WO2011128471A2 - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, antena y circuito - Google Patents

Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, antena y circuito Download PDF

Info

Publication number
WO2011128471A2
WO2011128471A2 PCT/ES2011/000112 ES2011000112W WO2011128471A2 WO 2011128471 A2 WO2011128471 A2 WO 2011128471A2 ES 2011000112 W ES2011000112 W ES 2011000112W WO 2011128471 A2 WO2011128471 A2 WO 2011128471A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
corrugations
miniaturized
horizontal flat
antenna
plane
Prior art date
Application number
PCT/ES2011/000112
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011128471A3 (es
Inventor
Luis Inclan Sanchez
Juan Jose Sanchez Gutierrez
Eva Rajo Iglesias
Jose Luis Vazquez Roy
Oscar Quevedo Teruel
Original Assignee
Universidad Carlos Iii De Madrid
Universidad Autonoma De Madrid
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universidad Carlos Iii De Madrid, Universidad Autonoma De Madrid filed Critical Universidad Carlos Iii De Madrid
Publication of WO2011128471A2 publication Critical patent/WO2011128471A2/es
Publication of WO2011128471A3 publication Critical patent/WO2011128471A3/es

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/52—Means for reducing coupling between antennas; Means for reducing coupling between an antenna and another structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
    • H01Q15/0073—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces said selective devices having corrugations

