ES2950655T3 - Miniaturización de antena helicoidal de puerto cuádruple - Google Patents

Abstract

Se describen antenas helicoidales cuadrifilares con cuatro puertos separados y que proporcionan una reducción de altura. El QHA incluye cuatro pistas helicoidales conductoras enrolladas alrededor de un eje de antena longitudinal común. Las pistas helicoidales conductoras están configuradas para transmitir o recibir en una banda de frecuencia seleccionada. Cada pista helicoidal conductora está conectada a un puerto respectivo de la antena a través de una línea de lanzamiento respectiva. El QHA también incluye al menos un componente conductor aislado de las pistas helicoidales conductoras y superpuesto sobre las pistas helicoidales conductoras. El al menos un componente conductor está configurado para proporcionar adaptación de impedancia en la banda de frecuencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Miniaturización de antena helicoidal de puerto cuádruple

Campo

La presente descripción se refiere a la miniaturización de una antena helicoidal cuadrifilar (QHA) con cuatro puertos independientes, incluido para su uso en sistemas de comunicación de múltiple entrada múltiple salida (MIMO) y otros sistemas de comunicación inalámbrica.

Antecedentes

Una antena helicoidal cuadrifilar (QHA) se compone de cuatro hélices separadas con cuatro puertos independientes. Una QHA puede construirse de alambres metálicos, tiras conductoras o imprimirse en una lámina dieléctrica que se envuelve cilíndricamente para generar, con una red de alimentación adecuada, radiación de polarización circular. Las QHA se han utilizado para la diversidad de antenas, la comunicación móvil terrestre por satélite (LMS), así como otros sistemas de navegación y comunicaciones por satélite.

Las QHA se han utilizado como elementos de antena de un solo puerto con polarización circular (CP) en conjuntos de dos elementos, tres elementos o elementos de dos por dos para su aplicación en sistemas de múltiple entrada múltiple salida (MIMO). En las aplicaciones MIMO, típicamente se implementan elementos de antena con solo dos puertos físicos independientes. Se demostró un elemento de antena QHA de cuatro puertos en un sistema MIMO de una sola antena en comparación con un sistema MIMO de cuatro dipolos de media onda espacialmente separados. El uso de las QHA multipuerto como elementos de antena en un conjunto de antenas puede ayudar a reducir el tamaño total del conjunto de antenas, lo que sería útil para fines de miniaturización, así como también proporcionar reducción del costo.

El documento US 2004/257297 A1 describe una antena de hélice cuadrifilar que comprende un sustrato flexible, cuatro elementos conductores con una red de alimentación grabada en una primera porción del sustrato flexible, líneas metálicas parasitarias grabadas en una segunda porción del sustrato flexible y un plano de tierra para la red de alimentación.

El documento GB 2 322 236 A describe un elemento UHF que comprende un miembro radiante que incluye una pluralidad de filamentos radiantes, un alimentador y un conector entre el alimentador y el miembro. Los filamentos y al menos una porción del conector se hacen grabando un sustrato dieléctrico.

El documento US 2010/177014 A1 describe una estructura de una antena Helicoidal Cuadrifilar Cuadrada (S-QHA) que incluye una columna cuadrada, cuatro elementos de radiación y una red de alimentación.

Resumen

La presente invención proporciona una antena helicoidal de conformidad con la reivindicación 1 y un método de conformidad con la reivindicación 8. Modalidades adicionales se describen en las reivindicaciones dependientes. A continuación, las modalidades no cubiertas por las reivindicaciones se considerarán como ejemplos útiles para comprender la invención.

Los diferentes ejemplos descritos en la presente descripción proporcionan diseños para las QHA que permiten un aumento en el número de puertos de antena en MIMO y otras aplicaciones adecuadas. Con la adición de uno o más componentes conductores capacitivos (por ejemplo, metálicos) en los ejemplos descritos en la presente descripción, se puede lograr una QHA que tenga un tamaño más compacto, unos patrones de radiación mejorados, un ancho de banda de impedancia suficientemente amplio y que proporcione una reducción del costo, en comparación con las QHA de la técnica anterior. También se puede lograr una capacidad aumentada (por ejemplo, medida como bits/s) frente a la relación señal/ruido (SNR). En algunos ejemplos, se puede lograr una reducción cercana al 70 % en la altura de la antena, mejoras en los patrones de radiación, reducción en el acoplamiento del puerto opuesto y aumento en la impedancia de la antena y el ancho de banda del patrón, en comparación con las QHA de la técnica anterior.

Las QHA ilustrativas descritas pueden permitir que se utilicen elementos de antena de cuatro puertos en un conjunto de antenas (por ejemplo, para aplicaciones MIMO masivas), lo que puede permitir que se reduzca el tamaño del panel del conjunto (por ejemplo, una reducción del tamaño de alrededor del 42 % en algunos ejemplos) en comparación con arreglos que usan elementos de antena de dos puertos.

En algunos ejemplos, la presente descripción describe una QHA. La QHA incluye cuatro pistas helicoidales conductoras enrolladas alrededor de un eje de antena longitudinal común. Las pistas helicoidales conductoras se configuran para transmitir o recibir en una banda de frecuencia seleccionada. Cada pista helicoidal conductora se conecta a un puerto respectivo de la antena a través de una línea de lanzamiento respectiva. La QHA también incluye al menos un componente conductor aislado de las pistas helicoidales conductoras y superpuesto sobre (o debajo) de las pistas helicoidales conductoras. El al menos un componente conductor se configura para proporcionar adaptación de impedancia en la banda de frecuencia.

En algunos ejemplos, la presente descripción describe un conjunto de antenas. El conjunto de antenas incluye una pluralidad de las QHA de cuatro puertos. Cada QHA incluye cuatro pistas helicoidales conductoras enrolladas alrededor de un eje de antena longitudinal común. Las pistas helicoidales conductoras se configuran para transmitir o recibir en una banda de frecuencia seleccionada. Cada pista helicoidal conductora se conecta a un puerto respectivo de la antena a través de una línea de lanzamiento respectiva. Cada QHA también incluye al menos un componente conductor aislado de las pistas helicoidales conductoras y superpuesto sobre (o debajo) de las pistas helicoidales conductoras. El al menos un componente conductor se configura para proporcionar adaptación de impedancia en la banda de frecuencia.

En algunos ejemplos, la presente descripción describe un método para fabricar una QHA. El método incluye proporcionar cuatro pistas helicoidales conductoras como pistas en una primera superficie de un material dieléctrico flexible. Cada pista helicoidal conductora se proporciona con una cola y una línea de lanzamiento respectiva para conectarse a un puerto respectivo de la antena. Las pistas helicoidales conductoras se configuran para transmitir o recibir en una banda de frecuencia seleccionada. El método también incluye proporcionar al menos un componente conductor en una segunda superficie diferente del material dieléctrico flexible. El al menos un componente conductor se posiciona para ser aislado de las pistas helicoidales conductoras y superpuesto sobre las pistas helicoidales conductoras. El al menos un componente conductor se configura para proporcionar adaptación de impedancia en la banda de frecuencia. El método también incluye envolver el material dieléctrico flexible de manera que las pistas helicoidales conductoras formen bobinados helicoidales alrededor de un eje de antena longitudinal común.

El al menos un componente conductor puede incluir al menos un anillo conductor y/o parches conductores. Puede haber un conjunto de parches conductores o más de un conjunto de parches conductores.

