ANTENA PLANAR MULTI-TRAMO.
Antena planar multi-tramo.
Comprende, dispuesta sobre un substrato (2),
una pista plana conductiva (3) con:
- un primer tramo (3a), que es recto, con un primer y un segundo extremos;
- un segundo tramo (3b), con forma de meandro, que se extiende desde dicho segundo extremo de dicho primer tramo (3a) recto, y
- un tercer tramo (3c), que es recto, que se extiende desde el extremo del segundo tramo (3b) más alejado del primer tramo (3a).
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201100443.
Solicitante: UNIVERSITAT AUTONOMA DE BARCELONA.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: CARRABINA BORDOLL,JORDI, TALAVERA VELILLA,Guillermo Enrique, MARTIN RIUS,Renat.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- H01Q1/38 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01Q ANTENAS, es decir, ANTENAS DE RADIO (elementos radiantes o antenas para el calentamiento por microondas H05B 6/72). › H01Q 1/00 Detalles de dispositivos asociados a las antenas (dispositivos para hacer variar la orientación de un diagrama direccional H01Q 3/00). › formados por una capa conductora sobre un soporte aislante.
- H01Q9/26 H01Q […] › H01Q 9/00 Antenas eléctricamente cortas teniendo unas dimensiones no superiores a dos veces la longitud de onda y estando constituidas por elementos radiantes conductores activos. › con un elemento o elementos plegados, estando las partes plegadas espaciadas la una de la otra en una pequeña fracción de la longitud de onda emitida (antenas de cuadro resonantes H01Q 7/00).
Fragmento de la descripción:
Antena planar multi-tramo
Sector de la técnica
La presente invención concierne en general a una antena planar multi-tramo que
5 comprende una pista plana conductora, un tramo recto unido a un tramo serpenteante o
de meandro, y más particularmente a una antena planar que comprende además un tercer
tramo recto de manera que proporciona una solución de compromiso entre la necesidad
de ajustar la estructura en un espacio limitado y la forma de diseño necesaria para
construir una antena eficiente.
1 O La presente invención es particularmente aplicable a las antenas realizadas en
circuitos impresos para los dispositivos de comunicación inalámbrica que disponen de
espacio limitado para las antenas (como sistemas embebidos inalámbricos que transmiten
en las bandas ISM) .
Las antenas monopolo se comportan meJor (de forma más eficiente) si los
15 segmentos se disponen a lo largo de una línea recta perpendicular al plano de masa. La
longitud total de la línea recta suele ser igual a AJ4 (monopolo resonante) , siendo 'A la
longitud de onda de la señal a transmitir. Sin embargo, en numerosas aplicaciones, no es
posible disponer el monopolo en línea recta lo que conlleva una reducción en la
eficiencia de la antena. Mediante la presente invención se proporciona una antena que
20 cabe en un espacio reducido manteniendo dos segmentos rectos de la antena lo más
largos posible para evitar la reducción de dicha eficiencia.
Estado de la técnica anterior
Hoy en día existen múltiples plataformas digitales que proporcionan servicios
25 sobre enlaces inalámbricos y que deben implantarse en espacios físicos reducidos. Un
ejemplo de dichas plataformas son las extensiones inalámbricas para dispositivos de
medición que permiten la lectura a distancia de sensores (o la transmisión periódica de
las lecturas de los sensores de medida remota de fluidos como agua, gas o electricidad) y
sustituyen a la necesidad de contar con un técnico que realice la lectura del sensor in situ.
30 En estos casos, el espacio físico para el dispositivo es limitado y un buen diseño de la
antena resulta importante para que la lectura o transmisión se pueda llevar a cabo a una
cierta distancia.
Estructuras clásicas de antenas, como monopolos y dipolos, se pueden fabricar
usando componentes estructurales específicos como cables, tubos y soportes mecánicos. Éste es un método de fabricación costoso y añade un gasto significativo en relación con las aplicaciones embebidas. En cualquier caso, la antena resultante suele ser demasiado grande para caber en el espacio disponible.
