Reflector de antena de banda ancha para una antena alámbrica plana con polarización circular y procedimiento de realización del reflector de antena.

Reflector de antena sobre el cual se puede montar una antena alámbrica plana con polarización circular

(2) que puede emitir una radiación electromagnética en dos direcciones ortogonales al plano de la antena (2) en una banda de frecuencias predeterminada, caracterizándose el reflector de antena (3) porque comprende:

- al menos una zona de reflexión (341A) de un primer tipo, estando cada una de dichas zonas de un primer tipo adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase próximo a 180 grados, un campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada trasera cuya frecuencia está comprendida en una primera subbanda de la banda de frecuencias, estando cada una de dichas zonas de reflexión (341A) de un primer tipo adaptada para quedar frente a una zona de la antena (2) que puede emitir una radiación electromagnética en la primera subbanda de frecuencias correspondiente, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada delantera; y

- al menos una zona de reflexión (342A, 343A) de un segundo tipo, estando cada una de dichas zonas de un segundo tipo adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase comprendido entre dos valores de ángulo entorno al valor de cero grados, el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera cuya frecuencia está comprendida en una segunda subbanda de la banda de frecuencias, estando cada una de dichas zonas de reflexión (342A, 343A) de un segundo tipo adaptada para quedar frente a una zona de la antena (2) que puede emitir una radiación electromagnética en la segunda subbanda de frecuencias correspondiente, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética delantera.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/066563.

Solicitante: THALES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 45, RUE DE VILLIERS 92200 NEUILLY-SUR-SEINE FRANCIA.

Inventor/es: JOUSSET, MICHEL, GRELIER,MICHAËL, MALLEGOL,STÉPHANE, BEGAUD,XAVIER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Combinaciones de elementos activos primarios de antenas... > H01Q19/10 (utilizando superficies reflectantes)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Antenas eléctricamente cortas teniendo unas dimensiones... > H01Q9/27 (Antenas en espiral)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Combinaciones de elementos activos primarios de antenas... > H01Q19/185 (donde las superficies son planas)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento... > Combinaciones de elementos activos primarios de antenas... > H01Q19/18 (teniendo dos o más superficies reflectantes (H01Q 19/20 tiene prioridad))

PDF original: ES-2496891_T3.pdf

 

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Reflector de antena de banda ancha para una antena alámbrica plana con polarización circular y procedimiento de realización del reflector de antena.
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Reflector de antena de banda ancha para una antena alámbrica plana con polarización circular y procedimiento de realización del reflector de antena.

Fragmento de la descripción:

Reflector de antena de banda ancha para una antena alámbrica plana con polarización circular y procedimiento de realización del reflector de antena.

La invención se aplica al campo de las antenas alámbricas planas con polarización circular para dispositivos de emisión o de recepción de banda ultra ancha. Se refiere a un reflector de antena para dicha antena, a un dispositivo de antena que comprende el reflector y la antena, y a un procedimiento de realización del reflector de antena.

En el marco de determinadas aplicaciones, las antenas deben tener una ancha banda de frecuencias de funcionamiento, por ejemplo del orden de la década, es decir una banda de frecuencias cuya frecuencia máxima es al menos igual a diez veces la frecuencia mínima. Las antenas alámbricas planas con polarización circular como las antenas en espiral forman parte de estas antenas de ancha banda de frecuencias. Una antena en espiral está por lo general formada por un sustrato dieléctrico sobre el cual está grabado un elemento radiante. El elemento radiante comprende al menos dos hilos enrollados en espiral y cuyos extremos interiores se alimentan con corriente. Según el número de hilos y la fase de la corriente en cada hilo, la radiación electromagnética de la antena espiral es diferente. El ancho de la banda de frecuencias depende de los diámetros interno y externo de la espiral.

Desde un punto de vista teórico, una antena alámbrica plana presenta una plano de simetría e irradia por lo tanto por todo el espacio, en particular en las dos direcciones ortogonales al plano de la antena. Por razones de compatibilidad electromagnética, las antenas no deben interferir con los demás sistemas situados cerca. En consecuencia, estas se especifican muy a menudo para irradiar en un semiespacio. Por esta razón, la antena se asocia a un reflector que transforma la radiación bidireccional en una radiación unidireccional. Desde un punto de vista práctico, este reflector desempeña también una función de soporte que permite rigidificar la antena y alimentarla con corriente.

El documento DE 1 34 547 A1 describe un reflector de antena de banda ancha.

De acuerdo con una primera solución, el reflector comprende un plano conductor eléctrico dispuesto a una distancia de la antena igual a la cuarta parte de la longitud de onda media de la radiación que esta emite o que esta recibe. A esta distancia, el campo eléctrico de la radiación trasera refleja se encuentra en fase con el campo eléctrico de la radiación delantera. El principal inconveniente de esta solución es que solo se puede ajustar la distancia de forma óptima para una única longitud de onda. El campo eléctrico de la radiación emitida o recibida con unas longitudes de onda alejadas de esta longitud de onda media corre, por lo tanto, el riesgo de verse alterada, limitando, por ello, el ancho de banda de la antena. Otro inconveniente de esta solución es que la cuarta parte de la longitud de onda representa rápidamente una gran distancia para las frecuencias bajas, lo que genera un espesor global para la antena relativamente importante. Además, el plano conductor eléctrico permite la propagación de corrientes de superficie y se producen fenómenos de reflexión y de difracción en el borde de la antena, generando de este modo radiaciones parásitas.

