ES2694280T3 - Dispositivo de superficie de alta impedancia compacto, multibandas y eventualmente reconfigurable y procedimiento asociado - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de superficie de alta impedancia (1) que comprende un conjunto de al menos dos compartimentos (2j) separados, sustancialmente cilíndricos, que tienen unas superficies interiores con un material conductor eléctrico y que presentan cada uno, en un extremo, una única abertura (3), estando dichas aberturas (3) de los compartimentos (2j) orientadas de un mismo lado y recubiertas por al menos una estructura periódica de motivos conductores eléctricos (4), estando cada compartimento (2j) lleno de un material dieléctrico, formando cada compartimento (2) cubierto de este modo al menos un resonador electromagnético y presentando cada resonador electromagnético una longitud de onda de resonancia, estando dicho dispositivo (1) caracterizado por que: - dichos al menos dos compartimentos (2j) están separados el uno del otro en una distancia inferior a la longitud de onda de resonancia más escasa presentada por dichos resonadores que forman, - al menos dos longitudes de onda de resonancia respectivas de dichos resonadores electromagnéticos formados por dichos al menos dos compartimentos (2j) cubiertos son diferentes y - dicha estructura periódica presenta un periodo espacial inferior a la mitad de dicha longitud de onda de resonancia más escasa.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo de superficie de alta impedancia compacto, multibandas y eventualmente reconfigurable y procedimiento asociado
Campo tecnico
La invencion se refiere a los dispositivos de superficie de alta impedancia electromagnetica (o HIS para "High Impedance Surface").
Estado de la tecnica
En algunos campos, como, por ejemplo, el de los receptores de senales de posicionamiento satelite, se utilizan unos dispositivos de superficie de alta impedancia electromagnetica. Estos ultimos pueden, por ejemplo, servir para reducir los acoplamientos electromagneticos interelementos en unas redes adaptativas multiestandar.
Se recuerda que un dispositivo de superficie de alta impedancia electromagnetica comprende, de manera general, un plano de masa, al menos una cavidad dielectrica (de manera general en forma de un sustrato) y una tarjeta de circuitos impresos (o PCB (del ingles "Printed Circuit Board")), monocapa o multicapas y que incluye una multitud de elementos conductores que definen unos motivos dispuestos de manera periodica y cuyo tamano y periodicidad son pequenos frente a la longitud de onda utilizada.
Cuando se desea que el dispositivo de superficie de alta impedancia electromagnetica presente al menos dos frecuencias de resonancia, se puede, por ejemplo, disponerlo como se describe en el documento de patente de los Estados Unidos US 6.670.932. De manera mas precisa, este dispositivo de superficie de alta impedancia electromagnetica es de tipo champinon, es decir, que comprende un plano de masa conductor que define una cavidad no compartimentada, pero que incluye una matriz de pilares identicos conductores, llena de un material dielectrico y recubierta por una tarjeta de circuitos impresos que llevan unos motivos metalicos, con el fin de constituir unos resonadores electromagneticos que presentan unas longitudes de onda de resonancia diferentes. El tamano y la periodicidad de los elementos (o "patchs") que definen los motivos es inferior a las longitudes de onda de resonancia de los resonadores electromagneticos.
Cada motivo esta destinado a enganchar en la entrada de la cavidad una onda electromagnetica incidente que se propaga en el plano de masa, luego, a generar, debajo del motivo, un bucle de corriente electrica a una frecuencia de resonancia determinada de manera que se refleje cualquier onda electromagnetica incidente que tenga una frecuencia en una banda estrecha centrada alrededor de esta frecuencia de resonancia.
El dispositivo descrito ofrece un entrelazamiento de una primera "matriz" de resonadores electromagneticos, identicos y que tienen una primera frecuencia de resonancia, con una segunda "matriz" de resonadores electromagneticos, identicos y que tienen una segunda frecuencia de resonancia. Este entrelazamiento se obtiene por los motivos que los lleva la tarjeta de circuitos impresos de tipo fractal o multicapas, estando cada motivo centrado ya sea sobre un pilar, ya sea entre cuatro pilares cercanos.
El inconveniente principal de este tipo de dispositivo reside en el hecho de que las primera y segunda frecuencias de resonancia no pueden ajustarse de manera independiente la una de la otra y que las bandas de reflexion, de las que estas frecuencias de resonancia son las frecuencias centrales, son bastante estrechas. Ademas, este tipo de dispositivo se muestra relativamente voluminoso.
La publicacion cientifica "High-Impedance Electromagnetic Surfaces with Forbidden Frequency Band" de Dan SIEVENPIPER et Al. (XP011037787) divulga un dispositivo de alta impedancia realizado con unas cavidades llenas de dielectricos, pero no resuelve los inconvenientes citados mas arriba.
