ES2941987T3 - Elementos de antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante de polarización simple y doble (DCBSA) - Google Patents

Elementos de antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante de polarización simple y doble (DCBSA) Download PDF

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Abstract

Se describe un elemento de antena. El elemento de antena comprende una carcasa que tiene una base y una placa conductora, y un elemento de alimentación. El alojamiento tiene una cavidad formada entre la base y la placa conductora. La placa conductora tiene una ranura radiante con una longitud y una anchura que se extienden longitudinalmente a lo largo de un primer eje y un segundo eje, respectivamente. La ranura radiante tiene un primer y un segundo borde a lo largo del primer eje. El elemento de alimentación tiene un punto de alimentación, una línea de alimentación y un trozo. La línea de alimentación se extiende a lo largo del segundo eje de la placa conductora a lo ancho de la ranura de radiación de manera que un primer extremo de la línea de alimentación se acopla con el punto de alimentación en un lado de la ranura de radiación, y un segundo extremo de la línea de alimentación se extiende más allá del segundo borde, y el trozo se extiende lateralmente de la línea de alimentación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Elementos de antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante de polarización simple y doble (D-CBSA)
Sector técnico
Las realizaciones de la invención se refieren al sector de las antenas; y más concretamente, a las antenas de ranura.
Antecedentes de la técnica
Con el rápido crecimiento del tráfico de datos móviles, existe la necesidad de una tecnología de radio más eficiente, que proporcione velocidades de datos más altas y una mejor utilización del espectro. El desarrollo reciente en los sistemas de radio (por ejemplo, 5G) hace uso de elementos de antena pequeños para permitir tasas de datos muy altas, latencia muy baja, fiabilidad ultra alta, eficiencia energética y densidades extremas de dispositivos.
Por lo general, los elementos de radio pequeños se fabrican con una o más capas con un conductor delgado (por ejemplo, un metal) situado en un sustrato dieléctrico. El proceso de fabricación de estos elementos de antena es similar al proceso de fabricación de una placa de circuito impreso (PCB).
Los elementos de antena de parche son elementos a modo de ejemplo que se pueden usar para habilitar alta frecuencia en una antena de radio. Un elemento de antena de parche tiene un elemento radiante encima de un sustrato dieléctrico. Para hacer que la antena de parche sea de banda ancha, es deseable que la altura del elemento radiante sea lo más grande posible sobre un plano de tierra. Sin embargo, en un elemento de antena de parche, si la altura del elemento radiante en relación con la longitud de onda del espacio libre es grande (por ejemplo, del orden de 0 '3 / ( 2 ? Q may0r^ entonces las ondas superficiales y reflejadas pueden propagarse en el sustrato dieléctrico afectando al acoplamiento mutuo entre los múltiples elementos de antena de parche. El acoplamiento mutuo conduce a ceguera de exploración cuando la separación entre los elementos de antena de parche de una antena de radio es mayor que 0,5 longitudes de onda. La ceguera de exploración no es deseable debido a que crea el efecto de que en algunos ángulos de exploración se transmite poca o ninguna potencia.
La antena de ranura respaldada por cavidad es un ejemplo de elemento de antena que puede superar los problemas de acoplamiento mutuo y ceguera de exploración observados en las antenas de parche. En varios diseños de antenas de ranura, el elemento de alimentación está por encima del elemento radiante en un sustrato dieléctrico delgado. Por ejemplo, los documentos "Inverted Microstrip-Fed Cavity-Backed slot antennas”, Quan Li, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Antennas and Propagation, 2002; y "Wideband LTCC 60-GHz antenna array with a dual-resonant slot and patch structure”, Kuo-Sheng Chin, IEEE transactions on antennas and propagation, vol. 62, núm. 1 de enero de 201, son ejemplos de diseños de antenas de ranura. Sin embargo, tener el elemento de alimentación por encima del elemento radiante no es deseable debido a que afecta las características de radiación. El documento "Design of a Wideband Dual-Polarized Cavity Backed slot antenna”, Rajesh C Paryani, Ph. D. Thesis, 2010, es otro ejemplo de antena de ranura con un elemento de alimentación doble sobre el elemento radiante para crear dos resonancias. Este diseño de antena de ranura es muy sensible a las tolerancias debido a que el elemento de alimentación tiene que ser extremadamente preciso.
En varios diseños de antenas de ranura, el elemento de alimentación está dentro de una cavidad. Sin embargo, algunos de estos diseños son de banda estrecha (hasta un 6 % de ancho de banda de 10 dB), los documentos "Bandwidth Enhancement of Cavity-Backed slot antenna Using a Via-Hole Above the Slot”, Sumin Yun, Dong-Yeon Kim, IEEE antennas and wireless propagation letters, VOL. 11, 2012;" y "Planar Slot antenna Backed by Substrate Integrated Waveguide Cavity”, Guo Qing Luo, IEEE antennas and wireless propagation letters, vol. 7, 2008" son ejemplos de antenas de ranura de banda estrecha. Algunas antenas de ranura pueden diseñarse para ser de banda ancha, pero siguen presentando otras características indeseables. Por ejemplo, en el documento "Cavity-backed wide slot antenna”, J. Horokawa, IEE proceedings, vol. 136, 1989, "las características de radiación no son deseables debido a que los patrones de radiación tienen anchuras de haz muy desiguales en los planos principales (es decir, en el plano E y en el plano H).
El documento "Design of a Broadband Cavity-Backed Multislot antenna”, Jing-yu Yang, Proceedings of the International Symposium on Antennas & Propagation (ISAP), Volumen: 01, 2013 es otro diseño de banda ancha de una antena de ranura, donde el elemento de alimentación está dentro de la cavidad. Sin embargo, el elemento de antena no es adecuado para usar en un conjunto de antenas con una separación típica entre elementos de antena adyacentes de 0,5 a 0,6 longitudes de onda, debido a que el tamaño del elemento de antena es de una a dos longitudes de onda (sobre el ancho de banda).
El documento US 2011/074642 A1 da a conocer una antena que incluye un recinto formado por una pared frontal y una pared posterior opuesta a la pared frontal, y una cara frontal y una cara posterior opuesta a la cara frontal. Tanto la cara frontal como la cara posterior se extienden entre la pared frontal y la pared posterior para formar una cavidad dentro del recinto. El recinto incluye además una ranura formada en la cara frontal para formar una ranura respaldada por una cavidad. Un conector de radiofrecuencia (RF) está montado en la pared frontal. Una línea de alimentación conformada está montada dentro de la cavidad y está conectada eléctricamente al conector de RF para transmitir y recibir energía de RF. La línea de alimentación conformada se extiende a través de la ranura para acoplar la energía de RF entre la ranura y la línea de alimentación conformada. La línea de alimentación conformada tiene una estructura predeterminada.