De acuerdo con una segunda solución, el reflector de antena comprende una estructura de tipo Conductor Magnético Artificial (CMA) dispuesta bajo el plano de la antena en el lado de la radiación trasera. Una estructura CMA clásica comprende un sustrato dieléctrico, unos motivos conductores eléctricos dispuestos de forma periódica en una primera superficie del sustrato dieléctrico y un plano conductor eléctrico uniforme que forma un plano de masa en una segunda superficie del sustrato dieléctrico. Cada motivo conductor puede estar unido al plano de masa por unos orificios de interconexión, generalmente llamados "vias" en la literatura anglosajona. Una estructura CMA tiene la propiedad de reflejar el campo eléctrico de la radiación trasera en fase con el campo eléctrico de la radiación delantera. Por lo tanto, esta se puede situar lo más cerca posible de la antena y permitir una reducción del espesor del dispositivo de antena que comprende la antena y la estructura CMA. Una estructura CMA también puede tener la propiedad de impedir la propagación de las ondas electromagnéticas en algunas direcciones del plano en el cual están dispuestos los motivos conductores, lo que impide generar una radiación parásita. Se habla entonces de estructura de banda prohibida electromagnética (EBG). Sin embargo, las propiedades de una estructura de tipo EBG o CMA solo se manifiestan en una determinada banda de frecuencias, llamada bien banda EBG, o bien banda CMA según el caso considerado. Esta banda de frecuencias, en particular su frecuencia central y sus frecuencias de corte baja y alta, dependen de la forma y de las dimensiones de los motivos conductores, así como del espesor y de la permitividad relativa del sustrato dieléctrico de la estructura. En particular, para un espesor del sustrato dieléctrico relativamente bajo, es decir muy pequeño en comparación con la longitud de onda, ya se considere la banda EBG o la banda CMA, el ancho de banda es muy reducido, es decir muy inferior a la octava. De este modo, las restricciones relativas al espesor hacen que las antenas actuales que comprenden un reflector de estructura EBG o CMA no puedan funcionar en una banda ancha de frecuencias, por encima de la década.

Un objetivo de la invención es, en particular, resolver los inconvenientes precitados ofreciendo un reflector de antena de banda ancha de frecuencias y con un espesor reducido basado en una estructura híbrida. Esta estructura híbrida comprende a la vez un plano conductor eléctrico del tipo de la primera solución y una estructura del tipo CMA basada en la segunda solución. Para ello, la invención tiene por objeto un reflector de antena que presenta localmente bien unas propiedades electromagnéticas de un conductor eléctrico, o bien unas propiedades electromagnéticas próximas a un conductor magnético, en función de la radiación emitida o recibida localmente por

la antena. De manera más precisa, la invención tiene por objeto un reflector de antena en el cual se puede montar una antena alámbrica plana con polarización circular que puede emitir una radiación electromagnética en dos direcciones ortogonales al plano de la antena en una banda de frecuencias predeterminada, caracterizándose el reflector de antena porque comprende:

una primera zona de reflexión adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase próximo a 18 grados, un campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada trasera cuya frecuencia está comprendida en una primera subbanda de frecuencias, estando la primera zona de reflexión adaptada para quedar frente a una zona de la antena que puede emitir una radiación electromagnética en la primera subbanda de frecuencias, a una distancia que permite reflejar el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada delantera; y

una segunda zona de reflexión adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase comprendido entre dos valores de ángulo entorno al valor de cero grados, el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera cuya frecuencia está comprendida en una segunda subbanda de frecuencias, estando la segunda zona de reflexión adaptada para quedar frente a una zona de la antena que puede emitir una radiación electromagnética en la segunda subbanda de frecuencias, a una distancia que permite reflejar el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera sustancialmente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Reflector de antena sobre el cual se puede montar una antena alámbrica plana con polarización circular (2) que puede emitir una radiación electromagnética en dos direcciones ortogonales al plano de la antena (2) en una banda de frecuencias predeterminada, caracterizándose el reflector de antena (3) porque comprende:

al menos una zona de reflexión (341 A) de un primer tipo, estando cada una de dichas zonas de un primer tipo adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase próximo a 18 grados, un campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada trasera cuya frecuencia está comprendida en una primera subbanda de la banda de frecuencias, estando cada una de dichas zonas de reflexión (341 A) de un primer tipo adaptada para quedar frente a una zona de la antena (2) que puede emitir una radiación electromagnética en la primera subbanda de frecuencias correspondiente, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada delantera; y

al menos una zona de reflexión (342A, 343A) de un segundo tipo, estando cada una de dichas zonas de un segundo tipo adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase comprendido entre dos valores de ángulo entorno al valor de cero grados, el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera cuya frecuencia está comprendida en una segunda subbanda de la banda de frecuencias, estando cada una de dichas zonas de reflexión (342A, 343A) de un segundo tipo adaptada para quedar frente a una zona de la antena (2) que puede emitir una radiación electromagnética en la segunda subbanda de frecuencias correspondiente, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética delantera.