Resumen de la invencion
Por lo tanto, la invencion tiene como finalidad, en concreto, mejorar la situacion y de manera mas precisa permitir la obtencion en un espacio reducido de frecuencias (o longitudes de onda) de resonancia que pueden ajustarse de manera facil las unas con respecto a las otras y que definen las frecuencias (o longitudes de onda) centrales de bandas de reflexion espectralmente mas anchas que en el estado de la tecnica.
Propone, en concreto, para estos efectos, un dispositivo de superficie de alta impedancia que comprende un conjunto de al menos dos compartimentos separados, sustancialmente cilindricos, que tienen unas superficies interiores con un material conductor
conductor electrico y que presentan cada uno, en un extremo, una unica abertura, estando estas aberturas de los compartimentos orientadas de un mismo lado y recubiertas por al menos una estructura periodica de motivos conductores electricos, estando cada compartimento lleno de un material dielectrico, formando cada compartimento
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cubierto de este modo al menos un resonador electromagnetico y presentando cada resonador electromagnetico una longitud de onda de resonancia.
En este dispositivo:
- los compartimentos estan separados el uno del otro en una distancia que es inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa presentada por los resonadores que forman,
- al menos dos longitudes de onda de resonancia respectivas de los resonadores electromagneticos, formados por sus compartimentos cubiertos, son diferentes y
- la estructura periodica presenta un periodo espacial inferior a la mitad de la longitud de onda de resonancia mas escasa.
El dispositivo segun la invencion puede incluir otras caracteristicas que pueden tomarse de manera separada o en combinacion y, en concreto:
- en un primer modo de realizacion, puede comprender una cavidad dentro de la que esta dispuesto cada compartimento, estando al menos un tabique vertical dispuesto en esta cavidad, siendo este tabique vertical conductor electricamente y estando en contacto con una pared de fondo de la cavidad y delimitando unos compartimentos y cubriendo una unica estructura periodica de motivos conductores electricos todas las aberturas de los compartimentos;
> cada tabique vertical puede ser movil segun una direccion que es sustancialmente paralela a un plano definido por la pared de fondo de la cavidad;
> cada compartimento puede estar provisto de una pared de fondo auxiliar conductora electricamente, distinta de la pared de fondo de la cavidad y montada movil de manera vertical en la cavidad;
> puede comprender, igualmente, unos medios de regulacion dispuestos para regular la altura de cada tabique vertical;
> uno de los extremos de cada tabique vertical, que se extiende frente a uno de los motivos conductores electricos, puede presentar una seccion abocardada;
- en un segundo modo de realizacion, puede comprender al menos dos cavidades disjuntas, formando cada cavidad uno de los compartimentos;
> puede comprender al menos dos tabiques horizontales, siendo cada tabique horizontal conductor electricamente y estando montado movil de manera vertical en el interior de una de las cavidades y formando una pared de fondo de uno de los compartimentos;
- cada compartimento puede estar cubierto por un solo motivo conductor electrico;
- cada estructura periodica de motivos conductores electricos puede estar solidarizada con unos medios de soporte;
> puede comprender unos primeros medios de regulacion dispuestos para regular la permitividad dielectrica de los medios de soporte;
- puede comprender unos segundos medios de regulacion dispuestos para regular la permeabilidad magnetica del material dielectrico.
La invencion propone, igualmente, un receptor de senales de posicionamiento satelite, que comprende un plano de masa electrico, al menos dos elementos radiantes dispuestos sobre este plano de masa y al menos un dispositivo de superficie de alta impedancia del tipo del presentado anteriormente, dispuesto sobre el plano de masa entre los elementos radiantes.
La invencion propone, igualmente, un procedimiento, destinado a permitir la modificacion de la impedancia sobre varias bandas de frecuencias de un dispositivo de superficie de alta impedancia y que comprende al menos una etapa de modificacion de propiedades electromagneticas de al menos un compartimento de un dispositivo de superficie de alta impedancia del tipo del presentado anteriormente.
La invencion propone, igualmente, un procedimiento, destinado a permitir la fabricacion de un dispositivo de superficie de alta impedancia que comprende varios compartimentos separados, sustancialmente cilindricos, asi como una estructura periodica de motivos conductores electricos.
Este procedimiento comprende las siguientes etapas:
- se colocan en una cavidad varios tabiques sustancialmente planos, presentando la cavidad al menos una pared lateral y una pared de fondo conductoras electricamente, siendo cada tabique conductor electricamente y
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estando en contacto con la pared de fondo; definiendo cada tabique un plano sustancialmente perpendicular a un plano definido por la pared de fondo, delimitando los tabiques los compartimentos, presentando los compartimentos cada uno, en un extremo, una unica abertura, estando estas aberturas de los compartimentos orientadas de un mismo lado,
- se ajusta la altura de la cavidad, con el fin de obtener una primera longitud de onda de resonancia deseada, asociada a un primer compartimento, estando el primer compartimento delimitado por la pared lateral de la cavidad y un primer tabique,
- se ajusta, en el interior de la cavidad, la posicion de cada tabique distinto del primer tabique con respecto a este ultimo y/o se ajusta la altura de cada tabique distinto del primer tabique, con el fin de obtener unas longitudes de onda de resonancia deseadas, asociadas a los compartimentos distintos del primer compartimento, siendo al menos una de estas longitudes de onda de resonancia deseadas distinta de la primera longitud de onda de resonancia, estando cada compartimento dispuesto de modo que la distancia que lo separa de un compartimento inmediatamente cercano sea inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa de entre el conjunto de las longitudes de onda de resonancia deseadas,
- se llena cada compartimento de un material dielectrico y
- se coloca la estructura periodica sobre la cavidad, con el fin de cubrir la abertura de cada compartimento, formando cada compartimento cubierto de este modo un resonador electromagnetico que presenta una longitud de onda de resonancia; siendo el periodo espacial de la estructura periodica inferior a la mitad de la longitud de onda de resonancia mas escasa.
