ES2644589T3 - Grouping of stacked patch antennas - Google Patents

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ES2644589T3
ES2644589T3 ES09809389.1T ES09809389T ES2644589T3 ES 2644589 T3 ES2644589 T3 ES 2644589T3 ES 09809389 T ES09809389 T ES 09809389T ES 2644589 T3 ES2644589 T3 ES 2644589T3
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patch
plate
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radiating
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Michael Philippakis
David Moore
Dean Kemp
Mahesh Patel
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  • Electromagnetism (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Description

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DESCRIPCIONDESCRIPTION

Agrupacion de antenas de parche apiladasGrouping of stacked patch antennas

Esta invencion se refiere a una antena que se puede usar con multiples sistemas de navegacion y posicionamiento global basado en satelite, tales como tanto el GPS de NAVSTAR como el GNSS de Galileo.This invention relates to an antenna that can be used with multiple satellite navigation and global positioning systems, such as both the NAVSTAR GPS and the Galileo GNSS.

Actualmente existen una serie de sistemas de navegacion y posicionamiento global basado en satelite, tales como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) de NAVSTAR de Estados Unidos mencionado anteriormente, que fue desarrollado por los militares de EE.UU. en los anos 70. Cada sistema esta basado en la transmision de senales de alcance en bandas de frecuencia particulares.There are currently a series of satellite navigation and global positioning systems, such as the United States NAVSTAR Global Positioning System (GPS) mentioned above, which was developed by the US military. in the 70s. Each system is based on the transmission of range signals in particular frequency bands.

Actualmente, en el GPS de NAVSTAR, hay por encima de 30 satelites GPS orbitando la Tierra. No obstante, en cualquier momento hay al menos 24 satelites GPS funcionales orbitando la Tierra en orbitas de 12 horas; cuatro satelites en cada uno de seis planos de orbita, cada uno transmitiendo una senal de alcance. Un receptor GPS ffpico requiere senales de alcance de al menos cuatro satelites GPS para determinar su posicion usando geometna y triangulacion.Currently, in NAVSTAR GPS, there are over 30 GPS satellites orbiting the Earth. However, at any time there are at least 24 functional GPS satellites orbiting the Earth in 12-hour orbits; four satellites in each of six orbit planes, each transmitting a range signal. A typical GPS receiver requires signals of at least four GPS satellites to determine its position using geometry and triangulation.

El GPS de NAVSTAR se basa en transmision de senales de alcance en bandas de frecuencia que incluyen L1 (1.575 MHz), L2 (1.227 MHz), L3 (1.381 MHz) y L5 (1.176 MHz), todas que tienen un ancho de banda de 20 MHz. Otros sistemas de navegacion por satelite usan bandas de frecuencia diferentes y mas anchas. Por ejemplo, el nuevo GNSS llamado Galileo, que ha de ser desplegado por la Union Europea, opera en bandas de frecuencia que son diferentes de las usadas por el GPS de NAVSTAR, incluyendo E5a (1.166,45 a 1.186,45 MHz) y E5b (1.197,14 a 1.211,14 MHz). Dado que las dos bandas E5 (E5a y E5b) estan muy cercanas entre sf, se puede suponer que ambas bandas se combinaran y tendran un ancho de banda combinado de 45 MHz.NAVSTAR GPS is based on transmission of range signals in frequency bands that include L1 (1,575 MHz), L2 (1,227 MHz), L3 (1,381 MHz) and L5 (1,176 MHz), all of which have a bandwidth of 20 MHz. Other satellite navigation systems use different and wider frequency bands. For example, the new GNSS called Galileo, which is to be deployed by the European Union, operates in frequency bands that are different from those used by NAVSTAR GPS, including E5a (1,166.45 to 1,186.45 MHz) and E5b (1,197.14 to 1,211.14 MHz). Since the two bands E5 (E5a and E5b) are very close to each other, it can be assumed that both bands will combine and have a combined bandwidth of 45 MHz.

Hay por lo tanto una necesidad de una antena, que pueda recibir senales emitidas en las multiples bandas de frecuencia de cualquiera de los dos sistemas, al tiempo que utiliza las instalaciones GPS existentes. Este requisito es particularmente relevante en aplicaciones en vuelo donde es necesario un reacondicionamiento de la instalacion legada para reducir el coste sin comprometer la navegabilidad. Ademas, una antena de multiples estandares tanto para gPs de NAVSTAR como para GNSS de Galileo sena eficazmente de banda dual, con la banda de frecuencia superior de 1.565 a 1.585 MHz (L1) y la banda de frecuencia inferior de 1.166 a 1.211 MHz (E5).There is therefore a need for an antenna, which can receive signals emitted in the multiple frequency bands of either of the two systems, while using existing GPS installations. This requirement is particularly relevant in flight applications where a reconditioning of the legacy installation is necessary to reduce the cost without compromising navigability. In addition, a multi-standard antenna for both NAVSTAR and Galileo GNSS gps effectively dual band, with the upper frequency band from 1,565 to 1,585 MHz (L1) and the lower frequency band from 1,166 to 1,211 MHz (E5 ).

No obstante, existe un problema en que, con sistemas de antenas, el tamano ffsico de la antena esta relacionado con el ancho de banda del sistema y como el ancho de banda del GNSS de Galileo es mas del doble el del GPS de NAVSTAR, difiere el tamano de las antenas respectivas.However, there is a problem in that, with antenna systems, the physical size of the antenna is related to the bandwidth of the system and as the bandwidth of the Galileo GNSS is more than double that of the NAVSTAR GPS, it differs the size of the respective antennas.

Ademas, el patron de radiacion para la antena GNSS en vuelo de multiples estandares se espera que tenga caractensticas avanzadas en terminos de cobertura y requisitos mas rigurosos sobre la pureza de su polarizacion en comparacion con antenas GPS de banda unica de hoy en dfa.In addition, the radiation pattern for the GNSS antenna in flight of multiple standards is expected to have advanced features in terms of coverage and more stringent requirements on the purity of its polarization compared to today's single-band GPS antennas.

El documento EP-A-0270209 describe una antena de banda dual y el documento US5245745 describe un metodo de hacer una estructura de antena de parche de peffcula gruesa.EP-A-0270209 describes a dual band antenna and US5245745 describes a method of making a thick peffcula patch antenna structure.

Por consiguiente, un objeto de la presente invencion es proporcionar un radiador de multiples estandares para una antena GNSS, que puede recibir senales de alcance transmitidas en multiples bandas de frecuencia desde diferentes GNSS, al tiempo que sigue teniendo un tamano ffsico global que asegura que el conjunto de antenas puede ser compatible hacia atras con estaciones de acoplamiento/fijaciones GPS e instalaciones a bordo de un vehffculo donde ha de ser usado.Therefore, an object of the present invention is to provide a multi-standard radiator for a GNSS antenna, which can receive range signals transmitted in multiple frequency bands from different GNSS, while still having a global physical size that ensures that the Antenna set can be backward compatible with docking stations / GPS fixings and installations on board a vehicle where it is to be used.

