En una realizacion, la red inalambrica 100 puede ser cualquier red de comunicacion inalambrica que comprenda dos o mas dispositivos de comunicacion inalambrica 102 y 104. La red inalambrica 100 puede utilizarse para comunicar cualquier tipo o combinacion de informacion en cualquier formato adecuado incluyendo, sin limitacion, el formato de audio, video y/o datos. En una 25 realizacion, los dispositivos de comunicacion 102 y 104 pueden comunicarse directa o indirectamente (por ejemplo, a traves de uno o mas de los dispositivos inalambricos 102 y 104 actuando como un encaminador inalambrico) con un sistema de comunicacion inalambrica 106, aunque tal comunicacion no sea necesaria.

Adicionalmente, el sistema de comunicacion inalambrica 106 puede ser cualquier sistema de acceso publico o cualquier sistema privado y puede usar cualquier protocolo de acceso y/o enlace apropiado para comunicarse con 30 los dispositivos de comunicacion inalambrica 102 y 104 incluyendo, sin limitacion, analogico, digital, basado en paquetes, acceso multiple por division en el tiempo (TDMA) acceso multiple por division de codigo (CDMA), tales como secuencia directa CDMA, salto de frecuencia CDMA, acceso multiple por division de codigo de banda ancha (WCDMA), acceso multiple por division de frecuencia (FDMA), espectro ensanchado o cualquier otro acceso o protocolo de enlace o metodologfa conocido o en desarrollo. El sistema de comunicacion inalambrica 106 puede 35 utilizar ademas cualquiera de una variedad de protocolos de red, tales como, por ejemplo, Protocolo de Datagramas de Usuario (UDP), Protocolo de Control de Transmision/Protocolo de Internet (TCP/IP), APPLETALK, Intercambio Entre Paquetes/intercambio Secuencial de Paquetes (IPX/SPX), Sistema de Entrada Salida Basico de Red (Net BIOS), o cualquier protocolo privado o no privado, para comunicar informacion digital de voz, datos y/o video con dispositivos inalambricos 102 y 104 y/o otras redes a las que se pueda conectar el sistema de comunicacion 40 inalambrica 106. Por ejemplo, el sistema de comunicacion inalambrica 106 puede estar conectado a una o mas redes de area ancha, tales como Internet 108 y/o una red telefonica publica conmutada 118.

Cada dispositivo de comunicacion inalambrica 102 y 104 puede ser, por ejemplo, un telefono celular, un terminal de datos movil, una radio bidireccional, un asistente digital personal (PDA), un ordenador de mano, un ordenador portatil, un dispositivo de correo electronico inalambrico, un dispositivo de mensajena bidireccional o cualquier 45 combinacion de los mismos que haya sido modificado o fabricado para incluir la funcionalidad del asunto del objeto descrito. En la siguiente descripcion, el termino "dispositivo de comunicacion inalambrica" se refiere a cualquiera de los dispositivos mencionados anteriormente y cualquier dispositivo adecuado que funcione de acuerdo con el tema descrito.

Cada dispositivo de comunicacion inalambrico 102 y 104 como se muestra, comprende por lo menos una realizacion 50 de una antena multibanda 110 en circuito impreso (PCB), junto con varios otros componentes como se describe con mas detalle a continuacion con respecto a la Figura 2. La antena PCB multibanda 110 esta configurada para recibir y transmitir mensajes y otras senales en al menos una banda de baja frecuencia y en al menos una banda de alta frecuencia. En una realizacion, la antena PCB multibanda 110 esta tambien cubierta por una envoltura protectora (no mostrada), tal como una envolvente.

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Con referencia ahora a la figura 2, se muestra un diagrama de bloques de un dispositivo de comunicacion inalambrica ejemplar que funciona en la red de comunicacion inalambrica 100 y disenado en general como dispositivo de comunicacion inalambrica 200. En una realizacion, todos los dispositivos de comunicacion en la red inalambrica 100 pueden configurarse de manera identica a, o al menos sustancialmente, similar a la configuracion del dispositivo de comunicacion inalambrica 200.

