MXPA97003400A - Sistema de antena de doble banda - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de antena de doble banda que comprende:un elemento de antena para irradiar energía electromagnética dentro de bandas de longitud de onda, primera y segunda;un primer aislador de línea de transmisión acoplado a dicho elemento de antena, proporcionando dicho primer aislador de línea de transmisión el aislamiento de señal sobre dicha segunda banda de longitud de onda, el primer aislador de línea de transmisión comprende:un primer segmento de línea de transmisión en serie con elemento de antena;y un segundo segmento de línea de transmisión conectado en derivación con dicho primer segmento de línea de transmisión;un segundo aislador de línea de transmisión acoplado al elemento de antena, proporcionando dicho segundo aislador de línea de transmisión el aislamiento de señal sobre dicha primer banda de longitud de onda;una primer red de comparación, en serie con dicho primer aislador de línea de transmisión, para comparar la impedancia de dicha antena sobre dicha primer banda de longitud de onda con la impedancia de una primer trayectoria de señal;y una segunda red de comparación, en serie con dicho segundo aislador, para comparar la impedancia de dicha antena sobre dicha segunda banda de longitud de onda con la impedancia de una segunda trayectoria de señal.

Description

SISTEMA DE ANTENA DE DOBLE BANDA ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN I . Campo de la Invención La presente invención se refiere a antenas de doble banda, y en particular a un sistema de antena de doble banda para utilizarse dentro de un dispositivo de comunicaciones portátil . II. Descripción de la Técnica Relacionada Los dispositivos de comunicación portátil de "doble banda" están asumiendo una importancia siempre creciente en el campo de las comunicaciones inalámbricas. Por ejemplo, los teléfonos portátiles de doble banda se han desarrollado para su operación sobre la banda celular (824 a 892 MHz) y la banda de la Red de Comunicación Personal propuesta (PCN) (1.8 GHz a 1.96 GHz) . Un método aparentemente simple para efectuar la transmisión y recepción de energía sobre cada banda involucraría el uso de antenas separadas, cada una diseñada específicamente para su operación sobre un rango de frecuencias dado. Desafortunadamente, el uso de antenas separadas incrementaría el costo, tamaño y complejidad del teléfono portátil, particularmente si debe asignarse espacio adicional para la retracción de cada antena. Para los dispositivos portátiles configurados con solamente una antena, un enfoque directo para lograr la operación de doble banda depende de la conexión de la circuitería de transmisión/recepción por separado para cada banda directamente hacia la antena. Típicamente, las cadenas convencionales de circuitería de transmisión/recepción incluyen, por ejemplo, un transceptor de comunicaciones conectado en serie a un duplexor. También se proporciona una red de comparación para comparar la impedancia de la antena con el duplexor y transceptor conectados en serie. Sin embargo, en un dispositivo de doble banda que emplea únicamente una sola antena, la red de comparación de una cadena dada requeriría efectuar una comparación de impedancia entre su cadena y la impedancia combinada de la antena con la otra cadena. En general, esto ocasionaría un proceso de diseño complejo, difícil, ya que tanto la impedancia de la antena como de la otra cadena variarían sobre la frecuencia. También es concebible que pudiera utilizarse un conmutador electrónico o electromecánico para conectar de manera selectiva la red de comunicaciones de cada banda a la única antena del dispositivo. Desafortunadamente, podrían esperarse un sinnúmero de dificultades acompañando la introducción de tal conmutador en el dispositivo de doble banda. Por ejemplo, la presencia de un conmutador dentro de la trayectoria de señal de la antena tendería a incrementar la pérdida de señal, la figura de ruido, y la distorsión de señal. Además, los electrónicos adicionales requerirían de proporcionar una señal de control utilizada para ordenar al conmutador seleccionar la banda de comunicaciones deseada. Tal vez más significativamente, la utilización de un conmutador incrementaría la susceptibilidad del dispositivo hacia una falla de un solo punto . SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención proporciona un sistema de antena de doble banda en el cual la energía de la señal se bifurca pasivamente entre las trayectorias de señal separadas conectadas a un solo elemento de antena. Cada trayectoria de señal incluye un simple red de comparación capaz de ser diseñada de manera relativamente fácil. La presente invención se dirige a un sistema de antena de doble banda para utilizarse en un dispositivo de comunicaciones portátil . El sistema de antena incluye un elemento de antena para irradiar energía electromagnética dentro de rangos de longitud de onda de banda baja y de banda elevada. En una modalidad preferida una red aisladora de banda baja, acoplada al elemento de antena, proporciona aislamiento de señal entre las trayectorias de señal de banda