El documento de MANOJ SINGH ET AL: "Design of Aperture Coupled Fed Micro-Strip Patch Antenna for Wireless Communication", ANNUAL INDIA CONFERENCE, 2006, IEEE, PI, 1 de septiembre de 2006 (01/09/2006), páginas 1-5, XP031 042699, da a conocer un diseño y fabricación de una antena de parche de microbanda acoplada por abertura (ACMPA). La ACMPA permite la separación del elemento radiante (el parche de microbanda) y una red de alimentación (línea de transmisión de microbanda de 50 ohmios) con una capa conductora (tierra) entre ambos. La ACMPA está formada en una losa dieléctrica separada sobre un plano de tierra, y dos estructuras están acopladas electromagnéticamente a través de una abertura estrecha en el plano de tierra.
El documento US 4 710 775 A da a conocer un elemento de antena de dipolo de ranura complementario, parásitamente acoplado, que incluye un elemento de antena de ranura respaldada por cavidad accionado y un elemento de dipolo parásito transversal a la ranura del elemento de antena de ranura respaldada por cavidad. Los elementos de antena dipolo parásita y de ranura respaldada por cavidad resuenan aproximadamente a la frecuencia central de las señales de excitación suministradas al elemento de antena de ranura respaldada por cavidad. para generar una firma electromagnética relativamente simétrica y un ancho de banda aumentado.
El documento US 4792809 A da a conocer una antena de ranura alimentada en T de microbanda. La antena se compone de una sola placa de circuito impreso que tiene la alimentación en T y la ranura en la parte frontal y una alimentación de línea de transmisión de microbanda en la parte posterior. Una pluralidad de orificios en la placa que rodea la ranura están conectados eléctricamente de adelante atrás para proporcionar la cavidad de la antena.
Compendio de la invención
Un aspecto de la presente invención describe un elemento de antena que comprende una carcasa que tiene una base y una placa conductora. La carcasa tiene una cavidad formada entre la base y la placa conductora. La cavidad está acoplada a la placa conductora en un borde superior de la carcasa. La placa conductora tiene una ranura radiante con una longitud y una anchura que se extienden longitudinalmente a lo largo de un primer eje y un segundo eje, respectivamente. La ranura tiene un primer y un segundo bordes a lo largo del primer eje. El elemento de antena incluye un elemento de alimentación que tiene un punto de alimentación, una línea de alimentación y un talón. El elemento de alimentación está situado en la cavidad a una primera distancia predeterminada entre la base y la placa conductora para permitir la adaptación de impedancia de doble frecuencia resonante. La línea de alimentación se extiende a lo largo del segundo eje de la placa conductora a través de la anchura de la ranura radiante, de modo que un primer extremo de la línea de alimentación está acoplado con el punto de alimentación en un lado de la ranura radiante, adyacente al primer borde de la ranura radiante y un segundo extremo de la línea de alimentación se extiende más allá del segundo borde de la ranura radiante, y el talón se extiende lateralmente desde la línea de alimentación.
Varias implementaciones pueden incluir una o más de las siguientes características. El elemento de antena puede incluir además dos o más talones, estando cada uno de los dos o más talones acoplado a la línea de alimentación a una distancia respectiva y situado entre el primer extremo de la línea de alimentación y el primer borde de la ranura radiante.
El elemento de antena donde están formadas las paredes de la carcasa utilizando vías que conectan la placa conductora con un plano de tierra que forma la base de la carcasa.
El elemento de antena, donde la primera distancia predeterminada está a mitad de camino entre la base y la placa conductora.
El elemento de alimentación es un elemento de alimentación activo y la línea de alimentación es una línea de alimentación activa y ha de acoplarse con una fuente de señal a través del punto de alimentación, y donde el elemento de antena incluye además: un elemento de alimentación pasivo, desacoplado de una señal fuente, que incluye una línea de alimentación pasiva situada en un extremo opuesto de la ranura radiante lejos del elemento de alimentación activo, extendiéndose la línea de alimentación pasiva a través de la ranura radiante de tal manera que un primer extremo de la línea de alimentación pasiva con el elemento de alimentación pasivo se extiende más allá del segundo borde de la ranura radiante y un segundo extremo de la línea de alimentación pasiva se extiende más allá del primer borde de la ranura radiante.
El elemento de alimentación pasivo incluye además un talón pasivo que se extiende lateralmente desde la línea de alimentación pasiva.
El elemento de antena, donde la ranura radiante es una primera ranura radiante y la placa conductora define una segunda ranura radiante en ángulo recto con la primera ranura radiante para permitir un elemento de antena de ranura respaldada por cavidad de doble polarización, la segunda ranura radiante tiene un primer borde y un segundo borde a lo largo del segundo eje, el elemento de antena incluye además: un segundo elemento de alimentación que tiene un punto de alimentación, una línea de alimentación y un talón, el segundo elemento de alimentación de la segunda ranura radiante está situado en la cavidad a la primera distancia predeterminada entre la base y la placa conductora, extendiéndose la línea de alimentación de la segunda ranura radiante a lo largo del primer eje de la placa conductora a través de la anchura de la segunda ranura radiante de tal manera que un primer extremo de la línea de alimentación de la segunda ranura radiante está acoplado con el punto de alimentación de la segunda ranura radiante en un lado de la misma, adyacente a un borde de la segunda ranura radiante y un segundo extremo de la línea de alimentación se extiende más allá de otro borde de la segunda ranura radiante, y extendiéndose el talón de la segunda línea de alimentación lateralmente desde la segunda línea de alimentación. El elemento de antena, donde el talón se extiende lateralmente desde la línea de alimentación, perpendicular al mismo para una primera parte del talón y paralelo a la línea de alimentación para una segunda parte del talón. El elemento de antena, donde la cavidad en dicha carcasa está formada entre la base, la placa conductora y una pluralidad de vías separadas que se extienden entre la base y la placa conductora para formar paredes de cavidad.
El elemento de antena, donde las vías están separadas a una distancia menor o igual a 0,1 longitud de onda de una frecuencia de funcionamiento del elemento de antena.
El elemento de antena, donde la cavidad tiene al menos una de una forma octogonal, circular y rectangular.
El elemento de antena, donde el elemento de antena está realizado como una estructura de placa de circuito impreso (PCB) multicapa. El elemento de antena, donde el elemento de alimentación es una línea de banda situada en una capa entre la placa conductora y un plano de tierra. El elemento de antena, donde la forma de la ranura radiante es al menos una de un hexágono bisimétrico cóncavo, un trapezoide, un rectángulo, un polígono convexo.