El dispositivo de comunicacion inalambrica 200 comprende la antena PCB multibanda mencionada anteriormente 110 y un procesador 204, una memoria 206 y una interfaz de usuario 208. En una realizacion, el dispositivo de comunicacion inalambrica 200 comprende ademas una pantalla 210 y/o un circuito de aviso 212, asf como otros componentes convencionales (no mostrados).

Como se ha indicado anteriormente, la antena PCB multibanda ejemplar 110 esta configurada para transmitir senales de mensajes a y/o recibir senales de mensajes desde otro dispositivo inalambrico y/o sistema de comunicacion inalambrica 106. Las senales de los mensajes pueden ser, por ejemplo, senales de radio y/o senales moduladas de audio, video y/o datos. En una realizacion, las senales de los mensajes se comunican a traves de canales preestablecidos dentro de una banda de frecuencia seleccionada, por ejemplo, bandas de frecuencia establecidas por el Sistema Global de Comunicacion con Moviles o Grupo Movil Especial (GSM) (por ejemplo, 824 MHz, 850 MHz y 900 MHz); Sistemas Celulares Digitales (DCS) (por ejemplo, 1800 MHz); y Servicios de Comunicacion Personal (PCS) (por ejemplo, 1900 MHz). A diferencia de las antenas PCB convencionales, la antena PCB multibanda 110 descrita en este documento es capaz de tener suficiente ancho de banda para conmutar entre dos bandas de frecuencia y cuatro bandas de frecuencia, por ejemplo, dos bandas de baja frecuencia y dos bandas de alta frecuencia.

En una realizacion, la antena PCB multibanda 110 emplea tecnicas de desmodulacion para recibir senales de mensajes entrantes transmitidos por otro dispositivo inalambrico o por el sistema de comunicacion 106, asf como tecnicas de modulacion y amplificacion para transmitir senales de mensajes salientes a otros dispositivos de comunicacion y/o sistema de comunicacion inalambrica 106. En una realizacion, el procesador 204 esta configurado para enviar senales de mensajes a otro dispositivo de comunicacion o sistema de comunicacion inalambrica 106 a traves de la antena PCB multibanda 110. La senal de mensajes transmitida puede comprender, por ejemplo, uno o mas paquetes de datos que contienen informacion de senales de radio, audio, textos, graficos y/o video.

Haciendo referencia a las Figuras 3 y 4, la antena PCB multibanda 110 comprende una primera superficie 302 y una segunda superficie opuesta 304. Un primer lado 306, un segundo lado 308, un tercer lado 310 y un cuarto lado 312 definen al menos parcialmente una periferia del PCB 320. Aunque el PCB 320 se muestra en las figuras 3 y 4 como un rectangulo, el PCB 320 puede tener cualquier forma y/o configuracion adecuadas incluyendo, sin limitacion, cualquier polfgono, circular u otra forma y/o configuracion adecuadas.

En una realizacion, la primera superficie 302 comprende una primera pista 314 de material conductor acoplada a, y que se extiende a lo largo, o con respecto a, al menos una porcion de una longitud del primer lado 306 proxima a, por ejemplo, en o proxima al penmetro 301 del PCB 320 y al menos a una porcion de una longitud del segundo lado 308 que se cruza con el primero 306. En una realizacion, la primera pista 314 se imprime en la primera superficie 302 y comprende un material conductor hecho de al menos uno de los siguientes: cobre y/o chapado Enig (que es Electroless) y chapado en oro sobre mquel (que evita la oxidacion y mantiene una alta conductividad, baja resistividad y, por lo tanto, alto rendimiento de la antena). Por lo tanto, a diferencia de las pistas convencionales que adoptan una forma en espiral, o que comprenden curvas multiples (por ejemplo cinco o mas curvas a 90°) sin extenderse a lo largo del penmetro de dos o mas lados de una antena PCB, como se muestra en la Figura 3, la primera pista 314 se curva una vez y se extiende a lo largo de la longitud del primer lado 306 y de la longitud del segundo lado 308 a lo largo del penmetro 301 del PCB 320. Asf, utilizando el penmetro exterior 301 del PCB 320, la primera pista 314 solo requiere una curva. Se ha encontrado por los inventores de la presente descripcion, que cuanto menos curvas tenga una pista, menos interactuara la pista con el material del pCb 320, y por lo tanto, se disipara menos energfa en el PCB 320 con lo que se radiara mas energfa. La radiacion de energfa (es decir, la potencia) es deseable porque de ese modo la energfa no se refleja hacia atras hacia el generador. Ademas, el numero de curvas que una pista en particular puede tener depende de una longitud de una pista y/o una o mas dimensiones del PCB 320. En una realizacion en particular, el PCB 320 tiene una longitud medida con relacion a la longitud mostrada en las Figuras 3 y 4 suficiente para comprender una pista sustancialmente lineal que no tiene curvas para facilitar la radiacion de energfa a traves de una antena.

