ES2954410T3 - Alimentación de antena de parche - Google Patents

Abstract

Las presentes enseñanzas se refieren a una disposición de antena que comprende, un primer sustrato que comprende una primera superficie y una segunda superficie, siendo la primera superficie y la segunda superficie lados opuestos del primer sustrato, un segundo sustrato que comprende una tercera superficie y una cuarta superficie, la tercera siendo la superficie y la cuarta superficie lados opuestos del segundo sustrato, estando realizada una antena de parche en un primer material eléctricamente conductor unido a la primera superficie, estando realizado un plano de tierra en un segundo material eléctricamente conductor unido a la segunda superficie, y al menos dos alimentaciones realizadas en un tercer material eléctricamente conductor unido al menos parcialmente a la cuarta superficie. La antena de parche está dispuesta con respecto al plano de tierra para formar una antena resonante. El primer sustrato y el segundo sustrato están adaptados para mantenerse muy próximos o en contacto de manera que la tercera superficie esté orientada hacia la segunda superficie, y cada una de dichas al menos dos alimentaciones tenga una abertura individual correspondiente en el plano de tierra para acoplamiento capacitivo. cada una de dichas al menos dos alimentaciones a la antena de parche, en donde la huella de cada una de dichas al menos dos alimentaciones es menor que la huella de su abertura correspondiente en el plano de tierra. Las presentes enseñanzas también se refieren a una disposición de antena en la que el segundo sustrato se reemplaza por una capa dieléctrica, y a un dispositivo inalámbrico que comprende la disposición de antena. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Alimentación de antena de parche

Las presentes enseñanzas se refieren en general a las antenas. Más específicamente, las presentes enseñanzas se refieren a antenas de parche para recibir y/o transmitir una señal electromagnética, preferentemente en el rango de microondas.

Las unidades de radiofrecuencia (“RF”), tales como, los transpondedores, suelen incluir una antena de parche. Una antena de parche consiste principalmente en una lámina de metal plana, denominada parche, dispuesta de forma que resuene eléctricamente sobre una lámina de metal más grande, denominada plano de tierra.

La antena puede reducirse físicamente en tamaño, añadiendo dieléctrico entre el parche y el plano de tierra. Por ejemplo, una antena de parche GPS (L/2 = 190 mm) puede caber en un sustrato de 25 x 25 mm con una constante dieléctrica de 20.

En muchas aplicaciones, es deseable contar con características de antena bien definidas. Por tanto, puede ser conveniente disponer de un medio bien definido entre la antena de parche y el plano de tierra. Tales antenas suelen ser de banda estrecha, por lo que el grosor y las propiedades del dieléctrico son importantes para mantener la frecuencia de resonancia de la antena. Una forma de hacerlo es utilizar un sustrato con propiedades eléctricas bien definidas. En este caso, el parche puede realizarse en un lado del sustrato y el plano de tierra realizarse en el lado opuesto del sustrato.

En la tesis de máster “Design of a circularly polarized patch antenna for satellite communications in L-band” de G. A. Soleto Bazán (URI: http://hdl.handle.net/2099.1/11708) se analizaron varios tipos de antenas microstrip (“MAS”) y diferentes técnicas de excitación, o alimentaciones, para tales antenas.

Una desventaja de la alimentación de tipo sonda o coaxial es que suele requerir que un conductor atraviese el grosor del sustrato, por ejemplo, mediante perforación.

Una alimentación acoplada a una abertura puede ser una alternativa a una alimentación por sonda, especialmente cuando la conexión eléctrica conductora con el parche no es factible o no se desea, sin embargo, una desventaja puede ser que las aberturas de tipo ranura requieren espacio o área de sustrato. Dado que los sustratos con propiedades eléctricas o de microondas bien definidas suelen ser costosos, es deseable reducir su tamaño o área tanto como sea posible. Además, las ranuras de abertura provocan discontinuidades en la superficie del plano de tierra. El problema se agrava adicionalmente cuando se desean múltiples alimentaciones, tales como alimentaciones duales-ortogonales, por ejemplo, para lograr una polarización circular de la antena de parche.

Los documentos US2005/052321A1, EP1160917A1, CA2218269A1, US2016/261039A1, US7091907B2, US5241321A, US2003/076259A1, US2009/256752A1, US 2004/113840A1 divulgan unos parches alimentados duales sobre un plano de tierra que tiene sustratos superpuestos. Los documentos US2012/242547A1 y JPH05145327A divulgan unos parches alimentados individuales con almohadillas de acoplamiento en un plano de tierra que presentan sustratos superpuestos.

Por lo menos algunos de los problemas mencionados anteriormente, así como otros inherentes a la técnica anterior se mostrarán resueltos por las características de la reivindicación independiente 1 adjunta.

Según un objetivo adicional de las presentes enseñanzas, puede estar prevista una disposición de antena de parche con propiedades eléctricas bien definidas.

Según un objetivo adicional de las presentes enseñanzas, puede proporcionarse una disposición de antena de parche que pueda reducir el área de sustrato utilizada por la alimentación. Según otro objeto de las presentes enseñanzas puede proporcionarse una disposición de antena de parche que reduzca las intrusiones en el plano de tierra debido a la alimentación.

Las presentes enseñanzas se analizarán ahora con más detalle utilizando los siguientes dibujos que ilustran los aspectos de la invención a modo de ejemplos. Las figuras no están necesariamente dibujadas a escala.

