Antena de conjunto de banda ancha.

Un conjunto de antena que incluye una pluralidad de elementos, incluyendo los elementos al menos un elemento

(50) de un primer tipo y al menos cuatro elementos (52, 54, 56, 58) de un segundo tipo, en donde el elemento (50) del primer tipo comprende parte de dos alimentaciones equilibradas con dos elementos (56, 58) del segundo tipo, y

el elemento (50) del primer tipo está acoplado capacitivamente a otros dos elementos (52,54) del segundo tipo.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/GB2010/000642.

Solicitante: THE UNIVERSITY OF MANCHESTER.

Nacionalidad solicitante: Reino Unido.

Dirección: OXFORD ROAD MANCHESTER M13 9PL REINO UNIDO.

Inventor/es: BROWN,ANTHONY KEITH, ZHANG,YONGWEI.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > H01Q19/00 (Combinaciones de elementos activos primarios de antenas con dispositivos secundarios, p. ej. con dispositivos cuasi ópticos, para dar a la antena una característica direccional deseada)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Sistemas o redes de antenas (disposiciones para cambiar... > H01Q21/06 (Redes de unidades de antenas, de la misma polarización, excitadas individualmente y espaciadas entre ellas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Sistemas o redes de antenas (disposiciones para cambiar... > H01Q21/29 (Combinaciones de unidades de antenas de tipos diferentes que actúan las unas sobre las otras para dar una característica direccional deseada (H01Q 25/00 tiene prioridad))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Sistemas o redes de antenas (disposiciones para cambiar... > H01Q21/26 (Antenas en torniquete o similares comprendiendo tres o más elementos alargados dispuestos radial y simétricamente en un plano horizontal con relación a un centro común)

PDF original: ES-2478315_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

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DESCRIPCIÓN

Antena de conjunto de banda ancha La presente invención se refiere a antenas de tipo de conjunto y, en particular, a tales antenas que están diseñadas para tener un ancho de banda de frecuencia ancha utilizable.

Hay una gran variedad de diseños de antena de microondas existentes, incluyendo aquellos que consisten en un conjunto de elementos conductores planos que están separados de un plano de tierra.

Conjuntos de fase polarizada doble de banda ancha se desean cada vez más para muchas aplicaciones. Tales conjuntos que incluyen elementos que presentan un conductor vertical para los campos de entrada, a menudo sufren de alta polarización cruzada. Muchas de las funciones del sistema tienen requisitos de polarización bien definidos. En general, se desea una baja polarización cruzada a través de todo el ancho de banda.

Un acoplamiento mutuo siempre se produce en sistemas de antenas y está relacionado con el tipo de elemento, la separación del elemento en términos de longitud de onda y la geometría del conjunto. Normalmente es un problema particular en los conjuntos de ancho de banda ancho, donde debe evitarse la producción de lóbulos reticulados. Para las antenas convencionales integradas de Vivaldi, la separación de los elementos en los conjuntos debe ser menor que la separación máxima permitida de los elemento para la exploración libre de los lóbulos reticulados. Esto es debido a anomalías de impedancia de entrada causadas por el fuerte acoplamiento inducido entre los elementos para grandes ángulos de exploración. Potencialmente se requieren más elementos para cubrir la misma área de recogida. Como resultado, el diseño trata de minimizar el acoplamiento, aunque esto es problemático.

Las antenas â??Munkâ?? como se describen en B. Munk, "A wide band, low profile array of end loaded dipoles with dielectric slab compensation", Simposio de Aplicaciones Antenas, páginas 149-165, 2006, utiliza un enfoque fundamentalmente diferente para diseñar el conjunto de banda ancha. Un ejemplo se muestra en la figura 1. El acoplamiento mutuo es utilizado intencionalmente entre los elementos del conjunto, y se controla mediante la introducción de capacitancia. Un elemento consiste en una parte de dipolos acoplados (14, 20) y (12, 16) . La capacitancia entre los elementos (18, 22) y los respectivos extremos de los dipolos (16, 20) suaviza los campos radiados y logra un amplio ancho de banda. La estabilidad de la impedancia en la banda de frecuencia y los ángulos de exploración requerida se mejora mediante la colocación de capas dieléctricas en la parte superior del conjunto de dipolo.

Las capas dieléctricas superpuestas son importantes para el diseño del conjunto de dipolo de Munk. Se requieren tres o cuatro capas de placas dieléctricas para lograr un amplio ancho de banda. El coste llega a ser alto para un conjunto de gran escala.

Un tipo de antena que utiliza los principios expuestos por Munk es el conjunto de lámina actual (CSA) . Una CSA formada mediante el uso de elementos de dipolo estrechamente separados se muestra en la figura. 1. La configuración aquí consiste en dos capas de material dieléctrico (2 , 6) en la parte superior del conjunto de dipolo (una parte se muestra en la figura 1) , además de dos láminas delgadas (ambas mostradas como la capa 8) en ambos lados para integrar los elementos de dipolo (12, 14, 16, 18, 20, 22) entre las mismas. La figura 2 muestra un conjunto de Munk que incorpora un aspecto de la presente invención, que es que las capas de losas dieléctricas en la parte superior se sustituyen por un conjunto de parches de metal con formas predeterminadas y una distancia relativa desde los elementos del conjunto como se muestra en la figura 2. El rendimiento del análisis del conjunto de dipolo de la figura 1 se muestra en la figura 3a, y el del conjunto de la figura 2 se muestra en la figura 3b.