2. Reflector de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende varias zonas de reflexión (342A, 343A) de un segundo tipo, estando cada una de dichas zonas de reflexión (342A, 343A) adaptada para quedar frente a una zona de la antena (2) que puede emitir una radiación electromagnética en la subbanda de frecuencias considerada, a una distancia que permite reflejar el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética delantera.

3. Reflector de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 y 2 que comprende una sola zona de reflexión (341 A) del primer tipo en el centro de la o de las otra(s) zona(s) de reflexión (342A, 343A) del segundo tipo.

4. Reflector de acuerdo con la reivindicación 3, en el cual la subbanda de frecuencias de la zona de reflexión (341 A) del primer tipo corresponde a las frecuencias más elevadas de la banda de frecuencias predeterminada.

5. Reflector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el cual las subbandas de frecuencias de las diferentes zonas de reflexión (341 A, 342A, 343A) son diferentes las unas de las otras y, consideradas en su conjunto, cubren sustancialmente toda la banda de frecuencias predeterminada.

6. Reflector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sustrato (31) en un material dieléctrico y un plano de masa (32) formado en una primera superficie (33) del sustrato (31), formándose cada una de la o las zona(s) de reflexión (341 A) del primer tipo en una segunda superficie (35) del sustrato (31) mediante un motivo conductor eléctrico (34, 36), formándose cada una de la o las otra(s) zona(s) de reflexión (342A, 343A) del segundo tipo en la segunda superficie (35) del sustrato (31) mediante un conjunto (342, 343) de motivos conductores eléctricos (34) dispuestos de manera no contigua.

7. Reflector de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la primera y la segunda superficies (33, 35) del sustrato (31) son sustancialmente planas y paralelas entre sí.

8. Reflector de acuerdo con la reivindicación 6, en el cual la segunda superficie (35) del sustrato (31) tiene una forma cónica.

9. Reflector de antena de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 a 8, en el cual los motivos conductores eléctricos (34) de los conjuntos (342, 343) que forman unas zonas de reflexión (342A, 343A) del segundo tipo están unidos eléctricamente al plano de masa (32).

1. Reflector de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el cual los dos valores de ángulo entorno al valor de cero grados son sustancialmente iguales a -12 grados y +12 grados.

11. Dispositivo de antena que comprende una antena alámbrica plana con polarización circular (2) que puede emitir una radiación electromagnética en una banda de frecuencias predeterminada y un reflector de antena (3) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

12. Procedimiento de realización de un reflector de antena (3) para una antena alámbrica plana con polarización circular (2) que puede emitir una radiación electromagnética en dos direcciones ortogonales al plano de la antena (2) en una banda de frecuencias predeterminada, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

una etapa (11) de determinación, en una zona de campo próximo, de una distribución de amplitud de una radiación electromagnética adaptada para que la emita la antena (2) en ausencia del reflector de antena (3) para al menos una primera y una segunda subbandas de frecuencias pertenecientes a la banda de frecuencias predeterminada;

una etapa (14) de determinación de la forma y de las dimensiones de una primera zona de reflexión (341 A) del reflector de antena (3) adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase próximo a 18 grados, un campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada trasera cuya frecuencia está comprendida en la primera subbanda de frecuencias, de tal modo que esta primera zona de reflexión (341 A) pueda quedar frente a la zona de la antena (2) en la que la radiación electromagnética adaptada para que la emita la antena (2) en la primera subbanda de frecuencias tiene la mayor amplitud, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética denominada delantera; y

una etapa (15) de determinación de la forma y de las dimensiones de una segunda zona de reflexión (342A) del reflector de antena (3) adaptada para reflejar, con un desplazamiento de fase comprendido entre dos valores de ángulo entorno al valor de cero grados, el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera cuya frecuencia está comprendida en la segunda subbanda de frecuencias, de tal modo que esta segunda zona de reflexión (342A) pueda quedar frente a la zona de la antena (2) en la que la radiación electromagnética adaptada para que la emita la antena (2) en la segunda subbanda de frecuencias tiene la mayor amplitud, a una distancia que permite que el campo eléctrico de la radiación electromagnética trasera reflejada se encuentre sustancialmente en fase con el campo eléctrico de la radiación electromagnética delantera.

13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además las siguientes etapas:

una etapa de determinación de una distancia mínima dEm¡n que puede separar la antena (2) de la primera zona de reflexión (341 A) del reflector de antena (3) sin alterar de forma significativa la distribución de amplitud de la radiación electromagnética emitida por la antena (2) en la primera subbanda de

frecuencias;

una etapa de determinación de una distancia mínima dem¡n que puede separar la antena (2) de la segunda zona de reflexión (342A) del reflector de antena (3) sin alterar de forma significativa la distribución de amplitud de la radiación electromagnética emitida por la antena (2) en la segunda subbanda de frecuencias.