Las antenas sobre circuitos impresos (Printed Circuit Board, PCB) son una buena solución ya que el precio se mantiene bajo, permitiendo la posibilidad de fabricación a gran escala mediante las tecnologías de bajo coste que se emplean habitualmente para circuitos microelectrónicos.
Mediante antenas PCB pueden integrarse varios tipos de antenas:
Antenas clásicas monopolo y dipolo [1 ~ 5]:
Las antenas clásicas monopolo y dipolo (entendiendo por clásicas el hecho que dichas antenas se dispongan a lo largo de una línea recta) , pueden fabricarse utilizando tecnologías PCB. Sin embargo, en muchas aplicaciones, la frecuencia de operación suele ser lo suficientemente baja como para que el tamaño de la antena resulte excesivo en comparación al resto de la placa.
Antenas de meandro o serpenteadas [6 ~ 10]:
La antena meandro, o el patrón meandro, es una antena que dispone la longitud de pista requerida para que la antena sea resonante siguiendo un trazado doblado hacia atrás y adelante. De esta forma resulta una estructura mucho más compacta de la que se obtendría de otro modo. Las antenas meandro, espiral y hélice son similares en tanto que la resonancia se obtiene en un espacio reducido por la compresión del trazado de la antena de diferentes maneras. En los tres casos, la resistencia de radiación, ancho de banda, y la eficiencia disminuyen a medida que se aumenta la compactación. El motivo de esta reducción de eficiencia se debe al hecho de que se han dispuesto distribuciones de corrientes próximas entre sí con signos opuestos, cancelándose sus contribuciones a los campos radiados. Además, su ajuste se hace cada vez más crítico. De forma similar a como se hace con otras antenas la adaptación de impedancias se puede implementar ajustando la forma de acceder a la antena. El meandro y la antena helicoidal, o una combinación de las dos, son fáciles de implementar en una PCB y muchas antenas en chips cerámicos se basan en este tipo de antenas.Antenas bucle [11-12]:
Una antena bucle tiene un trazado conductor continuo que parte de uno de los
conductores de una línea de transmisión y finaliza en el otro conductor de la línea de
5 transmisión. Las antenas bucle se pueden dividir en tres: antenas de media longitud de
onda, de longitud de onda entera, y antenas "series-loaded short loop" (en este caso el
término onda se refiere a la circunferencia aproximada del bucle) . En el caso que sus
dimensiones sean comparables a la longitud de onda el tamaño de estas antenas es
excesivo para muchas aplicaciones. Si, por el contrario, las dimensiones son pequeñas
1O sus características de radiación son peores que las de un monopolo.
Antenas basadas en curvas que llenan el espacio [13]:
Otra alternativa para obtener una cierta longitud de antena en un área reducida es
utilizar curvas que rellenan el espacio ("space filling curves") muchas de las cuales se
15 basan en diseños fractales. El aspecto clave de este tipo de curvas reside en la repetición
de un motivo sobre dos o más tamaños de escalas o iteraciones de forma que cada tramo
de la pista conductora es sólo una pequeña fracción de la longitud de onda.
Aunque este concepto permite generar antenas muy compactas siguiendo un
proceso sistemático, también aparecen distribuciones de corrientes próximas con signos
20 opuestos que reducen la eficiencia de radiación de la antena.
Todas las antenas PCB expuestas anteriormente presentan inconvenientes
(eficiencia, tamaño, forma, etc.) otorgándoles un carácter subóptimo para usarse en
comunicaciones de módulos o sistemas embebidos de banda única (como por ejemplo los
25 868 MHz de las bandas de radio industrial, científica y médica) .
La patente FR 2911998Bl [10] muestra una pequeña antena serpenteada para el
dominio embebido formada por un primer tramo recto y un segundo tramo serpenteado.