El documento EP688040 divulga una antena impresa bidireccional que incluye un sustrato dieléctrico que tiene una primera y segunda superficies que están sustancialmente en paralelo, al menos un par de conductores de elementos de radiación que tienen la misma forma y el mismo tamaño, cada par de los cuales está dispuesto en la primera y segunda superficies en las posiciones opuestas entre sí, respectivamente, un circuito de alimentación acoplado a al menos un borde de cada uno de los conductores de elemento de radiación, y un conductor de tierra dispuesto sobre la segunda superficie. El conductor de tierra cubre al menos una superficie exterior del borde del elemento conductor de radiación, cuyo borde está acoplado al circuito de alimentación, y un área exterior del borde opuesto respecto al elemento conductor de radiación dejando un espacio de una anchura predeterminada entre el elemento conductor de radiación y este conductor de tierra. La antena incluye además un primer conductor de banda dispuesto sobre la primera superficie y conectada al elemento conductor de radiación en la primera superficie; y un segundo conductor de banda dispuesto sobre la segunda superficie, para conectar el elemento conductor de radiación en la segunda superficie con el conductor de tierra. El circuito de alimentación mencionado anteriormente incluye una línea de alimentación desequilibrada que consiste en el conductor de tierra y el primer conductor de banda, y una línea de alimentación equilibrada que consiste en el primer y segundo conductores de banda.

La presente invención tiene como objetivo proporcionar una nueva estructura de antena de conjunto que tiene un rendimiento mejorado respecto a la técnica anterior.

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Por consiguiente, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un conjunto de antena que incluye una pluralidad de elementos, incluyendo los elementos al menos un elemento de un primer tipo y al menos cuatro elementos de un segundo tipo, en el que el elemento del primer tipo comprende parte de dos alimentaciones equilibradas con dos elementos del segundo tipo y el elemento del primer tipo está acoplado capacitivamente a dos elementos adicionales del segundo tipo.

A diferencia de la técnica anterior, la presente invención utiliza elementos de dos tipos distintos. En algunas realizaciones de la presente invención, elementos de ambos tipos tienen la misma estructura física (como se verá en las figuras) , pero en la presente invención los elementos están dispuestos de tal manera que realizan las funciones de uno u otro de los tipos indicados anteriormente.

Preferiblemente, el conjunto incluye elementos adicionales. Por ejemplo, el conjunto puede incluir otros elementos del primer tipo y dispuestos de tal manera que cada elemento del segundo tipo está capacitivamente acoplado a un elemento del primer tipo y también forma parte de una alimentación equilibrada con un elemento del primer tipo.

Preferiblemente, cada elemento del segundo tipo está sólo capacitivamente acoplado a un elemento del primer tipo y también forma parte de sólo una alimentación equilibrada con un elemento del primer tipo.

Preferiblemente, las dos alimentaciones equilibradas están colocadas perpendicularmente entre sí, y cada alimentación producirá una señal polarizada linealmente de forma independiente. Esto se denomina una antena de doble polarización.

Por supuesto, en la práctica, tales conjuntos de antena no son infinitas en tamaño y en los bordes de cualquier conjunto habrá elementos adicionales, por ejemplo, de un tercer tipo. Una vez más, tales elementos pueden ser idénticos en estructura física a los elementos de los primeros dos tipos, pero gracias a estar en los bordes del conjunto no se pueden conectar de la misma manera.

En general,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

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1. Un conjunto de antena que incluye una pluralidad de elementos, incluyendo los elementos al menos un elemento (50) de un primer tipo y al menos cuatro elementos (52, 54, 56, 58) de un segundo tipo, en donde el elemento (50) del primer tipo comprende parte de dos alimentaciones equilibradas con dos elementos (56, 58) del segundo tipo, y el elemento (50) del primer tipo está acoplado capacitivamente a otros dos elementos (52, 54) del segundo tipo.

2. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 1, que incluye además elementos del primer tipo y dispuestos de tal manera que cada elemento del segundo tipo esta acoplado capacitivamente a un elemento del primer tipo y también forma parte de una alimentación equilibrada con un elemento del primer tipo.

3. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada elemento del segundo tipo está sólo capacitivamente acoplado a un elemento del primer tipo y también forma parte de sólo una alimentación equilibrada 15 con un elemento del primer tipo.

4. Un conjunto de antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos tienen forma de no dipolo.

5. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 4, en el que los elementos tienen forma circular o poligonal.

6. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 5, en el que los elementos tienen un área de material no conductor en sus centros. 25

7. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 6, en el que los elementos tienen forma de anillo.

8. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 7, en el que cada elemento tiene forma de un anillo

octogonal. 30

9. Un conjunto de antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los elementos están dispuestos en un conjunto plano.

10. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 9, que incluye además un plano de tierra separado del 35 conjunto de elementos planos mediante una capa de material dieléctrico.

11. Un conjunto de antena de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la capa de material dieléctrico es de espuma de poliestireno expandido.

12. Un conjunto de antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que para cada elemento del primer tipo, los cuatro elementos del segundo tipo asociados con el mismo están separados igualmente alrededor del mismo.

13. Un conjunto de antena de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acoplamiento 45 capacitivo entre los elementos se consigue mediante áreas de esos elementos que están interdigitadas.