Breve descripción de los dibujos

Ahora se hará referencia, a modo de ejemplo, a los dibujos adjuntos que muestran modalidades ilustrativas de la presente solicitud, y en los que:

La Figura 1A es un diagrama esquemático de una QHA de la técnica anterior ilustrativa;

La Figura 1B es un gráfico que muestra los parámetros de dispersión (parámetros S) de la QHA de la Figura 1A; La Figura 1C es un gráfico que muestra el patrón de radiación de la q Ha de la Figura 1A;

La Figura 2 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa con parches conductores;

La Figura 3 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa con un anillo conductor, que no forma parte de la invención reivindicada;

La Figura 4A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con un anillo conductor que no forma parte de la invención reivindicada, ajustada para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz;

Las Figuras 4B-4E son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 4A, y una QHA comparativa de la técnica anterior;

La Figura 5A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con parches conductores, ajustada para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz;

Las Figuras 5B-5E son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 5A, y una QHA comparativa de la técnica anterior;

La Figura 6A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con un anillo conductor que no forma parte de la invención reivindicada, ajustada para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz;

Las Figuras 6B-6C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 6A;

La Figura 7A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con parches conductores, ajustada para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz;

Las Figuras 7B-7C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 7A;

La Figura 8A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con parches conductores, ajustada para una banda de frecuencia de 1,9 GHz a 2,3 GHz;

Las Figuras 8B-8E son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 8A, y una QHA comparativa de la técnica anterior;

La Figura 9A es un diagrama esquemático de otra QHA ilustrativa con parches conductores, ajustada para una banda de frecuencia de 3,4 GHz a 3,6 GHz;

Las Figuras 9B-9C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 9A;

La Figura 10A es un diagrama esquemático de un conjunto de antenas que incorpora la QHA de la Figura 5A; Las Figuras 10B-10C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S del elemento de antena con el puerto 1 activado, en el conjunto de la Figura 10A;

La Figura 10D muestra diagramas esquemáticos que comparan un conjunto de antenas de antenas de dos puertos con un conjunto de antenas de antenas de cuatro puertos;

La Figura 11 es una vista esquemática en primer plano de una QHA ilustrativa que muestra una línea de lanzamiento con una curva pronunciada;

La Figura 12A es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene una geometría no cilíndrica y que incluye un anillo conductor, que no forma parte de la invención reivindicada;

Las Figuras 12B-12E son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 12A, y una QHA comparativa de la técnica anterior;

La Figura 13 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene una placa superior;

La Figura 14 es un

diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene un anillo superior;

La Figura 15 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene una cubierta exterior;

La Figura 16 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa formada mediante el uso de capas de dieléctrico concéntricas;

La Figura 17 es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene múltiples anillos conductores, que no forma parte de la invención reivindicada;

La Figura 18A es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene dos conjuntos de parches conductores;

Las Figuras 18B-18C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 18A;

La Figura 19A es un diagrama esquemático de una QHA ilustrativa que tiene una varilla central;

Las Figuras 19B-19C son gráficos que muestran el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA de la Figura 19A, en comparación con una QHA sin varilla central; y

La Figura 20 es un diagrama de flujo que ilustra un método ilustrativo para fabricar un ejemplo de las QHA descritas.

Se pueden haber utilizado números de referencia similares en diferentes figuras para indicar componentes similares.

Descripción de las modalidades ilustrativas

La Figura 1A ilustra una antena helicoidal cuadrifilar (QHA) 10 de la técnica anterior ilustrativa. La QHA 10 incluye cuatro pistas helicoidales conductoras enrolladas helicoidalmente 12 (también denominadas bobinados o filamentos), cada pista helicoidal conductora 12 que se conecta a un puerto respectivo 14 a través de una línea de lanzamiento respectiva 16. Cada pista helicoidal conductora 12 puede tener una base extendida y una altura elevada, tal como se describe en la solicitud de patente mencionada anteriormente. Cada pista helicoidal conductora 12 se alimenta independientemente, lo que da como resultado una QHA 10 de cuatro puertos. Una QHA de cuatro puertos también puede denominarse una antena de cuatro puertos o una antena cuádruple. Las pistas helicoidales conductoras 12 se separan por una distancia angular de 90° entre pistas helicoidales conductoras 12 adyacentes, tienen la misma longitud, y se enrollan con el mismo paso en la misma dirección. En el ejemplo que se muestra, la QHA 10 se monta en un plano de tierra 18, en este ejemplo un plano de tierra metálico 18 que puede servir como reflector conductor. El plano de tierra 18 puede ayudar a dirigir los lóbulos laterales del patrón de radiación hacia la dirección de avance (lejos del plano de tierra 18), sin embargo, en algunos ejemplos, el plano de tierra 18 puede omitirse. Las pistas helicoidales conductoras 12 pueden proporcionarse como pistas en un material dieléctrico que se forma como un cilindro hueco, o enrollando las pistas helicoidales conductoras 12 alrededor de una superficie de soporte, por ejemplo. Generalmente, las pistas helicoidales conductoras 12 pueden formarse por cualquier material conductor adecuado, tal como el cobre.

La altura h1 de la QHA 10 puede ser menor que una longitud de onda A de la frecuencia operativa. Por ejemplo, la QHA 10 puede tener una altura h1 de 0,75 A. Para una frecuencia operativa de 2,5 GHz, la altura h de la QHA 10 es de aproximadamente 90mm. La Figura 1B muestra los parámetros de dispersión (parámetros S) de la QHA 10 ilustrativa sobre frecuencias operativas en el rango de 2,3 GHz a 2,7 GHz, y la Figura 1C muestra el patrón de radiación de la QHA 10 ilustrativa a una frecuencia operativa de 2,5 GHz. Se encontró que la QHA 10 ilustrativa tiene un ancho de banda de impedancia amplio de alrededor del 16% en el rango operativo de 2,3 GHz a 2,7 GHz, y acoplamientos máximos de alrededor de -10 dB. Sin embargo, se pueden desear mejoras en el patrón de radiación, así como una reducción en la altura de la antena.

En los ejemplos proporcionados a continuación, se describen diferentes diseños de QHA que incorporan un componente capacitivo, por ejemplo, en la forma de parches conductores o un anillo conductor. Se ha encontrado que tales diseños permiten una reducción en la altura de la QHA, y también pueden proporcionar patrones de radiación mejorados. Se pueden ajustar diferentes diseños para diferentes bandas de frecuencia de interés, lo que puede ser particularmente relevante para las aplicaciones inalámbricas 5G. La siguiente tabla describe algunos ejemplos discutidos en mayor detalle a continuación:

La Figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra una QHA 200 ilustrativa que incorpora parches conductores 210. La QHA 200 ilustrativa incluye una pluralidad de pistas helicoidales conductoras 202, en este caso cuatro pistas helicoidales conductoras 202, que pueden proporcionarse mediante la impresión o el grabado en un material dieléctrico. Por ejemplo, las pistas helicoidales conductoras 202 pueden proporcionarse grabando un material dieléctrico flexible (por ejemplo, material de circuito flexible DuPont™ Pyralux® AP, que tiene una constante dieléctrica (DK) de 3,4 y un grosor de 0,127 mm) que luego puede envolverse en una forma de cilindro. Las pistas helicoidales conductoras 202 pueden proporcionarse de otras formas, por ejemplo, enrollando cables o tiras conductoras alrededor de una superficie de soporte, o grabando un cable dieléctrico coaxial.