elevada y de banda baja sobre las longitudes de onda de banda elevada. De manera similar, una red aisladora de banda elevada proporciona aislamiento de señal, a través del rango de longitudes de onda de banda baja, entre las trayectorias de señal de banda elevada y de banda baja. Durante la operación, la energía electromagnética de banda baja se pasa entre la antena y la trayectoria de señal de banda baja mediante la red aisladora de banda baja. En una manera similar, la energía electromagnética dentro del rango de longitud de onda de banda elevada se pasa entre la antena y la trayectoria de señal de banda elevada mediante la red aisladora de banda elevada. Una primer red de comparación, conectada en serie a la red aisladora de banda baja, compara la impedancia de la antena durante la operación de la banda baja con la impedancia de la trayectoria de señal de banda baja. Una segunda red de comparación, conectada en serie a la red aisladora de banda elevada, compara la impedancia de la antena sobre el rango de longitud de onda de banda elevada con la impedancia de la trayectoria de señal de banda elevada . En una implementación particular, la red aisladora de banda baja incluye: (i) un primer segmento de línea de transmisión de cuarto de onda en serie entre el elemento de antena y la primer red de comparación, y (ii) un segundo segmento de línea de transmisión de cuarto de onda conectado en derivación con el primer segmento de línea de transmisión y con la primer red de comparación. De manera similar, la red aisladora de banda elevada puede realizarse incluyendo un tercer segmento de línea de transmisión de cuarto de onda en serie con el elemento de antena, así como un cuarto segmento de línea de transmisión de cuarto de onda conectado en derivación con el tercer segmento de línea de transmisión. En una modalidad alterna, los circuitos resonantes paralelos y en serie se utilizan para realizar redes separadoras de banda elevada y de banda baja. Cada red aisladora se diseña para incluir un circuito resonante paralelo conectado en serie con el elemento de antena, así como un circuito resonante en serie conectado en derivación con el circuito resonante paralelo. Los circuitos resonantes en serie y paralelos de la red aisladora de banda baja son resonantes durante la operación de banda elevada, mientras que los circuitos resonantes en serie y paralelos de la red aisladora de banda elevada son resonantes durante la operación de banda baja. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las características, objetos y ventajas de la presente invención se volverán más aparentes a partir de la descripción detallada abajo establecida cuando se tomen en conjunto con los dibujos en los cuales los caracteres de referencia similar se identifican de manera correspondiente a través de todos y en donde: La figura 1 muestra un diagrama de bloque de un sistema de antena de la presente invención según se incorpora dentro de un dispositivo de comunicaciones de doble banda. La figura 2 es una representación esquemática de una implementación de transformador en línea de transmisión de redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja incluidas dentro de una modalidad preferida de la invención. La figura 3 muestra un diagrama esquemático de implementaciones de circuito resonante de las redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Refiriéndose a la figura 1, el diagrama de bloque está provisto de un sistema de antena de la presente invención según se incorpora dentro de un dispositivo de comunicaciones de doble banda. El sistema de antena incluye un solo elemento de antena 10, tal como una antena de látigo, diseñada para soportar la comunicación sobre cada una de las bandas de longitud de onda del dispositivo de comunicaciones de doble banda. Como se mencionó previamente, los teléfonos portátiles de doble banda propuestos para operar sobre la banda celular (824 a 892 MHz) , y sobre la banda de la Red de Comunicación Personal propuesta (PCN) (1.8 GHz a 1.96 GHz), son de interés particular. Sin embargo, debe entenderse que las enseñanzas de la presente invención no se limitan a ninguna banda de frecuencia particular. La operación sobre el celular y las bandas de PCN se acomoda al percibir al elemento de antena 10 como una antena de conexión flexible que tiene una longitud equivalente a aproximadamente una mitad de la longitud de onda central de la banda celular (es decir, aproximadamente 2.5 pulgadas), la cual es aproximadamente equivalente a un cuarto de la longitud de onda central de la banda de PCN. Como se indica por la figura 1, una línea de alimentación de antena 14 sirve para acoplar el elemento de antena 10 a redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja 18 y 20. La línea de alimentación 14 puede comprender, por ejemplo, una línea de transmisión de alta frecuencia de microtira o línea plana. La red de aislamiento de banda baja 20 se interpone entre la línea de alimentación de antena 14 y una trayectoria de señal de banda baja, en la cual se incluye la conexión en serie de un transceptor de banda baja 24 y una red de comparación de banda baja 28. De manera similar, la red de