Una antena es un dispositivo redproco, lo que significa que una antena funciona igualmente bien a la misma frecuencia, tanto si se utiliza como antena receptora o como antena transmisora. En las realizaciones descritas en el presente documento, una antena se caracteriza como una antena de recepcion y, por lo tanto, la perdida de retorno (es decir, la relacion de potencia reflejada por la antena dividida por la potencia total enviada a la antena) medida en decibelios (dB) se usa como indicador del rendimiento de la antena. Como una medida relativa, la potencia transmitida y la potencia recibida se puede medir en una direccion y puede ser igual a una potencia radiada total.

En una realizacion adicional, la segunda superficie 304, como se muestra en la Figura 4, comprende una segunda pista 316 de material conductor acoplado a la segunda superficie 304 y que se extiende a lo largo o con respecto a al menos una porcion de una longitud del tercer lado 310 proximo a, es decir, en o cerca del penmetro 301 del PCB

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320 y al menos una porcion de la longitud del segundo lado 308 proxima, es decir, en o cerca del penmetro 301 del PCB 320. En una realizacion en particular, la segunda pista 316 se imprime en la segunda superficie 304 e incluye un material conductor adecuado, tal como el descrito anteriormente con referencia a la primera pista 304. Similar a la primera pista 314, a diferencia de las pistas convencionales, la segunda pista 316 comprende solamente una curva en la realizacion como se muestra en las Figuras 3 y 4. En una realizacion, una parte 318 de la primera pista 314 se superpone a una porcion 322 de la segunda pista 316. La superposicion de la porcion de la primera pista 314 y la segunda pista 316 proporciona un acoplamiento debil entre la primera pista 314 y la segunda pista 316, permitiendo asf una interaccion entre la primera pista 314 y la segunda pista 316 que mejora adicionalmente la capacidad de la antena multibanda PCB 110 para alcanzar frecuencias multibanda, tales como 824 MHz, 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz y 1900 MHz sin necesidad de interaccionar con otro componente dentro del dispositivo de comunicacion inalambrica 200. Sin embargo, una superposicion excesiva puede dar lugar a una excesiva division del modo resonante que no es deseable. Ademas, muy poca superposicion y la division de modo daran lugar a un pequeno grado de acoplamiento, si es que existe, de modo que el acoplamiento no se podra distinguir de, por ejemplo, dos pistas independientes ampliamente separadas, y que por lo tanto no proporciona interaccion entre las pistas. Sin embargo, cuando la primera pista 314 y la segunda pista 316 consiguen un grado de superposicion apropiado, la superposicion adecuada se sintoniza con precision como para proporcionar un grado adecuado de acoplamiento entre resonancias. Cuando esto ocurre, tambien tiene lugar un grado apropiado de division del modo.

El ancho de banda de una antena es funcion de la proximidad a tierra. En ciertas realizaciones, la antena multibanda PCB 110 puede estar orientada paralelamente a un plano de tierra o perpendicular al plano de tierra. Sin embargo, cuando una antena, por ejemplo, la antena multibanda PCB 110 esta orientada paralelamente al plano de tierra, cuanto mas cerca este la antena de tierra la antena tendra un ancho de banda de radiacion mas estrecho y la radiacion de la antena sera mas debil y, convencionalmente, esto no es posible. Sin embargo, aprovechando la division del modo debido al acoplamiento debil entre resonadores (por ejemplo, antena, pistas y radiadores), como se ha descrito anteriormente, es posible lograr una antena de mayor ancho de banda en un espacio mas pequeno debido a que el ancho de banda de cada modo se ensancha realmente, y por lo tanto, se hace factible una antena multibanda que sea paralela al plano de tierra.