Definitions

  • the present invention belongs to the field of flat profile antennas and printed circuits, for application in mobile telephony, radars, positioning or communications.
  • the main object of the present invention is an artificial surface composed of a preferably periodic arrangement of flat profile corrugations, known as horizontal corrugations, whose operation is based on the elimination or guidance, according to the direction considered, of electromagnetic waves.
  • the design is based on a series of topologies for the printed metal part (strip or strip) of the corrugation that, by folding them, obtain an impedance transformation length of ⁇ / 4 in a smaller physical space.
  • Said topologies are preferably formed by coupled lines, hairpin type geometries, palm type geometries and spiral geometries.
  • the short-circuit condition necessary for the operation of the surface occurs in each metal strip by introducing at one of its ends a metal wall or a set, periodic or not, of metal tracks or wire of conductive material.
  • Sivenpiper elements Another possible option to reduce the size of the Sivenpiper elements is the displacement of the track to the edge of the patch metallization as proposed in 10.1109 / LMWC.2007.903456 (published in IEEE Microwave and Wireless Components Letters in 2007). In this case you can not talk about soft / hard surface since the periodicity is 2D and there is no soft address on the surface.
  • the present invention solves the problem of unwanted propagation of surface waves, and in general of electromagnetic waves in preferably printed antennas and printed circuits.
  • the invention describes a set of new topologies for printed metal strips of horizontal flat corrugations (also known as soft / hard surfaces or EBG surfaces) that allow a reduction in the physical size of the elements and therefore enable their integration into various compact devices.
  • the proposed miniaturized corrugations are composed of a (metallic) mass plane accompanied by at least one dielectric substrate on which a preferably regular arrangement of metal strips is placed that incorporate a set of metal tracks located at one of its edges. and that electrically connect the ground plane and the metal strips, thus fulfilling the short-circuit condition necessary for the operation of the surface object of the invention.
  • the possibility of making said short circuit is contemplated using, instead of metal tracks, a vertical metal wall that makes the connection between the ground plane and the edge of the metal strips.
  • the possibility is also contemplated that the short circuit is carried out by means of conductive wire and by techniques compatible with textile manufacturing, in this case both the mass plane, and the material used as a substrate, could be flexible to enable its incorporation into deformable surfaces.
  • the geometry and size of the metal strips and the period of the tracks (in the first case) define the electromagnetic wave removal properties of the surface.
  • the present invention replaces the traditional shapes of the metal strips in the case of horizontal flat corrugations with tracks or metal wall at the edge.
  • the invention comprises:
  • At least one topology for the metal strips consisting of one or more of one of the following geometries: coupled lines, hairpin type lines, palm-shaped lines with a central line that unfolds into two folding branches, or spiral lines.
  • Said geometries are those that produce the elimination of the propagation, determine the frequency of operation of the structure and obtain a reduction in physical size as appropriate. They can be placed in different layers of substrates (allowing a multilayer distribution), which gives versatility to the design and can achieve a greater reduction in their size and / or efficiency if several substrates with different dielectric characteristics are used.
  • a variable number of corrugations depending on each application typically ranging from a few tens to a few periods, such as two or three.
  • the number of elements (cells with the mentioned geometries) that form each of the corrugations can also vary according to the application).
  • the surface disposes the metal strips following the direction transverse to its axis, said direction coincides with the direction in which the Propagation elimination is more effective.
  • Preferably said arrangement will be periodic although it is possible that in some cases it was irregular.
  • the characteristic symmetry of the surface may be linear, cylindrical, square, rectangular, triangular, pentagonal, and in general includes any preferably canonical geometric arrangement of the strips that allow the transverse direction to be oriented (soft address) with the physical address in which it is intended to cancel surface waves, as required depending on the application.
  • any preferably canonical geometric arrangement of the strips that allow the transverse direction to be oriented (soft address) with the physical address in which it is intended to cancel surface waves, as required depending on the application.
  • other sizes, relative positions and configurations are possible with the previous objective.
  • an arrangement may be necessary in which the metal strips are short-circuited by means of metal tracks or walls facing upwards being located below the mass plane.
  • lines of the "hairpin" element or spirals can be connected concentrated elements, of the condenser type or varactor diode or pin diode, which allow in certain designs to adjust the operating frequencies of The elements.
  • concentrated coil-type or coil combination elements can be connected, connected in series between any of the short-circuit elements and the ground plane.
  • the present invention also describes the system composed of the above surfaces formed by miniaturized corrugations by loading a microstrip transmission line, that is, located in an intermediate layer between the mass plane and a microstrip line supported by a dielectric, or inside a preferably rectangular, circular or biplaque waveguide.
  • the invention provides three advantages over existing corrugations (to a different extent detailed below): - Ease of construction and lower cost: with respect to a) and b) it has the advantage of not requiring machining (it can be done in printed technology and with metallic drills), this characteristic is shared with products c) and d). Regarding a), b), c) and d) and in the case of being made with materials flexible and short-circuited by conductive wire have the advantage of enabling its conformation to deformable and flexible surfaces.
  • a reduction in size compared to a) (which requires a ⁇ / 4 vertical transformation) is a huge advantage in volume to be planar. Compared to b) and c), it represents a very significant reduction in size (in the physical length in the transverse direction) which, when introducing a folded geometry, is much smaller (it could reach a 50% reduction).
  • This characteristic is shared with the product d), although the reduction in size could be greater, another distinctive feature is that the tracks are located on the edge of the printed metal strips so that an additional reduction in size can potentially be obtained (this it is derived from the smaller size of the horizontal corrugations with tracks on the edge in front of the centered case).
  • the operating frequency can be varied externally preferably electronically (tunable). This feature allows the filtering band of the structure to be varied by electronic control. What allows its incorporation in tunable devices with an increase in flexibility and multifunctionality.
  • Figure 1A Shows a perspective view of one of the geometric elements proposed to form the metal strips of the miniaturized corrugation, in this case with palm type geometry.