La figura 1A ilustra un primer aspecto de las presentes enseñanzas que muestra una disposición de antena de parche cuando se realiza en una configuración de tipo intercalada con dos sustratos de microondas.

La figura 1B ilustra una forma de realización que forma parte de la invención de la disposición de antena de parche propuesta cuando está realizada en una configuración de tipo intercalada siendo el segundo sustrato un sustrato sin microondas.

La figura 2 ilustra una vista ampliada alternativa del primer aspecto de la disposición de antena de parche que muestra las alimentaciones de tipo capacitivo propuestas.

La figura 3 ilustra un ejemplo de acoplador híbrido de 90 grados que puede utilizarse con la invención.

La figura 4 ilustra una vista de disposición de una configuración de tipo intercalada que comprende cuatro parches alimentados capacitivamente implementados según las presentes enseñanzas.

La figura 1A muestra una vista lateral de una disposición de antena de parche 100, que muestra un primer aspecto de las presentes enseñanzas. La disposición de antena de parche 100 comprende un primer sustrato 101 y un segundo sustrato 102. Sobre una primera superficie 111 del primer sustrato 101 está realizada, por ejemplo, una antena de parche 105 mediante un proceso de película gruesa. La antena de parche 105 está realizada a partir de un material conductor, que normalmente comprende un metal, por ejemplo, plata u oro. Sobre la primera superficie 111, pueden observarse también otros perfiles realizados en la misma capa conductora que la capa en la que se realiza la antena de parche 105. Estos otros perfiles se muestran apilados con puntos de conexión, tales como protuberancias de soldadura 186. La función de estos otros perfiles se explicará más adelante.

Sobre una segunda superficie 112, en el lado opuesto del primer sustrato 101, está realizado un plano de tierra 130, también en una capa conductora. El material de la capa conductora en la que se realiza el plano de tierra 130 puede ser el mismo que el material en el que se realiza la antena de parche 105, pero también puede ser un material diferente. No obstante, la antena de parche 105 y el plano de tierra 130 están aislados conductivamente uno con respecto a otro. El plano de tierra 130 presenta una abertura 135 en la que la capa conductora está ausente, por lo que una parte de la segunda superficie 112 queda expuesta debido a la abertura 135.

La disposición de antena de parche 100 también comprende un segundo sustrato 102. Una tercera superficie 121, o un lado del segundo sustrato 102, está enfrentada directamente a la segunda superficie 112. La figura muestra un pequeño espacio entre la superficie del plano de tierra 130 y la tercera superficie 121, sin embargo, estas superficies podrían incluso estar en contacto. Dado que el segundo sustrato 102 es conductivamente aislante, tal contacto no es perjudicial para las propiedades eléctricas deseadas. Un pequeño entrehierro modificará la constante dieléctrica efectiva para el circuito de alimentación, y puede introducir un cambio menor en los parámetros eléctricos tales como la impedancia microstrip, mientras que las propiedades de la antena de parche casi se mantienen.

Sobre una cuarta superficie 122, o el lado opuesto del segundo sustrato 102, están colocadas unas pistas conductoras, por ejemplo, para montar circuitos. Por ejemplo, un lado de un componente SMD 150 se muestra soldado con una protuberancia de soldadura 156 a una primera pista conductora 126 fijada en la cuarta superficie 122. El otro lado del componente SMD 150 se muestra soldado a una pista conductora conectada a una alimentación capacitiva 125. Como puede observarse, la alimentación capacitiva 125 está formada en una parte de extremo de la pista conductora, en el otro extremo de cuya pista se muestra soldado el componente SMD 150. La pista conductora se muestra como una capa metálica en la figura, pero también puede ser un cable o cualquier otro tipo de medio de conexión que conecte la parte de extremo 125 con el componente 150. La alimentación capacitiva 125 o la parte de extremo presenta un acoplamiento capacitivo 145 con la antena de parche 105. El acoplamiento capacitivo 145 es esencialmente proporcional al área de superposición visible entre la alimentación capacitiva 125 y la antena de parche 105. Por área de superposición visible, se entiende el área de superposición entre la capa de alimentación capacitiva 125 y la capa de antena de parche 105 dentro del área de la abertura 135 en el plano de tierra 130. Un experto en la materia comprende lo que se entiende por área de superposición en el contexto de una capacitancia. El acoplamiento capacitivo es, de manera esencial, inversamente proporcional a la separación entre la parte superpuesta de la capa de alimentación 125 y la parte superpuesta de la antena de parche 105. La separación entre las capas superpuestas será esencialmente la suma de los grosores del primer sustrato 101 y del segundo sustrato 102, respectivamente. En realidad, el grosor también incluirá cualquier espacio entre el primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102, más específicamente la distancia entre la segunda superficie 112 y la tercera superficie 121, que incluye el grosor de la capa de plano de tierra 130, sin embargo, dado que las capas conductoras suelen ser apreciablemente más delgadas en comparación con el grosor de un sustrato, este último es dominante a la hora de decidir el valor de capacitancia. Además, el acoplamiento capacitivo 145 también depende del medio intercalado entre la parte superpuesta de la capa de alimentación 125 y la capa de antena de parche 105. Más concretamente, el acoplamiento 145 depende de la constante dieléctrica resultante entre la zona de superposición. En este caso, incluirá contribuciones a la constante dieléctrica resultante por parte del primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102. En realidad, también habrá una contribución del espacio 135 (normalmente aire), pero en la mayoría de los casos las constantes dieléctricas de los materiales del sustrato serán dominantes.

El primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102 son preferiblemente sustratos para microondas. Los sustratos 101 y 102 pueden estar realizados del mismo material o de diferentes materiales adecuados para microondas. Los sustratos son preferiblemente de alúmina, pero también pueden ser de cuarzo u otros materiales cerámicos. La constante dieléctrica relativa de los materiales del sustrato es preferiblemente superior a 3. Más preferentemente, la constante dieléctrica relativa es mayor que 6. En otra forma de realización, la constante dieléctrica relativa es de alrededor de 20. El segundo sustrato 102 se muestra con un grosor menor que el primer sustrato, sin embargo, puede no ser siempre el caso. La disposición, tal como se muestra puede utilizarse, por ejemplo, para reducir la distancia entre la alimentación 125 y el parche 105. Esto también hará que el intercalado de sustrato sea más delgado, sin embargo, ambos sustratos 101 y 102 pueden incluso presentar un grosor similar. Los grosores se seleccionan en función de los parámetros de antena deseados. Los grosores de sustrato fácilmente disponibles pueden ser otro parámetro a la hora de decidir los demás parámetros de diseño, por ejemplo, para evitar tener que fabricar grosores de sustrato a medida, lo que puede repercutir en el precio. Por ejemplo, el primer grosor de sustrato puede ser de aproximadamente 1 mm y el segundo grosor de sustrato de aproximadamente 0.63 mm. Un experto entenderá que el grosor del primer sustrato se elige en función del diseño de la antena. Un sustrato más delgado significa un ancho de banda más estrecho de la antena y viceversa. Por tanto, el grosor puede seleccionarse en función de las características de la antena, tales como los requisitos del ancho de banda.

También sobre la cuarta superficie 122, pueden observarse otros perfiles conductores adicionales apilados con puntos de conexión mostrados como protuberancias de soldadura 186. Dichos otros perfiles conductores pueden utilizarse para sujetar por lo menos el primer sustrato 101 al segundo sustrato 102 de manera elástica. Por ejemplo, tal como se muestra, los alambres conductores 185 se sueldan a estos otros perfiles mediante la utilización de protuberancias de soldadura 186. Por lo menos algunos de los alambres conductores 185 también pueden utilizarse para realizar la conexión eléctrica a una PCB o placa base 180. Por ejemplo, algunos de los alambres conductores 185 pueden utilizarse para transferir señales de baja frecuencia o de banda base entre los componentes electrónicos 150 de los sustratos de microondas y la placa base 180.

La placa base 180 puede ser una PCB de una sola capa o una PCB multicapa. Otra ventaja de las presentes enseñanzas puede ser que los circuitos que no requieren colocación en un sustrato especial pueden colocarse en la PCB 180. Por lo general, el coste por área de la PCB 180 es menor que el coste por área de los sustratos 101 o 102, de manera que los circuitos no críticos pueden colocarse en la PCB 180 para reducir el área total de los sustratos 101 y 102. Los circuitos críticos del sustrato, tales como los circuitos de microondas, pueden colocarse, por ejemplo, en la cuarta superficie 122. Algunos de los aspectos que permiten una mayor densidad de componentes en la cuarta superficie 122 resultarán evidentes en las siguientes figuras.

En una forma alternativa que no forma parte de la invención (en este caso no se muestra directamente en las figuras), el segundo sustrato puede sustituirse por una capa dieléctrica depositada sobre la capa de plano de tierra 130 en la segunda superficie 112. Una capa dieléctrica de este tipo presenta habitualmente un grosor de 35 |im, pero puede presentar otros grosores según el proceso de fabricación elegido. El proceso de fabricación suele ser un proceso híbrido, pero pueden elegirse otros procesos en función de las necesidades. La capa dieléctrica se deposita normalmente como una composición dieléctrica que produce una película o capa hermética cuando se cuece el sustrato o sustratos. La composición dieléctrica, que suele ser serigrafiada sobre el sustrato, comprende habitualmente compuestos cerámicos y de vidrio adecuados. Las pistas, tales como, las destinadas a formar la alimentación de acoplamiento capacitivo 125, y a montar circuitos tales como uno o más componentes 150, pistas 126, otros componentes imprimibles/depositables/litográficamente generados, etc., pueden colocarse como otra capa metálica sobre la capa dieléctrica. La capa dieléctrica y la otra capa metálica también pueden depositarse o imprimirse mediante un proceso de película gruesa. Una desventaja de esta forma de realización alternativa podría ser que se requiere por lo menos una etapa de procesamiento adicional en el primer sustrato 101 en comparación con una forma de realización con dos sustratos, por ejemplo, la mostrada en la figura 1A. Un experto comprenderá que tal método de capa dieléctrica adicional también puede utilizarse además de la configuración de dos sustratos comentada anteriormente, por ejemplo, para ahorrar área de ruta, y/o para crear características conductoras adicionales que necesitan aislarse de la(s) capa(s) conductora(s) subyacente(s). Por tanto, los dos aspectos presentados anteriormente no son excluyentes entre sí, sino que pueden combinarse entre sí en función de las necesidades.