Las figuras 5 y 6 muestran una realizacion alternativa de una antena multibanda 110 acoplada a un PCB, por ejemplo, el PCB 320. El PCB 320 comprende una primera superficie 302 que tiene una primera pista 314 que se extiende a lo largo de al menos una porcion de la longitud del primer lado 306, al menos una porcion de la longitud del segundo lado 308 y al menos una porcion de la longitud del cuarto lado 312. Con referencia ademas a la Figura 6, la segunda superficie 304 puede comprender una segunda pista 316 que se extiende a lo largo de al menos una porcion de la longitud del segundo lado 308, al menos una porcion de la longitud del tercer lado 310, y al menos una porcion de la longitud del cuarto lado 312.

Las Figuras 7 y 8 muestran otra realizacion alternativa de una antena multibanda 110 acoplada a un PCB, por ejemplo, el PCB 320. El PCB 320 comprende una primera superficie 302 que tiene una primera pista 314 que se extiende a lo largo de al menos una porcion de la longitud del primer lado 306, al menos una porcion de la longitud del segundo lado 308, al menos una porcion de la longitud del cuarto lado 312 y al menos una porcion de la longitud del tercer lado 310. Haciendo referencia ademas a la Figura 8, la segunda superficie 304 puede comprender una segunda pista 316 que se extiende a lo largo de al menos una porcion de la longitud del segundo lado 308, al menos una porcion de la longitud del tercer lado 310, al menos una porcion de la longitud del cuarto lado 312 y al menos una porcion de la longitud del primer lado 306.

En una realizacion adicional, un metodo para fabricar una antena multibanda acoplada a un PCB que tiene un penmetro al menos parcialmente definido por el primer lado 306, el segundo lado 308 y un tercer lado 310. En una realizacion, el metodo comprende formar la primera pista 306 de material conductor sobre la primera superficie 302 del PCB 320, la primera pista 314 que se extiende a lo largo de al menos una porcion de una longitud del primer lado 306 proximo al penmetro 301 y al menos una porcion de una longitud del segundo lado 308 proximo al penmetro 301. El metodo comprende la formacion de una segunda pista 316 de material conductor sobre la segunda superficie 304 del PCB 320, una segunda pista 316 que se extiende a lo largo de al menos una parte de una longitud del tercer lado 310 proximo al penmetro 301 y al menos una porcion de una longitud del segundo lado 308 proximo al penmetro 301 En una realizacion, la primera pista 314 y la segunda pista 316 se graban en el PCB 320.

Con referencia a las Figuras 3-8, cualquier combinacion de diseno para la primera pista 314 y la segunda pista 316 esta dentro del alcance de la presente descripcion. Por ejemplo, la antena multibanda PCB 110 puede tener una primera superficie 302 como se muestra en la figura 7, con una segunda superficie 304 como se muestra en la figura 4.

En una realizacion, la fabricacion de una antena en la placa de circuito impreso, por ejemplo, la antena multibanda PCB 110, comprende acoplar (por ejemplo, integrar) la primera pista 314 a la primera superficie 302 de la antena multibanda PCB 110 y acoplar la segunda pista 316 a la segunda superficie 304 del PCB mediante, por ejemplo, impresion, grabado, o cualquier metodo o tecnica de acoplamiento adecuada.

Como se ha mencionado anteriormente, la antena multibanda PCB 110 es capaz de conseguir frecuencias de bandas multiples. Sin embargo, como una o mas dimensiones y/o una forma de un PCB (por ejemplo, PCB 320)

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vana de un dispositivo a otro, y como los requisitos para las frecuencias de bandas en particular vanan, al fabricar una antena multibanda PCB, se deben tener en cuenta estos factores para producir una antena multibanda PCB que sea capaz de conseguir multiples frecuencias de bandas.