Segun la presente invencion se proporciona una placa de elementos radiantes para uso en una antena pasiva, la placa de elementos radiantes que comprende una pluralidad de elementos radiantes de multiples capas, cada uno de los cuales comprende:According to the present invention a radiating element plate is provided for use in a passive antenna, the radiating element plate comprising a plurality of multi-layer radiating elements, each of which comprises:

un primer parche proporcionado en una primera capa para recibir senales dentro de una primera banda de frecuencia; ya first patch provided in a first layer to receive signals within a first frequency band; Y

un segundo parche proporcionado en una segunda capa para recibir senales dentro de una segunda banda de frecuencia,a second patch provided in a second layer to receive signals within a second frequency band,

en donde la pluralidad de elementos radiantes estan dispuestos en la placa de elementos radiantes de manera que cada elemento radiante esta girado secuencialmente un angulo predeterminado a partir de su elemento vecino, todos los elementos estando girados en la misma direccion y en el mismo plano, en donde cada parche esta cortocircuitado a tierra a lo largo de un borde del parche de modo que la radiacion de multiples bandas puede escapar solamente desde una ranura virtual proporcionada sustancialmente a lo largo del borde opuesto de los parches correspondientes; caracterizada por que cada parche tiene dientes serrados proporcionados a lo largo de un primer borde opuesto al borde cortocircuitado a tierra para propositos de banda ancha y de sintonizacion.wherein the plurality of radiating elements are arranged on the radiating element plate so that each radiating element is rotated sequentially at a predetermined angle from its neighboring element, all elements being rotated in the same direction and in the same plane, in where each patch is shorted to ground along one edge of the patch so that multi-band radiation can escape only from a virtual slot provided substantially along the opposite edge of the corresponding patches; characterized in that each patch has serrated teeth provided along a first edge opposite to the shorted edge to ground for broadband and tuning purposes.

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Un ejemplo de la presente invencion se describira ahora con referencia a las siguientes figuras, en las que:An example of the present invention will now be described with reference to the following figures, in which:

la Figura 1 es una vista de despiece de un radiador de multiples estandares que comprende una placa de elementos radiantes segun la presente invencion;Figure 1 is an exploded view of a multi-standard radiator comprising a plate of radiating elements according to the present invention;

la Figura 2 muestra una agrupacion de elementos radiantes que comprende una placa de elementos radiantes; la Figura 3 muestra los parches de los elementos radiantes;Figure 2 shows a group of radiating elements comprising a plate of radiating elements; Figure 3 shows the patches of the radiating elements;

la Figura 4 es una vista en seccion transversal de la Figura 3 tomada entre dos de los parches; las Figuras 5(a) a (d) muestran ejemplos de diferentes estructuras de alimentacion para los parches; la Figura 6 es un diagrama esquematico de una red de formacion de polarizacion;Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3 taken between two of the patches; Figures 5 (a) to (d) show examples of different feed structures for patches; Figure 6 is a schematic diagram of a polarization formation network;

las Tablas 7(a) y 7(b) muestran la ganancia minima y maxima, respectivamente, por encima del horizonte;Tables 7 (a) and 7 (b) show the minimum and maximum gain, respectively, above the horizon;

las Figuras 8(a) y 8(b) muestran una plantilla de patron de radiacion de antena y un primer plano de los detalles a lo largo del horizonte, respectivamente; yFigures 8 (a) and 8 (b) show an antenna radiation pattern template and a close-up of the details along the horizon, respectively; Y

la Figura 9 es una ilustracion en seccion transversal de un elemento radiante, que muestra las distancias relativas entre el cortocircuito y las lmeas de alimentacion.Figure 9 is a cross-sectional illustration of a radiating element, showing the relative distances between the short circuit and the supply lines.

La Figura 1 es una vista de despiece de un radiador de multiples estandares 1, que comprende una placa de elementos radiantes 2 segun la presente invencion. La placa de elementos radiantes 2 esta unida a una placa de circuito de red de formacion de polarizacion 3 y encerrada dentro de un radomo 4, que se sella contra una placa base 5 que tiene surcos para acomodar componentes de la placa de circuito de formacion de polarizacion 3. El radomo 4 puede estar hecho de “PTFE”, “Nailon” o un material similar, aproximadamente de 2,5 mm de espesor. El radomo (4) se une, usando una pelfcula de union de resina epoxi, a la placa base 5, que es idealmente aluminio. Una junta 7, preferiblemente de neopreno o plastico, se puede proporcionar para asegurar un buen sellado entre el radomo 4 y la placa base 5. Alternativamente el radomo se puede pegar directamente en la placa base con adhesivo estructural. Una salida 9 al radiador de multiples estandares 1 se proporciona en la cara inferior de la placa base 5.Figure 1 is an exploded view of a radiator of multiple standards 1, comprising a plate of radiant elements 2 according to the present invention. The radiating element plate 2 is attached to a polarization formation network circuit board 3 and enclosed within a radome 4, which is sealed against a base plate 5 that has grooves to accommodate components of the formation circuit circuit board. polarization 3. Radome 4 can be made of "PTFE", "Nylon" or a similar material, approximately 2.5 mm thick. The radome (4) is attached, using an epoxy resin bonding film, to the base plate 5, which is ideally aluminum. A gasket 7, preferably of neoprene or plastic, can be provided to ensure a good seal between radome 4 and base plate 5. Alternatively, the radome can be glued directly to the base plate with structural adhesive. An outlet 9 to the radiator of multiple standards 1 is provided on the underside of the base plate 5.

Alternativamente, el radomo puede ser un radomo relleno de espuma, que esta formado alrededor de los elementos para mantener el peso de la antena bajo mientras que se asegura una estabilidad mecanica alta, al mismo tiempo evitando la entrada de humedad asf como mitigando los efectos adversos de la presion diferencial.Alternatively, the radome can be a foam filled radome, which is formed around the elements to keep the antenna weight low while ensuring high mechanical stability, while preventing moisture from entering as well as mitigating adverse effects. of differential pressure.

La Figura 2 muestra una agrupacion de cuatro elementos radiantes pasivos 10, que forman una placa de elementos radiantes 2 segun la presente invencion. Los elementos 10 estan dispuestos para formar una placa de elementos radiantes 2 sustancialmente cuadrada, en donde cada elemento 10 esta girado 90 grados a partir de su vecino y todos los elementos 10 estan girados en la misma direccion. La disposicion mostrada en la Figura 2 proporciona una polarizacion circular a derechas aunque se apreciara que se podna lograr tambien una polarizacion a izquierdas cuando los elementos esten orientados en la otra direccion.Figure 2 shows a grouping of four passive radiating elements 10, which form a plate of radiating elements 2 according to the present invention. The elements 10 are arranged to form a plate of radiant elements 2 substantially square, where each element 10 is rotated 90 degrees from its neighbor and all the elements 10 are rotated in the same direction. The arrangement shown in Figure 2 provides a right circular polarization although it will be appreciated that a left polarization could also be achieved when the elements are oriented in the other direction.

Cada elemento radiante pasivo 10 comprende dos parches 11, 12 separados por material dielectrico 13, que es idealmente un material plastico de calidad RF. El material dielectrico esta, preferiblemente, en forma de dielectrico estratificado, basado en propiedades distintas que son importantes en terminos de permitividad dielectrica y que se determinan ambas por la frecuencia de operacion requerida del parche correspondiente mas las limitaciones impuestas en el espacio global maximo que el parche puede ocupar mas el ancho de banda requerido mmimo para la operacion correspondiente.Each passive radiant element 10 comprises two patches 11, 12 separated by dielectric material 13, which is ideally a plastic material of RF quality. The dielectric material is preferably in the form of a stratified dielectric, based on different properties that are important in terms of dielectric permittivity and which are both determined by the required operating frequency of the corresponding patch plus the limitations imposed on the maximum global space that the maximum patch can occupy more than the minimum bandwidth required for the corresponding operation.

El material dielectrico estratificado se ha encontrado que proporciona un rendimiento superior cuando se compara con material dielectrico en forma unica, como se explicara en mas detalle mas tarde. No obstante, un experto reconocera que, aunque se prefiere material dielectrico estratificado, para el caso de antena GPS/Galileo hay muchos materiales dielectricos que pueden permitir una operacion adecuada en una forma unica para satisfacer especificaciones de antena reducidas a un coste inferior.Stratified dielectric material has been found to provide superior performance when compared to dielectric material only, as will be explained in more detail later. However, one expert will recognize that, although stratified dielectric material is preferred, in the case of GPS / Galileo antenna there are many dielectric materials that can allow proper operation in a unique way to meet reduced antenna specifications at a lower cost.