aislamiento de banda elevada 18 se observa interpuesta entre la línea de alimentación de antena 14 y una trayectoria de señal de banda elevada, en la cual se incluye la conexión en serie de un transceptor de banda elevada 32 y una red de comparación de banda elevada 36. Durante la operación, la energía de la señal transmitida y recibida mediante el elemento de antena 10, el cual se encuentra dentro de la banda elevada y la banda baja de las longitudes de onda, se procesa respectivamente mediante los transceptores de banda elevada y de banda baja 32 y 24. Dentro del transceptor de banda elevada 32, un duplexor de banda elevada (no mostrado) bifurca la energía de señal dentro del rango de longitud de onda de banda elevada hacia los canales de transmisión TX^ y de recepción RXHB de banda elevada. De la misma manera, un duplexor de banda baja (no mostrado) dentro del transceptor de banda baja 24 bifurca la energía de señal dentro del rango de longitud de onda de banda baja hacia los canales de transmisión TXLB y de recepción RXLB de banda baja. En implementaciones alternas, la transmisión y recepción dentro de ambos transceptores de banda elevada y de banda baja 32 y 34 ocurre durante diferentes intervalos de tiempo asignados. Cuando se emplea tal enfoque multiplexado por división de tiempo, se vuelve innecesario para incluir un duplexor con cada uno de los transceptores 32 y 34. De acuerdo con un aspecto de la invención, las redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja 18 y 20 se colocan para proporcionar un aislamiento de señal entre las trayectorias de señal de banda baja y de banda elevada. Más particularmente, la red de aislamiento de banda baja 20 se coloca para presentar una impedancia demasiado elevada para la línea de alimentación 14 sobre una banda elevada (por ejemplo, la banda de PCN) de longitudes de onda operantes. De manera similar, la red de aislamiento de banda elevada 18 presenta una impedancia muy elevada (es decir, se aproxima a un circuito abierto) con respecto a la línea de alimentación 14 a través de una banda baja (por ejemplo, la banda celular) de las longitudes de onda operantes. Al aproximarse a una impedancia de circuito abierto sobre el rango de longitud de onda de banda baja, la red de aislamiento de banda elevada 18 produce la impedancia "observada" por la red de comparación 28 durante la operación de banda baja substancialmente equivalente a la impedancia de la antena 10. Es decir, como resultado del aislamiento de señal proporcionado por la red de aislamiento de banda elevada 18, la impedancia de la trayectoria de señal de banda elevada (es decir, del transceptor de banda elevada y de la red de comparación de banda elevada) no hace virtualmente ninguna contribución a la impedancia presentada a la red de comparación de banda baja. Como consecuencia, el diseño y sintonización de la red de comparación de banda baja 28 se simplifica enormemente, y puede llevarse a cabo substancialmente de manera independiente a la impedancia de la trayectoria de señal de banda elevada. La presencia de la red de aislamiento de banda baja 20 permite de manera similar que la red de comparación de banda elevada 36 compare la impedancia exhibida por la antena 10 durante la operación de banda elevada con la impedancia de la trayectoria de señal de banda elevada, sin tomar en cuenta la impedancia de la trayectoria de señal de banda baja sobre el rango de longitud de onda de banda elevada. Volviendo ahora a la figura 2, se proporciona una representación esquemática de una implementación del transformador en línea de transmisión de las redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja 20 y 18. La red de aislamiento de banda baja 20 incluye una primer línea de transmisión en serie 50, la cual se conecta en paralelo con una primer línea de transmisión en derivación 52 que tiene un extremo de circuito abierto 54. Las primeras líneas de transmisión en serie y en derivación 50 y 52 son cada una de longitud (?HBC)/4, donde ?^c corresponde a la longitud de onda central dentro del rango de longitud de onda de banda elevada. De manera similar, la red de aislamiento de banda elevada 18 incluye una segunda línea de transmisión en serie 58, la cual se conecta en paralelo con una segunda línea de transmisión en derivación 60 que tiene un extremo de circuito abierto 62. Las segundas líneas de transmisión en serie y en derivación 58 y 60 son cada una de longitud (?LBC)/4, donde ^c corresponde a la longitud de onda central dentro del rango de longitud de onda de banda baja. Los transformadores de la línea de transmisión de banda baja y de banda elevada de la figura 2 funcionan para presentar impedancias elevadas sobre los rangos de longitud de onda de banda elevada y de banda baja, respectivamente, por medio de transformación de la impedancia de las líneas de transmisión en derivación de circuito abierto 52 y 60. Por ejemplo, con respecto a la energía de señal en la longitud de onda ^c la línea de transmisión en derivación de circuito abierto 52 se comporta como un cortocircuito eléctrico. Sin embargo, la impedancia en el plano de la línea de transmisión en derivación 52, según