Breve descripcion de las figuras
Otras caracteristicas y ventajas de la invencion se mostraran con el examen de la descripcion detallada a continuacion y de los dibujos adjuntos, en los que las figuras 1 a 6 ilustran de forma esquematica y funcional, en unas vistas en corte, seis ejemplos de receptor de senales de posicionamiento satelite equipado con ejemplos de realizacion diferentes de un dispositivo de superficie de alta impedancia segun la invencion.
Descripcion detallada de un ejemplo de realizacion
La invencion tiene como finalidad, en concreto, proponer un dispositivo de superficie de alta impedancia 1 compacto, multibandas y eventualmente reconfigurable y unos procedimientos asociados.
En lo que sigue, se considera, a titulo de ejemplo no limitativo, que el dispositivo de superficie de alta impedancia 1 forma parte de un receptor de senales de posicionamiento satelite 15, eventualmente de tipo GNSS (del ingles "Global Navigation Satellite System"). Pero la invencion no esta limitada a esta aplicacion. Un dispositivo de superficie de alta impedancia 1, segun la invencion, puede, en efecto, equipar unos numerosos aparatos, sistemas o instalaciones, de los campos civil o militar y, en concreto, unos vehiculos terrestres, maritimos, fluviales o aereos, unas estaciones emisoras y/o receptoras y unos edificios (eventualmente de tipo industrial).
Se ha representado de manera esquematica en las figuras 1 a 6, un ejemplo de realizacion no limitativo de un receptor 15 de senales de posicionamiento satelite, equipado con ejemplos de realizacion diferentes de un dispositivo de superficie de alta impedancia 1 segun la invencion.
Como se ilustra, este receptor 15 comprende un plano de masa electrico 16, al menos dos elementos radiantes 17k dispuestos sobre este plano de masa 16 y al menos un dispositivo de superficie de alta impedancia 1 segun la invencion, dispuesto sobre el plano de masa 16 entre los elementos radiantes 17k.
Por ejemplo, los elementos radiantes 17k definen una red adaptativa propia para recibir unas senales de navegacion, por ejemplo, unas senales GNSS, en un entorno con perturbacion modificando el diagrama de radiacion del receptor, con el fin de generar unos nulos (o ceros) de radiacion en las direcciones de las interferencias de perturbacion. La adaptacion del diagrama de radiacion en funcion de los perturbadores esta realizada gracias a un postratamiento de las senales de navegacion recibidas sobre cada uno de los elementos radiantes 17k de la red.
Se senalara que en el ejemplo no limitativo ilustrado en las figuras 1 a 6, el receptor 15 comprende dos elementos radiantes 17k (k = 1 o 2). Pero el receptor 15 puede comprender cualquier numero de elementos radiantes 17k, una vez que este numero es superior o igual a dos. En efecto, el dispositivo de superficie de alta impedancia 1 puede permitir, en concreto, reducir los acoplamientos electromagneticos entre elementos radiantes 17k y optimizar la robustez del receptor 15 respecto a unas interferencias electromagneticas.
Se recuerda que en una red adaptativa los acoplamientos electromagneticos interelementos radiantes deterioran de manera significativa las prestaciones y, en particular, la capacidad de los algoritmos de tratamiento de la senal para localizar de manera precisa la posicion angular de las interferencias y, por consiguiente, para generar unos nulos de
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radiacion en sus direcciones. En un contexto de este tipo, un dispositivo de superficie de alta impedancia 1 puede estar encargado de parar las corrientes que se propagan entre los elementos radiantes 17k de la red adaptativa, con el fin de reducir los acoplamientos electromagneticos interelementos radiantes y de optimizar la robustez del receptor GNSS respecto a unas interferencias electromagneticas.
Como se ilustra de manera no limitativa en las figuras 1 a 6, un dispositivo de superficie de alta impedancia 1, segun la invencion, comprende al menos un conjunto de al menos dos compartimentos 2j y al menos una estructura periodica de motivos conductores electricos 4.