La figura 1B muestra una forma de realización que forma parte de la invención que también comprende dos sustratos, aunque en este caso, el segundo sustrato 102 se muestra como una variante más económica en lugar de ser un sustrato de microondas. Tales variantes más económicas pueden incluir PCB de bajo coste como las del tipo FR4 u otros laminados epoxídicos reforzados con vidrio de bajo coste o PCB de utilización general. Los sustratos de microondas suelen ser sustratos de alto Q o de alto factor Q. Sustituyendo el segundo sustrato 102 por una PCB más barata o un sustrato de bajo factor Q, pueden ahorrarse más costes, especialmente si los circuitos, por ejemplo, los componentes 150 que se colocan en la cuarta superficie, no requieren un sustrato de microondas, o en aplicaciones en las que cualquier rendimiento reducido debido a que estos componentes se colocan en una PCB o sustrato de bajo Q. El procesamiento de PCB más económicas suele ser también más económico y sencillo, por lo que en este caso el segundo sustrato 102 puede incluso perforarse para realizar una vía 161. Dado que dicho procesamiento es más fácil con PCB más económicas que con sustratos realizados de cerámica, vidrio o materiales difíciles de procesar, en los casos en los que el segundo sustrato 102 es más fácil de procesar o mecanizar, la vía 161 puede utilizarse para realizar una almohadilla de acoplamiento capacitiva 165 en la tercera superficie 121. Tal como se muestra en la figura 1B, la vía 161 conduce/conecta a una almohadilla de acoplamiento capacitiva 165 unida a la tercera superficie 121, estableciendo de este modo una conexión conductora entre la parte de extremo 125 y la almohadilla 165. Se apreciará que la vía no necesita estar conectada directamente a la parte de extremo 125, sino que podría estar conectada en cualquier otro lugar de la trayectoria conductora que se extiende entre la parte de extremo 125 y el componente 150. Una conexión eléctrica entre la parte de extremo 125 y la almohadilla 165 seguirá existiendo incluso en tal caso. Cabe señalar que esta disposición con la almohadilla de acoplamiento capacitiva 165 en la tercera superficie 121 no es exclusiva del caso en que el segundo sustrato 102 es una PCB de utilización general. Lo que se da a entender anteriormente es que tal forma de realización puede ser difícil con un material duro tal como la cerámica, aunque no imposible. Además, se apreciará que la colocación de la almohadilla de acoplamiento capacitiva 165 en la tercera superficie 121 de un segundo sustrato de tipo microondas requerirá, además de la vía 161, la realización de una capa conductora también en la tercera superficie, lo que puede hacer que una forma de realización de este tipo tal como se muestra en la figura 1B sea costosa con un segundo sustrato de tipo microondas.

Tal como se apreciará en este caso, como se muestra en la figura 1B, el acoplamiento capacitivo 145 se produce principalmente entre la almohadilla 165 y la antena de parche 105. Tal como se observará, la parte de la parte de extremo o capa de alimentación 125 que, si se extiende más allá de la periferia de la almohadilla de acoplamiento capacitiva 165, tal como se muestra en este caso, también puede estar visiblemente superpuesta con la capa de parche 105 y, en consecuencia, tal superposición también contribuirá al acoplamiento capacitivo 145, sin embargo, el acoplamiento directo entre el área de la almohadilla 165 superpuesta con el parche 105 dominará el valor del acoplamiento capacitivo 145.

Puede evitarse un cortocircuito entre la almohadilla 165 y el plano de tierra 130, por ejemplo, haciendo que la periferia de la almohadilla 165 sea ligeramente menor en comparación con la periferia de la abertura 135. Tal como se comprenderá, al dimensionar la abertura 135 con respecto a la almohadilla 165, puede ser prudente tener en cuenta las tolerancias de alineación entre el primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102, por ejemplo, para evitar una conexión no deseada entre el plano de tierra 130 y la almohadilla 165. Alternativamente, o en combinación, puede colocarse una capa dieléctrica delgada entre el primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102 antes de intercalarlos, para aislar la almohadilla 165 frente al plano de tierra 130. Esto puede ser ventajoso, por ejemplo, si la periferia de la abertura 135 debe mantenerse lo más pequeña posible, por ejemplo, para minimizar las intrusiones en el plano de tierra 130. En este caso, la periferia de la almohadilla 165 puede ser incluso mayor que la de la abertura 135, sin que estas cortocircuiten, ya que la capa dieléctrica delgada será aislante. En este caso, sin embargo, el grosor total de la disposición puede aumentar ligeramente, correspondiendo el aumento al grosor de la capa dieléctrica delgada y posiblemente debido a que la tercera superficie 121 no descansa contra el plano de tierra 130. En esta forma de realización, el segundo sustrato 102 puede ser incluso más grande que el primer sustrato, de modo que se evita una PCB o placa base 180 adicional. El segundo sustrato 102 puede incluso estar realizado como una PCB multicapa. En los casos en los que se requiera una PCB 180 de todos modos, el segundo sustrato 102 puede seguir realizándose más grande que el primer sustrato 101. En este caso, las pinzas 185 pueden, por ejemplo, soldarse o bien en la tercera superficie 121, o en la cuarta superficie 122 utilizando orificios pasantes en el segundo sustrato 102, o incluso soldarse tanto en la tercera superficie 121 como en la cuarta superficie 122 utilizando orificios pasantes en el segundo sustrato 102. En otra forma de realización, el segundo sustrato 102 puede ser incluso una PCB flexible. Un experto en la materia entenderá que una forma de realización similar con el segundo sustrato 102 sustituido por una capa dieléctrica, por ejemplo, tal como se comentó anteriormente, depositado en la parte superior del plano de tierra 130 es posible en este caso también, aunque en este caso, ya que la capa dieléctrica se deposita sobre el primer sustrato 101, el tamaño de la capa dieléctrica se mantiene dentro de la periferia del primer sustrato 101.