se observa por la red de comparación de banda elevada 36 durante la operación en la longitud de onda ?mc, se hace aparecer como una impedancia de circuito abierto como consecuencia de la transformación de impedancia proporcionada por la línea de transmisión en serie 50. Deseablemente, esto forza a la corriente a fluir hacia la red de comparación de banda elevada 36 y evita que la corriente fluya hacia la red de comparación de banda baja 28, durante la operación sobre el rango de longitud de onda de banda elevada. De manera similar, el transformador en línea de transmisión de banda elevada dirige el flujo de corriente proveniente de la guía de onda 14 hacia la red de comparación de banda baja 28 durante la operación de banda baja. Refiriéndose a la figura 3, se muestra un diagrama esquemático de las implementaciones de circuito resonante de las redes de aislamiento de banda elevada y de banda baja 20 y 18. En la figura 3, se observa que la red de aislamiento de banda baja 20 incluye un primer circuito resonante LC paralelo comprendido de un inductor Ll y un capacitor Cl, y un primer circuito resonante en serie comprendido de un inductor L2 y un capacitor C2. Los primeros circuitos resonantes LC paralelos y en serie corresponden cada uno a un polo perdido dentro de la característica de transferencia del paso de banda asociada con la red de aislamiento de banda baja 20. En particular, los valores de los elementos Ll, L2, Cl y C2 se seleccionan de tal manera que los primeros circuitos resonantes LC en serie y paralelos se aproximan a circuitos cortos y abiertos, respectivamente, en la longitud de onda ^c. Este aislamiento de paso de banda de doble polo, resulta efectivamente en la red de comparación de banda elevada 36 observándose básicamente sólo la impedancia de la antena 10 durante la operación sobre el rango de longitud de onda de banda elevada.

También en la figura 3 , se observa que la red de aislamiento de banda elevada 20 incluye un segundo circuito resonante LC paralelo comprendido de un inductor L3 y un capacitor C13 , y un segundo circuito resonante en serie comprendido de un inductor L4 y un capacitor C4. Los segundos circuitos resonantes LC paralelos y en serie se diseñan para formar polos perdidos dentro de la función de transferencia del paso de banda que caracteriza a la red de aislamiento de banda elevada 20. Es decir, los valores de los elementos L3, L4, C3 y C4 se seleccionan de tal manera que los segundos circuitos resonantes LC en serie y paralelos se aproximan a circuitos cortos y abiertos, respectivamente, en la longitud de onda ?LBC. Nuevamente, esto simplifica el diseño de la red de comparación de banda baja 28 al evitar que la impedancia de la trayectoria de señal de banda elevada altere la impedancia desplegada por la antena 10 durante la operación de banda baja. La descripción previa de las modalidades preferidas se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la materia elabore o utilice la presente invención. Las diversas modificaciones a estas modalidades serán fácilmente aparentes a aquellos expertos en la materia, y los principios genéricos definidos en la presente pueden aplicarse a otras modalidades sin el uso de la facultad inventiva. De esta manera, la presente invención no intenta limitarse a las modalidades mostradas en la presente sino estar de acuerdo al más amplio alcance consistente con los principios y características novedosas expuestas en la presente .

Claims (12)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes reivindicaciones . 1. Un sistema de antena de doble banda que comprende: un elemento de antena para irradiar energía electromagnética dentro de bandas de longitud de onda, primera y segunda; un primer aislador de línea de transmisión acoplado a dicho elemento de antena, proporcionando dicho primer aislador de línea de transmisión el aislamiento de señal sobre dicha segunda banda de longitud de onda,- un segundo aislador de línea de transmisión acoplado a dicho elemento de antena, proporcionando dicho segundo aislador de línea de transmisión el aislamiento de señal sobre dicha primer banda de longitud de onda,- una primer red de comparación, en serie con dicho primer aislador de línea de transmisión, para comparar la impedancia de dicha antena sobre dicha primer banda de longitud de onda con la impedancia de una primer trayectoria de señal; y una segunda red de comparación, en serie con dicho segundo aislador, para comparar la impedancia de dicha antena sobre dicha segunda banda de longitud de onda con la impedancia de una segunda trayectoria de señal .
2. 2. El sistema según la reivindicación l, caracterizado porque dicho primer aislador de línea de transmisión incluye un primer segmento de línea de transmisión en serie entre dicho elemento de antena y dicha primer red de comparación, y un segundo segmento de línea de transmisión conectado en derivación con dicho primer segmento de línea de transmisión y con dicha primer red de comparación, siendo dichos, primero y segundo, segmentos de línea de transmisión de una longitud equivalente a un cuarto de una longitud de onda central de dicha segunda banda de longitud de onda.
