ENSAMBLAJE DE ANTENA CON SIMETRIZADOR Y ELEMENTO DE SINTONIZACIÓN PARA UN RADIO PORTÁTIL Antecedentes de la Invención 1. Campo Técnico Esta invención se refiere a ensamblajes de antena y, más particularmente, se refiere a ensamblajes de antena con redes de alimentación de tamaño y desempeño optimizados . 2. Descripción de la Técnica Relacionada Un circuito radiotransceptor a menudo tiene diferentes características de impedancia a las de una antena asociada. Un circuito radiotransceptor a menudo tiene una resistencia diferente tal como 50 Ohms mientras que la antena puede tener una resistencia de 10 Ohm. A menudo, uno de la antena y circuito radiotransceptor está desbalanceado mientras que el otro está balanceado. La línea de alimentación entre la antena podría tener también una característica de resistencia diferente, balanceada o desbalanceada, o una resistencia diferente en Ohms. Por ejemplo, una línea de alimentación coaxial típicamente es una línea de alimentación desbalanceada mientras que una línea de alimentación de doble cable es típicamente una línea de alimentación balanceada. Las redes de conversión balanceada-desbalanceada, o según son referidas menos formalmente en la materia como simetrizadores, proporcionan una comparación de características de impedancia para comparar no solo la resistencia sino también convertir entre balanceadas y desbalanceadas las entradas y salidas. Cuando un simetrizador se conecta entre una línea de alimentación y un elemento de antena para comparar las características de impedancia entre los mismos, el tamaño, el peso y la complejidad de fabricación del ensamblaje de antena se incrementan a menudo. En la medida en que el diseñador de antenas hace avances permitiendo la reducción en tamaño o diámetro del elemento de antena en sí, el simetrizador se vuelve el constreñimiento limitante que prohibe una reducción adicional del tamaño. Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 ilustra una vista en planta del lado derecho del ensamblaje de antena; La figura 2 ilustra una vista del extremo superior del ensamblaje de antena de la figura 1; La figura 3 ilustra una vista en planta del lado izquierdo del ensamblaje de antena; La figura 4 ilustra una vista del extremo superior del ensamblaje de antena de la figura 3; La figura 5 ilustra una vista transversal del ensamblaje de antena de las figuras 1-4 tomada a lo largo de la línea 5-5;
La figura 6 ilustra una vista transversal del ensamblaje de antena de las figuras 1-4 tomada a lo largo de la línea 6-6; y La figura 7 ilustra un radio portátil de acuerdo a la presente invención. Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Se proporcionan elementos de sintonización en el punto de alimentación de excitación de los brazos de una antena para permitir el uso de redes de conversión balanceada-desbalanceada de diferente configuración y tamaño más pequeño (simetrizadores) . Una red de conversión balanceada-desbalanceada se conecta entre una línea de alimentación desbalanceada y un punto de alimentación de excitación balanceada. Un elemento de sintonización aumenta un brazo de la antena en el punto de alimentación de excitación. Al proporcionar el elemento de sintonización en esta ubicación, se mejoran las características tales como tamaño de la red de conversión balanceada-desbalanceada. El tamaño de la red de conversión balanceada-desbalanceada (simetrizador) ya no es así un constreñimiento en el tamaño de un ensamblaje de antena. Debido a que el tamaño del simetrizador puede reducirse, el simetrizador ya no necesita ser el componente más grande de un ensamblaje de antena. Las antenas de diámetro reducido no eran posibles hasta el momento sin los elementos de sintonización colocados de acuerdo a la presente invención debido a que la red de conversión balanceada-desbalanceada requerida hubiera sido más grande