Las pistas helicoidales conductoras 202 en el ejemplo de la Figura 2 se espacian uniformemente, con una separación angular de 90° entre las pistas helicoidales conductoras adyacentes 202. Las pistas helicoidales conductoras 202 pueden ser similares entre sí en el número de bobinados, paso, longitud, ancho y dirección del bobinado. En el ejemplo de la Figura 2, las pistas helicoidales conductoras 202 tienen cada una longitud menor que una longitud de onda A de la frecuencia operativa (por ejemplo, λ/4), completan menos de una vuelta y tienen un ancho sustancialmente constante a lo largo de toda su longitud. Cabe señalar que, aunque cada pista helicoidal conductora 202 se enrolla menos de una vuelta completa, las pistas helicoidales conductoras 202 aún se consideran enrolladas helicoidalmente alrededor de un eje z longitudinal central común de la QHA 200. En otros ejemplos (incluidos algunos ejemplos discutidos más adelante), las pistas helicoidales conductoras 202 pueden completar menos de una o más vueltas, pueden tener un ancho variable y/o pueden dividirse en dos o más ramas de ancho igual o desigual. Generalmente, las dimensiones y la configuración de las pistas helicoidales conductoras 202 pueden seleccionarse para lograr las características de antena deseadas, mediante el uso de técnicas de ajuste apropiadas, como parte del diseño de la antena. Dimensiones y configuraciones ilustrativas de las pistas helicoidales conductoras 202. El ajuste de la QHA 200 se puede realizar con la ayuda de simulaciones, por ejemplo.

Cada pista helicoidal conductora 202 se conecta a un puerto respectivo 204 a través de una línea de lanzamiento respectiva 206. En este ejemplo, las cuatro pistas helicoidales conductoras 202 se alimentan cada una independientemente a un puerto respectivo 204, lo que da como resultado una QHA 200 de cuatro puertos. La QHA 200 puede montarse en un plano de tierra 208. El plano de tierra 208 puede hacerse de cualquier material conductor adecuado, y puede servir como reflector conductor. Cada pista helicoidal conductora 202 puede conectarse a una red de alimentación de antena (no mostrada) a través del puerto respectivo 204, para transmitir o recibir señales.

La QHA 200 incluye uno o más componentes conductores, en este ejemplo parches conductores 210, aislados eléctricamente de las pistas helicoidales conductoras 202. Por ejemplo, la QHA 200 en la Figura 2 incluye cuatro parches conductores 210. Los parches conductores 210 se posicionan de manera que cada pista helicoidal conductora 202 esté al menos parcialmente superpuesta por un parche conductor 210. Por ejemplo, cada pista helicoidal conductora 202 puede estar parcialmente superpuesta por un parche conductor respectivo diferente 210, como se muestra en la Figura 2. En algunos ejemplos, un solo parche conductor 210 puede superponer dos o más pistas helicoidales conductoras 202. En algunos ejemplos, una sola pista helicoidal conductora 202 puede estar superpuesta por dos o más parches conductores 210. El número de parches conductores 210 puede ser mayor o menor que el número de pistas helicoidales conductoras 202. En la presente descripción, el término "superpuesto" se usa para indicar que una pista helicoidal conductora 202, cuando se proyecta a través de la superficie dieléctrica o de soporte, se superpondría con un parche conductor 210; "superpuesto" no significa necesariamente que la pista helicoidal conductora 202 y el parche conductor 210 estén físicamente en contacto; "superpuesto" no requiere ningún orden en el que se proporcionen la pista helicoidal conductora 202 y el parche conductor 210, y el parche conductor 210 puede describirse como superpuesto sobre la pista helicoidal conductora 202 o superpuesto debajo de la pista helicoidal conductora 202. La pista helicoidal conductora 202 y el parche conductor 210 pueden estar aislados entre sí.

Los parches conductores 210 pueden proporcionarse imprimiendo sobre una superficie del sustrato dieléctrico que está opuesta a la superficie sobre la que se proporcionan las pistas helicoidales conductoras 202. Alternativamente, los parches conductores 210 pueden proporcionarse intercalando los parches 210 entre dos capas dieléctricas (por ejemplo, los parches conductores 210 se proporcionan en una capa interior o interna de un dieléctrico de doble capa) y las pistas helicoidales conductoras 202 se pueden proporcionar en una superficie exterior de las dos capas dieléctricas. En algunos ejemplos, los parches conductores 210 pueden imprimirse en una capa dieléctrica, las pistas helicoidales conductoras 202 pueden imprimirse en otra capa dieléctrica y luego las capas dieléctricas pueden laminarse juntas. Se puede usar cualquier método adecuado para proporcionar los parches conductores 210, siempre que los parches conductores 210 se aíslen eléctricamente de las pistas helicoidales conductoras 202 y se superpongan sobre las pistas helicoidales conductoras 202.

Los parches conductores 210 pueden ser similares entre sí en longitud, ancho y/o paso. En el ejemplo de la Figura 2, los parches conductores 210 tienen un ancho sustancialmente constante a lo largo de su longitud, sin embargo, en otros ejemplos los parches conductores 210 pueden tener un ancho variable o pueden tener diferentes geometrías (incluyendo geometrías irregulares). Como se muestra, los parches conductores 210 tienen un paso de 0° - es decir, los ejes longitudinales de los parches conductores 210 son en generalmente paralelos a la parte inferior de la QHA 200.

Aunque la Figura 2 muestra cuatro parches conductores 210, en algunos ejemplos, se pueden usar parches conductores más largos, de manera que un parche conductor más largo cumple la función de dos o más parches conductores más cortos 210.

Las posiciones, las dimensiones y la configuración de los parches conductores 210 pueden seleccionarse para lograr las características de antena deseadas, como parte del ajuste del diseño de la antena. Tal ajuste puede llevarse a cabo junto con el ajuste del diseño de la pista helicoidal conductora 202.

La altura h2 de la QHA 200 puede reducirse, en comparación con una QHA de la técnica anterior, y las características de la antena pueden mantenerse o mejorarse en comparación con la QHA de la técnica anterior. Por ejemplo, la inclusión de parches conductores 210 puede permitir que la QHA 200 logre un patrón de radiación mejorado y una altura de antena reducida h2, en comparación con una QHA de la técnica anterior ajustada en la misma banda de frecuencia, y aún mantenga el acoplamiento deseable entre los puertos y el ancho de banda de impedancia amplia. Las simulaciones ilustrativas se discuten más adelante, para demostrar tales características de rendimiento.

La Figura 3 es un diagrama esquemático que ilustra otra QHA 300 ilustrativa que no forma parte de la invención reivindicada, en la que los parches conductores se reemplazan con un anillo conductor. La QHA 300 de la Figura 3 incluye cuatro pistas helicoidales conductoras 302, conectadas a puertos respectivos 304 a través de líneas de lanzamiento respectivas 306 y montadas en un plano de tierra 308, similar a la QHA 200 de la Figura 2 (con variaciones seleccionables en las dimensiones y la configuración como se discutió anteriormente). En lugar de uno o más parches conductores, el componente conductor de la QHA 300 es un anillo conductor 310 que se posiciona para superponerse sobre todas las pistas helicoidales conductoras 302. Conceptualmente, el anillo conductor 310 puede considerarse como un parche conductor que se extiende completamente alrededor del perímetro de la QHA 300. El anillo conductor 310 se puede proporcionar de manera similar a los parches conductores 210 descritos anteriormente.

El anillo conductor 310 puede tener un ancho sustancialmente constante, como se muestra en la Figura 3. En otros ejemplos, el anillo conductor 310 puede tener un ancho variable. Aunque se describe como un anillo, el anillo conductor 310 puede tener una geometría no circular. Por ejemplo, el anillo conductor 310 puede seguir el perímetro de un cuadrado u otra geometría regular o irregular. El anillo conductor 310 puede tener un ángulo de paso distinto de cero, o puede tener un paso de 0° - que es, sustancialmente paralelo a la placa de tierra 308 (como en el ejemplo de la Figura 3). Independientemente del paso del anillo conductor 310, el anillo conductor 310 se centra en el eje z longitudinal de la QHA 300. La posición, las dimensiones y la configuración del anillo conductor 310 pueden seleccionarse para lograr las características de antena deseadas, como parte del ajuste del diseño de la antena. Tal ajuste puede llevarse a cabo junto con el ajuste del diseño de la pista helicoidal conductora 302.