3. 3. El sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo aislador de línea de transmisión incluye un tercer segmento de línea de transmisión en serie con dicho elemento de antena, y un cuarto segmento de línea de transmisión conectado en derivación con dicho tercer segmento de línea de transmisión, siendo dichos, tercer y cuarto, segmentos de línea de transmisión de una longitud equivalente a un cuarto de una longitud de onda central de dicha primer banda de longitud de onda.
4. 4. El sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho segundo segmento de línea de transmisión incluye un primer extremo conectado a dicho primer segmento de línea de transmisión y un segundo extremo de circuito abierto.
5. 5. El sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque una longitud de onda central de dicha primer banda de longitud de onda es un múltiplo de una longitud de onda central de dicha segunda banda de longitud de onda.
6. 6. Un sistema de antena de doble banda para utilizarse en un dispositivo de comunicaciones operativo sobre bandas de longitud de onda, primera y segunda, dicho sistema de antena de doble banda comprende: un elemento de antena para irradiar energía electromagnética dentro de bandas de longitud de onda, primera y segunda; una primer red de aislamiento de paso de banda acoplada entre dicho elemento de antena y una trayectoria de señal de banda baja, incluyendo dicha primer red de aislamiento de paso de banda un primer circuito resonante en serie para proporcionar el aislamiento de señal sobre dicha primer banda de longitud de onda; una segunda red de aislamiento de paso de banda acoplada entre dicho elemento de antena y una trayectoria de señal de banda elevada, incluyendo dicha segunda red de aislamiento de paso de banda un segundo circuito resonante en serie para proporcionar el aislamiento de señal sobre dicha segunda banda de longitud de onda; una primer red de comparación, conectada en serie con dicha primer red de aislamiento de paso de banda; una segunda red de comparación conectada en serie con dicha segunda red de aislamiento de paso de banda; en donde dicha primer red de aislamiento de paso de banda pasa energía electromagnética dentro de dicha segunda banda de longitud de onda entre dicho elemento de antena y dicha trayectoria de señal de banda baja y dicha segunda red de aislamiento de paso de banda pasa energía electromagnética dentro de dicha primer banda de longitud de onda entre dicho elemento de antena y dicha trayectoria de señal de banda elevada.
7. 7. El sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha primer red de aislamiento de paso de banda incluye: un primer circuito resonante en serie con dicho elemento de antena, y un segundo circuito resonante conectado en derivación con dicho primer circuito resonante, en donde dicho segundo circuito resonante se aproxima a un corto circuito en una longitud de onda central de dicha primer banda de longitud de onda.
8. 8. El sistema según la reivindicación 7, caracterizado porque dicha segunda red de aislamiento de paso de banda incluye : un tercer circuito resonante en serie con dicho elemento de antena, y un cuarto circuito resonante conectado en derivación con dicho tercer circuito resonante en donde dicho tercer circuito resonante se aproxima a un corto circuito en una longitud de onda central de dicha segunda banda de longitud de onda.
9. 9. El sistema según la reivindicación 8, caracterizado porque dicho primer circuito resonante se sintoniza para proporcionar una impedancia elevada sobre dicha primer banda de longitud de onda, y en donde dicho tercer circuito resonante se sintoniza para proporcionar una impedancia elevada sobre dicha segunda banda de longitud de onda.
10. 10. En un dispositivo de comunicaciones de doble banda que tiene una primer red transceptora operativa sobre una primer banda de longitud de onda y una segunda red transceptora operativa sobre una segunda banda de longitud de onda, un sistema de antena de doble banda que comprende: un elemento de antena para irradiar energía electromagnética dentro de dichas bandas de longitud de onda, primera y segunda; una primer red aisladora acoplada a dicho elemento de antena, proporcionando dicha primer red aisladora el aislamiento de señal sobre dicha segunda banda de longitud de onda; una primer red de comparación de impedancia interpuesta entre dicha primer red aisladora y dicho primer transceptor; una segunda red aisladora acoplada a dicho elemento de antena, proporcionando dicha segunda red aisladora el aislamiento de señal sobre dicha primer banda de longitud de onda; y una segunda red de comparación de impedancia interpuesta entre dicha segunda res aisladora y dicho segundo transceptor.
11. 11. El dispositivo de comunicaciones según la reivindicación 10, caracterizado porque dichas redes aisladoras, primera y segunda, incluyen cada una segmentos de línea de transmisión en serie y en derivación.
12. 12. El dispositivo de comunicaciones según la reivindicación 10, caracterizado porque dichas redes aisladoras, primera y segunda, incluyen cada una circuitos resonantes en serie y en derivación.