A continuacion se describira un procedimiento ejemplar para fabricar una antena multibanda PCB que funcione en multiples frecuencias de bandas deseadas.

En una realizacion, una relacion entre una perdida de retorno (dB) y un rendimiento maximo obtenible para una antena multibanda PCB con una primera pista operativa en una banda de baja frecuencia sobre una primera superficie de un PCB y una segunda pista operativa en una banda de alta frecuencia sobre una segunda superficie del PCB opuesta a la primera superficie, se puede mostrar como:

[Rendimiento = 1- (10((perdida de retomo))/10) ] Ecuacion (1)

La Figura 9 es una grafica 900 que muestra el rendimiento 901 con relacion a la perdida de retorno (db) 902. Como se muestra en la Figura 9, un rendimiento maximo disponible aumenta con una perdida de retorno creciente. Por lo tanto, para lograr una antena multibanda PCB eficiente que sea capaz de comunicarse en multiples bandas, las frecuencias de interes y los requisitos de ancho de banda deben tenerse en cuenta al determinar una perdida de retorno y un rendimiento de una antena multibanda PCB. Un conjunto ejemplar de frecuencias de interes y requisitos de ancho de banda, asf como de perdida de retorno deseada calculada y rendimiento deseado en cada canal correspondiente en las frecuencias de interes se muestra en la Tabla 1 a continuacion.

Tabla 1




: Perd. Ret. Rend.

: Canal TX(MHz) RX(MHz) Deseada Deseado




: < >

GSM 850: 128 824 869 -6 0,75

: 189 836,2 881,2 -6 0,75

: 251 849 894 -6 0,75

GSM 900: 975 880,2 925,2 -6 0,75

: 37 897,4 942,4 -6 0,75

: 124 914,8 959,8 -6 0,75

DCS 1800: 512 1710 1805 -6 0,75

: 698 1747,2 1842,2 -6 0,75

: 885 1785 1880 -6 0,75

PCS 1900: 512 1850 1930 -6 0,75

: 661 1880 1960 -6 0,75

: 810 1910 1990 -6 0,75

Por ejemplo, la primera columna de la Tabla 1 enumera frecuencias de interes ejemplar, la columna 2 enumera canales ejemplar en cada una de las frecuencias de interes, las columnas 3 y 4 enumeran frecuencias transmitidas (TX (MHz)) y frecuencias recibidas (RX (MHz), respectivamente, para cada uno de los canales correspondientes en la columna 2, y las columnas 5 y 6 enumeran la perdida de retorno deseada y el rendimiento deseado, respectivamente, para cada uno de los canales correspondientes en la columna 2.

En una realizacion, una eleccion del diseno se basa en la suma o multiplicacion de los valores de perdida de retorno sobre frecuencias de interes que utilizan normas GSM, DCS y PCS. Asf, en un caso de multiplicacion (suponiendo

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un valor absoluto en aras de la claridad) un numero positivo mayor quiere decir una "mejor antena". En un caso de suma, un valor negativo mayor es la "mejor antena".

Se hicieron experimented para varias longitudes de una primera pista de banda baja, por ejemplo, L1_LB, y una segunda pista de banda alta, por ejemplo L2_HB (en la que L1 es una longitud de una primera pista y L2 es una longitud de una segunda pista, y LB representa una banda baja y HB representa una banda alta). La Tabla 2 (a continuacion) proporciona valores para Li y L2 (donde L1 es una longitud de una primera pista y L2 es una longitud de una segunda pista) en las diferentes longitudes. Se midio la perdida de retorno en cada frecuencia para cada antena. Cada antena se corresponde con un archivo en particular “S” como se muestra en la tabla 2 (a continuacion), que tambien proporciona valores para L1_LB y L2_HB a varias longitudes. Tambien se muestran el nombre del archivo y los resultados de una perdida de retorno en cada valor de L1_LB y L2_HB a una frecuencia de 824 MHz. Las perdidas de retorno se calcularon utilizando la siguiente ecuacion:

perdida de retorno = const +

+ A *(U_ LB)+B*(12 _ HB)