que el diámetro de la antena en sí. Tal constreñimiento en la reducción del tamaño del ensamblaje de antena se retira mediante la presente invención. Los elementos de sintonización también dan el patrón de las características de patrón mejoradas de la antena. Se logra un patrón de antena hemisférico más perfectamente simétrico. Se ha encontrado que con elemento de sintonización instalado en el ensamblaje de antena de acuerdo a la presente invención, puede crearse fácilmente una cúspide en la relación de impedancia de entrada versus frecuencia de la antena. Esta cúspide hace que el patrón de antena sea más perfectamente hemisférico. Los satélites se comunican con radios portátiles en la tierra a diversos ángulos de elevación a partir del horizonte hacia el zenit. Se logra un desempeño más uniforme de un radio portátil por satélite en la presente invención sobre estos ángulos de elevación a partir del horizonte hacia el zenit. La figura 1 ilustra un ensamblaje de antena alimentado por una línea de alimentación desbalanceada 110. La línea de alimentación desbalanceada 110 alimenta un simetrizador (no mostrado) colocado en el interior de un tubo dieléctrico 210. Los cuatro brazos 310, 320, 330 y 340 se electrodepositan en el tubo dieléctrico 210. Cada uno de los cuatro brazos 310, 320, 330 y 340 se conectan al simetrizador en un punto de alimentación de excitación en la parte superior del tubo dieléctrico 210. Un elementó de sintonización 410 se conecta eléctricamente a uno de los cuatro brazos 330, pero separado de otro circundante de los brazos metálicos delgados 320 mediante una distancia Z. El elemento de sintonización 410 también se separa del punto de alimentación de excitación en la parte superior del tubo dieléctrico 210 por una distancia Y. Los brazos 310, 320, 330 y 340 y el elemento de sintonización 410 se electrodepositan preferentemente en el tubo dieléctrico 210. La figura 2 ilustra una vista superior de la vista lateral derecha del ensamblaje de antena de la figura 1. El punto de alimentación de excitación está provisto por dos conexiones 610 y 620. Los brazos metálicos delgados 310, 320, 330 y 340 se conectan a un borde superior 510 del simetrizador a través de las dos conexiones 610 y 620 para el punto de alimentación de excitación. Los elementos de sintonización 410 y 420 se ilustran también en la figura 2. La figura 3 ilustra una vista lateral izquierda del ensamblaje de antena de las figuras 1 y 2, y la figura 4 ilustra una vista del extremo superior de la vista lateral izquierda del ensamblaje de antena de la figura 3. El elemento de sintonización 420 es preferentemente una proyección de sintonización metálica delgada electrodepositada en el tubo dieléctrico 210. Ambos elementos de sintonización 410 y 420 tienen la misma altura en la modalidad preferida de aproximadamente 0.6477 centímetros (0.255 pulgadas) y el mismo ancho de aproximadamente 0.2677 centímetros (0.105 pulgadas). El tubo dieléctrico 210 en la modalidad preferida se extiende alrededor de un eje longitudinal y tiene un diámetro interno de aproximadamente 0.635 centímetros (0.250 pulgadas) y un diámetro externo de aproximadamente 0.8128 centímetros (0.320 pulgadas). El segundo elemento de sintonización 420 se conecta eléctricamente a uno de los brazos 310 pero se separa una distancia Z' de un brazo circundante 340. El segundo elemento de sintonización 420 también se separa del punto de alimentación de excitación en la parte superior del tubo dieléctrico 210 por una distancia Y' . Se prefiere que la distancia Y' sea una distancia Y' diferente para el segundo elemento de sintonización 420 a la distancia Y para el primer elemento de sintonización Y 410 para el simetrizador en el siguiente ejemplo, el cual será tratado de manera adicional más adelante con referencia a las vistas transversales de - las figuras 5 y 6.