Análogamente al ejemplo de la Figura 2, la inclusión de un anillo conductor 310 en el ejemplo de la FIG. 3 puede permitir una reducción en la altura h3 de la QHA 300 y un patrón de radiación mejorado, y al mismo tiempo mantener el acoplamiento deseable entre los puertos y un ancho de banda de impedancia amplio, en comparación con una QHA de la técnica anterior ajustada en la misma banda de frecuencia. Las simulaciones ilustrativas se discuten más adelante, para demostrar tales características de rendimiento.

Generalmente, la inclusión de un componente conductor (por ejemplo, uno o más parches conductores 210 o un anillo conductor 310) puede dar lugar a mejoras en las características de la antena. Un componente conductor puede ser metálico, o hecho de cualquier otro material conductor adecuado. El uso de un anillo conductor 310 en lugar de parches conductores 210 puede dar como resultado un rendimiento de antena diferente. Por ejemplo, el uso de un anillo conductor 310, en lugar de parches conductores 210, puede proporcionar un patrón de radiación más deseable cuando se envuelve alrededor de un diseño de QHA de base cuadrada en la banda de frecuencia de 1,9 GHz a 2,3 GHz. La selección de qué configuración de componente conductor usar, o si debe usarse una combinación de anillo conductor 310 y parches conductores 210, puede ser parte del ajuste del diseño de la antena y/o dependiente de la geometría de la estructura de soporte (por ejemplo, de base cuadrada o base circular), y puede llevarse a cabo con la ayuda de simulaciones.

Ahora se discuten algunos resultados de simulación ilustrativos para ilustrar el rendimiento de las QHA ilustrativas descritas en la presente descripción. Estas simulaciones se proporcionan solo a modo de ilustración y no pretenden ser limitativas ni promisorias.

La Figura 4A ilustra un ejemplo de QHA 400 que tiene un anillo conductor 410. El rendimiento de esta QHA 400 se simuló para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz, y los resultados se discuten a continuación para una frecuencia operativa de 2,5 GHz. A través del ajuste adecuado, la altura de la antena se seleccionó para ser de 0,75 A. El anillo conductor 410 en este ejemplo tiene un ancho de 2mm = 0,017 A, y se posiciona a una altura de 45 mm = 0,375 A (medido desde la parte inferior de la QHA 400 hasta el borde inferior del anillo 410). Las simulaciones para la QHA 400 ilustrativa pueden compararse con las simulaciones realizadas para una QHA de la técnica anterior (no mostrado) que tiene dimensiones y configuraciones idénticas, pero sin un anillo conductor.

Las Figuras 4B y 4C muestran el patrón de radiación y los parámetros de dispersión (parámetros S), respectivamente, de la QHA comparativa de la técnica anterior. A modo de comparación, el patrón de radiación y los parámetros S de la QHA 400 de la Figura 4A se muestran en las Figuras 4D y 4E, respectivamente. Como puede verse en estos gráficos, la inclusión del anillo conductor 410 da como resultado un patrón de radiación mejorado, con una adaptación de impedancia de menos de -12 dB en la banda de frecuencia de 2,3GHz a 2,7 GHz.

La Figura 5A ilustra una QHA 500 ilustrativa que tiene cuatro parches conductores 510. Esta QHA 500 ilustrativa se ajustó para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz. Generalmente, las dimensiones de una QHA se pueden calcular mediante el uso de las ecuaciones siguientes:

donde H es la altura total de una QHA, Le es la longitud que da N vueltas alrededor del cilindro, Lfd es la altura de lanzamiento de cada pista helicoidal conductora, Lt es la longitud de la cola, Wb es el ancho de cada pista helicoidal conductora, y R es el radio del cilindro. Cabe señalar que la longitud total de cada pista helicoidal 502 es la suma de Le Lfd Lt, pero N cuenta el número de vueltas de la longitud Le (es decir, Lfd y Lt no se incluyen en el cálculo de N).

A una frecuencia operativa de 2,5 GHz, la QHA 500 ilustrativa tiene una altura de 39mm = 0,325 A y un diámetro de 42mm = 0,350 A. En este ejemplo, cada parche conductor 510 tiene una longitud de 16,5mm = 0,138 A, un ancho de 7mm = 0,058 A y cada uno se posiciona a una altura de 26mm = 0,217 A (medido desde la parte inferior de la QHA 500 hasta el borde inferior del parche 510). Cada pista helicoidal conductora 502 tiene una longitud total de 85mm, que es la suma de Le = 70 mm = 0,583 A, la altura de lanzamiento de 10mm y la longitud de la cola de 5mm. Cada pista helicoidal conductora 502 tiene un ancho de 9mm. Cada pista helicoidal conductora 502 tiene 0,5 vueltas, comenzando después de la cola y la altura de lanzamiento de la QHA 500, y en un ángulo de paso de 19,5°.

Para la QHA 500 de la Figura 5A, se encontró que los parámetros S en la banda de frecuencia 2,3 GHz-2,7 GHz son los siguientes:

Las simulaciones para la QHA 500 ilustrativa pueden compararse con las simulaciones realizadas para una QHA de la técnica anterior (no mostrada) que tiene dimensiones y configuraciones idénticas, pero sin parches conductores. Las Figuras 5B y 5C muestran los parámetros S de la QHA de la técnica anterior y la QHA 500 ilustrativa, respectivamente. Se puede ver que la inclusión de parches conductores 510 da como resultado una adaptación de impedancia mejorada para la QHA 500.

Los patrones de radiación del elemento de antena (con el puerto 1 activado) de la QHA comparativa de la técnica anterior a frecuencias operativas de 2,3 GHz, 2,5 GHz y 2,7 GHz se muestran en la Figura 5D. A modo de comparación, los patrones de radiación correspondientes (con el puerto 1 activado) de la QHA 500 ilustrativa a las mismas frecuencias operativas que se muestran en la Figura 5E. Puede verse que la inclusión de parches conductores 510 da como resultado patrones de radiación mejorados para la QHA 500.

La Figura 6A ilustra una QHA 600 ilustrativa que tiene un anillo conductor 610. Esta QHA 600 ilustrativa se ajustó para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz. A una frecuencia operativa de 2,5 GHz, la QHA 600 ilustrativa tiene una altura de 39mm = 0,325 A y un diámetro de 42mm = 0,350 A. El anillo conductor 610 en este ejemplo tiene un ancho de 2 mm = 0,017 A y se posiciona a una altura de 30mm = 0,25 A (medido desde la parte inferior de la QHA 600 hasta el borde inferior del anillo 610). Las dimensiones de la QHA 600 ilustrativa son idénticas a las de la QHA 500 ilustrativa de la Figura 5A, con la diferencia de que se usa un anillo conductor 610 en lugar de parches conductores 510.

Las simulaciones para la QHA 600 ilustrativa pueden compararse con las simulaciones realizadas para una QHA de la técnica anterior (igual que la QHA comparativa de la técnica anterior discutida anteriormente con respecto a la QHA 500 ilustrativa) que tiene dimensiones y configuraciones idénticas, pero sin un anillo conductor. Se encontró que los parámetros S en la banda de frecuencia 2,3 GHz-2,7 GHz son los siguientes:

La Figura 6B es un gráfico que muestra parámetros S simulados para la QHA 600 ilustrativa. Esto puede compararse con la Figura 5D que muestra el gráfico de parámetros S para la QHA de la técnica anterior. La Figura 6C muestra patrones de radiación de la QHA 600 ilustrativa a frecuencias operativas de 2,3 GHz, 2,5 GHz y 2,7 GHz. A modo de comparación, los patrones de radiación de la QHA comparativa de la técnica anterior se muestran en la Figura 5D. Como ilustran estos resultados de simulación, la QHA 600 ilustrativa muestra características mejoradas de patrón de radiación y pérdida de retorno, en comparación con la QHA de la técnica anterior.