Breve descripción de los dibujos
La invención puede entenderse mejor haciendo referencia a la siguiente descripción y los dibujos adjuntos que se utilizan para ilustrar realizaciones de la invención. En los dibujos:
la figura 1A ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de polarización simple según una realización de la presente invención;
la figura 1B ilustra una vista lateral de un elemento de antena de polarización simple según una realización de la presente invención;
la figura 1C ilustra una vista en alzado de un elemento de antena de polarización simple según una realización de la presente invención;
la figura 2 ilustra los resultados de una simulación a modo de ejemplo de la pérdida de retorno asociada con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena;
la figura 3A ilustra los resultados de simulación a modo de ejemplo de un patrón de radiación a una frecuencia de 26 GHz asociado con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de polarización simple; la figura 3B ilustra los resultados de una simulación a modo de ejemplo de un patrón de radiación a una frecuencia de 27,66 GHz asociado con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de polarización simple;
la figura 4 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de polarización simple según una realización de la presente invención;
la figura 5 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de polarización simple según una realización de la presente invención;
la figura 6 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención;
la figura 7 ilustra los resultados de una simulación a modo de ejemplo de la pérdida de retorno asociada con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena;
la figura 8 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención;
la figura 9A ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención;
la figura 9B ilustra de resultados de simulación, a modo de ejemplo, de pérdida de retorno asociados con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de doble polarización; y
La figura 10 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención.
Descripción detallada
La siguiente descripción describe elementos de antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante (D-CBSA) con polarización simple y doble. En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión más completa de la presente invención. Sin embargo, un experto en la materia apreciará que la invención puede practicarse sin tales detalles específicos. Los expertos en la materia, con las descripciones incluidas, serán capaces de implementar la funcionalidad apropiada sin experimentación innecesaria. Las referencias en la memoria descriptiva a "una realización", "un ejemplo de realización", etc., indican que la realización descrita puede incluir un aspecto, estructura o característica particular, pero es posible que cada realización no incluya necesariamente el aspecto, estructura o característica particulares. Además, dichas expresiones no se refieren necesariamente a la misma realización. Además, cuando se describe un aspecto, estructura o característica particular en relación con una realización, se afirma que está dentro del conocimiento de un experto en la materia afectar dicho aspecto, estructura o característica en relación con otras realizaciones, se describa explícitamente o no.
En el presente documento puede utilizarse texto entre paréntesis y bloques con bordes discontinuos (por ejemplo, guiones grandes, guiones pequeños, punto y guión, y puntos) para ilustrar operaciones opcionales que añaden características adicionales a las realizaciones de la invención. Sin embargo, tal notación no debe interpretarse como que estas son las únicas opciones u operaciones opcionales, y/o que los bloques con bordes continuos no son opcionales en ciertas realizaciones de la invención.
En la siguiente descripción y reivindicaciones, pueden usarse los términos "acoplado" y "conectado", junto con sus derivados. Debe entenderse que estos términos no pretenden ser sinónimos entre sí. "Acoplado" se utiliza para indicar que dos o más elementos, que pueden o no estar en contacto físico o eléctrico directo entre sí, cooperan o interactúan entre sí. "Conectado" se utiliza para indicar el establecimiento de comunicación entre dos o más elementos que están acoplados entre sí.
Normalmente, un elemento de antena comprende una disposición de componentes conectados eléctricamente a un receptor o transmisor. El elemento de antena puede ser parte de una unidad de transmisión de ondas de radio que es operativa para transmitir una onda de radio (es decir, una onda de campo electromagnético). Una corriente oscilante de electrones forzados a través del elemento de antena por un transmisor a través de un punto de alimentación crea un campo magnético oscilante alrededor de los componentes del elemento de antena. Al mismo tiempo, la carga de los electrones también crea un campo eléctrico oscilante a lo largo de los componentes. Estos campos variables en el tiempo se irradian desde el elemento de antena hacia el espacio como una onda de campo electromagnético transversal en movimiento. A la inversa, el elemento de antena puede ser parte de una unidad de recepción de ondas de radio que es operativa para recibir ondas de radio. Durante la recepción, los campos eléctricos y magnéticos oscilantes de una onda de radio entrante ejercen fuerza sobre los electrones en los componentes del elemento de antena. Esta fuerza hace que los electrones se muevan de un lado a otro, creando corrientes oscilantes en el elemento de antena, que se recogen a través del elemento de alimentación. Estas corrientes se alimentan a un receptor para ser amplificadas.
Las realizaciones dadas a conocer en este documento se refieren a antenas de ranura. Además, aunque parte de la descripción siguiente se proporciona haciendo referencia a los elementos de antena que forman parte de las unidades de transmisión de ondas de radio, un experto en la materia entenderá fácilmente los conceptos descritos como aplicables a elementos de antena que forman parte de las unidades de recepción de ondas de radio.
Se describen realizaciones de elementos de antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante (D-CBSA) de polarización simple y doble. En algunas realizaciones, el elemento de antena comprende una carcasa que tiene una base y una placa conductora. La carcasa tiene una cavidad formada entre la base y la placa conductora. La cavidad está acoplada a la placa conductora en un borde superior de la carcasa. La placa conductora tiene una ranura radiante con una longitud y una anchura que se extienden longitudinalmente a lo largo de un primer eje y un segundo eje, respectivamente. La ranura tiene un primer y un segundo borde a lo largo del primer eje. El elemento de antena incluye un elemento de alimentación que tiene un punto de alimentación, una línea de alimentación y un talón. El elemento de alimentación está situado en la cavidad a una primera distancia predeterminada entre la base y la placa conductora para permitir la adaptación de impedancia de doble frecuencia resonante. La línea de alimentación se extiende a lo largo del segundo eje de la placa conductora a través de la anchura de la ranura radiante, de modo que un primer extremo de la línea de alimentación está acoplado con el punto de alimentación en un lado de la ranura radiante, adyacente al primer borde de la ranura radiante y un segundo extremo de la línea de alimentación se extiende más allá del segundo borde de la ranura radiante, y el talón se extiende lateralmente desde la línea de alimentación.
En las realizaciones descritas en este documento, el elemento de alimentación del elemento de antena está situado dentro de la cavidad sin material dieléctrico sobre la ranura radiante. Por lo tanto, a diferencia de las antenas de ranura existentes con un elemento de alimentación sobre la ranura radiante, las presentes realizaciones no se enfrentan al problema de las ondas superficiales y reflejadas. Además, el ancho de banda del elemento de antena se incrementa mediante adaptación a dos frecuencias resonantes. La adaptación de doble frecuencia se consigue mediante el elemento de alimentación situado dentro de la cavidad y que incluye la línea de alimentación que se extiende a través de la ranura radiante, así como también el talón. En particular, una extensión de la línea de alimentación que pasa por la ranura radiante actúa como un talón de sintonización y excita la ranura a una primera frecuencia resonante. Además, y en contraste con los diseños de antena de ranura conocidos de la técnica anterior, el talón que forma parte del elemento de alimentación permite la adaptación de impedancia a una segunda frecuencia resonante. Además, el talón (que puede denominarse talón de adaptación) está situado dentro de la cavidad minimizando, por lo tanto, el tamaño y la pérdida del elemento asociado y maximiza el ancho de banda de adaptación. Algunas realizaciones tienen una ranura radiante de doble polarización (es decir, que incluye dos elementos de alimentación separados) con estructura de alimentación diferencial. En algunas realizaciones, el elemento de antena puede incluir elementos de alimentación activos y pasivos. En algunas realizaciones, los elementos de antena tienen un ancho de banda superior al 11 % (a una pérdida de retorno de 10 dB).