Los compartimentos 2j del conjunto estan separados y son sustancialmente cilindricos, tienen unas superficies interiores realizadas con un material conductor electrico y presentan cada uno, en un extremo, una unica abertura 3. Ademas, cada compartimento 2j esta lleno de un material dielectrico, por ejemplo, aire. Por ejemplo, los compartimentos 2j son sustancialmente cilindricos de seccion rectangular o cuadrada.
Las aberturas 3 de los compartimentos 2j estan todas orientadas de un mismo lado y recubiertas por al menos una estructura periodica de motivos conductores electricos 4. Se comprendera que cada abertura 3 puede estar asociada a su propia estructura periodica de motivos conductores electricos 4, como se ilustra de manera no limitativa en las figuras 5 y 6 o bien las aberturas 3 pueden estar asociadas a una misma estructura periodica de motivos conductores electricos 4, como se ilustra de manera no limitativa en las figuras 1 a 4.
Se senalara que cada compartimento 2j puede estar cubierto por un solo motivo conductor electrico 4.
Se senalara, igualmente, que, los motivos conductores electricos 4 de cada estructura periodica pueden estar solidarizados con unos medios de soporte, como, por ejemplo, una tarjeta de circuitos impresos (o PCB (del ingles "Printed Circuit Board")) 18, de tipo monocapa o multicapas. Por ejemplo, los motivos conductores electricos 4 pueden estar impresos sobre esta tarjeta de circuitos impresos 18. Los motivos conductores electricos 4 estan dispuestos de manera periodica y sus tamano y periodicidad son pequenos frente a la longitud de onda utilizada.
Como variante no representada, cada motivo 4 puede ser una rejilla metalica que asegura su propia funcion de soporte.
Se senalara, igualmente, que unos elementos activos, tales como, por ejemplo, unos varactores, pueden estar eventualmente y de manera previa integrados sobre/en la tarjeta de circuitos impresos 18 para ajustar el efecto capacitivo de los motivos 4.
Se senalara, igualmente, que el dispositivo 1 puede comprender eventualmente unos primeros medios de regulacion dispuestos para regular la permitividad dielectrica de los medios de soporte. Los primeros medios de regulacion pueden estar realizados en forma de materiales cuyas propiedades pueden controlarse electronicamente, tales como, por ejemplo, unos cristales liquidos, unos plasmas o tambien unos materiales ferroelectricos y de medios de control electronico de unos materiales de este tipo. Como variante, los primeros medios de regulacion pueden estar realizados en forma de un metamaterial de permitividad ajustable. La permitividad dielectrica actua sobre la inductancia del compartimento 2j. Cuanto mayor es la permitividad mas escasa puede ser la altura del compartimento 2j.
Cada compartimento 2j forma con la estructura periodica de motivos conductores electricos 4 que cubre su abertura 3 al menos un resonador electromagnetico que presenta una frecuencia de resonancia.
Se senalara, ademas, que cuanto mas ancho es un compartimento 2j, mayor es el tamano del bucle de corriente que esta en el interior y, por lo tanto, mayor es la inductancia.
Los compartimentos 2j estan separados el uno del otro en una distancia que es inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa presentada por los resonadores electromagneticos que forman. Por otra parte, al menos dos longitudes de onda de resonancia respectivas de los resonadores electromagneticos formados por los compartimentos 2j cubiertos son diferentes. Ademas, la estructura periodica de motivos conductores electricos 4 presenta un periodo espacial que es inferior a la mitad de la longitud de onda de resonancia mas escasa.
El dispositivo 1 produce un efecto de alta impedancia a varias frecuencias (o longitudes de onda) de resonancia. El numero de frecuencias (o longitudes de onda) de resonancia explotables es igual al numero de compartimentos. El efecto de alta impedancia se produce sobre una superficie ficticia que se situa por encima de la tarjeta de circuitos impresos 18, muy proxima y paralela a la tarjeta de circuitos impresos 18 y que puede cubrir una superficie mas o menos grande en funcion de la frecuencia (o longitud de onda) de resonancia considerada.
El dispositivo 1 puede estar realizado segun unos ejemplos de realizacion que pueden agruparse dentro de al menos dos familias. Una primera familia agrupa los ejemplos ilustrados en las figuras 1 a 4. Una segunda familia agrupa los ejemplos ilustrados en las figuras 5 y 6.
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Para todos los ejemplos de la primera familia, el dispositivo 1 comprende una unica cavidad 5 dentro de la que esta dispuesto (o definido) cada compartimento 2j. Para hacer esto, la cavidad 5 comprende al menos un tabique vertical 6 que es conductor electricamente y esta en contacto con una pared de fondo 7 y que delimita dos compartimentos 2j. Cada tabique vertical 6 es preferentemente plano sustancialmente y define un plano sustancialmente perpendicular a un plano definido por la pared de fondo 7 de la cavidad 5. Este caracter conductor electrico puede provenir del material con el que esta realizado el tabique vertical 6 o por el hecho de que el tabique vertical 6 esta revestido sobre sus superficies de una capa de un material conductor electrico. Por otra parte, una unica estructura periodica de motivos conductores electricos 4 cubre todas las aberturas 3 de los diferentes compartimentos 2j.