El material dielectrico 13 proporcionado en los elementos radiantes 10 de la presente invencion es sustancialmente en forma de placas dielectricas 13. Como alternativa, el espacio entre los parches 11, 12 se podna rellenar con aire o espuma, como se ha mencionado anteriormente.The dielectric material 13 provided in the radiant elements 10 of the present invention is substantially in the form of dielectric plates 13. Alternatively, the space between patches 11, 12 may be filled with air or foam, as mentioned above.

La construccion de la antena ofrece por lo tanto potencial en terminos de control del volumen de la antena mientras que al mismo tiempo permite la capacidad de operacion de la antena en bandas de frecuencia sustancialmente separadas. Esto se deriva del hecho de que una envoltura volumetrica maxima predefinida se puede hacer compatible con operacion de frecuencia diversa asegurando que el tamano electrico de la antena es adecuado para las frecuencias prescritas usando una ubicacion comun para la alimentacion y la posicion de cortocircuito. Tal eleccion permite tambien la flexibilidad de introducir las caractensticas geometricas requeridas para la fabricacion y sintonizacion eficiente y precisa usando solamente materiales RF de calidad comercial ampliamente disponibles sin recurrir a la necesidad de variantes especializadas o metodos de produccion sofisticados.The construction of the antenna therefore offers potential in terms of controlling the volume of the antenna while at the same time allowing the antenna to operate in substantially separate frequency bands. This derives from the fact that a predefined maximum volumetric envelope can be made compatible with various frequency operation by ensuring that the electrical size of the antenna is suitable for the prescribed frequencies using a common location for power and short-circuit position. Such choice also allows the flexibility to introduce the geometric features required for efficient and precise manufacturing and tuning using only commercially available RF materials without resorting to the need for specialized variants or sophisticated production methods.

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El primer parche 11, proporcionado para la banda de frecuencia (L1), (L2), (L3) o (L5) de GPS de NAVSTAR y de Galileo, se dispone para que este en el exterior de cada elemento radiante 10. Un segundo parche 12, ffsicamente mas grande, se proporciona en una capa interna de cada elemento 10, con una placa dielectrica 13 proporcionada en cualquiera de los dos lados de ella, y cubre simultaneamente las bandas de frecuencia (tanto E5A como E5B) de GPS y de Galileo. Los elementos radiantes pasivos 10 se construyen usando tecnologfa de placas de circuito impreso (PCB) de multiples capas, es decir, varias capas de sustrato unidas entre sf para crear un conjunto de multiples capas grueso.The first patch 11, provided for the frequency band (L1), (L2), (L3) or (L5) of NAVSTAR and Galileo GPS, is arranged to be outside each radiating element 10. A second patch 12, physically larger, is provided on an inner layer of each element 10, with a dielectric plate 13 provided on either side of it, and simultaneously covers the frequency bands (both E5A and E5B) of GPS and Galileo The passive radiant elements 10 are constructed using multi-layer printed circuit board (PCB) technology, that is, several substrate layers bonded together to create a thick multi-layer assembly.

El material dielectrico 13, proporcionado en el elemento radiante 10 entre los parches 11, 12 y en cualquier lado del parche interno 12, asegura que la operacion adecuada en terminos de relacion de onda estacionaria de voltaje (VSWR) de antena se logre haciendo a la antena resonar en las bandas de interes. Ademas, esto asegura que el tamano ffsico global de la antena 1 es compatible hacia atras con las estaciones de acoplamiento/fijaciones GPS existentes e instalaciones a bordo de vetuculos, tales como aeronaves comerciales, donde ha de ser usada.The dielectric material 13, provided in the radiant element 10 between the patches 11, 12 and on either side of the internal patch 12, ensures that the proper operation in terms of the antenna's standing voltage (VSWR) ratio is achieved by doing the antenna resonate in the bands of interest. In addition, this ensures that the overall physical size of the antenna 1 is backwards compatible with existing GPS docking stations / installations and on-board facilities such as commercial aircraft, where it is to be used.

Por ejemplo, muchas aeronaves actualmente emplean antenas solamente GPS con fijaciones que se ajustan a la forma particular como se dicta por el estandar ARINC743A. Cualquier desviacion de los detalles perfilados en este estandar es probable que sea inaceptable en terminos de coste de instalacion y funcionamiento de la estructura de avion global. La altura aumentada es necesaria de modo que, ademas del ancho de banda, el retardo de grupo de la antena sea aceptable en general. Es bien conocido que el factor Q de una antena esta inversamente relacionado con el volumen que ocupa. Tambien es bien conocido que la respuesta al retardo de Grupo de la antena y su variacion a traves de la banda es proporcional al Q de la cavidad de la antena subyacente. Por lo tanto la respuesta de ancho de banda de la antena es crucial en el mantenimiento del rendimiento de retardo de grupo requerido.For example, many aircraft currently employ only GPS antennas with fixings that fit the particular shape as dictated by the ARINC743A standard. Any deviation from the details outlined in this standard is likely to be unacceptable in terms of the cost of installation and operation of the global airplane structure. The increased height is necessary so that, in addition to bandwidth, the antenna group delay is generally acceptable. It is well known that the Q factor of an antenna is inversely related to the volume it occupies. It is also well known that the response to the Group delay of the antenna and its variation across the band is proportional to the Q of the cavity of the underlying antenna. Therefore the antenna bandwidth response is crucial in maintaining the required group delay performance.

La Figura 3 muestra la disposicion de los elementos radiantes 10 en una placa de elementos radiantes 2 segun la presente invencion sin el material dielectrico 13 mostrado. Ambos de los parches externos 11 y los parches internos 12 de cada elemento radiante 10 estan cortocircuitados por hilos 14 que pasan a traves de uno de sus bordes, los hilos 14 que conectan ambos parches 11, 12 a tierra con el fin de que se logre una operacion de cuarto de onda y asegurar que se controla ffsicamente el tamano mecanico global.Figure 3 shows the arrangement of the radiating elements 10 on a plate of radiating elements 2 according to the present invention without the dielectric material 13 shown. Both of the external patches 11 and the internal patches 12 of each radiant element 10 are short-circuited by wires 14 that pass through one of their edges, the wires 14 that connect both patches 11, 12 to ground in order to achieve a quarter wave operation and ensure that the overall mechanical size is physically controlled.

Los cortocircuitos 14 estan colocados en los bordes de cada parche externo 11 y parche interno 12. Esta alineacion es muy util cuando se fabrica el conjunto de antenas global debido a que la colocacion del cortocircuito puede actuar como una grna de alineacion cuando se alinean los parches 11, 12. La alineacion del cortocircuito 14 tambien es util para sintonizar la antena, especialmente el parche interno 12, en la medida que permite que el borde radiante del parche interno 12 sea expuesto.The short circuits 14 are placed at the edges of each external patch 11 and internal patch 12. This alignment is very useful when the overall antenna assembly is manufactured because the placement of the short circuit can act as an alignment line when the patches are aligned. 11, 12. The alignment of the short circuit 14 is also useful for tuning the antenna, especially the internal patch 12, to the extent that it allows the radiating edge of the internal patch 12 to be exposed.