+ C*-{L\_LR*L2_HB)

+ D * < £1 + E{M _ MB* 2)

Ecuacion (2)

Tabla 2

L1_LB: L2_HB Archivo 824,00 MHz

24,75: 11,45 S_1 -7,36

25,25: 11,95 S_2 -9,58

24,25: 11,95 S_3 -7,62

25,25: 10,95 S_4 -7,84

24,25: 10,95 S_5 -6,76

24,75: 11,45 S_6 -8,95

25,25: 11,95 S_7 -7,87

24,25: 11,95 S_8 -7,73

25,25: 10,95 S_9 -7,42

24,25: 10,95 S_10 -7,87

24,25: 10 S_11 -7,28

25,25: 10 S_12 -7,61

26,25: 10 S_13 -9,75

26,25: 10,95 S_14 -9,70

26,25: 11,95 S_15 -11,36

24,75: 10,475 S_16 -8,36

25,75: 10,475 S_17 -8,60

25,75: 11,45 S_18 -9,31

24,25: 10 S_19 -7,88

25,25: 10 S_20 -8,06

26,25: 10 S_21 -8,21

26,25: 10,95 S_22 -9,48

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26,25: 11,95 S_23 -9,95

24,75: 10,475 S_24 -8,05

25,75: 10,475 S_25 -8,45

25,75: 11,45 S_26 -9,38

Los coeficientes A, B, C, D y E en las Tablas 3 y 4 (a continuacion) se determinaron (por ejemplo, utilizando la Ecuacion 2) mediante un error cuadrado mmimo ajustado a los datos de perdida de retorno medidos.

Tabla 3

Frec (MHz): 824 835,5 849 869 880,2 897,4 914,6 920 959,6 960

Const: -354,30 -196,80 -196,80 69,40 918,50 802,20 540,30 480,70 198,40 189,10

A: 22,25 13,77 13,77 -1,88 -57,07 -48,78 -36,39 -34,40 -17,98 -17,18

B: 14,78 5,75 5,75 -6,22 -37,14 -38,35 -19,27 -13,49 1,39 1,29

C: -0,43 -0,06 -0,06 0,36 1,40 1,01 0,47 0,36 -0,01 -0,01

D: -0,37 -0,28 -0,28 -0,06 0,81 0,76 0,64 0,62 0,38 0,36

E: -0,20 -0,21 -0,21 -0,08 0,11 0,62 0,37 0,23 -0,04 -0,03

Tabla 4

Frec (MHz): 1710 1747,4 1785 1795 1805 1843 1850 1880

Const: 2734,20 1522,80 701,50 654,30 651,20 776,00 812,20 1150,60

A: -162,91 -100,71 -50,73 -47,81 -47,73 -53,13 -55,20 -82,22

B: -122,81 -49,77 -14,81 -13,12 -12,73 -23,12 -25,23 -28,99

C: 3,84 1,55 0,46 0,39 0,39 0,62 0,68 0,79

D: 2,37 1,67 0,91 0,87 0,87 0,92 0,95 1,49

E: 1,14 0,51 0,19 0,19 0,17 0,37 0,40 0,48

Las columnas de la Tabla 3 y la Tabla 4 representan los componentes de regresion de los coeficientes A, B, C, D y E. Las columnas de la Tabla 3 y la Tabla 4 son frecuencias en Megahercios (MHz). La Tabla 3 y la Tabla 4 ilustran componentes de regresion calculados que indican una sensibilidad de los componentes a la perdida de retorno para determinar una sensibilidad de una antena correspondiente a un cambio de longitud, por ejemplo, L1_LB y L2_HB, que son las longitudes de, por ejemplo, la primera pista 314 y la segunda pista 316 en un lado respectivo de la antena multibanda PCB 110.

La Tabla 3 y la Tabla 4 se pueden ampliar ajustando un modelo para la frecuencia en cada frecuencia de interes y variando L1_LB y L2_LB de manera parametrica para encontrar una combinacion con una mejor perdida de retorno sobre un rango de frecuencia de interes, como se muestra en la Figura 10. Por ejemplo, en la Tabla 3, se asume que una variacion en la produccion de un procedimiento de grabado de una antena multibanda PCB pueda ser de 0,025 milfmetros (0,001 pulg =1 mil).