La cavidad 5 esta delimitada por al menos una pared lateral 10 y la pared de fondo 7. Estas ultimas paredes 7, 10 son conductoras electricamente. Este caracter conductor electrico puede provenir del material con el que estan realizadas o por el hecho de que estan revestidas de una capa de un material conductor electrico sobre sus superficies interiores.
Se senalara que la cavidad 5 puede ya sea estar incorporada y solidarizada con el plano de masa 16, por ejemplo, por soldadura o pegado, ya sea formar parte integrante del plano de masa 16, por ejemplo, por embuticion y recorte.
En los ejemplos no limitativos ilustrados en las figuras 1, 2 y 4, la cavidad 5 comprende cuatro compartimentos 21 a 24 (j = 1 a 4), separados los unos de los otros por tres tabiques verticales 6.
En el ejemplo no limitativo ilustrado en la figura 3, la cavidad 5 comprende tres compartimentos 21 a 23 (j = 1 a 3), separados los unos de los otros por dos tabiques verticales 6.
Se senalara que la cavidad 5 puede comprender cualquier numero de compartimentos 2j, una vez que este numero es superior o igual a dos.
Esta cavidad 5 con resonadores electromagneticos multiples produce unos efectos capacitivos e inductivos ej que estan en el origen de la alta impedancia de superficie. Existe, en concreto, un efecto capacitivo entre el plano de masa 16 y cada motivo 4 que la solapa, un efecto capacitivo entre motivos 4 que se solapan y un efecto inductivo e en cada compartimento 2j, de manera mas precisa en la profundidad hj de cada compartimento 2j, formando, de este modo, un bucle de corriente.
La presencia de tabique(s) vertical(es) 6 conductores induce, igualmente, unos efectos capacitivos e inductivos adicionales. En particular, estan presentes unos efectos capacitivos adicionales entre los extremos "superiores" 11 de los tabiques verticales 6 y los motivos 4 que los solapan. Estos efectos capacitivos adicionales son tanto mas importantes en cuanto que las distancias que los separan son pequenas. Unos efectos inductivos adicionales estan producidos por los multiples bucles de corriente que estan presentes en los diferentes compartimentos 2j.
En esta primera familia, para la primera frecuencia de resonancia f1 asociada al primer compartimento 21, el efecto de alta impedancia esta localizado en la zona que se extiende sobre la totalidad de la cavidad 5, mientras que para las otras frecuencias de resonancia f2, f3,..., fn, asociadas respectivamente a los otros compartimentos 22, 23,..., 2n, el efecto de alta impedancia esta localizado ya sea sobre la totalidad de la cavidad 5, ya sea en una zona mas restringida como por encima de un compartimento 2j (j = 2 a n), segun las posiciones horizontales respectivas de los tabiques verticales 6.
El valor de las frecuencias de resonancia depende de los efectos capacitivos e inductivos obtenidos en el dispositivo 5. Por consiguiente, la eleccion de las frecuencias de resonancia puede, en concreto, hacerse ajustando las distancias lm (en este documento m = 1 a 3 o 1 a 2) respectivas que separan los tabiques verticales 6 de la pared lateral 10 y/o las alturas hm respectivas de los tabiques verticales 6, dicho de otra manera, las distancias verticales entre los extremos superiores 11 de los tabiques verticales 6 y los motivos 4 que los solapan. Las distancias verticales entre los extremos superiores 11 de los tabiques verticales 6 y los motivos 4 pueden ser nulas, estando, en este caso, los tabiques verticales 6 en contacto con la tarjeta de circuitos impresos 18.
Se senalara que la regulacion de las frecuencias de resonancia puede efectuarse ajustando a la vez las distancias lm y las alturas hm. Esta solucion es ventajosa, en concreto, cuando se desea obtener mas de dos frecuencias de resonancia, ya que permite aumentar los grados de libertad para optimizar el dispositivo 1.
La eleccion de las frecuencias de resonancia por ajuste de las distancias lm respectivas que separan los tabiques verticales 6 de la pared lateral 10 se ilustra en las figuras 1, 2 y 4. La eleccion de las frecuencias de resonancia por ajuste de las alturas hm respectivas de los tabiques verticales 6 se ilustra en la figura 2.
La eleccion de las frecuencias de resonancia puede ser objeto ya sea de un diseno inicial o de una regulacion previa, por ejemplo, mediante unos medios de regulaciones apropiados para unas funciones dadas, ya sea de una regulacion en tiempo real por medio de medios de regulaciones apropiados.
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Para permitir una regulacion de las distancias Im y, por lo tanto, de las posiciones horizontales de los tabiques verticales 6, cada tabique vertical 6 puede ser movil segun una direccion que es sustancialmente paralela a un plano definido por la pared de fondo 7 de la cavidad 5. En este caso, el dispositivo 1 puede comprender unos medios de regulacion dispuestos para regular la posicion horizontal de cada tabique vertical 6 en la cavidad 5.