Como se verá en un apartado posterior (donde se muestra una comparativa de los
30 resultados obtenidos mediante dicha antena y la propuesta por la invención) , la antena
propuesta en dicha patente francesa presenta una serie de inconvenientes que limitan su
número de aplicaciones, no siendo apta para el mencionado uso en comunicacionesembebidas de banda única de 868MHz.
debido a cancelaciones de corrientes, la parte en forma de meandro presenta una baja eficiencia de radiación. El cociente entre el primer y el tercer tramo permite modular los efectos de un meandro dado: cuanto mayor es el cociente mayor es la eficiencia de radiación pero menor la reducción de tamaño obtenida, y viceversa. Por lo tanto, combinando estas tres partes en un espacio dado puede encontrarse un compromiso para el tamaño de cada parte para obtener una antena resonante con la eficiencia de radiación óptima.
Breve descripción de los dibujos:
Las anteriores y otras ventajas y características se comprenderán más plenamente a partir de la siguiente descripción detallada de unos ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos, que deben tomarse a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de la antena propuesta por la invención según un primer ejemplo de realización;
Las Figs. 2A a 2C muestran, mediante unas respectivas vistas en planta superior, alzado y planta inferior, a la antena de la Fig. 1 acoplada a una placa de circuito según una primera disposición;
Las Figs. 3A a 3C muestran, mediante unas respectivas vistas en planta superior, alzado y planta inferior, a la antena de la Fig. 1 acoplada a la placa de circuito según una segunda disposición;
Las Figs. 4A a 4C muestran, mediante unas respectivas vistas en planta superior, alzado y planta inferior, a la antena de la Fig. 1 acoplada a la placa de circuito según una tercera disposición;
La Fig. 5 es una vista en planta de la antena propuesta por la invención para un segundo ejemplo de realización;
Las Figs. 6A a 6C muestran, mediante unas respectivas vistas...
Reivindicaciones:
1. Antena planar multi-tramo, del tipo que comprende, dispuesta sobre un
substrato (2) , una pista plana conductiva (3) con:
5 -un primer tramo (3a) , que es recto, con un primer y un segundo extremos; y
- un segundo tramo (3b) , con forma de meandro, que se extiende desde dicho
segundo extremo de dicho primer tramo (3a) recto,
estando dicha antena planar caracterizada porque comprende un tercer tramo
(3c ) , que es recto, que se extiende desde el extremo de dicho segundo tramo (3b) más
1 O alejado del primer tramo (3a) .
2. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 1, donde dicho tercer tramo
(3c) discurre según la misma dirección en la que discurre dicho primer tramo (3a) .
3. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 2, donde dicho tercer tramo
(3c) está alineado con respecto al primer tramo (3a) .
15 4. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 1, donde dicho tercer tramo
(3c) discurre según una dirección transversal a la dirección en la que discurre dicho
primer tramo (3a) .
5. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 4, donde dicha dirección
transversal es una dirección perpendicular a la dirección del primer tramo (3a) .
20 6. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 4, donde dicha dirección
transversal es una dirección oblicua respecto a la dirección del primer tramo (3a) .
7. Antena planar multi-tramo según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, donde dicho segundo tramo (3b) discurre según la misma dirección en la que
discurre dicho primer tramo (3a) .
25 8. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 7, donde dicho segundo
tramo (3b) está alineado con respecto al primer tramo (3a) .
9. Antena planar multi-tramo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6,
donde dicho segundo tramo (3b) discurre según una dirección transversal a la dirección
en la que discurre dicho primer tramo (3a) .
30 10. Antena planar multi-tramo según la reivindicación 9, donde dicha dirección
transversal es una dirección oblicua respecto a la dirección del primer tramo (3a) .
11. Antena planar multi-tramo según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, que comprende una toma de alimentación ( 4) conectada a dicho primer
extremo del primer tramo (3a) . 12-Antena planar multi-tramo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1O, que comprende: -una toma de tierra (7) conectada a dicho primer extremo del primer tramo (3a) ; y
-una toma de alimentación (4) conectada a un punto intermedio del primer tramo (3a) .
13. Antena planar multi-tramo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde dicho tercer tramo (3c) discurre en paralelo a la dirección longitudinal en la que discurre un lado mayor de dicho substrato (2) .
1.
14. Antena planar multi-tramo, configurada para su uso en comumcacwnes embebidas de banda única.
15. Antena planar multi-tramo, donde dicha banda única es de sustancialmente 868 MHz.
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