En forma de dielectrico estratificado, las placas dielectricas 13 proporcionan una flexibilidad mejorada sobre las placas dielectricas 13 en forma unica, lo que permite que las distancias electricas de puntos de alimentacion al cortocircuito 14 en dos bandas diferentes para los parches 11, 12 sean ecualizadas, mientras que se mantiene la misma distancia mecanica. La distancia electrica entre el hilo de alimentacion y el cortocircuito 14 tiene que ser la misma tanto para el parche externo 11 como para el parche interno 12. Esto se puede lograr cuando las propiedades dielectricas eficaces de los parches 11, 12 son adecuadas y sintonizadas de manera fina teniendo en cuenta las diferentes frecuencias y bandas a las que pueden operar los dos parches 11, 12.In the form of a stratified dielectric, the dielectric plates 13 provide improved flexibility over the dielectric plates 13 in a unique way, which allows the electrical distances of short-circuit power points 14 in two different bands for patches 11, 12 to be equalized, while maintaining the same mechanical distance. The electrical distance between the supply wire and the short circuit 14 has to be the same for both the external patch 11 and the internal patch 12. This can be achieved when the effective dielectric properties of the patches 11, 12 are adequate and tuned to fine way taking into account the different frequencies and bands at which the two patches 11, 12 can operate.

Esto se puede explicar ademas con referencia a la Figura 9. Si uno supone que el parche externo 11 necesita ser sintonizado en una banda con una frecuencia central f1 (por ejemplo la L1 de GPS o Galileo) y el parche interno 12 en una banda de frecuencia con un valor central f2 (por ejemplo la L5 de GPS o E5 de Galileo), con el fin de que se logre la resonancia deseada, se requiere sintonizar fuera de la parte reactiva de la impedancia de accionamiento Z1 o Z2 para los parches respectivos en el centro de las frecuencias respectivas.This can also be explained with reference to Figure 9. If one assumes that the external patch 11 needs to be tuned in a band with a center frequency f1 (for example the L1 of GPS or Galileo) and the internal patch 12 in a band of frequency with a central value f2 (for example the L5 of GPS or E5 of Galileo), in order for the desired resonance to be achieved, it is required to tune out of the reactive part of the actuation impedance Z1 or Z2 for the respective patches in the center of the respective frequencies.

Dentro de la configuracion preferida esta operacion de resonancia se logra cuando la alimentacion se carga por una reactancia efectiva X1 y X2 adicional respectivamente. La parte de la antena que ofrece esta reactancia de resonancia es la formada entre el punto de alimentacion y la formacion de cortocircuito. De hecho, esta seccion se comporta como dos lmeas de transmision cortas apiladas de longitud comun ds cargadas en el otro extremo por las inductancias La y Lb representando de una forma electrica realista los agujeros pasantes de cortocircuito chapados de metal o cualquier otra realizacion alternativa.Within the preferred configuration this resonance operation is achieved when the feed is loaded by an additional effective reactance X1 and X2 respectively. The part of the antenna that offers this resonance reactance is the one formed between the power point and the short circuit formation. In fact, this section behaves like two stacked short transmission lines of common length ds charged at the other end by the inductances La and Lb representing in a realistic electrical way the metal-plated short-circuit through holes or any other alternative embodiment.

Las ecuaciones de la lmea de transmision se pueden escribir como sigue:The transmission line equations can be written as follows:

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3030

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_ . (2sr La /l + Zatan^ ds))_. (2sr La / l + Zatan ^ ds))

J (Za~2nLa /I tan(/?, ds)) X2= . (2;rLb f 2 +Zb tan(/7, (fa)) ^ {Zb~2jt Lb f 2 tan(/?, ds))J (Za ~ 2nLa / I tan (/ ?, ds)) X2 =. (2; rLb f 2 + Zb tan (/ 7, (fa)) ^ Zb ~ 2jt Lb f 2 tan (/ ?, ds))

conwith

La forma de sintetizacion de las reactancias de resonancia requeridas dentro de la antena descrita es a traves de control de las impedancias caractensticas Za y Zb asf como de las constantes de propagacion p1 y p2 de las lmeas de transmision eficaces ofrecidas por la seccion de la antena a la ubicacion de cortocircuito. Inspeccionando las ecuaciones de la lmea de transmision correspondientes mostradas anteriormente, podemos ver que las inductancias de cortocircuito La, Lb se pueden transformar a impedancia de resonancia X1, X2 en el centro de las dos bandas operacionales diferentes con una eleccion adecuada de las permisividades electricas masivas £a, £b y un valor comun ds para la separacion del punto de alimentacion y la ubicacion de cortocircuito tanto para el parche superior como el inferior.The way of synthesizing the resonance reactances required within the described antenna is through control of the characteristic impedances Za and Zb as well as the propagation constants p1 and p2 of the effective transmission lines offered by the antenna section to the short circuit location. By inspecting the corresponding transmission line equations shown above, we can see that the short-circuit inductances La, Lb can be transformed at resonance impedance X1, X2 at the center of the two different operational bands with an adequate choice of massive electrical permissivities £ a, £ b and a common value ds for the separation of the power point and the short-circuit location for both the upper and the lower patch.

La determinacion precisa para los valores de la de £a, £b y ds es el resultado de la optimizacion matematica basada en un modelo electromagnetico detallado. El objetivo de optimizacion del diseno es el ancho de banda requerido por banda asf como la perdida de retorno maxima (o VSWR) que se puede tolerar en los bordes de la banda.The precise determination for the values of £ a, £ b and ds is the result of mathematical optimization based on a detailed electromagnetic model. The objective of design optimization is the bandwidth required per band as well as the maximum return loss (or VSWR) that can be tolerated at the edges of the band.

La aproximacion practica de las planchas correspondientes con los contenidos de dielectrico masivos £a, £b se basa en el proceso de estratificacion donde el valor medio masivo es aproximadamente la media de los materiales usados ponderados por el espesor correspondiente.The practical approximation of the corresponding plates with the massive dielectric contents £ a, £ b is based on the stratification process where the mass average value is approximately the average of the materials used weighted by the corresponding thickness.

Ademas el proceso matematico tambien puede producir una solucion para la £a, £b y ds bajo la restriccion de que los parches superior e inferior ofrecen un hueco entre sus bordes de un tamano g dado adecuado para la acomodacion de dientes de sintonizacion sobre el parche inferior accesible practicamente desde arriba. Un valor tfpico para g es del orden de 5 mm.In addition, the mathematical process can also produce a solution for the £ a, £ b and ds under the restriction that the upper and lower patches offer a gap between their edges of a given size suitable for accommodating tuning teeth on the lower patch Accessible from above. A typical value for g is of the order of 5 mm.

Por consiguiente, las placas dielectricas 13 se pueden formar a partir de estratificacion de materiales dielectricos comerciales ordinarios, encontrados en la mayona de gamas de productos estandar de fabricantes de material, que ofrecen una gama distinta pero limitada de constantes dielectricas para sintetizar las propiedades dielectricas deseadas. Esta smtesis se logra usando uno o mas materiales comerciales ordinarios con un espesor adecuado, que se dicta por la constante dielectrica masiva que ha de ser sintetizada, como se ha perfilado anteriormente.Accordingly, dielectric plates 13 can be formed from stratification of ordinary commercial dielectric materials, found in the majority of standard product ranges of material manufacturers, which offer a different but limited range of dielectric constants to synthesize the desired dielectric properties. . This synthesis is achieved using one or more ordinary commercial materials with a suitable thickness, which is dictated by the massive dielectric constant to be synthesized, as outlined above.