La Figura 7A ilustra una QHA 700 ilustrativa que tiene cuatro parches conductores 710. Esta QHA 700 ilustrativa se ajustó para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz. A una frecuencia operativa de 2,5 GHz, la QHA 700 ilustrativa tiene una altura de 28mm = 0,233 A y un diámetro de 50mm = 0,417 A. Cada uno de los parches conductores 710 en este ejemplo tiene una longitud de 31,4mm = 0,262 A y un ancho de 7mm = 0,058 A. Cada parche conductor 710 se posiciona a una altura de 6mm = 0,05 A (medido desde la parte inferior de la QHA 700 hasta el borde inferior de cada parche 710). Cada pista helicoidal conductora 702 tiene una longitud total de 45mm, que es la suma de Le = 30mm = 0,250 A, una altura de lanzamiento de 10 mm y una longitud de cola de 5 mm. Cada pista helicoidal conductora 702 tiene un ancho de 7mm. Cada pista helicoidal conductora 702 tiene 0,17 vueltas sin incluir la altura de lanzamiento y la longitud de la cola. Cada pista helicoidal conductora 702 comienza desde la parte inferior de la QHA 700 sin hacer contacto con el reflector, y con un ángulo de paso de 27°.

La simulación para esta QHA 700 se basó en el uso de capas dobles de Pyralux AP, donde los parches conductores 710 se intercalan entre las capas dieléctricas. Se encontró que el acoplamiento entre puertos adyacentes era inferior a -9 dB en la banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz. La Figura 7B es un gráfico que muestra parámetros S simulados para la QHA 700 ilustrativa. La Figura 7C muestra patrones de radiación de la QHA 700 ilustrativa a una frecuencia operativa de 2,5 GHz, con diferentes excitaciones.

La Figura 8A ilustra una QHA 800 ilustrativa que tiene parches conductores 810. Esta QHA 800 ilustrativa se ajustó para una banda de frecuencia de 1,9 GHz a 2,3 GHz. A una frecuencia operativa de 2,1 GHz, la QHA 800 ilustrativa tiene una altura de 36mm = 0,252 A y un diámetro de 50mm = 0,350 A. Cada uno de los parches conductores 810 en este ejemplo tiene una longitud de 19,64mm = 0,137 A y un ancho de 7mm = 0,049 A. Cada parche conductor 810 se posiciona a una altura de 26 mm = 0,182 A (medido desde la parte inferior de la QHA 800 hasta el borde inferior de cada parche 810). Cada pista helicoidal conductora 802 tiene una longitud total de 102,9mm, que es la suma de Le = 84,9mm = 0,5943 A, una altura de lanzamiento de 10mm y una longitud de cola de 8mm. Cada pista helicoidal conductora 802 tiene un ancho de 7mm. Cada pista helicoidal conductora 802 tiene 0,5225 vueltas sin incluir la altura de lanzamiento y la longitud de la cola. La pista helicoidal conductora 802 comienza desde la parte inferior de la QHA 800 sin hacer contacto con el reflector, y con un ángulo de paso de 14,8°.

En esta banda de frecuencia, se encontró que los parámetros S para la QHA 800 ilustrativa son los siguientes:

Las simulaciones para la QHA 800 ilustrativa pueden compararse con simulaciones realizadas para una QHA de la técnica anterior que tiene dimensiones y configuraciones idénticas, pero sin parches conductores. La Figura 8B es un gráfico que muestra parámetros S simulados para la QHA 800 ilustrativa. Esto puede compararse con la Figura 8D que muestra el gráfico de parámetros S para la QHA comparativa de la técnica anterior. La Figura 8C muestra el patrón de radiación de la QHA 800 ilustrativa a una frecuencia operativa de 2,1 GHz, cuando el puerto 1 se excita. A modo de comparación, el patrón de radiación de la QHA comparativa de la técnica anterior se muestra en la Figura 8E. Como ilustran estos resultados de simulación, la QHA 800 ilustrativa muestra parámetros S y características de patrón de radiación mejoradas, en comparación con la QHA de la técnica anterior.

La Figura 9A ilustra una QHA 900 ilustrativa que tiene parches conductores 910. Esta QHA 900 ilustrativa se ajustó para una banda de frecuencia de 3,4 GHz a 3,6 GHz. A una frecuencia operativa de 3,5 GHz, la QHA 900 ilustrativa tiene una altura de 38,4mm = 0,448 A y un diámetro de 50mm = 0,583 A. Cada parche conductor 910 en este ejemplo tiene una longitud de 28,6mm = 0,334 A y un ancho de 5,5mm = 0,064 A. Cada parche conductor 910 se ubica a una altura de 14mm = 0,163 A (medido desde la parte inferior de la QHA 900 hasta el borde inferior de cada parche 910). Cada pista helicoidal conductora 902 tiene una longitud total de 74,7mm, que es la suma de Le = 60,7mm = 0,4249 A, una altura de lanzamiento de 10mm y una longitud de cola de 4mm. Cada pista helicoidal conductora 902 tiene un ancho de 6,15mm. Cada pista helicoidal conductora 902 tiene 0,3529 vueltas sin incluir la altura de lanzamiento y la longitud de la cola. La pista helicoidal conductora 902 comienza desde la parte inferior de la QHA 900 sin hacer contacto con el reflector, y con un ángulo de paso de 24°.

A esta frecuencia operativa, el espaciado de las pistas helicoidales conductoras opuestas es de 0,583 A, logrando un aislamiento de menos de -15 dB; y el espaciado de las pistas helicoidales conductoras adyacentes es de 0,412 A, logrando un aislamiento de menos de -10 dB.

La Figura 9B es un gráfico que muestra parámetros S simulados para la QHA 900 ilustrativa. La Figura 9C muestra los patrones de radiación de la QHA900 ilustrativa a frecuencias operativas de 3,4 GHz, 3,5 GHz y 3,6 GHz cuando el puerto 1 se excita.

Las QHA ilustrativas descritas en la presente descripción se pueden usar como una antena individual, o se pueden usar en un conjunto de antenas. Debido a que las QHA descritas en el ejemplo permiten patrones de radiación y parámetros S mejorados, puede ser posible usar esas QHA de cuatro puertos en un conjunto de antenas poco espaciado y aún lograr una interferencia aceptablemente baja entre antenas en el conjunto. Las QHA en un conjunto de antenas pueden tener un diseño idéntico, o pueden incluir diseños diferentes. Un conjunto de antenas puede incorporar ejemplos de las QHA descritas en combinación con las QHA de la técnica anterior.

La Figura 10A ilustra esquemáticamente un conjunto de antenas 1000 ilustrativo que incorpora una pluralidad de QHA como se describe en la presente descripción. En el ejemplo que se muestra, una implementación de una variación de dos capas unidas de la QHA 500 de una sola capa de la Figura 5A se utiliza en el conjunto de antenas 1000. Cinco QHA de este tipo se disponen con cuatro QHA que rodean una QHA central, como se muestra en la vista en planta superior. Cada QHA es una antena de cuatro puertos, lo que proporciona un total de 20 puertos en el conjunto de antenas 1000. El conjunto de antenas 1000 ilustrativo puede ser adecuado para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz, incluyendo una frecuencia operativa de 2,5 GHz. El conjunto 1000 es un conjunto escalonado con un espaciado vertical de 60mm y un espaciado horizontal de 120mm. Para la frecuencia operativa de 2,5 GHz, 60mm equivalen a 0,5A. La Figura 10B es un gráfico que muestra parámetros S simulados de la QHA en el conjunto de antenas 1000. La Figura 10C muestra patrones de radiación de la QHA en el conjunto de antenas 1000 a frecuencias operativas de 2,3 GHz, 2,5 GHz y 2,7 GHz, cuando el puerto 1 se excita. En comparación con los patrones de radiación de una QHA individual, solo hay un ligero cambio en los patrones de radiación. El cambio en los parámetros S también es apenas perceptible. Estos resultados de simulación demuestran que los diseños de QHA ilustrativos descritos en la presente descripción permiten utilizar las QHA de cuatro puertos en un conjunto de antenas.