Las dimensiones de X, Y y Z en las figuras 1, 3, 5 y 6 se eligen para proporcionar una característica de impedancia deseada en la entrada de los brazos de antena cuando se observan desde el punto de alimentación de excitación. La dimensión Z forma un intervalo mayor a cero. El intervalo en la modalidad preferida tiene una dimensión Z de aproximadamente 0.508 milímetros (0.020 pulgadas). La dimensión Y puede ser mayor o igual a cero. La dimensión Y en la modalidad preferida es de aproximadamente 0.381 milímetros (0.015 pulgadas). La dimensión X es preferentemente el diámetro interior del tubo dieléctrico 210 para reducir el tamaño del elemento de sintonización 410, pero podría ser más pequeño. La dimensión X en la modalidad preferida es de aproximadamente 0.635 centímetros (0.250 pulgadas). Aparte de un tubo de forma redonda puede utilizarse uno de forma ovalada, elíptica, octagonal, cuadrada, rectangular u otra forma similar para proporcionar una superficie dieléctrica alargada que circunscribe un eje longitudinal. Lo que es importante para la elaborabilidad es que los brazos tengan una superficie de soporte que coexista a lo largo de tres ejes ortogonales para proporcionar una antena capaz de transmitir-recibir un campo de radio circularmente polarizado. En lugar de brazos metálicos delgados y un elemento de sintonización metálico delgado colocados sobre un susbtrato dieléctrico, pueden utilizarse instalaciones alambicas que permanezcan libres para implementar el ensamblaje de antena de la presente invención. Los brazos metálicos delgados 310, 320, 330 y 340 en la modalidad preferida tienen cada uno un ancho de aproximadamente 0.3175 centímetros (0.125 pulgadas), los dos brazo metálicos delgados más cortos 320 y 340 tienen una longitud medida a lo largo del tubo hacia la parte inferior del tubo de aproximadamente 8.0264 centímetros (3.16 pulgadas) y los dos brazo metálicos delgados más largos 310 y 330 tienen una longitud medida a lo largo del tubo hasta los extremos de los dobleces 315 y 335 de aproximadamente 8.5344 centímetros (3.36 pulgadas). Aunque los brazos 310, 320, 330 y 340 y los elementos de sintonización metálicos delgados 410 y 420 se electrodepositan preferentemente en el tubo dieléctrico 210, los brazos metálicos delgados y los elementos de sintonización metálicos delgados 410 y 420 pueden pegarse de manera alternativa al tubo dieléctrico 210. En el ejemplo de la modalidad preferida, la antena utiliza un elemento de antena de hélice cuatrifilar. El elemento de antena de hélice cuatrifilar tiene dos pares de brazos entre los cuatro brazos 310, 320, 330 y 340 — haciendo un total de 4 brazos. Uno de los pares de brazos 310 y 330 tiene una longitud mayor al otro par de brazos 320 y 340. La longitud más larga es acomodada mediante extensiones dobladas 315 y 335 en la parte inferior del tubo dieléctrico 210 como se muestra en las figuras 1 y 3. Esto permite que el más largo de los pares de brazos sea inductivo, por ejemplo, 50 + j50 Ohms y el más corto de los pares de brazos sea capacitivo, por ejemplo, 50 - j50 Ohms. De esta manera, cuando el par de brazos se alimenta en paralelo, la impedancia de entrada resultante es puramente resistiva y existe una relación de corriente de cuadratura entre los brazos de la antena. Como resultado de este fenómeno, la antena tiene un campo circularmente polarizado. Tanto los elementos de antena cuatrifilar
(elementos de antena de bucle cruzado torcido) como los elementos de antena de bucle cruzado tienen dos pares de brazos. Cada par de brazos hace un bucle. Los bucles son perpendiculares unos con otros en una relación cruzada en un elemento de antena de bucle cruzado. En un elemento de antena de bucle cruzado torcido, los bucles de antena también se tuercen para formar un elemento de antena de hélice cuatrifilar. El radio satélite portátil de la presente invención tiene un patrón de antena más uniforme sobre los ángulos de elevación del horizonte al zenit. Se ha encontrado que con el elemento de sintonización instalado en el ensamblaje de antena de acuerdo a la presente invención, puede crearse fácilmente una cúspide en la relación de impedancia de entrada