La Figura 10 es un grafico 1000 que muestra mediciones de perdidas de retorno de antenas de prueba 1001 con respecto a la frecuencia 1003 para un conjunto seleccionado de antenas de prueba (por ejemplo, la Figura 10 ilustra cuatro curvas representadas por cuatro antenas seleccionadas (por ejemplo, cuatro archivos "S"), en la tabla 2).

Como se ha mencionado anteriormente, el acoplamiento que se produce entre un brazo de banda baja y un brazo de banda alta (por ejemplo, primera pista 314 y segunda pista 316) provoca la division del modo, que se muestra, por ejemplo, en el area del grafico 1002 y en la Figura 11, que es una ampliacion del area del grafico 1002. Debido a la division del modo, una resonancia del brazo de banda baja 1004 y una resonancia del brazo de banda alta 1006

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se convierten en realidad en cuatro resonancias 1004, 1006, 1008 y 1010, por ejemplo; dos resonancias de banda baja sintonizadas muy juntas y dos resonancias de banda alta sintonizadas muy juntas. Por lo tanto, a diferencia de las antenas multibanda PCB convencionales que solo pueden reducirse a un tamano en concreto porque la antena es incapaz de conseguir un ancho de banda adecuado cuando la antena es demasiado pequena, la superposicion entre el brazo de banda baja y el brazo de banda alta proporciona acoplamiento y por lo tanto resultara en division del modo que permite que el brazo de banda baja y el brazo de banda alta aparezcan mas anchos, aumentando asf el ancho de banda. Por lo tanto, una antena multibanda PCB mas pequena y mas estrecha, que puede haber sido incapaz de conseguir un ancho de banda apropiado convencionalmente, mediante las realizaciones descritas en la presente memoria, puede resonar entre bandas de interes, por ejemplo, entre aproximadamente 824 MHz a aproximadamente 960 MHz, y desde aproximadamente 1710 mHz a aproximadamente 1990 MHz, como se muestra en los puntos de resonancia 1004 y 1006, los puntos mas bajos en el grafico de la Figura 10.

Analisis del apilamiento de la parte de radio y la placa base

Para superar las deficiencias descritas anteriormente con el aparato convencional, las realizaciones aqu descritas para transferir una tierra a una placa base no solo acoplan capacitivamente la tierra entre una parte de radio y una placa base, proporcionan contencion mecanica para una antena y aumentan el acoplamiento capacitivo a tierra y, por lo tanto, reducen la inductancia en serie a lo largo del exterior de un cable coaxial, sino que tambien requieren solo un cable coaxial que reduce el costo a casi la mitad del costo de los aparatos convencionales que requieren dos cables coaxiales.

La figura 13 es un ejemplo de un aparato 1300 para transferir una tierra a una placa base 1302. El aparato 1300 comprende una placa base 1302, una radio 1312 que tiene un primer extremo 1307 y un segundo extremo 1308 y un primer conector 1310 (es decir, conector de radiofrecuencia) cerca del primer extremo 1307 de la radio 1312. El primer conector 1310 esta configurado para acoplar la radio 1312 y la placa base 1302. El aparato 1300 comprende ademas un cable coaxial 1304 que tiene un primer extremo 1314 acoplado a la radio 1312. El primer conector 1310 y un segundo extremo opuesto 1316 y una antena 1306 (por ejemplo antena multibanda PCB 110) acoplada al segundo extremo 1316 del cable coaxial 1304.

En una realizacion, las corrientes a tierra de radiofrecuencia se transfieren a un borde superior 1320 de la placa base 1302 a traves del contacto directo con el cable coaxial 1304. Por ejemplo, al menos una porcion de una longitud del cable coaxial 1304 puede estar en contacto directo con la placa base 1302. En una realizacion, el cable coaxial 1304 puede estar asegurado a la placa base 1302 para aumentar el acoplamiento capacitivo a tierra y, por tanto, reducir la inductancia en serie a lo largo del exterior del cable coaxial 1304.