Los hilos de corte se forman preferiblemente usando agujeros pasantes o vfas chapadas. Por supuesto, se apreciara que medios alternativos de cortocircuitado de los parches 11, 12 a tierra tambien se pueden usar y disenar espedficamente para una aplicacion particular. Por ejemplo, chapar el borde de la PCB con una capa de metal solida, o usar una serie de tiras de metal planas en lugar de hilos. El numero de hilos 14 y sus diametros tambien necesitan ser controlados con precision. Los hilos se pueden pensar como una carga inductiva adicional en serie de una formacion de cavidad resonante de otro modo. Por lo tanto, una eleccion adecuada de su numero y diametro puede afectar a ambas de las frecuencias resonantes precisas para un tamano y disposicion de elemento de antena dado asf como su ancho de banda en resonancia. Ademas otros medios de cortocircuitado se pueden usar en terminos de tiras de metal.The cutting threads are preferably formed using through holes or plated rods. Of course, it will be appreciated that alternative means of short-circuiting patches 11, 12 to ground can also be used and designed specifically for a particular application. For example, veneer the edge of the PCB with a solid metal layer, or use a series of flat metal strips instead of wires. The number of threads 14 and their diameters also need to be precisely controlled. The wires can be thought of as an additional inductive load in series of an otherwise resonant cavity formation. Therefore, an adequate choice of its number and diameter can affect both of the resonant frequencies required for a given size and arrangement of antenna element as well as its resonance bandwidth. In addition other short-circuiting means can be used in terms of metal strips.

El uso de vfas chapadas, no obstante, evita los problemas que se pueden encontrar con otros medios de cortocircuito tales como clavijas metalicas, que pueden ser incomodos como habilitadores de cortocircuito. En particular, para parches mas gruesos, es diffcil lograr la soldadura requerida, especialmente en el parche interno 12 e incluso entonces tal proceso es imperfecto para un conjunto suave deseado de la antena con un efecto adverso en la sintonizacion y el rendimiento. Usando vfas chapadas, no hay necesidad de soldar en la medida que la formacion de los agujeros de via tiene lugar usando tecnicas de circuito impreso estandar en paralelo con los parches dentro del mismo marco de fabricacion. Por lo tanto, no se requiere ningun proceso de acabado, en cuanto a la soldadura de clavijas metalicas.The use of plated rods, however, avoids problems that may be encountered with other short-circuit means such as metal pins, which may be uncomfortable as short-circuit enablers. In particular, for thicker patches, it is difficult to achieve the required welding, especially in the internal patch 12 and even then such a process is imperfect for a desired smooth set of the antenna with an adverse effect on tuning and performance. Using plated rods, there is no need to weld to the extent that the formation of the hole holes takes place using standard printed circuit techniques in parallel with the patches within the same manufacturing frame. Therefore, no finishing process is required, as regards the welding of metal pins.

En la Figura 3 tambien se puede ver que cada uno de los parches 11, 12 tambien tiene un borde serrado, proporcionado preferiblemente en el lado opuesto al lado que esta cortocircuitado. Estos bordes serrados forman dientes de sintonizacion, que permiten una sintonizacion fina de la antena despues del montaje donde, de una forma controlada, algunos dientes 15 se pueden eliminar ffsicamente hasta el punto que la operacion de frecuencia encaja en las bandas de frecuencia requeridas. Disponiendo los dientes de sintonizacion 15 a lo largo del mismo lado de cada uno de los parches 11, 12, cuando multiples placas de conjunto radiante estan dispuestas para formar una antena, es posible una sintonizacion modificando y/o eliminando los dientes 15 sin efecto negativo en la calidad de la polarizacion circular. Preferiblemente, las placas dielectricas 13 no se extienden sobre los dientes 15 del parche interno 12, lo que las permite que sean ajustadas al conjunto de las antenas.In Figure 3 it can also be seen that each of the patches 11, 12 also has a serrated edge, preferably provided on the opposite side to the side that is shorted. These serrated edges form tuning teeth, which allow fine tuning of the antenna after assembly where, in a controlled manner, some teeth 15 can be physically removed to the point that the frequency operation fits into the required frequency bands. By arranging the tuning teeth 15 along the same side of each of the patches 11, 12, when multiple radiating assembly plates are arranged to form an antenna, tuning is possible by modifying and / or eliminating the teeth 15 without negative effect. in the quality of circular polarization. Preferably, the dielectric plates 13 do not extend over the teeth 15 of the internal patch 12, which allows them to be adjusted to the set of the antennas.

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Tfpicamente, 10-20 dientes estan distribuidos de forma regular en toda la longitud de los bordes radiantes unicos de ambos de los parches superior e inferior. Con longitudes de dientes tipicas del orden de 5 mm es posible sintonizar con precision la antena dentro de una fraccion de MHz. La regularidad de la distribucion de los dientes nos permite aplicar facilmente la misma modificacion de sintonizacion a todos los parches correspondientes de la formacion de agrupacion manteniendo de esta manera la simetna que es esencial para un buen rendimiento de la polarizacion circular. Por supuesto, son posibles diferentes numeros de dientes y longitudes de dientes dependiendo de la configuracion requerida.Typically, 10-20 teeth are regularly distributed over the entire length of the single radiant edges of both of the upper and lower patches. With typical tooth lengths of the order of 5 mm it is possible to fine tune the antenna within a fraction of MHz. The regularity of the distribution of the teeth allows us to easily apply the same tuning modification to all the corresponding patches of the formation of grouping thus maintaining the symmetry that is essential for a good performance of circular polarization. Of course, different numbers of teeth and tooth lengths are possible depending on the required configuration.

La Figura 4 es una vista en seccion transversal de la Figura 3, mostrando cada elemento 10 que tiene una estructura de alimentacion que comprende una clavija de alimentacion individual 16 que la atraviesa. En este ejemplo, la clavija de alimentacion 16 se origina en el parche externo 11, atraviesa un agujero 17 proporcionado en el parche interno 12 y entonces fuera a traves de la base de la placa de elementos radiantes 2. Las clavijas de alimentacion 16 conectan por lo tanto cada elemento individual 10 a la placa de circuito 3.Figure 4 is a cross-sectional view of Figure 3, showing each element 10 having a power structure comprising an individual power plug 16 that passes through it. In this example, the power plug 16 originates in the external patch 11, passes through a hole 17 provided in the internal patch 12 and then out through the base of the radiating element plate 2. The power pins 16 connect by therefore each individual element 10 to the circuit board 3.

Son posibles una serie de otras estructuras de alimentacion, como se ilustra en las Figuras 5(a) - (d). Por ejemplo, como se muestra en la Figura 5(a), una senal de alimentacion se puede alimentar en el elemento a traves de un cilindro 18 proporcionado en la parte inferior de un elemento 10, con una clavija de alimentacion 16 que atraviesa el cilindro para conectarlo a la parte inferior del elemento y por lo tanto al parche interno 12, en la medida que la clavija de alimentacion 16 atraviesa el agujero 17 proporcionado en el parche interno 12 para conectar con el parche externo 11. En este ejemplo, el cilindro coaxial metalico insertado 18 que carga el hilo de alimentacion sirve para ofrecer una lmea de transmision incremental en serie que permite un grado de libertad en terminos de una transformacion de impedancia convencional con lmeas en cascada de diferente impedancia caractenstica. Tambien se puede usar como una carga de elemento capacitivo de derivacion principalmente adicional del punto de alimentacion.A series of other feeding structures are possible, as illustrated in Figures 5 (a) - (d). For example, as shown in Figure 5 (a), a feed signal can be fed into the element through a cylinder 18 provided at the bottom of an element 10, with a feed pin 16 running through the cylinder to connect it to the bottom of the element and therefore to the internal patch 12, to the extent that the power plug 16 passes through the hole 17 provided in the internal patch 12 to connect with the external patch 11. In this example, the cylinder Inserted metallic coaxial 18 that loads the feed wire serves to offer an incremental transmission line in series that allows a degree of freedom in terms of a conventional impedance transformation with cascaded lines of different characteristic impedance. It can also be used as a charge of capacitive element of derivation mainly additional from the feeding point.