  • Figure 1B.- Shows a plan view of palm tree geometry.
  • Figure 1C- Shows a side view of palm tree geometry.
  • Figure 1 D Shows a plan view (top) and side (bottom) of an example of a surface fragment formed by four metal strips, each of which has four palm-type miniaturized cells, for a generic understanding of a type of possible configuration for corrugations, in this case linear.
  • Figure 2A Shows a perspective view of the element with rectangular spiral geometry to form the metal strips of the miniaturized corrugation.
  • Figure 2B.- Shows a plan view of the element with rectangular spiral geometry.
  • Figure 2C- Shows a side view of the element with rectangular spiral geometry.
  • Figure 2D Shows a plan view (top) and side view (bottom) of an example of a surface fragment formed by four metal strips, each of which has four rectangular spiral miniaturized cells, for a generic understanding of a type of possible configuration for corrugations, in this case linear.
  • Figure 3A Shows a plan view (top) and side view (bottom) of a hairpin type element to form the metal strips of the miniaturized corrugation.
  • Figure 3B Shows a plan view (top) and side (bottom) of an element formed by a line (coupled between adjacent cells) folded in "L” to form the metal strips of the miniaturized corrugation.
  • Figure 3C- Shows a plan view (top) and side view (bottom) of an element with circular spiral type geometry.
  • Figure 4A Shows an example of a possible geometric configuration for metal strips in applications where the corrugations pursue reduce the excitation of surface waves by printed antennas.
  • the figure shows the arrangement of three generic concentric metal strips according to a square symmetry surrounding the printed antenna that would be in this case located in the center.
  • Figure 4B Shows an example of possible geometric configuration for metal strips in applications where corrugations seek to reduce the excitation of surface waves by printed antennas.
  • the figure shows the arrangement of three generic concentric metal strips according to a circular symmetry surrounding the printed antenna that would be in this case located in the center.
  • FIGS. 1A, 1 B and 1C show a particular embodiment of miniaturized flat corrugation with palm geometry, comprising a mass plane (1), next to which a dielectric substrate (2) is placed which is crossed by the metal path (3) that short-circuits a metal strip (5) supported by the substrate (2).
  • the metal strip (5) is formed by a longitudinal section (4) from which a perpendicular section (4 '), according to the cross-sectional direction to the corrugations, from which two sections of metal line (6) that fold back towards the longitudinal section (4) leaving two small openings (7) that prevent their physical contact, these last two sections being, the elements that obtain a miniaturization of the structure in the transverse direction.
  • Figure 1 D shows a particular embodiment of the surface in a plan view (top) and side view (bottom), the surface is formed by a plane of common mass (1), and four metal strips (5), each of which has four miniaturized palm-type cells, shorted by the tracks (3).
  • Figures 2A, 2B and 2C show a particular embodiment of the miniaturized flat corrugation with spiral geometry, comprising a mass plane (1), next to which a dielectric substrate (2) is placed that is crossed by the track (3) ) metal that short-circuits the metal strip (5) supported by the substrate (2).
  • the metal strip (5) is formed by a longitudinal section (4) from which a perpendicular section (4 '), according to the cross-sectional direction to the corrugations, from which two sections of metal line (6) that fold back form two rectangular spirals, leaving a first opening (7) between one of the sections of the line (6) and the longitudinal section (4), and another second opening (8) between the transverse section of the spiral and the perpendicular section (4 ' ).
  • the spiral sections being the elements that obtain a miniaturization of the structure in the transverse direction.
  • Figure 2D shows a particular embodiment of the surface in a plan view (top) and side view (bottom), the surface is formed by a plane of common mass (1), and four metal strips (5), each of them. which ones do you have four miniaturized spiral geometry cells, shorted by the tracks (3).
  • Figure 3A shows a particular embodiment of the miniaturized flat corrugation with "hairpin" type geometry, comprising a mass plane (1), next to which a dielectric substrate (2) is placed that is crossed by the track (3) metal that short-circuits the metal strip (5) supported by the substrate (2).
  • the metal strip (5) is formed by a longitudinal section (4) from which two perpendicular sections (4 ') depart, according to the direction transverse to the corrugations, which fold back forming a flat hairpin resonator of coupled lines.
  • the lines do not physically touch the longitudinal section (4) leaving two small openings (7) that make it impossible.
  • Figure 3B shows a particular embodiment of the miniaturized flat corrugation with line geometry folded in "L", which comprises a mass plane (1), next to which a dielectric substrate (2) is placed that is crossed by the metal path (3) that short-circuits the metal strip (5) supported by the substrate (2).
  • the metal strip (5) is formed by a longitudinal section (4) from which a perpendicular section (4 '), according to the transverse direction of the corrugations, which is retracted forms an "L" (not it is observed in the figure but said line can be coupled with that of the adjacent cell element), the retracted line does not physically touch the longitudinal section (4) leaving a small opening (7) that makes it impossible, said section being retracted line and its capacitive coupling with adjacent cell lines which obtain a miniaturization of the structure in the transverse direction.
  • Figure 3C shows a particular embodiment of the miniaturized flat corrugation with hairpin type geometry, comprising a mass plane
  • Said metal strip (5) is formed by a longitudinal section (4) from which a circular spiral section (10) of two turns or more starts.
  • the spiral line does not physically touch the longitudinal section (4) leaving an opening (7) in its final section.
  • Figure 4A shows an example of a geometric configuration for a set of three concentric metal strips (5) according to a square or rectangular geometry.
  • the printed antenna would be located in its center, in coplanar configuration or in a layer superior to that of the corrugations, the corrugations allow to reduce the excitation of surface waves by the antenna.
  • Figure 4B shows an example of a geometric configuration for a set of three concentric metal strips (5) according to a circular geometry.
  • the printed antenna would be located in its center, in coplanar configuration or in a layer superior to that of the corrugations, the corrugations allow to reduce the excitation of surface waves by the antenna.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Se refiere a una superficie artificial formada por corrugaciones horizontales planas miniaturizadas, que permite eliminar o reducir la propagación de ondas electromagnéticas en el substrato (2) de antenas y circuitos impresos y mejorar sus prestaciones. Dicha superficie se basa en el uso de nuevas topologías para la tira (5) metálica que forma la corrugación, estas geometrías consisten en líneas replegadas acopladas, elementos tipo "hairpin", tipo palmera o tipo espiral. Estas geometrías posibilitan una reducción en el tamaño de las corrugaciones y la incorporación de un número suficiente de ellas para la obtención del efecto deseado, y esto compatible con dispositivos compactos.