En una realizacion, la antena 1306 se puede acoplar al segundo extremo 1316 del cable coaxial 1304 con un punto de soldadura en la placa de tierra sobre una base de antena 1306 para contencion mecanica, aunque tambien son posibles otros medios de acoplamiento.

En una realizacion, el primer conector 1310 esta en contacto ffsico con la radio 1312 y con la placa base 1302 y, por lo tanto, acopla capacitivamente las tierras entre la radio 1312 y la placa base 1302. En una realizacion, la radio 1312 esta sujeta a la placa base 1302 con cualquier medio de fijacion adecuado, por ejemplo, un tornillo.

La Figura 14 muestra un ejemplo mas detallado de un aparato 1400 para transferir una tierra a una placa base 1402. Por ejemplo, la Figura 14 muestra componentes entre una radio 1412 y la placa base 1402. Una ventaja del aparato 1400 es que el aparato 1400 proporciona contacto ffsico directo/indirecto con cada componente de la radio 1412 y/o de la placa base 1402. Por ejemplo, se configura una distancia entre la radio 1412 y la placa base 1402 para permitir que una bateffa 1406 tenga contacto ffsico directo con la radio 1412 y con la placa base 1402.

Para lograr una distancia entre la radio 1412 y la placa base 1402 que permita el contacto ffsico con uno o mas componentes entre la radio 1404 y la placa base 1402, en una realizacion, un conector 1407 (por ejemplo, un conector de radiofrecuencia) tiene una altura 1408 menor que una altura maxima de la bateffa 1406. En una realizacion adicional, la altura del conector 1408 es igual a la altura total 1410 menos la medida del radio 1413. En otra realizacion mas, la altura del conector 1408 es mayor que un espacio de separacion 1414 (por ejemplo, una distancia entre la radio 1412 y la placa base 1402), y es tambien igual a la altura total 1410 menos la medida del radio 1413. En una realizacion adicional, la altura total 1410 menos la medida del radio 1413 menos la altura del conector 1408 es mayor que cero.

Esta descripcion escrita utiliza ejemplos para describir la invencion, incluyendo el mejor modo, y tambien para permitir a cualquier experto en la tecnica practicar la invencion, incluyendo la fabricacion y uso de cualquier dispositivo o sistema y la realizacion de cualquier metodo incorporado. El alcance patentable de la invencion esta definido unicamente por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Una antena multibanda (110) que comprende: una placa de circuito impreso (PCB) (320);

una primera pista acoplada a una primera superficie (302) del PCB y que se extiende a lo largo de al menos una porcion de la longitud de un primer lado (306) del PCB y a lo largo de al menos una porcion de una longitud de un segundo lado (308) del PCB que cruza el primer lado, la primera pista situada proxima a un penmetro (301) del PCB definida parcialmente por el primer lado y el segundo lado;

una segunda pista acoplada a una segunda superficie (304) del PCB (320), la segunda pista situada proxima al penmetro del PCB, caracterizada porque:

la primera pista tiene una longitud (L1) y opera en una banda de baja frecuencia; la segunda pista tiene una longitud (L2) y opera en una banda de alta frecuencia; y

una porcion de la primera pista se superpone a una porcion de la segunda pista para proporcionar un acoplamiento entre la primera pista y la segunda pista, permitiendo el acoplamiento la division en modo resonante que permite que la banda de baja frecuencia y la banda de alta frecuencia parezcan mas anchas, aumentando asf el ancho de banda.
2. Un aparato para la comunicacion movil, comprendiendo el aparato: la antena multibanda de la reivindicacion 1;

una placa base;

una parte de radio que tiene un primer extremo y un segundo extremo;

un primer conector proximo al primer extremo de la radio, configurado el primer conector para acoplar la radio y la placa base; y

un cable coaxial que tiene un primer extremo acoplado a la radio por medio del primer conector, y un segundo extremo opuesto acoplado a la antena multibanda.
3. Un aparato de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la antena comprende suficiente ancho de banda para conmutar entre dos bandas de frecuencia y cuatro bandas de frecuencia.