Alternativamente, como se muestra en la Figura 5(b), uno o dos discos 19 se pueden proporcionar en las partes superior e inferior, respectivamente, del elemento 10 que atraviesa la clavija de alimentacion 16, conectando por ello el parche externo 11 y el parche interno 12 a la placa de circuito 3. La alimentacion 16 cargada de disco 19 permite principalmente una carga distribuida de la lmea que puede parecerse a una seccion de paso bajo de inductor condensador - LC cargada.Alternatively, as shown in Figure 5 (b), one or two discs 19 can be provided in the upper and lower parts, respectively, of the element 10 that passes through the power plug 16, thereby connecting the external patch 11 and the internal patch 12 to the circuit board 3. The feeder 16 loaded with disc 19 mainly allows a distributed load of the line that can resemble a low-pass section of capacitor inductor-LC loaded.

Otra opcion, mostrada en la Figura 5(c), es alimentar una senal a traves de una clavija de alimentacion 16 en las proximidades de uno o mas postes de sintonizacion 20 excitados parasitariamente proporcionados en la base de un elemento 10, en el lado del agujero 8 que atraviesa la clavija de alimentacion 16 para entrar en el elemento 10. Tambien referida como carga del terminal parasito 20 del punto de alimentacion 16, esta disposicion, a traves principalmente de la naturaleza capacitiva, tambien se puede prever en general como una carga de seccion de inductor condensador LC en serie en paralelo con la impedancia del punto de accionamiento.Another option, shown in Figure 5 (c), is to feed a signal through a power plug 16 in the vicinity of one or more tuning posts 20 parasitically driven at the base of an element 10, on the side of the hole 8 that passes through the power plug 16 to enter the element 10. Also referred to as the load of the parasitic terminal 20 of the power point 16, this arrangement, mainly through the capacitive nature, can also be generally provided as a load of series LC capacitor inductor section in parallel with the impedance of the drive point.

Aun otra opcion es proporcionar una ranura 21 en la base de un elemento 10, como se muestra en la Figura 5(d). La ranura 21 es sustancialmente perpendicular a una tira metalica 22 proporcionada en la placa de circuito 3 en la que esta montado el elemento. En este ejemplo, cuando una senal de alimentacion se alimenta a la tira metalica 22 en la placa de circuito 3, una radiacion electromagnetica 23 excita el elemento 10 para los parches interno y externo 12, 11. El acoplamiento a traves de una ranura 21 es util en la media que tal disposicion no requiere un hilo de alimentacion ni soldadura, aunque anade otra capa. El uso de esta estructura de alimentaciones, puede mostrar un mejor rendimiento de la relacion axial sobre intervalos angulares de elevacion mas amplios y rendimiento de ancho de banda mejorado. Esencialmente, la combinacion de la ranura 21 y la lmea de alimentacion 22 (en uno de sus extremos despues de la ranura) de circuito abierto proporcionan una carga de circuito de orden mas alto equivalente a la lmea de alimentacion 22. La ranura actua como un transformador en serie y la terminacion de circuito abierto de la lmea de alimentacion 22 actua como una carga de inductor en serie y de condensador en paralelo. Todos estos grados de libertad extra permiten una flexibilidad mejorada en la adaptacion de la estructura.Still another option is to provide a groove 21 at the base of an element 10, as shown in Figure 5 (d). The groove 21 is substantially perpendicular to a metal strip 22 provided in the circuit board 3 on which the element is mounted. In this example, when a feed signal is fed to the metal strip 22 on the circuit board 3, an electromagnetic radiation 23 excites the element 10 for internal and external patches 12, 11. The coupling through a groove 21 is useful on the average that such an arrangement does not require a feeding or welding wire, although it adds another layer. The use of this structure of feeds can show a better performance of the axial relationship over wider angular intervals of elevation and improved bandwidth performance. Essentially, the combination of the slot 21 and the feed line 22 (at one of its ends after the slot) open circuit provides a higher order circuit load equivalent to the feed line 22. The slot acts as a Serial transformer and the open circuit termination of power line 22 acts as a series inductor and parallel capacitor load. All these degrees of extra freedom allow for improved flexibility in adapting the structure.

Una ventaja de las disposiciones de alimentacion alternativas es que ofrecen grados de libertad adicionales y actuan en construir eficazmente caractensticas de red de adaptacion de orden mas alto que pueden ayudar a compensar la reactancia de alimentacion equivalente de resonancia desactivada sobre un ancho de banda aumentado en comparacion con la caractenstica de alimentacion unica simple descrita. Las caractensticas de adaptacion adicionales se determinan con precision como parte de la misma metodologfa de diseno de optimizacion electromagnetica matematica descrita previamente.An advantage of the alternative feed arrangements is that they offer additional degrees of freedom and act to effectively build higher order adaptive network features that can help compensate for the resonance equivalent feed reactance deactivated over an increased bandwidth in comparison with the single unique feed characteristic described. Additional adaptation features are determined precisely as part of the same design methodology of mathematical electromagnetic optimization described previously.

La disposicion particular de los elementos radiantes 10 en la placa 3, segun la presente invencion, crea el efecto de polarizacion circular. Por consiguiente, una antena 1 que incorpora la placa de elementos radiantes 2 de la presente invencion operara a traves de polarizacion circular. El ejemplo mostrado en las figuras anexas proporciona una polarizacion circular a derechas, aunque un experto reconocera que una reorganizacion simple de los elementos 10 proporcionara una polarizacion a izquierdas.The particular arrangement of the radiating elements 10 in the plate 3, according to the present invention, creates the effect of circular polarization. Accordingly, an antenna 1 incorporating the radiating element plate 2 of the present invention will operate through circular polarization. The example shown in the attached figures provides a right circular polarization, although an expert will recognize that a simple reorganization of the elements 10 will provide a left polarization.

Cuando la placa de elementos radiantes 2 esta en uso en una antena GNSS 1, las clavijas de alimentacion 16 individuales conectan cada uno de los elementos 10 a una placa de circuito 3, que es parte de una red de formacion de polarizacion circular tal como la mostrada en la Figura 6. La red combina la entrada de cada uno de losWhen the radiating element plate 2 is in use on a GNSS antenna 1, the individual power plugs 16 connect each of the elements 10 to a circuit board 3, which is part of a circular polarization formation network such as the shown in Figure 6. The network combines the input of each of the

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elementos 10 que esta girado 90 grados a partir de su vecino, para proporcionar una salida comun de la antena 1, preferiblemente a traves de un conector TNC 9 proporcionado en la base de antena 5, como se muestra en la Figura 1. La antena 1 se puede conectar a una caja de preamplificador externa (no mostrada) por medio de un cable de calidad RF corto que es idealmente, pero no esencialmente, menor de 300 mm de longitud. Alternativamente, el preamplificador se puede integrar directamente con la estructura, preferiblemente con la placa de red de formacion de polarizacion.elements 10 that are rotated 90 degrees from its neighbor, to provide a common output of antenna 1, preferably through a TNC connector 9 provided in antenna base 5, as shown in Figure 1. Antenna 1 It can be connected to an external preamp box (not shown) by means of a short RF quality cable that is ideally, but not essentially, less than 300 mm in length. Alternatively, the preamplifier can be integrated directly with the structure, preferably with the polarization formation network plate.

Son posibles muchas implementaciones ffsicas pero sera suficiente cualquier red compatible con la mostrada en la Figura 6, a condicion de que pueda cubrir las bandas de frecuencia necesarias.Many physical implementations are possible but any compatible network with that shown in Figure 6 will suffice, provided it can cover the necessary frequency bands.

Las implementaciones de dispersion baja son siempre importantes para asegurar que no esta comprometido el retardo de grupo de la antena 1. La conexion mtima de una red adecuada con la placa de elementos radiantes 2 es importante para una funcion adecuada.Low dispersion implementations are always important to ensure that the antenna group delay is not compromised 1. The minimum connection of a suitable network with the radiating element plate 2 is important for proper function.