Description

SUPERFICIE DE CORRUGACIONES PLANAS HORIZONTALES
MINIATURIZADAS, ANTENA Y CIRCUITO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención pertenece al campo de las antenas de perfil plano y circuitos impresos, de aplicación en telefonía móvil, rádares, posicionamiento o comunicaciones.
El objeto principal de la presente invención es una superficie artificial compuesta por una disposición preferiblemente periódica de corrugaciones de perfil plano, conocidas como corrugaciones horizontales, cuyo funcionamiento se basa en la eliminación o guiado, según la dirección considerada, de ondas electromagnéticas. El diseño se fundamenta en una serie de topologías para la parte metálica impresa (strip o tira) de la corrugación que, mediante el repliegue de las mismas, obtienen una longitud de transformación de impedancia de λ / 4 en un menor espacio físico. Dichas topologías están formadas preferiblemente por líneas acopladas, geometrías de tipo "hairpin", geometrías de tipo palmera y geometrías en espiral. La condición de cortocircuito necesaria para el funcionamiento de la superficie se produce en cada tira metálica mediante la introducción en uno de sus extremos de un muro metálico o un conjunto, periódico o no, de vías metálicas o hilo de material conductor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En el estado de la técnica existen distintas superficies artificiales compuestas por elementos habitualmente impresos con geometrías y propiedades distintas, cuyos diseños han sido dirigidos a solventar en lo posible el problema producido por la propagación de ondas de superficie en un substrato con plano de masa. Dicho problema tiene como consecuencia, cuando dicha propagación se produce en el substrato en el que se sitúan tanto antenas impresas, conocidas como antenas de parche, como circuitos realizados en tecnología impresa, el empeoramiento de las prestaciones de los mismos.
Se conocen bien tanto los inconvenientes que tienen dichos efectos como el alcance y efectividad de las soluciones que involucran elemenlos de geometrías canónicas. Por ejemplo, se presentan un conjunto de superficies y algunas aplicaciones en el trabajo presentado en 10.1109/TAP.2004.841530 (publicado en IEEE Transactions on Antennas and Propagation en 2005). La superficie propuesta en dicho trabajo, a diferencia de otras formadas por disposiciones de elementos con periodicidades en dos dimensiones (conocidas como superficies de banda prohibida electromagnética EBG de sus siglas en inglés), está compuesta por una configuración de elementos repetidos en una única dimensión, dicha superficie forma parte de las denominadas superficies soft/hard. Véase el trabajo anteriormente referido para mayor información de estas superficies y sus diferencias con las superficies EBG y el presentado en 10.1109/8.59765 (publicado en IEEE Transactions on Antennas and Propagation en 1990) dónde P.S. Kildal describe el funcionamiento de estas superficies.
En el trabajo 10.1049/iet-map:20050327 (publicado en IET Microwa es, Antennas & Propagation) E. Rajo et al. ofrecen una comparación entre las prestaciones de las superficies EBG clásicas, y las más empleadas en las aplicaciones, que fueron propuestas por Sivenpiper en 10.1109/22.798001 (publicado en IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques en 1999), y las corrugaciones horizontales formadas por strips y vías cortocircuitadas al plano de masa. Una de las principales conclusiones es que la periodicidad de las vías en estas últimas posibilita un menor tamaño para cada elemento en la dirección transversal si se ajustan adecuadamente. Otra opción posible para reducir el tamaño de los elementos de Sivenpiper es el desplazamiento de la vía hasta el borde de la metalización de los parches como se propuso en 10.1109/LMWC.2007.903456 (publicado en IEEE Microwave and Wireless Components Letters en 2007). En este caso no se puede hablar de superficie soft/hard ya que la periodicidad es 2D y no hay una dirección soft en la superficie.
Otro trabajo que muestra una posibilidad distinta para reducir el tamaño de los elementos en una superficie EBG periódica es 10.1109/TMTT.2004.839322 (publicado en IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques en 2005). En este caso se expone una estructura EBG periódica en dos dimensiones formada por elementos del tipo Sivenpiper en los que se ha realizado una modificación en la geometría de la metalización que recuerda a un tenedor. A su vez los elementos se entrelazan unos con otros obteniendo un acoplamiento capacitivo adicional entre los mismos lo que produce una mayor compactación de los mismos. Se muestran dos ejemplos claros de posible utilidad de este tipo de estructuras.
En relación a la utilidad de este tipo de corrugaciones planas, ha quedado demostrada su capacidad para mejorar diversos parámetros de las antenas y circuitos impresos. Dicha capacidad está ligada a su propiedad de eliminar o reducir drásticamente la propagación de ondas electromagnéticas guiadas por la superficie del substrato. Por ejemplo en 10.1 109 TAP.2007.908818 (publicado en IEEE
Transactions on Antennas and Propagation en 2007) se utiliza la versión de corrugaciones horizontales planas con strip y vías metálicas situadas en el centro para evitar la excitación de ondas de superficie y aumentar la ganancia de una antena impresa. Dichas corrugaciones se sitúan de manera concéntrica rodeando la antena de manera que la dirección transversal coincide con la dirección radial.
Otro ejemplo de aplicación de estas estructuras es la propuesta en 10.1109/TAP.2009.2024226 (publicado en IEEE Transactions on Antennas and 2011/000112
5
Propagation en 2009). En este trabajo se expone la aplicación de las corrugaciones planas horizontales, formadas por tiras metálicas y vías cortocircuitadas al plano de masa situadas en uno de los bordes, a la reducción del acoplamiento mutuo entre dos antenas de parche que comparten el mismo substrato.
En el artículo 10.1109/LAWP.2009l2021589 (publicado en IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters en 2009) F. Caminita et al proponen una versión de las corrugaciones planas horizontales con vías situadas en el centro basada en la modificación de la geometría de la tira metálica. Dicha modificación consiste en un conjunto de ramas en forma de L que sobresalen de la tira metálica y se repliegan hacía uno de los lados . Dichas ramas que son paralelas a la tira metálica se entrelazan con las ramas de la tira metálica más próxima. DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve el problema de la propagación no deseada de ondas de superficie, y en general de ondas electromagnéticas en antenas preferentemente impresas y circuitos impresos.