Como se discutirá con mayor detalle a continuación, las realizaciones de los elementos de antena descritas aquí presentan varias ventajas comparadas con las antenas de ranura existentes. Por ejemplo, como resultado de la omisión de material dieléctrico sobre el radiador de la ranura (lo que garantiza que no estén presentes ondas superficiales ni reflejadas), se evita la ceguera de exploración. Los elementos de antena de las diversas realizaciones consiguen un gran ancho de banda de impedancia (por ejemplo, del 11 % a una pérdida de retorno de 10 dB), con patrones de radiación con buen comportamiento que tienen anchuras de haz similares en el plano E y en el plano H sobre este ancho de banda.
Las figuras 1A-C ilustran varias vistas de una antena de ranura respaldada por cavidad doblemente resonante de polarización simple (D-CBSA) de acuerdo con una realización de la presente invención. la figura 1A ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena 100; la figura 1B ilustra una vista lateral del elemento de antena 100; y la figura 1C ilustra una vista en alzado del elemento de antena 100.
El elemento de antena 100 incluye una placa conductora 104, una carcasa 108 y un elemento de alimentación 110. La placa conductora 104 tiene un primer eje X y un segundo eje Y. La placa conductora 104 define una ranura radiante 106 que tiene una longitud Ls y se extiende longitudinalmente a lo largo del primer eje X y una anchura Ws que se extiende lateralmente a lo largo del segundo eje Y. La ranura radiante 106 es una abertura en la placa conductora 104. La ranura radiante 106 tiene un primer borde 106A y un segundo borde 106B a lo largo del primer eje X. La ranura radiante tiene un tercer 106C y un cuarto bordes 106D a lo largo del segundo eje Y. Si bien la ranura radiante se ilustra como una abertura rectangular en la placa conductora 104, en otras realizaciones la ranura radiante puede tener formas diferentes (por ejemplo, se puede usar una forma de hexágono bisimétrico cóncavo (pajarita), trapezoidal, de polígono convexo (tal como un octágono convexo), circular u otras). La distancia entre el primer borde 106A y el segundo borde 106B es la anchura de la ranura Ws. La distancia entre el tercer borde 106C y el cuarto borde 106D es la longitud de la ranura Ls.
La carcasa 108 tiene una cavidad 109A formada en la misma. La carcasa 108 está formada por paredes 109B y una base 112. La placa conductora 104 está acoplada a la carcasa en bordes superiores de la carcasa 108 (por ejemplo, en bordes superiores de las paredes 109B). La cavidad tiene una longitud Lcx (en la dirección del eje X), una anchura Lcy (en la dirección del eje Y) y una altura Hcz (en la dirección del eje Z). El elemento de alimentación 110 está situado en la cavidad 109A a una primera distancia predeterminada hb de la placa conductora y una segunda distancia predeterminada ha desde la base 112 de la carcasa 108 para permitir la adaptación de impedancia de doble frecuencia. En algunas realizaciones, el elemento de alimentación 110 está situado en el centro de la altura de la ranura (es decir, la distancia hb es igual o sustancialmente igual a la distancia ha). El elemento de alimentación 110 incluye una línea de alimentación 110A que se extiende a lo largo del segundo eje Y de la placa conductora 104 y a través de la ranura radiante 106 de manera que un primer extremo 111A de la línea de alimentación 110A está acoplado con un punto de alimentación 110C en un lado o antes del primer borde 106A de la ranura radiante 106 y un segundo extremo de la línea de alimentación 110A en el otro lado, extendiéndose más allá del segundo borde 106B de la ranura radiante 106. La posición de desplazamiento Lf indica la posición de la línea de alimentación 110A haciendo referencia al cuarto borde 106D de la ranura radiante 106. La longitud Lm indica la longitud de una parte de la línea de alimentación 110A que se extiende más allá del segundo borde 106B de la ranura radiante 106.
El elemento de alimentación 110 incluye un talón 110B que se extiende lateralmente desde la línea de alimentación 110A. En algunas realizaciones, el talón 110B está acoplado con la línea de alimentación 110A en una posición que está entre el primer extremo 111A de la línea de alimentación y el primer borde 106A de la ranura radiante 106. La distancia desde el talón hasta el primer borde 106A de la ranura radiante se define como Lao. En otras realizaciones, el talón 110B está acoplado a la línea de alimentación 110A en otras posiciones diferentes de la posición ilustrada en las figuras 1A-C, sin apartarse del alcance de la presente invención. Si bien el talón 110B se muestra a un lado de la línea de alimentación 110A a lo largo del eje X y en el mismo plano que la línea de alimentación 110A, en otras realizaciones, el talón 110B puede estar situado en diferentes posiciones y planos. En algunas realizaciones, el talón puede estar situado por debajo o por encima de la línea de alimentación (es decir, no en el mismo plano) y conectado a la línea de alimentación mediante una vía. Por ejemplo, cuando el elemento de antena es una estructura de PCB, el talón puede estar situado en otra capa diferente de la capa en la que está la línea de alimentación (por ejemplo, en una capa que está por debajo de, o bajo de la capa de la línea de alimentación). En algunas realizaciones, el talón también puede estar inclinado con respecto a la línea de alimentación (es decir, formando un ángulo con la línea de alimentación diferente de 90 grados). En algunas realizaciones, el talón puede estar en cualquier lado (sentido x positivo o sentido x negativo) de la línea de alimentación.
En funcionamiento, el elemento de alimentación 110 permite el acoplamiento de una corriente oscilante al elemento de antena 100, a través del punto de alimentación 110C. Cuando el elemento de antena 100 es parte de una unidad de transmisión, el elemento de alimentación 110 es el componente del elemento de antena que recibe la corriente oscilante de un transmisor (no ilustrado) a través del punto de alimentación y la alimenta al resto de la estructura de la antena (por ejemplo, la cavidad y la ranura radiante). En estas realizaciones, el elemento de antena funciona como parte de una unidad de transmisión de ondas de radio y el elemento de alimentación alimenta la corriente de radiofrecuencia recibida del transmisor a través del punto de alimentación 110C a la cavidad y la ranura radiante para ser radiada como ondas de radio. Cuando el elemento de antena 100 es parte de una unidad de recepción, el elemento de alimentación 110 es el componente que recoge las ondas de radio entrantes, las convierte en corrientes eléctricas y las transmite a un receptor (no ilustrado). En estas realizaciones, el elemento de antena funciona como parte de una unidad de recepción de ondas de radio y el elemento de alimentación 110 transforma las ondas de radio en la cavidad y la ranura radiante en corriente de radiofrecuencia que se transmitirá al receptor a través del punto de alimentación 110C.