Las ventajas de formar la placa de elementos radiantes 2 como se ha descrito anteriormente son dobles. En primer lugar, permite que una alimentacion unica por elemento 10 aun produzca una RHCP de buena calidad cuando los elementos 10 se alimentan con senales con una secuencia de fase progresiva, y, en segundo lugar, puede resultar un patron de radiacion con cobertura significativa para direcciones cercanas al horizonte, como se muestra en las Tablas 7(a) y 7(b). La buena cobertura en direcciones cercanas al horizonte es ademas el resultado de la disposicion de agrupacion secuencial precisa de los elementos 10 y del hecho de que los puntos efectivos donde esta emanando la radiacion estan confinados solamente en el espacio entre elementos 10 adyacentes y no a traves de ambos bordes opuestos para cada uno de los elementos 10 como en antenas de parche GNSS convencionales.The advantages of forming the radiant element plate 2 as described above are twofold. First, it allows a single feed per element 10 to still produce a good quality RHCP when the elements 10 are fed with signals with a progressive phase sequence, and, secondly, a radiation pattern with significant coverage for directions near the horizon, as shown in Tables 7 (a) and 7 (b). The good coverage in directions close to the horizon is also the result of the precise sequential grouping arrangement of the elements 10 and the fact that the effective points where the radiation is emanating are confined only in the space between adjacent elements 10 and not through of both opposite edges for each of the elements 10 as in conventional GNSS patch antennas.

La Figura 8(a), y tambien la Figura 8(b) que muestra el area del cfrculo de la Figura 8(a) con mas detalle, muestran el rendimiento de los patrones de radiacion medidos en relacion con la plantilla EUROCAE para antenas GNSS de multiples estandares futuras. Estas plantillas por una parte aseguran que la antena es sensible sobre un intervalo angular ancho en el hemisferio de radiacion superior y por otra parte la radiacion no es mas fuerte que la requerida con el fin de minimizar la susceptibilidad del sistema GNSS a emisiones fuertes indeseadas de fuentes de interferencia externas. Como se puede ver, la presente disposicion funciona bien en ambos aspectos. No obstante, la antena 1 se espera que se ajuste a otras plantillas de patrones del sistema GNSS en formas presentes o evolucionadas.Figure 8 (a), and also Figure 8 (b) showing the area of the circle of Figure 8 (a) in more detail, show the performance of the radiation patterns measured in relation to the EUROCAE template for GNSS antennas of multiple future standards. These templates on the one hand ensure that the antenna is sensitive over a wide angular range in the hemisphere of higher radiation and on the other hand the radiation is not stronger than that required in order to minimize the susceptibility of the GNSS system to unwanted strong emissions of external interference sources. As you can see, this provision works well in both aspects. However, antenna 1 is expected to fit other pattern templates of the GNSS system in present or evolved forms.

Los elementos radiantes 10 de la presente invencion se requieren que tengan un espesor que depende de la frecuencia deseada y los requisitos de ancho de banda para una antena. No obstante, para muchas aplicaciones, los elementos 10 se requieren que sean de un espesor que no se puede fabricar como un unico bloque por metodos convencionales. Por lo tanto, se fabrican dos bloques separados para proporcionar una capa superior con un parche 11 proporcionado en ella y una capa inferior con un parche 12 proporcionado en ella. Estas capas entonces se pueden fijar preferiblemente usando adhesivo conductor, aunque se podnan usar otros medios de union conductores adecuados, para formar un elemento radiante 10 que tenga el espesor necesario.The radiating elements 10 of the present invention are required to have a thickness that depends on the desired frequency and the bandwidth requirements for an antenna. However, for many applications, the elements 10 are required to be of a thickness that cannot be manufactured as a single block by conventional methods. Therefore, two separate blocks are manufactured to provide an upper layer with a patch 11 provided therein and a lower layer with a patch 12 provided therein. These layers can then be preferably fixed using conductive adhesive, although other suitable conductive joining means may be used, to form a radiant element 10 having the necessary thickness.

Cuando se usa adhesivo conductor es importante que tenga sustancialmente las mismas propiedades de expansion termica que el material del elemento radiante 10. La capa superior, aunque tiene sustancialmente la misma anchura que la capa inferior, tiene una longitud mas corta que la capa inferior, proporcionando por ello un escalon sobre el que se puede exponer una parte del parche interno 12 cuando las dos capas estan conectadas para formar el elemento radiante 10. Ademas, en adicion a tener el parche externo 11 impreso en su superficie superior, la capa superior tambien tiene un parche inferior ficticio impreso en su cara inferior, que se usa para hacer coincidir la capa superior con el parche interno 12 proporcionado en la capa inferior cuando se fijan las dos capas juntas. De esta forma la via de cortocircuito forma un camino de baja resistencia continuo que conecta conductivamente el parche superior 11, el parche inferior 12 y la placa base 2. Se aseguran efectos similares para la via o hilos de alimentacion.When conductive adhesive is used it is important that it has substantially the same thermal expansion properties as the material of the radiating element 10. The top layer, although substantially the same width as the bottom layer, is shorter in length than the bottom layer, providing therefore a step on which a part of the internal patch 12 can be exposed when the two layers are connected to form the radiant element 10. In addition, in addition to having the external patch 11 printed on its upper surface, the upper layer also has a dummy lower patch printed on its lower face, which is used to match the upper layer with the internal patch 12 provided on the lower layer when the two layers are fixed together. In this way the short circuit path forms a continuous low resistance path that conductively connects the upper patch 11, the lower patch 12 and the base plate 2. Similar effects are ensured for the path or feed wires.

Como se ha explicado anteriormente, los elementos 10 estan dispuestos en la placa de circuito 3 con cada elemento 10 que esta girado 90 grados a partir de su vecino, con todos los elementos 10 que estan girados en la misma direccion. Ademas, hay un hueco entre cada elemento 10, que permite que los dientes 15 en los parches externo e interno 11, 12 sean facilmente quitados para sintonizar de manera fina el aparato. Un beneficio adicional de estos huecos es que permiten a la radiacion escapar entre los elementos 10, en lugar de solamente alrededor de los bordes externos, y esto da como resultado la formacion de patrones de buena radiacion.As explained above, the elements 10 are arranged on the circuit board 3 with each element 10 that is rotated 90 degrees from its neighbor, with all the elements 10 that are rotated in the same direction. In addition, there is a gap between each element 10, which allows the teeth 15 in the external and internal patches 11, 12 to be easily removed to fine tune the apparatus. An additional benefit of these gaps is that they allow radiation to escape between the elements 10, rather than just around the outer edges, and this results in the formation of good radiation patterns.

La antena 1 se fabrica usando varios elementos PCB de multiples capas. Dado que el requisito de ancho de banda es muy grande, la PCB, en este caso, se crea a partir de tres PCB que se unen entre sf usando una pelfcula de union conductora estampada. La PCB se hace como un bloque completo, pero con ranuras mecanizadas para separar los cuatro elementos radiantes y para exponer los dientes de sintonizacion 15 sobre el parche inferior.The antenna 1 is manufactured using several multi-layer PCB elements. Since the bandwidth requirement is very large, the PCB, in this case, is created from three PCBs that are joined together using a stamped conductive joint film. The PCB is made as a complete block, but with mechanized grooves to separate the four radiating elements and to expose the tuning teeth 15 over the lower patch.

Un planteamiento de construccion alternativo sena hacer la placa de elementos 2 entera de una PCB de multiples capas unica con agujeros pasantes chapados a traves de la placa de elementos 2 entera. Esto depende de la capacidad del fabricante de PCB y es dependiente de factores tales como el espesor espedfico de la PCB y la relacion de aspecto de los agujeros pasantes chapados.An alternative construction approach will be to make the entire element plate 2 of a single multilayer PCB with through holes plated through the entire element plate 2. This depends on the capacity of the PCB manufacturer and is dependent on factors such as the specific thickness of the PCB and the aspect ratio of the plated through holes.