La invención describe un conjunto de nuevas topologías para las tiras metálicas impresas de corrugaciones planas horizontales (también conocidas como superficies soft/hard o superficies EBG) que permiten una reducción en el tamaño físico de los elementos y por consiguiente posibilitan su integración en diversos dispositivos compactos.
Las corrugaciones miniaturizadas que se proponen se componen de un plano de masa (metálico) acompañado de al menos un substrato dieléctrico sobre el que se sitúa una disposición, preferentemente regular, de tiras metálicas que incorporan un conjunto de vías metálicas situadas en uno de sus bordes y que conectan eléctricamente el plano de masa y las tiras metálicas, cumpliendo así con la condición de cortocircuito necesaria para el funcionamiento de la superficie objeto de invención.
Se contempla de manera opcional la posibilidad de realizar dicho cortocircuito empleando, en lugar de vías metálicas, un muro metálico vertical que realice la conexión entre el plano de masa y el borde de las tiras metálicas. También se contempla la posibilidad de que el cortocircuito se realice mediante hilo conductor y por técnicas compatibles con la fabricación textil, en este caso tanto el plano de masa, como el material utilizado como substrato, podrían ser flexibles para posibilitar su incorporación en superficies deformables. La geometría y tamaño de las tiras metálicas y el periodo de las vías (en el primer caso) definen las propiedades de eliminación de ondas electromagnéticas de la superficie. La presente invención sustituye las tradicionales formas de las tiras metálicas para el caso de las corrugaciones planas horizontales con vías o muro metálico en el borde. De forma preferente, la invención comprende:
- Al menos una topología para las tiras metálicas consistente en una o más de una de las siguientes geometrías: líneas acopladas, líneas de tipo "hairpin", líneas en forma de palmera con una línea central que se desdobla en dos ramas que se repliegan, o líneas en forma espiral. Dichas geometrías (líneas acopladas, líneas hairpin, líneas de palmera y espirales) son los que producen la eliminación de la propagación, determinan la frecuencia de operación de la estructura y obtienen según el caso una reducción en el tamaño físico. Pueden ser situados en diferentes capas de substratos (posibilitando una distribución multicapa), que dota de versatilidad al diseño y puede alcanzar una superior reducción en tamaño de las mismas y/o eficiencia si se hace uso de varios substratos con diferentes características dieléctricas.
- Un número variable de corrugaciones en función de cada aplicación, oscilando típicamente desde unas decenas a unos pocos periodos, como dos o tres. El número de elementos (celdas con las geometrías mencionadas) que forman cada una de las corrugaciones puede también variar según la aplicación). La superficie dispone las tiras metálicas siguiendo la dirección transversal a su eje, dicha dirección coincide con la dirección en la que la eliminación de la propagación es más efectiva. Preferiblemente dicha disposición será periódica aunque es posible que en algún caso fuera irregular.
La simetría característica de la superficie (figura geométrica que siguen las tiras metálicas en su eje) podrá ser lineal, cilindrica, cuadrada, rectangular, triangular, pentagonal, y en general incluye cualquier ordenación geométrica preferentemente canónica de las tiras que permita orientar la dirección transversal (dirección soft) con la dirección física en la que se pretende cancelar las ondas de superficie, según sea requerido en función de la aplicación. Sin embargo, otros tamaños, posiciones relativas y configuraciones son posibles con el anterior objetivo. En particular, puede ser necesaria una disposición en la que las tiras metálicas sean cortocircuitadas mediante vías o muros metálicos hacia arriba quedando situadas las mismas por debajo del plano de masa.
Entre las líneas acopladas, líneas próximas en la geometría de tipo palmera, líneas del elemento "hairpin" o espirales pueden ser conectados elementos concentrados, del tipo condensador o diodo varactor o diodo pin, los cuales permiten en determinados diseños ajustar las frecuencias de funcionamiento de los elementos. Asimismo, pueden ser conectados elementos concentrados de tipo bobina o combinación de bobinas, conectado en serie entre cualquiera de los elementos de cortocircuito y el plano de masa. La presente invención describe también el sistema compuesto por las anteriores superficies formadas por corrugaciones miniaturizadas cargando una línea de transmisión microstrip, esto es, situadas en una capa intermedia entre el plano de masa y una línea microstrip sustentada por un dieléctrico, o en el interior de un guía de ondas preferentemente rectangular, circular o biplaca.
Para describir las ventajas que ofrece la invención se listan a continuación los cuatro tipos de corrugaciones planas identificadas en el estado de la técnica: a) Corrugaciones convencionales
b) Corrugaciones horizontales impresas con pared metálica
c) Corrugaciones horizontales impresas con vías metalizadas
d) Corrugaciones horizontales impresas con vías metalizadas en posición central y miniaturizadas mediante brazos entrelazados simétricos
La invención aporta tres ventajas respecto a las corrugaciones existentes (en diferente grado que se detalla a continuación): - Facilidad de construcción y menor coste: respecto a a) y b) presenta la ventaja de no requerir mecanizado (se puede realizar en tecnología impresa y con taladros metalizados), esta característica la comparte con los productos c) y d). Respecto a a), b), c) y d) y en el caso de ser realizadas con materiales flexibles y cortocircuitadas por hilo conductor presentan la ventaja de posibilitar su conformación a superficies deformables y flexibles.
- Una reducción en el tamaño: frente a a) (que requiere una transformación λ/4 en vertical) supone una enorme ventaja en volumen al ser planar. Frente a b) y c), supone una reducción muy significativa en tamaño (en la longitud física en dirección transversal) que al introducir una geometría replegada es mucho menor (se podría alcanzar hasta un 50% de reducción). Esta característica es compartida con el producto d), si bien la reducción en tamaño podría ser superior, otra característica distintiva es que las vías están situadas en el borde de las tiras metálicas impresas por lo que potencialmente puede obtenerse una reducción adicional en tamaño (esto se deriva del menor tamaño de las corrugaciones horizontales con vías en el borde frente al caso centrado). - Puede variarse la frecuencia de operación de manera externa preferentemente de modo electrónico (sintonizable). Esta característica permite variar mediante un control electrónico la banda de filtrado de la estructura. Lo que posibilita su incorporación en dispositivos sintonizables con un aumento en flexibilidad y multifuncionalidad.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: Figura 1A.- Muestra una vista en perspectiva de uno de los elementos geométricos propuestos para formar las tiras metálicas de la corrugación miniaturizada, en este caso con geometría de tipo palmera.