Para permitir una regulacion de las alturas hm, cada tabique vertical 6 puede ser movil segun una direccion (en este documento, vertical) que es sustancialmente perpendicular al plano definido por la pared de fondo 7 de la cavidad 5. En este caso, el dispositivo 1 puede comprender unos medios de regulacion dispuestos para regular la altura de cada tabique vertical 6 en la cavidad 5.
Como variante, y como se ha ilustrado en la figura 3, cada compartimento 2j puede estar provisto de una pared de fondo auxiliar 8, distinta de la pared de fondo 7 de la cavidad 5, conductora electricamente y montada movil de manera vertical en la cavidad 5. Se comprendera que haciendo variar la posicion (en este documento, vertical) hm de una pared de fondo auxiliar 8 de un compartimento 2j, esto equivale a hacer variar la altura en la cavidad 5 del tabique vertical 6 correspondiente. En este caso, el dispositivo 1 puede comprender unos medios de regulacion dispuestos para regular la posicion (en este documento, vertical) de cada pared de fondo auxiliar 8 dentro de su compartimento 2j.
Se senalara, como se ha ilustrado de manera no limitativa en la figura 4, que el extremo 11 de cada tabique vertical 6 que se extiende frente a uno de los motivos conductores electricos 4 puede presentar eventualmente una seccion abocardada. Esto permite, en efecto, aumentar el efecto capacitivo entre el tabique vertical 6 y los motivos 4 de la tarjeta de circuitos impresos 18.
A titulo de ejemplo, para regular las frecuencias de resonancia sobre las bandas deseadas, se puede implementar el siguiente procedimiento. En primer lugar, se puede disenar un primer resonador electromagnetico monobanda sobre una frecuencia f1. A continuacion, se puede determinar el numero de tabiques verticales 6 para fijar el numero de frecuencias de resonancia f1 a fn. Luego, se pueden insertar los tabiques verticales 6 en la cavidad 5. A continuacion, se puede ajustar la altura de la cavidad 5 para obtener la primera frecuencia de resonancia a la frecuencia f1. Por ultimo, se pueden ajustar las distancias lm y/o las alturas hm para regular las frecuencias f2 a fn de las otras frecuencias de resonancia.
En otras palabras, se propone un procedimiento, destinado a permitir la modificacion de la impedancia sobre varias bandas de frecuencias de un dispositivo 1 y que comprende al menos una etapa de modificacion de propiedades electromagneticas de al menos un compartimento 2j de este dispositivo 1.
En una variante, un procedimiento puede estar destinado a permitir la fabricacion de un dispositivo de superficie de alta impedancia 1 que comprende varios compartimentos separados 2j, sustancialmente cilindricos, asi como una estructura periodica de motivos conductores electricos 4.
Esta variante de procedimiento comprende las siguientes etapas:
- se colocan en una cavidad 5 varios tabiques 6 sustancialmente planos, presentando la cavidad 5 al menos una pared lateral 10 y una pared de fondo 7 conductoras electricamente, siendo cada tabique 6 conductor electricamente y estando en contacto con la pared de fondo 7; definiendo cada tabique 6 un plano sustancialmente perpendicular a un plano definido por la pared de fondo 7, delimitando los tabiques 6 los compartimentos 2j, presentando los compartimentos 2j cada uno, en un extremo, una unica abertura 3, estando estas aberturas 3 de los compartimentos 2jorientadas de un mismo lado,
- se ajusta la altura hc de la cavidad 5, con el fin de obtener una primera longitud de onda de resonancia deseada, asociada a un primer compartimento 21, estando el primer compartimento 21 delimitado por la pared lateral 10 de la cavidad 5 y un primer tabique 6,
- se ajusta, en el interior de la cavidad 5, la posicion de cada tabique 6 distinto del primer tabique con respecto a este ultimo y/o se ajusta la altura de cada tabique 6 distinto del primer tabique, con el fin de obtener unas longitudes de onda de resonancia deseadas, asociadas a los compartimentos 2j distintos del primer compartimento 21, siendo al menos una de estas longitudes de onda de resonancia deseadas distinta de la primera longitud de onda de resonancia, estando cada compartimento 2j dispuesto de modo que la distancia que lo separa de un compartimento 2j inmediatamente cercano sea inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa de entre el conjunto de las longitudes de onda de resonancia deseadas,
- se llena cada compartimento 2j de un material dielectrico y
- se coloca la estructura periodica sobre la cavidad 5, con el fin de cubrir la abertura 3 de cada compartimento 2j, formando cada compartimento cubierto de este modo un resonador electromagnetico que presenta una longitud de onda de resonancia; siendo el periodo espacial de la estructura periodica inferior a la mitad de la longitud de onda de resonancia mas escasa.