versus frecuencia de la antena. Cuando la impedancia de entrada forma una cúspide, en los ejemplos anteriores de antenas autosincronizadas, resultará una relación de corriente en cuadratura entre los brazos del elemento de la antena — produciendo un patrón de antena circularmente polarizado, más perfectamente formado . Las figuras 5 y 6 ilustran vistas transversales del ensamblaje de antena de las figuras 1-4 tomadas a lo largo de las líneas respectivas 5-5 y 5-6. Las figuras- 5 y 6 ilustran superficies traseras y delanteras respectivas de un simetrizador conectado entre la línea de alimentación 110 y un punto de alimentación de excitación en el extremo superior 510 del simetrizador. En el ejemplo de las figuras 5 y 6, se ilustra un simetrizador afilado. Este simetrizador afilado se construye preferentemente utilizando microtiras afiladas 710 y 720 electrodepositadas en un miembro aplanador dieléctrico 730 como se ilustra en las dos vistas de las figuras 5 y 6. Un conductor coaxial interno de la línea de alimentación 110 se conecta a la punta de la microtira afilada en el punto extremo angosto 743 y un conductor externo de la línea de alimentación 110 se conecta a un extremo afilado de la otra microtira afilada 720 en un extremo afilado 747. Una línea de transmisión de microtira tiene una línea activa y un plano terrestre opuesto. El plano terrestre debe ser más amplio que la línea activa. La microtira 720 del simetrizador afilado es más amplia en el extremo afilado 747 para asegurar el inicio de un verdadero plano terrestre para la línea de transmisión resultante de las microtiras 710 y 720. La microtira afilada 710 consiste en una porción afilada por encima del punto 743 y una porción lineal 713 por debajo del punto 743 en la figura 5. El simetrizador afilado de la modalidad preferida de la presente invención tiene un miembro aplanador dieléctrico de aproximadamente 0.635 centímetros (0.250 pulgadas) de ancho, de aproximadamente 2.159 centímetros (0.850 pulgadas) de longitud y de aproximadamente 0.0635 centímetros (0.025 pulgadas) de grosor. La porción afilada más corta de la microtira 710 del simetrizador de la modalidad preferida tiene una altura de 1.651 centímetros
(0.650 pulgadas). La microtira afilada más alta tiene la misma altura que el miembro plano dieléctrico 730. Pueden utilizarse otros tipos de simetrizadores además del simetrizador afilado ejemplificativo tales como simetrizadores de bazuca, simetrizadores de hoja conductora dividida y simetrizadores de gancho de pesca. Los simetrizadores de bazuca y de hoja conductora dividida funcionarían pero requerirían de capacitores de comparación, de otro modo no se obtendrían las características de pérdida de retorno deseadas ni mantendrían aún un tamaño práctico. Con el simetrizador de gancho de pesca, sería más difícil lograr un tamaño práctico. En algunos casos de tamaño, el ancho del simetrizador de gancho de pesca sería impráctico debido a que sería más grande el elemento de antena soportado para igualarse a la impedancia de una línea de alimentación. La figura 7 ilustra un transmisor radiotelefónico portátil 910 que tiene un ensamblaje de antena 920 conectado al mismo en un punto de pivote. Se logra un mejor desempeño uniforme de un radio satélite portátil mediante la presente invención sobre los ángulos de elevación de un satélite a partir del horizonte hasta el zenit, mientras se mantiene aún un ensamblaje de antena de tamaño pequeño . Aunque la invención se ha descrito e ilustrado con la descripción y dibujos anteriores, se entiende que la descripción es solamente a manera de ejemplo y que pueden hacerse numerosos cambios y modificaciones por aquellos expertos en la materia sin apartarse del verdadero espíritu y alcance de la invención. La presente invención es aplicable a datos o sistemas de paginación por satélite, tanto análogos como de voz digital. La presente invención también es aplicable a antenas terrestres para radios portátiles que requieren de antenas pequeñas y patrones uniformes. Aunque la presente invención tiene ventajas de tamaño para un radio portátil, la presente invención también tiene ventajas para radios fijos y móviles.