El elemento de antena 100 incluye además del elemento de alimentación 110, una estructura reflectante y directiva, representada aquí como la cavidad 109A y la ranura radiante 106, cuya función es convertir las ondas de radio de la alimentación en un haz u otro patrón de radiación deseado. La cavidad 109A tiene dos propósitos principales. Reduce la posibilidad de propagación de ondas superficiales y crea un patrón de radiación unidireccional de la onda de radio. La cavidad tiene un material dieléctrico de baja pérdida PCB. El valor de la permitividad relativa del material dieléctrico tiene un efecto sobre la frecuencia resonante y el tamaño del elemento. La base 112, que también puede actuar como plano de tierra para la cavidad 109A, elimina la radiación de la parte trasera.
La frecuencia central de la onda electromagnética radiada por el elemento de antena 100 está determinada principalmente por la longitud de la ranura Ls así como por las dimensiones de la cavidad Lcx y Lcy y permitividad relativa del material dieléctrico en la cavidad. La anchura Wm, y la altura ha de la línea de alimentación 110A determinan la impedancia Zm de la línea de alimentación 110A a través de la ranura radiante 106. La impedancia Zm de la línea de alimentación se adapta a la impedancia de la ranura seleccionando una posición de desplazamiento adecuada LF . Los parámetros Lm, La y Lao y Lf determinan la separación entre las frecuencias resonantes y permite la adaptación de impedancia en estas frecuencias resonantes. En las realizaciones, cuando el elemento de alimentación 110 se coloca en el centro de la altura de la cavidad, es decir, a lo largo del eje Z, se reduce la sensibilidad de las características del elemento de antena (por ejemplo, la impedancia y el patrón de radiación del elemento de antena) para los parámetros del elemento de alimentación 110. Por lo tanto, el elemento de antena propuesto es menos sensible a variaciones de tolerancia de fabricación de los componentes cuando el elemento de alimentación se coloca aproximadamente a la mitad de la altura de la cavidad.
En funcionamiento, la extensión de la línea de alimentación 110A que se extiende más allá del borde 106B de la ranura radiante 106 actúa como un talón de sintonización y excita la ranura radiante 106 a una primera frecuencia resonante. Además, y en contraste con los diseños de antena de ranura conocidos de la técnica anterior, el talón 110B que forma parte del elemento de alimentación 110 permite la adaptación de impedancia a una segunda frecuencia resonante. El talón de adaptación 110B está situado dentro de la cavidad minimizando así la pérdida así como maximizando el ancho de banda de adaptación. La frecuencia de funcionamiento central del elemento de antena se puede determinar seleccionando los parámetros apropiados para los diferentes componentes del elemento de antena (por ejemplo, parámetros de la ranura, de la cavidad y de los elementos de alimentación). Como un ejemplo de la onda de radio transmitida por el elemento de antena 100, la frecuencia central puede ser de 27 GHz o 28 GHz con un ancho de banda del 11 %.
La figura 2 ilustra resultados de simulación a modo de ejemplo de pérdida de retorno asociada con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena. El gráfico 200 ilustra una simulación de pérdida de retorno para el elemento de antena de polarización simple 100 de las figuras 1A-C.
Una pérdida de retorno es una medida de las características de adaptación de impedancia del elemento de antena. Una antena mal adaptada reflejará energía de RF que no estará disponible para transmisión o energía radiada y, en cambio, terminará en el transmisor. La energía devuelta al transmisor distorsiona la señal y afecta la eficiencia de la potencia transmitida y al área de cobertura de la antena. La pérdida de retorno 202 medida en decibelios (dB) (eje 203) se ilustra en la figura 2 como una función de la frecuencia medida en gigahercios (GHz) (eje 201). La pérdida de retorno ilustrada 202 se consigue cuando el elemento de antena se diseña con parámetros óptimos, donde la frecuencia central del elemento de antena es de 27 GHz. Por ejemplo, las siguientes medidas se pueden utilizar para los diferentes componentes del elemento de antena: Lf=600um, Lm=230um, La=1130um, Wm=128um, Ls=4100um, Ws=900um, Lcx=4300um, Lao=436um, Wi=450um, ha=437um, hb=508um y Hcz=962um (um refiriéndose a micrómetros). Estas medidas pretenden ser solo a modo de ejemplo y no son limitativas. Las dos frecuencias resonantes del elemento de antena se pueden ver en F1 y F2. Los puntos m1, m2 y m3 ilustran frecuencias que consiguen una pérdida de retorno de -10dB.
En algunas realizaciones, la anchura de la ranura, medida a lo largo del eje y, se elige para controlar el comportamiento del patrón de radiación (por ejemplo, el ancho de banda y la simetría del patrón de radiación), en particular, la anchura de la ranura se selecciona para obtener una mayor simetría en patrones de radiación. En diseños de elementos de antena de la técnica anterior, una ranura radiante más ancha permite un ancho de banda más ancho, sin embargo, una ranura que sea demasiado ancha provoca asimetría en el patrón de radiación. Las realizaciones de la presente invención, al adaptar dos frecuencias resonantes, permiten la selección de una ranura menos ancha para obtener el mismo ancho de banda que el que se habría obtenido con una ranura más ancha en los diseños de la técnica anterior, manteniendo al mismo tiempo la simetría del patrón de radiación. Por el contrario, los diseños de elementos de antena de ranura de la técnica anterior habrían requerido una ranura más ancha para obtener el mismo ancho de banda del patrón de radiación, lo que provocaría una asimetría del patrón de radiación.
Por lo tanto, las realizaciones presentadas en este documento presentan claras ventajas comparadas con los diseños de antena de ranura anteriores.
La figura 3A ilustra resultados de simulación a modo de ejemplo de un patrón de radiación asociado con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de polarización simple. Por ejemplo, la figura 3A ilustra una representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena en función del espacio (por ejemplo, en función de un ángulo theta medido en grados). Las curvas 301A, 302A, 303A y 304A muestran el patrón de radiación en cuatro cortes angulares (por ejemplo, Phi = 0 grados, Phi = 45 grados, Phi = 90 grados y Phi = 135 grados respectivamente) de un elemento de antena de polarización simple, según se define en la presente invención (por ejemplo, el elemento de antena 100) cuando radia a una frecuencia central de 26 GHz. Las curvas 301A-304A describen cómo la antena irradia energía hacia el espacio. Las curvas muestran que el elemento de antena 100 tiene generalmente patrones de radiación con buen comportamiento en diferentes planos.