Figura 1B.- Muestra una vista en planta de la geometría tipo palmera.
Figura 1C- Muestra una vista lateral de la geometría tipo palmera.
Figura 1 D.- Muestra una vista en planta (arriba) y lateral (abajo) de un ejemplo de fragmento de superficie formada por cuatro tiras metálicas, cada una de las cuales tiene cuatro celdas miniaturizadas de tipo palmera, para una comprensión genérica de un tipo de configuración posible para las corrugaciones, en este caso lineal.
Figura 2A.- Muestra una vista en perspectiva del elemento con geometría tipo espiral rectangular para formar las tiras metálicas de la corrugación miniaturizada.
Figura 2B.- Muestra una vista en planta del elemento con geometría tipo espiral rectangular. Figura 2C- Muestra una vista lateral del elemento con geometría tipo espiral rectangular.
Figura 2D.- Muestra una vista en planta (arriba) y lateral (abajo) de un ejemplo de fragmento de superficie formada por cuatro tiras metálicas, cada una de las cuales tiene cuatro celdas miniaturizadás de tipo espiral rectangular, para una comprensión genérica de un tipo de configuración posible para las corrugaciones, en este caso lineal.
Figura 3A.- Muestra una vista en planta (arriba) y lateral (abajo) de un elemento tipo hairpin para formar las tiras metálicas de la corrugación miniaturizada.
Figura 3B.- Muestra una vista en planta (arriba) y lateral (abajo) de un elemento formado por una línea (acopladas entre celdas adyacentes) replegada en "L" para formar las tiras metálicas de la corrugación miniaturizada.
Figura 3C- Muestra una vista en planta (arriba) y lateral (abajo) de un elemento con geometría tipo espiral circular.
Figura 4A.- Muestra un ejemplo de configuración geométrica posible para las tiras metálicas en aplicaciones donde las corrugaciones persigan reducir la excitación de ondas de superficie por antenas impresas. Se observa en la figura la disposición de tres tiras metálicas concéntricas genéricas según una simetría cuadrada rodeando a la antena impresa que estaría en este caso situada en el centro.
Figura 4B.- Muestra un ejemplo de configuración geométrica posible para las tiras metálicas en aplicaciones donde las corrugaciones persigan reducir la excitación de ondas de superficie por antenas impresas. Se observa en la figura la disposición de tres tiras metálicas concéntricas genéricas según una simetría circular rodeando a la antena impresa que estaría en este caso situada en el centro.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN Las Figuras 1A, 1 B y 1C muestran una realización particular de la corrugación plana miniaturizada con geometría de palmera, que comprende un plano de masa (1), junto al cual se sitúa un substrato (2) dieléctrico que está atravesado por la vía (3) metálica que cortocircuita una tira (5) metálica sustentada por el substrato (2). La tira (5) metálica está formada por un tramo longitudinal (4) del que parte un tramo perpendicular (4'), según la dirección transversal a las corrugaciones, del que parten dos tramos de línea (6) metálica que se repliegan hacía el tramo longitudinal (4) dejando dos pequeñas aberturas (7) que impiden su contacto físico, siendo estos dos últimos tramos, los elementos que obtienen una miniaturización de la estructura en la dirección transversal.
La Figura 1 D muestra una realización particular de la superficie en una vista en planta (arriba) y lateral (abajo), la superficie está formada por un plano de masa común (1 ), y cuatro tiras (5) metálicas, cada una de las cuales tiene cuatro celdas miniaturizadas de tipo palmera, cortocircuitadas por las vías (3).
Las Figuras 2A, 2B y 2C muestran una realización particular de la corrugación plana miniaturizada con geometría en espiral, que comprende un plano de masa (1 ), junto al cual se sitúa un substrato (2) dieléctrico que está atravesado por la vía (3) metálica que cortocircuita la tira (5) metálica sustentada por el substrato (2). La tira (5) metálica está formada por un tramo longitudinal (4) del que parte un tramo perpendicular (4'), según la dirección transversal a las corrugaciones, del que parten dos tramos de línea (6) metálica que se repliegan formado dos espirales rectangulares, dejando una primera abertura (7) entre uno de los tramos de la línea (6) y el tramo longitudinal (4), y otra segunda abertura (8) entre el tramo transversal de la espiral y el tramo perpendicular (4'). Siendo los tramos en espiral los elementos que obtienen una miniaturización de la estructura en la dirección transversal.
La Figura 2D muestra una realización particular de la superficie en una vista en planta (arriba) y lateral (abajo), la superficie está formada por un plano de masa común (1 ), y cuatro tiras (5) metálicas, cada una de las cuales tiene cuatro celdas miniaturizadas de geometría en espiral, cortocircuitadas por las vías (3).
La Figura 3A muestra una realización particular de la corrugación plana miñiaturizada con geometría de tipo "hairpin", que comprende un plano de masa (1), junto al cual se sitúa un substrato (2) dieléctrico que está atravesado por la vía (3) metálica que cortocircuita la tira (5) metálica sustentada por el substrato (2). En este caso la tira (5) metálica está formada por un tramo longitudinal (4) de la que parten dos tramos perpendiculares (4'), según la dirección transversal a las corrugaciones, que se repliegan formado un resonador plano hairpin de líneas acopladas. Las líneas no llegan a tocar físicamente el tramo longitudinal (4) quedando dos pequeñas aberturas (7) que lo imposibilitan. Asimismo, entre ambas líneas (geométricamente paralelas) queda una abertura (7) que posibilita su acoplamiento capacitivo, siendo los tramos de líneas replegados y su acoplamiento capacitivo los que obtienen una miniaturización de la estructura en la dirección transversal.
Por su parte, la Figura 3B muestra una realización particular de la corrugación plana miñiaturizada con geometría de línea replegada en "L", que comprende un plano de masa (1), junto al cual se sitúa un substrato (2) dieléctrico que está atravesado por la vía (3) metálica que cortocircuita la tira (5) metálica sustentada por el substrato (2). La tira (5) metálica está formada por un tramo longitudinal (4) del que parte un tramo perpendicular (4'), según la dirección transversal a las corrugaciones, que se repliega formado una "L" (no se observa en la figura pero dicha línea puede ser acoplada con la del elemento de la celda adyacente), la línea replegada no llega a tocar físicamente el tramo longitudinal (4) quedando una pequeña abertura (7) que lo imposibilita, siendo dicho tramo de línea replegado y su acoplamiento capacitivo con líneas de celdas adyacentes los que obtienen una miniaturización de la estructura en la dirección transversal.