El uso de las QHA de cuatro puertos, como se describe en la presente descripción, en un conjunto de antenas puede permitir una reducción en el tamaño del conjunto, particularmente para aplicaciones MIMO masivas. Por ejemplo, la Figura 10D ilustra un conjunto de antenas 1050 que usa antenas de dos puertos en comparación con un conjunto de antenas 1060 que usa antenas de cuatro puertos, como las QHA ilustrativas que se describen en la presente descripción. Para lograr 128 puertos, se necesitan 64 antenas de dos puertos (por ejemplo, dispuestas en 8 filas x 8 columnas). En comparación, solo se requieren 32 QHA de cuatro puertos para lograr 128 puertos en el conjunto de antenas 1060. En la Figura 10D, las antenas de cada conjunto 1050, 1060 se disponen en una formación escalonada, con un espaciado de azimut de 0,5A y un espaciado de elevación de 1A. Para una frecuencia de funcionamiento de 2,1 GHz, A=142,8mm. El conjunto 1050 de antenas de dos puertos requiere un área de 21A2. En comparación, el conjunto 1060 de las QHA de cuatro puertos requiere un área de 12,25 A2, logrando una reducción del área de alrededor del 42 %.

Anteriormente se discutieron diferentes configuraciones de QHA ilustrativas, que incorporan componentes conductores. Se puede llevar a cabo un ajuste adecuado (por ejemplo, con la ayuda de simulaciones u otras técnicas de diseño de antenas) para seleccionar los parámetros de diseño apropiados (por ejemplo, las dimensiones de las pistas helicoidales conductoras; las dimensiones, la configuración y/o la colocación de los componentes conductores; y/o las dimensiones de la QHA generales) para lograr las características deseadas de la antena (por ejemplo, para ajustar los parámetros S y dar forma a los patrones de radiación). Otras variaciones posibles se discuten a continuación. Estas variaciones siguientes pueden incorporarse en algunos o en todos los ejemplos discutidos previamente, y tales variaciones pueden incorporarse en combinación para lograr las características de antena deseadas.

La Figura 11 es una vista de primer plano de una porción de una QHA 1100 ilustrativa en la que la pista helicoidal conductora 1102 se alimenta a través de una línea de lanzamiento 1106 que tiene una curva pronunciada (es decir, que tiene un radio de curvatura mínimo o cero) que tiene un ángulo mayor que 90°. La inclusión de una curva pronunciada en la línea de lanzamiento 1106 puede permitir que la pista helicoidal conductora 1102 se conecte en diferentes puntos de conexión a lo largo de la pista helicoidal conductora 1102, lo que puede proporcionar más libertad de diseño para el ajuste y la adaptación de impedancia. No se encontró que la curva pronunciada en la línea de lanzamiento 1106 afectara significativamente las características de la QHA 1100.

La Figura 12A ilustra una QHA 1200 ilustrativa en la que las pistas helicoidales conductoras 1202 se enrollan alrededor de una geometría no cilíndrica, en este caso una geometría de base cuadrada. El componente conductor en este ejemplo, que no forma parte de la invención reivindicada, es un anillo conductor 1210, que también tiene una geometría cuadrada. Para una banda de frecuencia de 2,3 GHz a 2,7 GHz, la QHA 1200 puede tener una base cuadrada de 37,2mm x 37,2mm, con una altura de 39mm. Esta QHA 1200 puede basarse en una QHA cilíndrica con una base circular que tiene un diámetro de 42mm. La QHA 1200 puede diseñarse de manera que el área de la base cuadrada sea igual al área de la base circular que tiene un diámetro de 42 mm. En este ejemplo, el anillo conductor 1210 tiene un ancho de 2mm y se posiciona a una altura de 30 mm (medido desde la parte inferior de la QHA 1200 hasta el borde inferior del anillo 1210).

Las características de la QHA 1200 ilustrativa pueden compararse con las características de una QHA de la técnica anterior (no mostrada) que tiene dimensiones y configuración idénticas, pero sin el anillo conductor 1210. Las Figuras 12B y 12C muestran los parámetros S de la QHA 1200 ilustrativa y la QHA comparativa de la técnica anterior, respectivamente. Puede verse que la QHA 1200 ilustrativa logra parámetros S mejorados en comparación con la QHA de la técnica anterior. Las Figuras 12D y 12E muestran los patrones de radiación de la q Ha 1200 ilustrativa y la QHA comparativa de la técnica anterior, respectivamente, a frecuencias operativas de 2,3 GHz y 2,5 GHz. Puede verse que la QHA 1200 ilustrativa logra patrones de radiación mejorados en comparación con la QHA de la técnica anterior.

Generalmente, las pistas helicoidales conductoras se pueden proporcionar alrededor de cualquier geometría adecuada que incluye, por ejemplo, superficies cuadradas, esféricas, cilíndricas o cónicas. Se pueden utilizar superficies concéntricas. Se pueden lograr diferentes geometrías para la QHA dando forma al material dieléctrico, u otra superficie de soporte, en consecuencia. Debe entenderse que una antena helicoidal y las pistas helicoidales conductoras, en la presente descripción, no se limitan estrictamente a una geometría circular o cilíndrica. Los bobinados hechos sobre una geometría no cilíndrica también pueden denominarse que son "helicoidales". La selección de una geometría adecuada para la QHA se puede realizar como parte del ajuste de la antena y para obtener un patrón de radiación deseado (por ejemplo, con la ayuda de simulaciones). Las Figuras 13-19C, discutidas a continuación, muestran ejemplos de variaciones de diseño que se pueden implementar, junto con parches conductores, con el fin de dar forma al patrón de radiación. Aunque se discuten individualmente, tales variaciones pueden usarse en combinación.

La Figura 13 es un diagrama esquemático de otra QHA 1300 ilustrativa que incluye una placa superior 1312. Para mayor claridad, no se muestran los parches conductores. La placa superior 1312 puede hacerse del mismo material conductor que las pistas helicoidales conductoras 1302, por ejemplo. La placa superior 1312 se posiciona en un plano perpendicular al eje longitudinal de la QHA 1300, y se centra en el eje longitudinal de la QHA 1300. La placa superior 1312 se separa y aísla de las pistas helicoidales conductoras 1302.

La Figura 14 es un diagrama esquemático de otra QHA 1400 ilustrativa que incluye un anillo superior 1414. Para mayor claridad, no se muestran los parches conductores. El anillo superior 1414 puede hacerse del mismo material conductor que las pistas helicoidales conductoras 1402, por ejemplo. El anillo superior 1414 se posiciona en un plano perpendicular al eje longitudinal de la QHA 1400, y el eje longitudinal de la QHA 1400 pasa a través del centro del anillo superior 1414. El anillo superior 1414 se separa y aísla de las pistas helicoidales conductoras 1402.

La Figura 15 es un diagrama esquemático de otra QHA 1500 ilustrativa que incluye una cubierta externa conductora (por ejemplo, metálica) 1516 que rodea las pistas helicoidales conductoras 1502. La cubierta exterior 1516 se separa de las pistas helicoidales conductoras 1502. La cubierta exterior 1516 puede ser una superficie sólida, o puede formase por tiras de material (por ejemplo, similar a una parrilla o jaula).