La antena descrita en la presente memoria esta disenada para operar en la banda L1 de GPS y las bandas E5a y E5b de Galileo. No obstante, un experto en la tecnica entendena que la sintonizacion simple del diseno de antena la permitina operar en bandas GNSS alternativas, por ejemplo L1/L2 o L1/L3.The antenna described herein is designed to operate in the GPS L1 band and Galileo E5a and E5b bands. However, one skilled in the art understands that simple tuning of the antenna design allowed it to operate in alternative GNSS bands, for example L1 / L2 or L1 / L3.

Claims (18)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 45Four. Five 50fifty REIVINDICACIONES 1. Una placa de elementos radiantes (2) para uso en una antena pasiva, la placa de elementos radiantes que comprende una pluralidad de elementos radiantes (10) de multiples capas, cada uno de los cuales comprende:1. A radiating element plate (2) for use in a passive antenna, the radiating element plate comprising a plurality of multi-layer radiating elements (10), each of which comprises: un primer parche (11) proporcionado en una primera capa para recibir senales dentro de una primera banda de frecuencia; ya first patch (11) provided in a first layer to receive signals within a first frequency band; Y un segundo parche (12) proporcionado en una segunda capa para recibir senales dentro de una segunda banda de frecuencia,a second patch (12) provided in a second layer to receive signals within a second frequency band, en donde la pluralidad de elementos radiantes esta dispuesta en la placa de elementos radiantes de manera que cada elemento radiante esta girado secuencialmente un angulo predeterminado a partir de su elemento vecino, todos los elementos que estan girados en la misma direccion y en el mismo plano, en donde cada parche esta cortocircuitado a tierra a lo largo de un borde del parche de modo que la radiacion de multiples bandas puede escapar solamente desde una ranura virtual proporcionada sustancialmente a lo largo del borde opuesto de los parches correspondientes;wherein the plurality of radiating elements is arranged on the radiating elements plate so that each radiating element is rotated sequentially at a predetermined angle from its neighboring element, all elements that are rotated in the same direction and in the same plane, wherein each patch is shorted to ground along one edge of the patch so that multi-band radiation can escape only from a virtual slot provided substantially along the opposite edge of the corresponding patches; caracterizada por que cada parche (11, 12) tiene dientes serrados (15) proporcionados a lo largo de un primer borde opuesto al borde cortocircuitado a tierra para propositos de banda ancha y sintonizacion.characterized in that each patch (11, 12) has serrated teeth (15) provided along a first edge opposite the shorted to ground edge for broadband and tuning purposes. 2. La placa de elementos radiantes (2) segun la reivindicacion 1, en donde el primer y segundo parches (11, 12) sobre cada elemento radiante estan separados por material dielectrico (13).2. The radiating element plate (2) according to claim 1, wherein the first and second patches (11, 12) on each radiating element are separated by dielectric material (13). 3. La placa de elementos radiantes (2) segun la reivindicacion 1 o 2, en donde el material dielectrico (13) esta en forma estratificada.3. The radiating element plate (2) according to claim 1 or 2, wherein the dielectric material (13) is in stratified form. 4. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde el angulo predeterminado que cada elemento esta girado a partir de su elemento vecino es 90 grados.4. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein the predetermined angle that each element is rotated from its neighboring element is 90 degrees. 5. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde cada parche (11, 12) esta cortocircuitado a tierra por una pluralidad de agujeros pasantes chapados proporcionados a lo largo del borde del parche.5. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein each patch (11, 12) is shorted to ground by a plurality of plated through holes provided along the edge of the patch. 6. La placa de elementos radiantes (2) segun la reivindicacion 5, en donde los cortocircuitos estan alineados en cada uno de los parches (11, 12) que comprende un elemento radiante (10).6. The radiating element plate (2) according to claim 5, wherein the short circuits are aligned in each of the patches (11, 12) comprising a radiating element (10). 7. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde cada elemento radiante comprende ademas una estructura de alimentacion que lo conecta, en uso, a una placa de circuito de red de formacion de polarizacion.7. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein each radiating element further comprises a power structure that connects it, in use, to a polarization formation network circuit board. 8. La placa de elementos radiantes (2) segun la reivindicacion 7, en donde la estructura de alimentacion comprende un cilindro sustancialmente coaxial el cual puede atravesar una clavija de alimentacion, o comprende uno o mas discos que una clavija de alimentacion pueden atravesar, o comprende uno o mas postes proporcionados en la base del elemento, o comprende una ranura en la base del elemento a traves del cual se propaga la radiacion electromagnetica.8. The radiating element plate (2) according to claim 7, wherein the feed structure comprises a substantially coaxial cylinder which can pass through a feed pin, or comprises one or more discs that a feed pin can pass through, or It comprises one or more posts provided at the base of the element, or comprises a groove at the base of the element through which electromagnetic radiation is propagated. 9. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde el primer parche (11) recibe senales GPS de NAVSTAR, y/o el segundo parche (12) recibe senales GPS de Galileo.9. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein the first patch (11) receives GPS signals from NAVSTAR, and / or the second patch (12) receives GPS signals from Galileo. 10. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde la primera banda de frecuencia es L1 (1.565-1.585 MHz), L2 (1.227 MHz), L3 (1.381 MHz) o L5 (1.176 MHz).10. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein the first frequency band is L1 (1,565-1,585 MHz), L2 (1,227 MHz), L3 (1,381 MHz) or L5 (1,176 MHz). 11. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde la segunda banda de frecuencia es 1.166-1.211 MHz (E5).11. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, wherein the second frequency band is 1,166-1,211 MHz (E5). 12. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, que ademas comprende un preamplificador conectado a la red de formacion de polarizacion.12. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, which further comprises a preamplifier connected to the polarization formation network. 13. La placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente, que esta sellada dentro de un radomo (4).13. The radiating element plate (2) according to any preceding claim, which is sealed within a radome (4). 14. Una placa de elementos radiantes (2) segun la reivindicacion 13, en donde el radomo (4) esta relleno de espuma alrededor de los elementos (10).14. A plate of radiant elements (2) according to claim 13, wherein the radome (4) is filled with foam around the elements (10). 15. Una placa de elementos radiadores (2) segun cualquier reivindicacion precedente, en donde cada elemento radiador (10) esta construido de una capa superior con un parche externo (11) proporcionado sobre ella y una capa inferior con un parche interno (12) proporcionado sobre ella, las dos capas que se proporcionan por separado antes de ser unidas entre sf para formar el elemento radiante usando un medio de conduccion adecuado.15. A plate of radiator elements (2) according to any preceding claim, wherein each radiator element (10) is constructed of an upper layer with an external patch (11) provided thereon and a lower layer with an internal patch (12) provided on it, the two layers that are provided separately before being joined together to form the radiant element using a suitable conduction means. 16. Una placa de elementos radiadores (2) segun la reivindicacion 15, en donde una superficie de metalizacion ficticia esta formada en la cara inferior de la capa superior y esta se une a una superficie superior de la capa inferior para unir las dos capas entre su16. A plate of radiator elements (2) according to claim 15, wherein a dummy metallization surface is formed on the lower face of the upper layer and this joins an upper surface of the lower layer to join the two layers between its 17. Una placa de elementos radiadores (2) segun la reivindicacion 15 o 16, en donde la capa superior y la capa 5 inferior de cada elemento radiador se unen entre sf usando un adhesivo conductor.17. A plate of radiator elements (2) according to claim 15 or 16, wherein the upper layer and the lower layer 5 of each radiator element are joined together using a conductive adhesive. 18. Un radiador que comprende una placa de elementos radiantes (2) segun cualquier reivindicacion precedente.18. A radiator comprising a plate of radiant elements (2) according to any preceding claim.
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