La Figura 3C muestra una realización particular de la corrugación plana miniaturizada con geometría de tipo hairpin, que comprende un plano de masa
(1) , junto al cual se sitúa un substrato (2) dieléctrico que está atravesado por la vía (3) metálica que cortocircuita la tira (5) metálica sustentada por el substrato
(2) . Dicha tira (5) metálica está formada por un tramo longitudinal (4) del que parte un tramo en espiral circular (10) de dos vueltas o más. La línea espiral no llega a tocar físicamente el tramo longitudinal (4) quedando en su tramo final una abertura (7). Siendo el tramo de línea en espiral circular (10), su tamaño y número de vueltas los que obtienen una miniaturización de la estructura en la dirección transversal.
La Figura 4A muestra un ejemplo de configuración geométrica para un conjunto de tres tiras (5) metálicas concéntricas según una geometría cuadrada o rectangular. En la aplicación preferente de la superficie la antena impresa estaría situada en su centro, en configuración coplanar o en una capa superior a la de las corrugaciones, las corrugaciones permiten reducir la excitación de ondas de superficie por la antena. La Figura 4B muestra un ejemplo de configuración geométrica para un conjunto de tres tiras (5) metálicas concéntricas según una geometría circular. En la aplicación preferente de la superficie la antena impresa estaría situada en su centro, en configuración coplanar o en una capa superior a la de las corrugaciones, las corrugaciones permiten reducir la excitación de ondas de superficie por la antena.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas que contienen al menos un plano de masa (1) y substrato (2) dieléctrico, caracterizada porque comprende:
- al menos una tira (5) metálica cortocircuitada a través de un elemento de cortocircuito con el plano de masa (1), con una geometría variable que permite una disminución física de la superficie necesaria para la transformación de impedancia;
- al menos una configuración que presente dos o mas corrugaciones planas miniaturizadas en una repetición regular o irregular de las mismas, siguiendo una geometría canónica que permita orientar la dirección en la que la superficie elimina las ondas de superficie con la dirección de una antena o circuito donde se pretende cancelar las ondas electromagnéticas no deseadas.
2. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada porque el elemento de cortocircuito se selecciona entre: unas vías (3) metálicas, un hilo conductor y un muro metálico.
3. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada porque la geometría canónica sigue una simetría que se selecciona entre: simetría lineal, circular, triangular, cuadrada o rectangular y pentagonal.
4. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizada porque la tira (5) metálica presenta una geometría que se selecciona entre: geometría de espiral cuadrada y geometría de espiral circular.
5. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la tira (5) metálica tiene forma de líneas acopladas simples o en "L", o de resonador tipo Hairpin.
6.- Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada porque la tira (5) metálica comprende al menos un elemento concentrado de tipo condensador y/o diodo varactor y/o diodo pin o combinaciones de los anteriores.
7.- Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada porque comprende al menos un elemento concentrado de tipo bobina o combinación de bobinas, conectado en serie entre cualquiera de los elementos de cortocircuito y el plano de masa (1).
8.- Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada porque el elemento de cortocircuito se encuentra conectado en cualquiera de los extremos de la tira (5) metálica, para cualquiera de los elementos geométricos de corrugaciones miniaturizadas.
9. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada porque comprende adicionalmente una línea de transmisión en una capa superior, quedando las corrugaciones embebidas en una multicapa formada por al menos dos capas de substrato (2) dieléctrico, pudiendo tener dicha multicapa, materiales con iguales o distintas características dieléctricas.
10. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada porque la línea de transmisión es microstríp.
11. - Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas de acuerdo con reivindicación 1 , caracterizada por estar sustentadas en un substrato (2) dieléctrico y un plano de masa (1) siendo ambos conformes a una superficie flexible o rígida de geometría preferentemente no plana.
12. - Antena impresa rodeada por una superficie de corrugaciones planas horizontales descrita en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizada porque comparte el mismo substrato en el que se sitúan las corrugaciones, la antena y las corrugaciones se presentan en configuración coplanar con un substrato monocapa, o también se pueden situar en una capa inferior de idéntico material, en este caso el plano de las tiras (5) metálicas que las componen queda localizado en un estrato inferior al plano dónde se sitúa la antena.
13.- Antena impresa de acuerdo con reivindicación 12, caracterizada porque comparte el mismo substrato (2) en el que se sitúan las corrugaciones, la antena y las corrugaciones se presentan en configuración coplanar con un substrato (2) multicapa, o las corrugaciones se pueden situar en una capa inferior de dieléctrico diferente preferentemente de mayor permitividad, en este caso el plano de las tiras (5) metálicas que las componen queda localizado en un estrato inferior al plano dónde se sitúa la antena.
14 - Circuito impreso rodeado por una superficie de corrugaciones planas horizontales de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 , caracterizado porque comparte el mismo substrato (2) en el que se sitúan las corrugaciones, la antena y las corrugaciones se presentan en configuración coplanar con un substrato multicapa, o también se pueden situar en una capa inferior de dieléctrico diferente preferentemente de mayor permtividad, en este caso el plano de las tiras (5) metálicas que las componen queda localizado en un estrato inferior al plano dónde se sitúa el circuito.
PCT/ES2011/000112 2010-04-12 2011-04-12 Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, antena y circuito WO2011128471A2 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201030518A ES2377901B1 (es) 2010-04-12 2010-04-12 Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, y antena y circuito rodeados por dicha superficie.
ESP201030518 2010-04-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011128471A2 true WO2011128471A2 (es) 2011-10-20
WO2011128471A3 WO2011128471A3 (es) 2011-12-29