La Figura 16 es un diagrama esquemático de otra QHA 1600 ilustrativa en la que las pistas helicoidales conductoras 1602 y el componente conductor (en este caso, los parches conductores 1610) se proporcionan como pistas en cilindros dieléctricos concéntricos. En este ejemplo, las pistas helicoidales conductoras 1602 y los parches conductores 1610 se pueden imprimir por separado en piezas separadas de material dieléctrico, luego el material dieléctrico separado se puede envolver entre sí para obtener la disposición concéntrica que se muestra en la Figura 16.

En algunos ejemplos, una única pista helicoidal conductora puede estar superpuesta por más de un componente conductor. Por ejemplo, la Figura 17 ilustra una QHA 1700 ilustrativa, que no forma parte de la invención reivindicada, en la que hay una pluralidad de anillos conductores 1710, en este caso cuatro anillos conductores 1710. Cada pista helicoidal conductora 1702 está así superpuesta por cuatro anillos conductores diferentes 1710 en diferentes ubicaciones a lo largo de la pista helicoidal conductora 1702. En este ejemplo, cada uno de los cuatro anillos conductores 1710 tiene dimensiones idénticas, pero diferentes posiciones longitudinales a lo largo de la QHA 1700. En otros ejemplos, los anillos conductores 1710 pueden tener diferentes dimensiones (por ejemplo, diferentes anchos) y/o configuraciones.

La Figura 18A ilustra una QHA 1800 ilustrativa en la que el número de parches conductores 1810 es el doble del número de pistas helicoidales conductoras 1802, de manera que cada pista helicoidal conductora 1802 se superpone con dos parches conductores diferentes 1810 en diferentes ubicaciones a lo largo de su longitud. En el ejemplo que se muestra, cada uno de los parches conductores 1810 tiene dimensiones idénticas. Hay dos conjuntos de parches conductores 1810 en dos posiciones longitudinales diferentes a lo largo de la QHA 1800, y con un desplazamiento angular entre los dos conjuntos. En otros ejemplos, los parches conductores 1810 pueden tener diferentes dimensiones (por ejemplo, dos conjuntos de dos anchos diferentes) y/o configuraciones. La Figura 18B es un gráfico de los parámetros S para la QHA 1800 ilustrativa. La Figura 18C muestra los patrones de radiación de la QHA 1800 ilustrativa a las frecuencias operativas de 2,1 GHz, 2,3 GHz, 2,5 GHz y 2,7 GHz. Las Figuras 18B y 18C pueden compararse con los gráficos correspondientes mostrados en las Figuras 8B y 8C para la QHA 800, que tiene dimensiones idénticas, pero solo un conjunto de parches conductores 810. Como puede verse, el uso de dos conjuntos de parches conductores 1810 puede mejorar el acoplamiento a menos de -10 dB (indicado por la línea de puntos en la Figura 18B), es decir que proporciona una mejora en el aislamiento del puerto.

La Figura 19A ilustra una QHA 1900 ilustrativa que incluye una varilla conductora central 1918 a lo largo del eje longitudinal de la QHA 1900, además de parches conductores 1910. En este ejemplo, la varilla conductora 1918 tiene una altura de 36mm = 0,252A y un diámetro de 3mm = 0,021A, para una frecuencia operativa de 2,1 GHz. La Figura 19B muestra los parámetros S de la QHA 1900 ilustrativa, en comparación con los de una QHA comparativa (no mostrada) que tiene dimensiones idénticas y parches conductores 1910 pero sin varilla central 1918. La Figura 19C muestra el patrón de radiación de la QHA 1900 ilustrativa, en comparación con la QHA comparativa sin varilla como se muestra en la Figura 8C para una frecuencia operativa de 2,1 GHz para el puerto 1 activado. Como puede verse, la adición de la varilla central 1918 puede reducir los lóbulos laterales de radiación, mientras que los parámetros S pueden verse ligeramente afectados.

La Figura 20 es un diagrama de flujo que ilustra un método ilustrativo 2000 para fabricar un ejemplo de las QHA divulgadas. El método 2000 puede ser adecuado para ejemplos en los que las pistas helicoidales conductoras de la QHA se proporcionan como pistas en un material dieléctrico flexible.

En 2002, las pistas helicoidales conductoras se proporcionan en una primera superficie de un material dieléctrico flexible. En los ejemplos discutidos anteriormente, el material dieléctrico puede ser capas dobles de Pyralux AP que tienen una constante dieléctrica de 3,4 y un espesor de 0,127mm. Las pistas helicoidales conductoras pueden grabarse sobre una superficie del material dieléctrico, mediante el uso de técnicas de grabado adecuadas. Las pistas helicoidales conductoras pueden grabarse junto con las líneas de lanzamiento.

En 2004, se proporcionan uno o más componentes conductores (por ejemplo, uno o más parches conductores y/o anillos conductores) en una segunda superficie del mismo o diferente material dieléctrico. El uno o más componentes conductores se proporcionan de manera que están aislados de las pistas helicoidales conductoras y se superponen a las pistas helicoidales conductoras, como se discutió anteriormente. Por ejemplo, las pistas helicoidales conductoras y el(los) componente(s) conductor(es) puede(n) proporcionarse en superficies opuestas del mismo material dieléctrico (por ejemplo, mediante grabado u otra técnica adecuada). En algunos ejemplos, el(los) componente(s) conductor(es) puede(n) proporcionarse en una capa interna de un dieléctrico de doble capa, de manera que el uno o más componentes conductores se intercalan entre las capas dieléctricas, y las pistas helicoidales conductoras se pueden proporcionar en una capa exterior expuesta del material dieléctrico de doble capa. En algunos ejemplos, el(los) componente(s) conductor(es) puede(n) proporcionarse en un material dieléctrico separado de las pistas helicoidales conductoras, y los dos materiales dieléctricos se pueden laminar juntos o envolver entre sí (en 2006 a continuación).

En 2006, el material dieléctrico se envuelve de manera que las pistas helicoidales conductoras forman bobinados helicoidales alrededor de un eje de antena longitudinal común, para formar la QHA. El material dieléctrico puede ser suficientemente autosoportado, o puede estar envuelto alrededor de otro material o estructura de soporte. Los extremos del material dieléctrico se pueden unir entre sí para formar una estructura tubular, por ejemplo, mediante el uso de cualquier adhesivo adecuado. El material dieléctrico puede formarse en diferentes geometrías, como un cilindro o un tubo de base cuadrada, para ajustar la QHA. Cuando las pistas helicoidales conductoras y el(los) componente(s) conductor(es) se proporcionan en el material dieléctrico diferente, el material dieléctrico diferente puede envolverse entre sí, por ejemplo, para formar dos tubos concéntricos.

En 2008, el material dieléctrico se monta sobre una placa de tierra. Esto puede implicar conectar las líneas de lanzamiento a los puertos definidos en la placa de tierra. En los casos donde se fabrica un conjunto de antenas, se pueden montar varias antenas en una placa de tierra común. El uso de una placa de tierra y el tamaño de la placa de tierra se pueden seleccionar en base a la aplicación.

En los ejemplos descritos anteriormente, se proporcionan ciertas dimensiones y configuraciones ilustrativas, sin embargo, estas son solo para fines ilustrativos y no pretenden ser limitativas. Generalmente, la selección de componente(s) conductor(es) para incorporar en la QHA, así como la ubicación, las dimensiones y la orientación del (de los) componente(s) conductor(es) pueden seleccionarse (p. ej., mediante el uso de técnicas de ajuste de antena apropiadas) para proporcionar la adaptación de impedancia deseada, el patrón de radiación y/o aislamiento en una banda de frecuencia deseada y/o frecuencia operativa. Otros aspectos de la QHA, tales como las dimensiones y la configuración de las pistas helicoidales conductoras, pueden seleccionarse de manera similar para lograr las características de antena deseadas.