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Se senalara que, de manera sorprendente, la variacion de la anchura del primer compartimento 2i y, por lo tanto, la variacion de la distancia l1, no hace variar casi la primera frecuencia de resonancia f1, pero hace variar la segunda frecuencia de resonancia f2.
Un analisis modal permite comprender el efecto inesperado que resulta de la invencion. En efecto, la frecuencia de resonancia f1 permanece estable en funcion de la distancia l1, ya que el modo generado en el dispositivo 1 procede de una resonancia donde el campo magnetico se desplaza de manera vertical en la cavidad 5 de forma equifase. Este modo de resonancia es el que se observa cuando el primer tabique vertical 6 no esta presente en la cavidad 5 (caso donde l1 = 0). A causa de la naturaleza de este modo de resonancia, la variacion de la distancia l1 no afecta en nada a la frecuencia de resonancia f1. A la inversa, el campo magnetico en el dispositivo 1 a la frecuencia de resonancia f2 tiene una cartografia diferente. El tabique vertical 6 interactua, en efecto, con el campo electromagnetico y, por lo tanto, el campo se anula sobre una linea vertical en la cercania del tabique vertical 6 y produce un modo de orden superior al observado a la frecuencia de resonancia f1. La distancia l1 condiciona, por lo tanto, este modo de resonancia y afecta al valor de la frecuencia de resonancia f2.
Para todos los ejemplos de la segunda familia, el dispositivo 1 comprende al menos dos cavidades 5j disjuntas que forman (o que definen) cada una uno de los compartimentos 2j. El numero de frecuencias (o longitudes de onda) de resonancia esta definido, por lo tanto, en este documento, por el numero de cavidades 5j.
En los ejemplos ilustrados de manera no limitativa en las figuras 5 y 6, cada cavidad 5j esta asociada a su propia estructura periodica de motivos conductores electricos 4 que esta definida sobre su propia tarjeta de circuitos impresos 18. Pero en una variante de realizacion no ilustrada, cada cavidad 5j esta asociada a su propia estructura periodica de motivos conductores electricos 4, pero las diferentes estructuras periodicas estan definidas sobre una misma tarjeta de circuitos impresos 18.
Las cavidades 5j y, por lo tanto, los resonadores electromagneticos, comparten un mismo plano de masa 16 y, como se ha indicado mas arriba, estan espaciado(a)s lo(a)s uno(a)s de lo(a)s otro(a)s en una distancia que es inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa.
Esta familia de ejemplos de realizacion tiene la particularidad de producir unos efectos de alta impedancia sucesivos para unas frecuencias de resonancia distintas. Cada resonador electromagnetico esta caracterizado por su propia frecuencia de resonancia. El efecto de alta impedancia se produce sobre una superficie ficticia que se situa por encima de la o cada tarjeta de circuitos impresos 18 y muy proxima a y paralela a, la o cada tarjeta de circuitos impresos 18.
Para cada resonador electromagnetico, la frecuencia de resonancia depende principalmente de la altura hm (en este documento, m = j) de la cavidad 5j asociada, del material dielectrico que llena esta cavidad 5j y de las caracteristicas de transmision y de reflexion de la tarjeta de circuitos impresos 18. En efecto, en una representacion de tipo "circuito LC", la altura hm de una cavidad 5j y el tipo de material dielectrico en la cavidad 5j tienen impacto de manera directa sobre el valor de inductancia, mientras que la tarjeta de circuitos impresos 18 tiene tendencia a tener impacto sobre el valor de la capacidad.
El caracter multirresonante obtenido, igualmente, con esta familia de ejemplos de realizacion se muestra inesperado, en la medida en que era logico pensar que las frecuencias superiores a la frecuencia de resonancia de la primera cavidad 51 no podian atravesar esta ultima cavidad 51 y alcanzar las cavidades cercanas 5j (con j t 1).
Se senalara, como se ha ilustrado de manera no limitativa en la figura 6, que el dispositivo 1 puede comprender al menos dos tabiques horizontales 9j conductores electricamente, montados cada uno movil de manera vertical en el interior de una de las cavidades 5j, y que forman cada uno una pared de fondo de uno de los compartimentos 2j. El caracter conductor electrico puede provenir del material con el que esta realizado cada tabique horizontal 9j o por el hecho de que cada tabique horizontal 9j esta revestido, sobre sus superficies, de una capa de un material conductor electrico.
Esta opcion requiere que el dispositivo 1 comprenda unos medios de regulacion dispuestos para regular la posicion (en este documento, vertical) de cada tabique horizontal 9j dentro de su cavidad 5j, y, por lo tanto, de su compartimento 2j.