La figura 3B ilustra resultados de simulación a modo de ejemplo de un patrón de radiación asociado con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de polarización simple. Por ejemplo, la figura 3B ilustra una representación gráfica de las propiedades de radiación de la antena en función del espacio (por ejemplo, en función de un ángulo theta medido en grados). Las curvas 301B, 302B, 303B y 304B muestran el patrón de radiación en cuatro cortes angulares (por ejemplo, Phi = 0 grados, Phi = 45 grados, Phi = 90 grados y Phi = 135 grados respectivamente) de un elemento de antena de polarización simple, según se define en la presente invención (por ejemplo, el elemento de antena 100) a una frecuencia central de 27,66 GHz. Las curvas 301B-304B describen cómo la antena irradia energía hacia el espacio. Las curvas muestran que el elemento de antena 100, cuando irradia a una frecuencia central de 27,66 GHz, tiene generalmente patrones con buen comportamiento. Como se muestra en las figuras 3A-B, las realizaciones de la presente invención presentan elementos de antena con patrones de radiación que se comportan bien y tienen anchuras de haz similares en diferentes planos de radiación.
La figura 4 ilustra una vista superior de un elemento de antena según otra realización de la presente invención. El elemento de antena 400 es una única antena de ranura respaldada por cavidad polarizada realizada mediante una estructura de placa de circuito impreso (PCB) multicapa. La carcasa del elemento de antena 400 tiene una base con un plano de tierra (no mostrado), un plano de tierra superior o placa conductora 404 e incluye múltiples filas (fila 407A, fila 407B, fila 407C y fila 407D) de vías acopladas a un plano de tierra inferior. Las vías conectan los planos de tierra superior e inferior (por ejemplo, el plano de tierra superior 404 que define la ranura radiante 406). En esta realización, las vías 407 reemplazan las paredes de la cavidad de la carcasa (108, véase la figura 1). Normalmente, las vías están separadas a una distancia menor o igual a 0,1 veces la longitud de onda a la frecuencia más alta. Los planos de tierra inferior y superior son placas conductoras. A los efectos de esta descripción y en relación con los dibujos, el plano de tierra inferior se denomina a veces base. En algunas realizaciones, las placas conductoras están fabricadas de material de cobre y la cavidad es un material dieléctrico entre las dos placas conductoras. La ranura radiante 406 está grabada en el plano de tierra superior 404. El elemento de alimentación 410 es una línea de banda situada en la capa intermedia de la estructura de PCB.
El elemento de alimentación 410 del elemento de antena 400 incluye una línea de alimentación 410A, un talón 410B y un punto de alimentación 410C. El elemento de alimentación 410 está situado en la cavidad a una primera distancia predeterminada de la placa conductora y una segunda distancia predeterminada del plano de tierra inferior (es decir, la base de la carcasa). El elemento de alimentación 410 permite la adaptación de impedancia de doble frecuencia a través de la línea de alimentación 410A que se extiende a través de la ranura con una distancia dada Lm desde el segundo borde 406B de la ranura y el talón 410B. En algunas realizaciones, el talón 410B está acoplado con la línea de alimentación 410A en una posición que está entre el primer extremo 411A de la línea de alimentación y el primer borde 406A de la ranura radiante 406 que define una distancia Lao desde el talón hasta el primer borde 406A de la ranura radiante. En otras realizaciones, el talón 410B está acoplado a la línea de alimentación 410A en otras posiciones que están fuera de la ranura y que son diferentes de la posición ilustrada en la figura 4, sin apartarse del alcance de la presente invención. En algunas realizaciones, el elemento de alimentación 410 está situado en el centro de la altura de la ranura o a mitad de camino entre la base (112 en la figura 1) o el plano de tierra inferior y el plano de tierra superior 404.
La figura 5 ilustra una vista superior de un elemento de antena según otra realización de la presente invención. Esta realización alternativa da a conocer un ejemplo de un elemento de antena 500 en el que el elemento de alimentación 510 incluye más de un talón. El elemento de alimentación 510 incluye la línea de alimentación 510A, el punto de alimentación 510C y los talones de alimentación 510B y 510D. Si bien este ejemplo ilustra un primer y un segundo talones (510B y 510D), se pretende que sea solo un ejemplo. Otras realizaciones pueden incluir múltiples números de talones con formas variables, sin apartarse del alcance de la presente invención. Tener múltiples talones y/o formas variables permite obtener un mayor ancho de banda y/o una pérdida de retorno mejorada para un ancho de banda dado. Además, la posición del talón o de los talones puede variar a lo largo de la línea de alimentación, y las posiciones ilustradas (por ejemplo, figuras 1A-C, figuras 4-6, figuras 8-9A, figuras 10-11) son solo ejemplos.
La figura 6 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención. El elemento de antena 600 es un elemento de antena de doble polarización. El elemento de antena 600 incluye dos ranuras radiantes en ángulo recto entre sí. La primera ranura 606 está orientada perpendicularmente a la segunda ranura 636. La primera ranura radiante 606 se extiende longitudinalmente a lo largo del eje X, mientras que la segunda ranura radiante 636 se extiende longitudinalmente a lo largo del eje Y que es perpendicular al eje X. La primera ranura radiante 606 está polarizada con un primer elemento de alimentación 610. La segunda ranura radiante 636 está polarizada con un segundo elemento de alimentación 630.
El elemento de alimentación 610 está situado dentro de la cavidad e incluye una línea de alimentación 610A que se extiende a lo largo del eje Y de la placa conductora 604 y a través de la primera ranura radiante 606 de manera que un primer extremo 611A de la línea de alimentación 610A está acoplado con un punto de alimentación 610C antes del primer borde 606A de la ranura radiante 606 y un segundo extremo 612A de la línea de alimentación 610A está situado después del segundo borde 606B de la ranura radiante 606. La parte de la primera línea de alimentación 610A que se extiende más allá del segundo borde 606B de la primera ranura 606 actúa como un talón de sintonización y excita la primera ranura radiante 606 a una primera frecuencia resonante. El primer elemento de alimentación 610 incluye un primer talón 610B acoplado a la línea de alimentación 610A. El primer talón 610B permite la adaptación de impedancia a una segunda frecuencia resonante. En algunas realizaciones, el talón 610B está acoplado con la línea de alimentación 610A en una posición que está entre el primer extremo de la línea de alimentación y el primer borde 606A de la ranura radiante 606 que define una distancia predeterminada desde el talón hasta el primer borde 606A de la ranura radiante. En otras realizaciones, el talón 610B está acoplado a la línea de alimentación 610A en otras posiciones diferentes de la posición ilustrada en la figura 6, sin apartarse del alcance de la presente invención.