En una variación adicional que no forma parte de la invención (no mostrada en las figuras), en lugar de realizarse en la tercera superficie 121, la almohadilla de acoplamiento capacitiva 165 puede realizarse sobre la segunda superficie 112, en la misma capa que el plano de tierra 130. En este caso, la almohadilla de acoplamiento 165 está rodeada por el plano de tierra 130, pero la almohadilla 165 sigue estando aislada conductivamente del plano de tierra 130, por ejemplo, mediante una zanja entre el plano de tierra y la almohadilla de acoplamiento 165. En tal caso, el extremo de la vía 161 que se extiende hacia la tercera superficie 121 puede dotarse de una protuberancia de soldadura u otro medio de conexión elástico que establezca una conexión conductiva entre la pastilla 165 y la vía 161 una vez ensamblada la disposición de antena. Otros medios elásticos pueden ser un mecanismo basado en un muelle, espuma conductora, o similares. En caso de que se utilicen protuberancias de soldadura, la antena puede ensamblarse, por ejemplo, calentando la protuberancia de soldadura conectada a la vía 161 mientras la protuberancia de soldadura se mantiene en contacto con la almohadilla 165, de manera que la protuberancia de soldadura se funde y establece una conexión soldada entre la almohadilla 165 y la vía 161. Esta variación se comenta en el contexto de la disposición equivalente a la mostrada en la figura 1B, sin embargo, el experto apreciará que, en general, la esencia es que la almohadilla 165 no necesita estar unida al segundo sustrato, sino que, tal como se describe en este caso, puede unirse al primer sustrato, ya sea directamente a la segunda superficie, o a otra superficie dieléctrica depositada sobre la segunda superficie. Una ventaja de realizar la almohadilla 165 en el primer sustrato es que puede conseguirse una robustez mejorada frente a la desalineación entre el primer sustrato y el segundo sustrato. Tal como se apreciará, la parte de extremo 125, y la vía 161, en tales casos pueden hacerse más pequeñas que el área cubierta por la almohadilla 165, ya que el acoplamiento capacitivo está dominado y decidido principalmente por las dimensiones de la almohadilla 165, de manera que el ensamblaje de los dos sustratos podría hacerse más tolerante a la desalineación en comparación con el caso en que la almohadilla 165 se realice en el segundo sustrato. Esto se debe a que la ubicación de la almohadilla 165 con respecto al plano de tierra 130 es fija y no depende de la alineación de los sustratos cuando la almohadilla 165 se realiza en la misma capa que el plano de tierra 130.

Ahora, se hace referencia a la figura 2, que muestra una vista en perspectiva ampliada 200 de una disposición de antena similar a la mostrada en la figura 1a . No todos los componentes que eran visibles en la figura 1A son visibles en este caso. La figura 2 muestra una vista en perspectiva desde la cuarta superficie 122. El primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102 se muestran apilados o en una disposición intercalada. Una parte del plano de tierra 130 se muestra en una línea de puntos, ya que el plano de tierra 130 está ubicado entre la segunda superficie 112 y la tercera superficie 121. Tal como se mencionó anteriormente, el plano de tierra está unido a la primera superficie de la segunda superficie 112. El primer sustrato 101 y el segundo sustrato 102 pueden mantenerse unidos como un método de sujeción mostrado en la figura 1A, alternativa o adicionalmente, los sustratos pueden incluso unirse mediante un adhesivo adecuado dispuesto entre la segunda superficie 112, posiblemente también cubriendo por lo menos parte de la superficie de plano de tierra 130, y la tercera superficie 121. La disposición de antena 100 de la figura 1, tal como se muestra, puede considerarse una disposición con una única alimentación capacitiva o parte de extremo 125 a través de la abertura 135 en el plano de tierra. La abertura 135 mostrada en la figura 1, corresponde funcionalmente a las aberturas 135a y 135b de la figura 2.

La antena de parche 105 se muestra en líneas discontinuas, ya que está ubicada en la primera superficie 111, que es la superficie más inferior en la figura 2.

Las aberturas 135a y 135b tienen un perfil esencialmente circular y se utilizan para permitir la alimentación ortogonal de la antena de parche 105 mediante las alimentaciones o partes de extremo 125a y 125b correspondientes. Las alimentaciones, la primera alimentación 125a y la segunda alimentación 125b están conectadas a sus pistas correspondientes, la primera pista 225a y la segunda pista 225b respectivamente. Las alimentaciones o partes de extremo son preferentemente más grandes que sus pistas respectivas, de manera que cualquier superposición visible de las pistas con el plano de tierra es mínima, por lo que el acoplamiento capacitivo está dominado por las partes de extremo. Las pistas 225a y 225b se conectan a los circuitos de microondas asociados (no mostrados en la figura 2). Preferiblemente, las pistas 225a y 225b salen radialmente hacia el exterior desde sus alimentaciones 125a y 125b respectivas, respectivamente. En otras palabras, en un caso de alineación perfecta, si las líneas de eje (a lo largo de la longitud) de las pistas 225a y 225b se extrapolaran hacia el centro de la antena de parche 105, las líneas de eje se intersecarían en el centro de la antena de parche 105. Aunque una alineación perfecta es deseable, no es esencial.