Las diferentes QHA ilustrativas descritas en la presente descripción se pueden usar para transmitir o recibir, según corresponda. Cada QHA puede ser utilizada como una antena individual, en dualidad, trinidad, cuádruple o quinteto; o en un conjunto de antenas MIMO, por ejemplo. Generalmente, las QHA ilustrativas se pueden utilizar para cualquier aplicación en la que sea adecuada una antena de cuatro puertos, incluyendo en estaciones base o en cualquier otro lugar de la red de retorno de una red de telecomunicaciones.

Las QHA ilustrativas descritas en la presente descripción pueden ser adecuadas para su uso en una red inalámbrica 5G, por ejemplo, para su uso en una aplicación de Internet de las Cosas (IoT). La inclusión de componente(s) conductor(es) en la QHA puede permitir una reducción en el tamaño de las QHA individuales, así como también de conjuntos de antenas, lo que puede permitir la incorporación de antenas en diferentes productos. Por ejemplo, los ejemplos de la QHA descrita pueden incorporarse en antenas de tráfico, antenas montadas en tapas de alcantarillas y en carreteras, antenas de escritorio, antenas de postes de alumbrado público, así como otros dispositivos informáticos móviles y estacionarios y equipos de infraestructura, tanto en interiores como en exteriores. Las QHA ilustrativas descritas pueden diseñarse para operar en frecuencias para comunicaciones WiFi, Bluetooth, celulares, científicas y médicas industriales (ISM), de banda ancha y/o de espectro ensanchado. La capacidad de incorporar ampliamente las QHA ilustrativas en diferentes productos puede permitir un aumento en la capacidad de comunicación, y puede permitir su uso como amplificadores de señal.

Aunque la presente descripción describe métodos y procesos con etapas en un cierto orden, una o más etapas de los métodos y procesos pueden omitirse o modificarse según corresponda, como se define en las reivindicaciones adjuntas. Una o más etapas pueden tener lugar en un orden diferente al que se describe, según corresponda.

Aunque la presente descripción se describe, al menos en parte, en términos de métodos, una persona con experiencia ordinaria en la técnica comprenderá que la presente descripción también está dirigida a los diferentes componentes para realizar al menos algunos de los aspectos y características de los métodos descritos, ya sea a través de componentes de hardware, software o cualquier combinación de los dos. En consecuencia, la solución técnica de la presente descripción puede implementarse en forma de un producto de software. Un producto de software adecuado puede almacenarse en un dispositivo de almacenamiento pregrabado u otro medio legible por computadora no volátil o no transitorio similar, incluyendo los DVD, CD-ROM, disco flash USB, un disco duro extraíble, u otro medio de almacenamiento, por ejemplo. El producto de software incluye instrucciones almacenadas tangiblemente en él que permiten que un dispositivo de procesamiento (por ejemplo, una computadora personal, un servidor, o un dispositivo de red) ejecute ejemplos de los métodos descritos en la presente descripción.

La presente descripción puede incorporarse en otras formas específicas sin apartarse del objeto de las reivindicaciones. Las modalidades ilustrativas descritas deben considerarse en todos los aspectos solo como ilustrativas y no restrictivas. Las características seleccionadas de una o más de las modalidades descritas anteriormente pueden combinarse para crear modalidades alternativas no descritas explícitamente, entendiéndose las características adecuadas para tales combinaciones.

También se describen todos los valores y subintervalos dentro de los intervalos descritos. Además, aunque los sistemas, dispositivos y procesos descritos y mostrados en la presente descripción pueden comprender un número específico de elementos/componentes, los sistemas, dispositivos y conjuntos podrían modificarse para incluir elementos/componentes adicionales. Por ejemplo, aunque se puede hacer referencia a cualquiera de los elementos/componentes descritos como singulares, las modalidades descritas en la presente descripción podrían modificarse para incluir una pluralidad de dichos elementos/componentes.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Una antena helicoidal (200) que comprende:

una pluralidad de pistas helicoidales conductoras (202) enrolladas alrededor de un eje de antena longitudinal común de la antena para transmitir o recibir una señal en una banda de frecuencia;

cada una de las pistas helicoidales conductoras que se conecta a un puerto respectivo (204) de la antena a través de una línea de lanzamiento respectiva (206); y

al menos un componente conductor aislado de las pistas helicoidales conductoras (202) y al menos parcialmente superpuesto sobre al menos una de las pistas helicoidales conductoras (202);

en donde al menos un componente conductor comprende una pluralidad de parches conductores separados (210), en donde cada pista helicoidal conductora (202) está superpuesta al menos parcialmente por un parche conductor (210), los parches conductores (210) que tienen un paso de 0° de manera que los ejes longitudinales de los parches conductores son generalmente paralelos a la parte inferior de la antena helicoidal, caracterizado porque cada parche (210) que tiene una longitud que es menor que una rotación completa alrededor del eje longitudinal de la antena y cada parche conductor que se posiciona en la misma altura medida desde la parte inferior de la antena helicoidal.

2. La antena de la reivindicación 1, en donde las pistas helicoidales conductoras se proporcionan como pistas en una primera superficie de un material dieléctrico de soporte.

3. La antena de la reivindicación 2, en donde el al menos un componente conductor se proporciona en una segunda superficie, opuesta a la primera superficie, del material dieléctrico de soporte.

4. La antena de la reivindicación 2, en donde el material dieléctrico de soporte es un material dieléctrico de doble capa, y el al menos un componente conductor se proporciona entre dos capas del material dieléctrico de soporte.

5. La antena de la reivindicación 2, en donde el al menos un componente conductor se proporciona como una pista en otro material dieléctrico.

6. La antena de cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde las pistas helicoidales conductoras se enrollan alrededor de una geometría no cilíndrica.

7. Un conjunto de antenas que comprende:

una pluralidad de antenas helicoidales de cualquiera de las reivindicaciones 1-6.

8. Un método para fabricar una antena helicoidal, el método que comprende:

proporcionar una pluralidad de pistas helicoidales conductoras como pistas en una primera superficie de un material dieléctrico flexible, cada pista helicoidal conductora que se proporciona con una línea de lanzamiento respectiva para conectarse a un puerto respectivo de la antena, las pistas helicoidales conductoras que se configuran para transmitir o recibir una señal en una banda de frecuencia;

proporcionar al menos un componente conductor en una segunda superficie diferente del material dieléctrico flexible, el al menos un componente conductor que se posiciona para ser aislado de las pistas helicoidales conductoras y superpuesto al menos parcialmente sobre al menos una de las pistas helicoidales conductoras; y

envolver el material dieléctrico flexible de manera que las pistas helicoidales conductoras formen bobinados helicoidales alrededor de un eje de antena longitudinal común;

en donde el al menos un componente conductor comprende una pluralidad de parches conductores separados,

en donde cada pista helicoidal conductora (202) está al menos parcialmente superpuesta por un parche conductor (210), los parches conductores (210) que tienen un paso de 0° de manera que los ejes longitudinales de los parches conductores son generalmente paralelos a la parte inferior de la antena helicoidal, caracterizada porque cada parche que tiene una longitud que es menor que una rotación completa alrededor del eje longitudinal de la antena y cada parche conductor que se posiciona a la misma altura medida desde la parte inferior de la antena helicoidal.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende además montar el material dieléctrico envuelto en un plano de tierra y conectar las líneas de lanzamiento a los puertos respectivos proporcionados en el plano de tierra.