El segundo elemento de alimentación 630 está situado dentro de la cavidad e incluye una línea de alimentación 630A que se extiende a lo largo del eje X de la placa conductora 604 y a través de la segunda ranura radiante 636, de manera que un primer extremo 631A de la segunda línea de alimentación 630A está acoplado con un punto de alimentación 630C en el primer borde 636A de la ranura radiante 636 y un segundo extremo 632A de la segunda línea de alimentación 630A se extiende más allá del segundo borde 636B de la ranura radiante 636. El segundo extremo 632A de la segunda línea de alimentación 630A que se extiende más allá del segundo borde 636B de la segunda ranura radiante 636 actúa como un talón de sintonización y excita la segunda ranura radiante 636 a una primera frecuencia resonante. El segundo elemento de alimentación 630 incluye un segundo talón 630B acoplado a la segunda línea de alimentación 630A. En algunas realizaciones, el talón 630B está acoplado con la línea de alimentación 630A en una posición que está entre el primer extremo 631A de la línea de alimentación 630A y el primer borde 636A de la segunda ranura radiante 636 que define una distancia desde el talón hasta el primer borde de la ranura radiante. En otras realizaciones, el talón 630B está acoplado a la línea de alimentación 630A en posiciones distintas a las ilustradas en la figura 6, sin apartarse del alcance de la presente invención. El segundo talón 630B permite la adaptación de impedancia a una segunda frecuencia resonante. En algunas realizaciones, los talones 610B y 630B tienen forma de L, es decir, se extienden lateralmente desde la línea de alimentación, perpendicularmente a la misma para una primera parte del talón y paralelo a la línea de alimentación para una segunda parte del talón. La forma de L se utiliza para evitar que el extremo del talón se acerque demasiado a la ranura. Esto ilustra otro ejemplo de formas de talón que se pueden usar en diferentes realizaciones del elemento de antena. La forma de L ilustrativa (u otras formas) del talón 610B y 630B usado para el elemento de antena de doble polarización 600 también puede usarse para talones de elementos de antena de polarización simple.
La figura 7 ilustra resultados de simulación a modo de ejemplo de pérdida de retorno y aislamiento de puertos asociados con una realización a modo de ejemplo de un elemento de antena de doble polarización. En el ejemplo ilustrado, el aislamiento de puertos es superior a 12 dB sobre el ancho de banda de impedancia de 10 dB.
La figura 8 ilustra una vista desde arriba de un elemento de antena de doble polarización según una realización de la presente invención. En algunas realizaciones, la forma de la carcasa creada por las vías 807 define la cavidad del elemento de antena. La carcasa puede adoptar una forma diferente. Por ejemplo, la carcasa puede ser un octógono. Esta forma crea espacio para un elemento de alimentación de radiofrecuencia (RF) multicapa en una configuración de matriz y se puede usar para combinar de manera eficiente múltiples elementos de antena en una sola estructura de PCB.
En un elemento de antena de ranura respaldada por cavidad, puede existir a la frecuencia radiada una resonancia no deseada que no irradia ninguna energía. En algunas realizaciones, se puede añadir un tabique al elemento de antena para mover la resonancia no deseada fuera de la banda de interés. El tabique 812 se añade para abordar la resonancia no deseada. En algunas realizaciones, el tabique puede ser una vía que se extiende desde el plano de tierra inferior (es decir, que se extiende desde la base de la cavidad) del elemento de antena. En la realización de la figura 8, una vía está situada en el centro de la primera y la segunda ranuras (como el elemento 812 de la figura 8) que están dispuestas perpendicularmente entre sí. En otras realizaciones, se puede añadir más de una vía a la primera ranura 806 o a la segunda ranura 836 para actuar como un tabique.
En las figuras 9A y 10 se ilustran realizaciones adicionales de elementos de antena de doble polarización. La figura 9A ilustra un elemento de antena de doble polarización a modo de ejemplo con un aislamiento de puertos mejorado y ortogonalidad de polarización cruzada, según una realización. La simetría del campo y la relación axial de las ondas radiadas se mejoran añadiendo elementos de alimentación pasivos (930 y 940) en los extremos opuestos de las ranuras radiantes respecto de los elementos de alimentación activos correspondientes (910 y 930). A diferencia de los elementos de alimentación activos que han de conectarse a una fuente de señal, los elementos de alimentación pasivos 920 y 940 no están conectados a ninguna fuente de señal. La figura 9B ilustra el resultado de añadir los elementos de alimentación pasivos al elemento de antena 900 en términos de aislamiento de puertos y pérdida de retorno para cada uno de los puertos. Las realizaciones de alimentación pasiva de doble polarización permiten un muy buen aislamiento de puertos y una polarización cruzada baja.
La figura 10 ilustra un elemento de antena de doble polarización a modo de ejemplo con un aislamiento de puertos mejorado y ortogonalidad de polarización cruzada de acuerdo con otra realización. La simetría del campo y la relación axial de las ondas radiadas se mejoran añadiendo elementos de alimentación alimentados diferencialmente (1020 y 1040) en los extremos opuestos de las ranuras radiantes respecto de los elementos de alimentación correspondientes (1010 y 1030). Los elementos de alimentación adicionales 1020 y 1040 se alimentan de manera diferencial mediante el uso de estructuras divisorias (1012 y 1013) que conectan los elementos de alimentación 1010 y 1030 con sus respectivos elementos de alimentación opuestos 1020 y 1040. Las estructuras de alimentación se alimentan a través de los puertos de entrada 1014 (puerto de entrada 1) y 1015 (puerto de entrada 2). Las realizaciones de alimentación diferencial de doble polarización permiten un muy buen aislamiento de puertos y una polarización cruzada baja.
En las realizaciones descritas en este documento, el elemento de alimentación de cada elemento de antena está situado dentro de la cavidad sin material dieléctrico añadido sobre la ranura radiante. Por lo tanto, a diferencia de las antenas de ranura existentes con un elemento de alimentación sobre la ranura radiante, las presentes realizaciones no se enfrentan al problema de las ondas superficiales y reflejadas. Además, el ancho de banda de cada elemento de antena aumenta mediante adaptación de impedancias en dos frecuencias resonantes. La adaptación de impedancia de doble frecuencia se consigue mediante el elemento de alimentación situado dentro de la cavidad, que incluye la línea de alimentación que se extiende a través de la ranura radiante, así como un talón. Una extensión de la línea de alimentación que pasa por la ranura radiante actúa como un talón de sintonización y excita la ranura a una primera frecuencia resonante. Además, y en contraste con los diseños de antena de ranura conocidos de la técnica anterior, el talón que forma parte del elemento de alimentación permite la adaptación de impedancia a una segunda frecuencia resonante. Además, el talón está situado dentro de la cavidad, lo que minimiza el tamaño y la pérdida del elemento asociado, maximizando asimismo el ancho de banda de adaptación de impedancia.
Como se muestra aquí, las realizaciones de los elementos de antena presentan varias ventajas cuando se comparan con las antenas de ranura existentes. Por ejemplo, como resultado de la omisión de material dieléctrico sobre el radiador de la ranura (lo que garantiza que no haya ondas superficiales ni reflejadas), se evita la ceguera de exploración. Los elementos de antena de las diversas realizaciones consiguen un gran ancho de banda de adaptación de impedancia (por ejemplo, 11 % a una pérdida de retorno de 10 dB), con patrones de radiación con buen comportamiento que tienen anchuras de haz similares en el plano E y en el plano H sobre este ancho de banda.