Puede afirmarse además que, aunque las alimentaciones 125a y 125b y sus aberturas 135a y 135b correspondientes se muestran con forma circular en la figura 2, no es esencial un perfil circular. En consecuencia, los perfiles o formas pueden ser cuadrados, rectangulares, pentagonales, octogonales, o esencialmente cualquier polígono adecuado. No obstante, es preferible que la forma de la abertura se corresponda con la forma de su alimentación correspondiente.

Volviendo a la figura 2, las aberturas 135a y 135b, mostradas en este caso esencialmente circulares en su perfil, están separadas de manera que se evita una intrusión continua en el plano de tierra 130. Dicha intrusión se creará, por ejemplo, por una abertura de tipo ranura para el acoplamiento de apertura de las alimentaciones al parche. En algunas variaciones de las aberturas de tipo ranura, la capa de plano de tierra puede incluso llegar a ser discontinua o dividirse en múltiples partes. Según las presentes enseñanzas, pueden evitarse intrusiones continuas o largas en el plano de tierra cuando se crean debido a, por ejemplo, aberturas de tipo ranura. Cada alimentación o parte de extremo está, por tanto, esencialmente encerrada dentro del área cubierta por su abertura respectiva en el plano de tierra. Una pequeña parte de las pistas (225a, 225b) respectivas también puede superponerse a través de la abertura respectiva, pero se entenderá que el acoplamiento capacitivo estará dominado por la parte de extremo o alimentación respectiva de su pista conductora.

En la fabricación práctica, la alineación entre las diferentes capas, así como entre el primer sustrato y el segundo sustrato, deberá tener cierta tolerancia. En otras palabras, es difícil fabricar un gran volumen de sustratos o dispositivos en donde cada capa y/o sustrato estén perfectamente alineados entre sí. Tal como se comentó anteriormente, el acoplamiento capacitivo 145 depende de la parte superpuesta de la capa de alimentación 125 y la capa de antena de parche 105. Haciendo referencia más específicamente a la figura 2, si, por ejemplo, la primera alimentación 125a está desalineada con respecto a su abertura 135a correspondiente de manera que cierta parte de la primera alimentación 125a se encuentra fuera de la periferia de la primera abertura 135a, el acoplamiento capacitivo correspondiente entre la primera alimentación 125a y la antena de parche 105 se verá afectado (o reducido) al reducirse el área de superposición efectiva. Una manera de garantizar que se mantiene el acoplamiento capacitivo es que las aberturas 135a y 135b puedan realizarse de manera que sus periferias sean mayores que o se extiendan más allá del área cubierta por las alimentaciones 125a y 125b correspondientes. En otras palabras, los volúmenes ocupados de las aberturas 135a y 135b se hacen más grandes que el área cubierta correspondiente de las alimentaciones esencialmente circulares 125a y 125b respectivamente. La extensión más allá de los volúmenes ocupados puede hacerse lo suficientemente grande como para tener en cuenta las tolerancias de alineación. En una forma de realización alternativa, los volúmenes ocupados de las alimentaciones 125a y 125b pueden hacerse más grandes que, o extenderse más allá de, sus aberturas 135a y 135b correspondientes de manera que el acoplamiento capacitivo no se vea afectado dentro de las tolerancias físicas de alineación. Una desventaja menor de esta forma de realización alternativa es que el área extendida de las alimentaciones dará como resultado un acoplamiento capacitivo adicional con respecto al plano de tierra 105, por tanto, una carga capacitiva adicional en las alimentaciones. Sin embargo, esta carga adicional prácticamente no afecta al acoplamiento entre la alimentación y la antena.

En la mayoría de los casos es preferible que el plano de tierra 130 se extienda más allá del área cubierta por la antena de parche 105, por ejemplo, para evitar una radiación de retorno. A menudo es deseable que el tamaño del plano de tierra 130 sea el doble del tamaño del parche 105. En realidad, esto también dependerá de cómo estén alineados el parche 105 y el plano de tierra 130 entre sí.

La figura 3 muestra un ejemplo de un componente 300 que puede utilizarse para conectarse a las alimentaciones 125a y 125b. El componente 300 es un acoplador híbrido de 90 grados que se utiliza, por ejemplo, para dividir la señal de RF esencialmente por la mitad y emitir las señales divididas por un primer puerto 225a y un segundo puerto 225b respectivamente. Con referencia a la figura 2, se apreciará que las pistas 225a y 225b se muestran en la figura 3 como el primer puerto y el segundo puerto, respectivamente, del acoplador híbrido 300. La señal en el primer puerto 225a está desfasada 90 grados con respecto a la señal en el segundo puerto 225b. El híbrido 300 también presenta un tercer puerto 325a y un cuarto puerto 325b que están conectados al resto del circuito/componentes, por ejemplo, un amplificador, o una terminación, o un circuito de detección, dependiendo de las funciones que supuestamente deban cumplir el dispositivo inalámbrico y la antena. Por ejemplo, el primer puerto 225a puede conectarse a la primera alimentación 125a, mientras que el segundo puerto 225b puede conectarse a la segunda alimentación 125b. Los acopladores híbridos y su funcionalidad son conocidos en el campo de la técnica, por lo que no son necesarios en el análisis de esta divulgación.