Se senalara, igualmente, que el dispositivo 1 puede comprender eventualmente unos segundos medios de regulacion dispuestos para regular la permeabilidad magnetica del material que llena cada compartimento 2j. Los segundos medios de regulacion pueden estar realizados en forma de un material magnetico de permeabilidad magnetica ajustable, tal como, por ejemplo, un material ferromagnetico o un metamaterial. A titulo de ejemplo no limitativo, los segundos medios de regulacion pueden estar realizados en forma de una ferrita cuya permeabilidad magnetica cambia por la influencia de un campo magnetico. La banda de reflexion aumenta, en efecto, con el aumento de la permeabilidad magnetica del material. Una permeabilidad magnetica ajustable permite ajustar la inductancia.
Gracias a la invencion, se dispone de un dispositivo de superficie de alta impedancia compacto, ya que comprende un numero de cavidades reducido. Se dispone, ademas, de un dispositivo de superficie de alta impedancia multibandas, eventualmente reconfigurable y adaptado para unas bandas de reflexion espectralmente mas anchas 5 que en el estado de la tecnica.
Claims (14)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Dispositivo de superficie de alta impedancia (1) que comprende un conjunto de al menos dos compartimentos (2j) separados, sustancialmente cilmdricos, que tienen unas superficies interiores con un material conductor electrico y que presentan cada uno, en un extremo, una unica abertura (3), estando dichas aberturas (3) de los compartimentos (2j) orientadas de un mismo lado y recubiertas por al menos una estructura periodica de motivos conductores electricos (4), estando cada compartimento (2j) lleno de un material dielectrico, formando cada compartimento (2) cubierto de este modo al menos un resonador electromagnetico y presentando cada resonador electromagnetico una longitud de onda de resonancia, estando dicho dispositivo (1) caracterizado por que:- dichos al menos dos compartimentos (2j) estan separados el uno del otro en una distancia inferior a la longitud de onda de resonancia mas escasa presentada por dichos resonadores que forman,- al menos dos longitudes de onda de resonancia respectivas de dichos resonadores electromagneticos formados por dichos al menos dos compartimentos (2j) cubiertos son diferentes y- dicha estructura periodica presenta un periodo espacial inferior a la mitad de dicha longitud de onda de resonancia mas escasa.
- 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende una cavidad (5) dentro de la que esta dispuesto cada compartimento (2j), al menos un tabique vertical (6) dispuesto en dicha cavidad (5), siendo dicho tabique vertical (6) conductor electricamente, estando en contacto con una pared de fondo (7) de dicha cavidad (5) conductora electricamente y delimitando dichos al menos dos compartimentos (2j) y una unica estructura periodica de motivos conductores electricos (4) que cubren todas dichas aberturas (3) de dichos compartimentos (2j).
- 3. Dispositivo segun la reivindicacion 2, caracterizado por que cada tabique vertical (6) es movil segun una direccion sustancialmente paralela a un plano definido por dicha pared de fondo (7) de dicha cavidad (5).
- 4. Dispositivo segun la reivindicacion 2 o 3, caracterizado por que cada compartimento (2j) esta provisto de una pared de fondo auxiliar (8) conductora electricamente, distinta de dicha pared de fondo (7) de la cavidad (5) y montada movil de manera vertical en dicha cavidad (5).
- 5. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que comprende unos medios de regulacion dispuestos para regular la altura de cada tabique vertical (6).
- 6. Dispositivo segun una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado por que uno de los extremos de cada tabique vertical (6) se extiende frente a uno de los motivos conductores electricos (4) y presenta una seccion abocardada.
- 7. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende al menos dos cavidades (5j) disjuntas, formando cada cavidad (5j) uno de dichos compartimentos (2j).
- 8. Dispositivo segun la reivindicacion 7, caracterizado por que comprende al menos dos tabiques horizontales (9), siendo cada tabique horizontal (9) conductor electricamente y estando montado movil de manera vertical en el interior de una de dichas cavidades (5j) y formando una pared de fondo de uno de dichos compartimentos (2j).
- 9. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada compartimento (2j) esta cubierto por un solo motivo conductor electrico (4).
- 10. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada estructura periodica de motivos conductores electricos (4) esta solidarizada con unos medios de soporte (18).
- 11. Dispositivo segun la reivindicacion 10, caracterizado por que comprende unos primeros medios de regulacion dispuestos para regular la permitividad dielectrica de dichos medios de soporte.
- 12. Dispositivo segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende unos segundos medios de regulacion dispuestos para regular la permeabilidad magnetica de dicho material dielectrico.
- 13. Receptor (15) de senales de posicionamiento satelite, que comprende un plano de masa electrico (16) y al menos dos elementos radiantes (17k) dispuestos sobre dicho plano de masa (16), caracterizado por que comprende, ademas, al menos un dispositivo de superficie de alta impedancia (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, dispuesto sobre dicho plano de masa (16) entre dichos elementos radiantes (17k).
- 14. Procedimiento de modificacion de la impedancia sobre varias bandas de frecuencias de un dispositivo de superficie de alta impedancia, caracterizado por que comprende al menos una etapa de modificacion de propiedades electromagneticas de al menos un compartimento (2j) de un dispositivo de superficie de alta impedancia (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 12.
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