Aunque se han descrito realizaciones de la invención en relación con un elemento de antena transmisora, otras realizaciones pueden incluir un elemento de antena receptora, en el que el elemento de alimentación está acoplado a un receptor para recibir ondas de radio. Por lo tanto, las realizaciones de la invención no se limitan a elementos de antena de transmisión.
Si bien la invención se ha descrito en términos de varias realizaciones, los expertos en la materia reconocerán que la invención no se limita a las realizaciones descritas, y puede practicarse con modificaciones y alteraciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. Por lo tanto, la descripción debe considerarse ilustrativa en lugar de limitativa.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un elemento de antena (100), que comprende:
una carcasa (108) que tiene una base (112) y una placa conductora (104), teniendo la carcasa (108) una cavidad (109A) formada entre la base (112) y la placa conductora (104), estando acoplada la cavidad (109A) a la placa conductora (104) en un borde superior de la carcasa (108), teniendo la placa conductora (104) una ranura radiante (106) con una longitud y una anchura que se extienden longitudinalmente a lo largo de un primer eje y un segundo eje, respectivamente, teniendo la ranura radiante (106) un primer (106A) y un segundo (106B) borde a lo largo del primer eje; y
un elemento de alimentación (110) que tiene un punto de alimentación (110C), una línea de alimentación (110A) y un talón (110B), el elemento de alimentación (110) está situado en la cavidad (109A) a una primera distancia predeterminada entre la base (112) y la placa conductora (104) para permitir la adaptación de impedancia de doble frecuencia resonante, extendiéndose la línea de alimentación (110A) a lo largo del segundo eje de la placa conductora (104) a través de la anchura de la ranura radiante (106) de manera que un primer extremo (111A) de la línea de alimentación (110A) está acoplado con el punto de alimentación (110C) en un lado de la ranura radiante (106), adyacente al primer borde (106A) de la ranura radiante (106) y un segundo extremo (112A) de la línea de alimentación (110A) se extiende más allá del segundo borde (106B) de la ranura radiante (106), y el talón (110B) se extiende lateralmente desde la línea de alimentación (110A); donde el elemento de alimentación (110) es un elemento de alimentación activo (110, 910, 930) y la línea de alimentación (110A) es una línea de alimentación activa (110A) y ha de acoplarse con una fuente de señal a través del punto de alimentación (110C), caracterizado por que el elemento de antena (100) comprende además:
un elemento de alimentación pasivo (920, 940), desacoplado de una fuente de señal, que incluye una línea de alimentación pasiva situada en un extremo opuesto de la ranura radiante (106) lejos del elemento de alimentación activo (110, 910, 930), extendiéndose la línea de alimentación pasiva a través de la ranura radiante (106) de manera que un primer extremo de la línea de alimentación pasiva con el elemento de alimentación pasivo (920, 940) se extiende más allá del segundo borde (106B) de la ranura radiante (106) y un segundo extremo de la línea de alimentación pasiva se extiende más allá del primer borde (106A) de la ranura radiante (106); y
en el que el elemento de alimentación pasivo (920, 940) incluye además un talón pasivo que se extiende lateralmente desde la línea de alimentación pasiva.
2. El elemento de antena (100) según la reivindicación 1, en el que el elemento de antena (100) comprende además dos o más talones (110B), cada uno de los dos o más talones (110B) está acoplado a la línea de alimentación (110A) a una respectiva distancia y está situado entre el primer extremo (111A) de la línea de alimentación (110A) y el primer borde (106A) de la ranura radiante (106).
3. El elemento de antena (100) según las reivindicaciones 1 o 2, en el que las paredes de la carcasa (108) están formadas utilizando vías (407, 807) que conectan la placa conductora (104) con un plano de tierra que forma la base (112) de la carcasa (108).
4. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la primera distancia predeterminada está a medio camino entre la base (112) y la placa conductora (104).
5. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde la ranura radiante (106) es una primera ranura radiante (606) y la placa conductora (104) define una segunda ranura radiante (636) en ángulo recto con la primera ranura radiante (606) para habilitar un elemento de antena de ranura respaldada por cavidad de doble polarización (100), teniendo la segunda ranura radiante (636) un primer borde (636A) y un segundo borde (636B) a lo largo del segundo eje, comprendiendo, además, el elemento de antena (100):
un segundo elemento de alimentación (630) que tiene un punto de alimentación (630C), una línea de alimentación (630A) y un talón (630B), el segundo elemento de alimentación (630) de la segunda ranura radiante (636) está situado en la cavidad (109A) a la primera distancia predeterminada entre la base (112) y la placa conductora (104), extendiéndose la línea de alimentación (630A) de la segunda ranura radiante (636) a lo largo del primer eje de la placa conductora (104) a través de la anchura de la segunda ranura radiante (636) de manera que un primer extremo (631A) de la línea de alimentación (630A) de la segunda ranura radiante (636) está acoplado con el punto de alimentación (630C) de la segunda ranura radiante (636) en un lado del mismo, junto a un borde (636A, 636B) de la segunda ranura radiante (636) y un segundo extremo (632A) de la línea de alimentación (630A) se extiende más allá de otro borde (636A, 636B) de la segunda ranura radiante (636), y extendiéndose el talón (630B) de la segunda línea de alimentación (630A) lateralmente desde la segunda línea de alimentación (630A).
6. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que el talón (110B) se extiende lateralmente desde la línea de alimentación (110A), perpendicular a la misma para una primera parte del talón (110B) y paralelo a la línea de alimentación (110A) para la segunda parte del talón (110B).
7. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde la cavidad (109A) en dicha carcasa (108) está formada entre la base (112), la placa conductora (104) y una pluralidad de vías separadas (407, 807) que se extienden entre la base (112) y la placa conductora (104) para formar las paredes de la cavidad.
8. El elemento de antena (100) según la reivindicación 7, en el que las vías (407, 807) están separadas a una distancia menor o igual a 0,1 veces la longitud de onda de una frecuencia de funcionamiento del elemento de antena (100).
9. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en el que la cavidad (109A) tiene al menos una de una forma octogonal, circular y rectangular.
10. El elemento de antena (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que el elemento de antena (100) está realizado como una estructura de placa de circuito impreso, PCB, multicapa.
11. El elemento de antena (100) según la reivindicación 10, en el que el elemento de alimentación (110) es una línea de banda situada en una capa entre la placa conductora (104) y un plano de tierra.
12. El elemento de antena (100) según la reivindicación 1-11, en el que la cavidad (109A) está formada por un material dieléctrico.
13. El elemento de antena (100) según la reivindicación 1-12, en el que la forma de la ranura radiante (106) es al menos una de un hexágono bisimétrico cóncavo, un trapezoide, un rectángulo o un polígono convexo.
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