La figura 4 muestra una vista de diseño 400 de una disposición de antena que comprende cuatro antenas de parche, 105a-d. También son visibles los puntos de conexión o protuberancias de soldadura 186 asociados a los otros perfiles. Por lo menos algunas de estas protuberancias de soldadura 186 pueden utilizarse, por ejemplo, para sujetar los sustratos entre sí, tal como mostró anteriormente. Además, por lo menos algunas de estas protuberancias de soldadura 186 también pueden utilizarse para transferir señales entre los sustratos 101, 102 y la PCB o placa base 180. Por ejemplo, en el lado norte de la vista de diseño, las tres almohadillas superiores derechas están conectadas a los circuitos asociados con el parche superior derecho 105c. Las señales de estos circuitos pueden transferirse a la PCB 180. La vista de diseño 400 también muestra adaptadores radiales de cuarto de longitud de onda, por ejemplo 401.

El experto en la materia apreciará también que las formas de realización explicadas en esta divulgación pueden combinarse entre sí para realizar una disposición de antena según requisitos específicos. El análisis de una forma de realización por separado no significa que la forma de realización no pueda utilizarse con el resto de los ejemplos u otras formas de realización presentadas en el presente documento.

Las referencias a la técnica anterior no constituyen una admisión de que dichas publicaciones formen parte del conocimiento general común en la materia en cualquier país. La palabra “comprender”, y cualquier variante de la misma como “que comprende” y “comprende”, tal como se utiliza en la presente divulgación, incluidas las reivindicaciones adjuntas, se utilizan en un sentido inclusivo, es decir, de manera que no se excluya la presencia o adición de características adicionales, excepto cuando el contexto requiera lo contrario debido a un lenguaje explícito o a una implicación necesaria.

En resumen, la invención se refiere a una disposición de antena que comprende un primer sustrato. El primer substrato comprende una primera superficie y una segunda superficie. La primera superficie y la segunda superficie son los lados opuestos del primer sustrato. La disposición de antena también comprende un segundo substrato. El segundo sustrato comprende una tercera superficie y una cuarta superficie. La tercera superficie y la cuarta superficie son los lados opuestos del segundo sustrato. La disposición de antena también comprende una antena de parche que se realiza de un primer material eléctricamente conductor unido a la primera superficie. La disposición de antena comprende, además, un plano de tierra realizado de un segundo material eléctricamente conductor unido a la segunda superficie, y por lo menos dos alimentaciones realizadas a partir de un tercer material eléctricamente conductor dispuestas para unirse por lo menos parcialmente a la cuarta superficie, estando cada alimentación conectada conductivamente a una almohadilla de la tercera superficie. La antena de parche está dispuesta con respecto al plano de tierra para formar una antena resonante. El primer sustrato y el segundo sustrato están configurados para mantenerse en contacto de manera que la tercera superficie está orientada hacia la segunda superficie, y cada una de dichas por lo menos dos almohadillas, cada una relativa a una alimentación, presenta una abertura individual correspondiente en el plano de tierra para acoplar capacitivamente cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones a la antena de parche. El área cubierta por cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones es menor que el área cubierta por su abertura correspondiente en el plano de tierra, lo que da como resultado que el área cubierta o periferia de cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones esté esencialmente encerrado dentro del área cubierta o periferia de su abertura correspondiente, en la disposición de antena, estando de este modo las almohadillas y el plano de tierra esencialmente en el mismo plano. El primer sustrato y el segundo sustrato se mantienen en contacto soldando una pluralidad de pinzas, extendiéndose cada pinza entre la periferia de la primera superficie y la periferia de la cuarta superficie.

Las alimentaciones son preferiblemente alimentaciones ortogonales. El área cubierta es, de manera preferible, esencialmente circular, pero también puede presentar cualquier otra forma, como cuadrada, rectangular o cualquier otro polígono. Las trayectorias de señal se extienden, de manera preferible, radialmente hacia el exterior desde las alimentaciones correspondientes. Tal como se comentó anteriormente, dichas por lo menos dos alimentaciones son partes de extremo de sus pistas conductoras respectivas. Las pistas conductoras se utilizan para alimentar la señal hacia y/o desde la antena de parche.

En otra forma de realización, el segundo sustrato es una PCB de utilización general.

En otra forma de realización, por lo menos uno de entre el primer material eléctricamente conductor, el segundo material eléctricamente conductor y el tercer material eléctricamente conductor comprende metal, preferiblemente plata. En otras palabras, por lo menos una de las capas conductoras se realiza utilizando una pasta a base de metal, preferiblemente plata, y además preferiblemente utilizando un proceso de película gruesa.

En otra forma de realización, el tercer material eléctricamente conductor también se utiliza para formar por lo menos, una pluralidad de pistas, almohadilla, o ruta en la cuarta superficie.

En otra forma de realización, por lo menos algunos circuitos de RF se montan en la cuarta superficie utilizando la capa conductora depositada en la cuarta superficie.

En otra forma de realización, la primera y cuarta superficies tienen una pluralidad de almohadillas distribuidas a lo largo de la periferia de la primera superficie y la segunda superficie, respectivamente. El primer substrato y el segundo substrato se mantienen en contacto soldando una pluralidad de pinzas, extendiéndose cada pinza entre una almohadilla en la periferia de la primera superficie y una almohadilla correspondiente en la periferia de la cuarta superficie. En otras palabras, cada pinza se une, preferiblemente, soldando su extremo a una almohadilla de la periferia de la primera superficie y su segundo extremo se suelda a una almohadilla correspondiente de la periferia de la cuarta superficie, de manera que el primer sustrato y el segundo sustrato estén por lo menos sometidos a una presión elástica para mantenerse en contacto por la pluralidad de pinzas. En combinación, el primer sustrato y el segundo sustrato se mantienen en contacto mediante un adhesivo, uniendo el adhesivo por lo menos cierta parte de la segunda superficie y/o plano de tierra a por lo menos cierta parte de la tercera superficie.