Family

ID=44799089

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2011/000112 WO2011128471A2 (es) 2010-04-12 2011-04-12 Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, antena y circuito

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2377901B1 (es)
WO (1) WO2011128471A2 (es)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CAMINITA F. ET AL.: 'Reduction of Patch Antenna Coupling by Using a Compact EBG Formed by Shorted Strips With Interlocked Branch-Stubs' IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, 20090101 IEEE vol. 8, PISCATAWAY, NJ, US., ISSN 1536-1225 pages 811 - 814, XP011330993 *
INCLAN-SANCHEZ L ET AL.: 'New topologies for miniaturized horizontal corrugations' ANTENNAS AND PROPAGATION (EUCAP), 2010 PROCEEDINGS OF THE FOURTH EUROPEAN CONFERENCE ON, 20100412 IEEE 2010, PISCATAWAY, NJ, USA., pages 1 - 3, XP031705156 *
INCLAN-SANCHEZ, L. ET AL.: 'Compact EBG Surface based on Capacitively Loaded Loop Resonators with Grounded Vias' ANTENNAS AND PROPAGATION, 2007. EUCAP 2007. THE SECOND EUROPEAN CONFERENCE ON PUBLICATION YEAR, [Online] 2007, pages 1 - 4 Retrieved from the Internet: <URL:http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=4458534> [retrieved on 2011-10-10] *
RAJO-IGLESIAS E. ET AL.: 'Comparison of bandgaps of mushroom-type EBG surface and corrugated and strip-type soft surfaces' vol. 1, no. 1, 05 February 2007, pages 184 - 189, XP006028072 *

Also Published As

Publication number Publication date
ES2377901B1 (es) 2013-02-13
ES2377901A1 (es) 2012-04-03
WO2011128471A3 (es) 2011-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9407011B2 (en) Broadband electromagnetic band-gap (EBG) structure
ES2620766T3 (es) Celda desfasadora radiante reconfigurable basada en resonancias de ranuras y microtiras complementarias
CN102683835B (zh) 水平方向辐射天线
EP3133695A1 (en) Antenna system and antenna module with reduced interference between radiating patterns
WO2010100932A1 (ja) 共振器アンテナ及び通信装置
JP6148477B2 (ja) 高効率広帯域アンテナ
JP6958748B2 (ja) 位相制御装置、アンテナシステム及び位相制御方法
JP6278720B2 (ja) セル及び電磁バンドギャップ構造体
JP6537632B2 (ja) 放射パターン間の干渉が低減されたアンテナシステムおよびアンテナモジュール
US6819289B2 (en) Chip antenna with parasitic elements
US10505260B2 (en) Antenna device, method of manufacturing antenna device, and wireless device
JP6512837B2 (ja) 電子回路及び構造体
US11189933B2 (en) Phase control device, antenna system, and method of controlling phase of electromagnetic wave
JP2011078138A (ja) Ｌｈ特性を有する伝送線路及び結合器
JP2018125804A (ja) バンドパスフィルタ
CN113285226A (zh) 一种低频辐射单元及天线
WO2014192784A1 (ja) Ｅｂｇ構造
JP2014216751A (ja) 基板及びアンテナ
KR101040426B1 (ko) 주파수 가변성을 갖는 쌍대 합성 우좌향 전송선로 구조
WO2011128471A2 (es) Superficie de corrugaciones planas horizontales miniaturizadas, antena y circuito
ES2396773B1 (es) Dispositivo de líneas de transmisión diferenciales con supresión de modo común.
KR100921494B1 (ko) 다중 공진 광대역 소형 안테나
ES2321891T3 (es) Antena selectiva con conmutacion de frecuencia.
JP2007006246A (ja) 多周波共用マイクロストリップアンテナ
JP2006121406A (ja) アレイアンテナ

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11768483

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2