Según una forma de realización, el grosor del primer sustrato es de aproximadamente 1 mm, y/o el grosor del segundo sustrato es de aproximadamente 0.63 mm.

En la forma de realización preferida, por lo menos uno de entre el primer material eléctricamente conductor, el segundo material eléctricamente conductor y el tercer material eléctricamente conductor se une mediante un proceso de capa gruesa. Alternativamente o en combinación, por lo menos uno de los materiales se une mediante un proceso de capa delgada.

Según otra forma de realización, cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones está conectada a una almohadilla de acoplamiento capacitiva, estando la almohadilla de acoplamiento capacitiva realizada de un cuarto material eléctricamente conductor unido, por lo menos parcialmente, a la tercera superficie. Preferiblemente, el cuarto material eléctricamente conductor está unido a la tercera superficie.

Según todavía otra forma de realización que no forma parte de la invención, cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones está conectada a su almohadilla de acoplamiento capacitiva respectiva, en donde la almohadilla de acoplamiento capacitiva de cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones está realizada a partir del segundo material eléctricamente conductor unido a la segunda superficie. Tal como también se apreciará a partir del análisis anterior, cada almohadilla de acoplamiento capacitiva está aislada conductivamente del plano de tierra.

Las presentes enseñanzas también se refieren a un dispositivo inalámbrico que comprende la disposición de antena, tal como se describe en la presente memoria.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Disposición de antena que comprende

un primer sustrato (101) que comprende una primera superficie (111) y una segunda superficie (112), siendo la primera superficie y la segunda superficie unos lados opuestos del primer sustrato;

un segundo sustrato (102) que comprende una tercera superficie (121) y una cuarta superficie (122), siendo la tercera superficie y la cuarta superficie unos lados opuestos del segundo sustrato;

una antena de parche (105) que está realizada a partir de un primer material eléctricamente conductor unida a la primera superficie;

un plano de tierra (130) que está realizado a partir de un segundo material eléctricamente conductor unido a la segunda superficie; y

por lo menos dos alimentaciones (125) realizadas a partir de un tercer material eléctricamente conductor unidas por lo menos parcialmente a la cuarta superficie;

estando cada alimentación conectada conductivamente a una almohadilla (165) sobre la tercera superficie, en la que

la antena de parche está dispuesta con respecto al plano de tierra de manera que forme una antena resonante, el primer sustrato y el segundo sustrato están configurados para ser mantenidos en contacto de manera que la tercera superficie esté enfrentada a la segunda superficie, y

cada una de dichas por lo menos dos almohadillas, cada una relativa a una alimentación, presenta una abertura (135) individual correspondiente en el plano de tierra para acoplar capacitivamente cada una de dichas por lo menos dos alimentaciones a la antena de parche, en la que el área cubierta por cada una de dichas almohadillas es menor que el volumen ocupado de su abertura correspondiente en el plano de tierra, estando, por tanto, las almohadillas y el plano de tierra esencialmente en el mismo plano, y en la que el primer sustrato y el segundo sustrato son mantenidos en contacto soldando una pluralidad de pinzas, extendiéndose cada pinza entre la periferia de la primera superficie y la periferia de la cuarta superficie.

2. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que por lo menos uno de entre el primer material eléctricamente conductor, el segundo material eléctricamente conductor y el tercer material eléctricamente conductor comprende metal, preferentemente plata.

3. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el tercer material eléctricamente conductor también se utiliza para formar por lo menos una pluralidad de pistas, almohadillas o rutas sobre la cuarta superficie.

4. Disposición de antena según la reivindicación 3, en la que por lo menos algunos circuitos de RF están montados sobre la cuarta superficie.

5. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, en la que la primera y cuarta superficies presentan una pluralidad de almohadillas distribuidas a lo largo de la periferia de la primera superficie y la cuarta superficie respectivamente, y la pluralidad de pinzas están soldadas a dicha pluralidad de almohadillas, extendiéndose cada pinza entre una almohadilla sobre la periferia de la primera superficie y una almohadilla correspondiente sobre la periferia de la cuarta superficie.

6. Disposición de antena según la reivindicación 1, en la que el primer sustrato y el segundo sustrato se mantienen en contacto mediante un adhesivo adicional, uniendo el adhesivo por lo menos cierta parte de la segunda superficie y/o plano de tierra a por lo menos cierta parte de la tercera superficie.

7. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el grosor del primer sustrato es de aproximadamente 1 mm.

8. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el grosor del segundo sustrato es de aproximadamente 0.63 mm.

9. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que por lo menos uno de entre el primer material eléctricamente conductor, el segundo material eléctricamente conductor y el tercer material eléctricamente conductor está unido utilizando un proceso de película gruesa.

10. Disposición de antena según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 8, en la que por lo menos uno de entre el primer material eléctricamente conductor, el segundo material eléctricamente conductor y el tercer material eléctricamente conductor está unido utilizando un proceso de película delgada.

11. Unidad inalámbrica que comprende una disposición de antenas según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.