Antena y radio integrados en dos módulos.

Un dispositivo modular de antena - radio (1) que comprende unos módulos separables primero (2) y segundo (3),

conteniendo el primer módulo (2) todos los componentes de radio y los componentes de etapa de entrada de radiofrecuencia (6) del dispositivo (1) y un primer componente de antena (8), y conteniendo el segundo módulo (3) almenos un segundo componente de antena (15) del dispositivo (1), estando provistos los módulos primero (2) ysegundo (3) con unos medios para la interconexión física (12, 13) y eléctrica entre sí; donde el primer módulo (2)comprende una tarjeta de circuito impreso (PCB) o una tarjeta de cableado impreso (PWB) (5) que soporta loscomponentes de etapa de entrada (6), una primera cubierta dieléctrica (7) que forma un marco perimetral para laPCB o PWB (5), y una antena no balanceada de banda baja (8) montada en la cubierta dieléctrica (7) separada de laPCB o PWB (5), y donde el segundo módulo (3) comprende una segunda cubierta dieléctrica (11) provista con unosmedios (12) para la fijación a la primera cubierta dieléctrica (7), y una antena balanceada de banda alta (15)montada en la segunda cubierta dieléctrica (7).

Antena y radio integrados en dos módulos La presente invención se refiere a una antena y radio integrados en dos módulos. Se aplica a todos los tipos de antenas y no se restringe a las PIFA (antena plana de F invertida) , monopolos, dipolos, antenas de dieléctrico y similares. Se aplica a diversos campos, pero en particular aunque de forma no exclusiva, concierne a los microteléfonos móviles, asistentes digitales personales (PDA) y ordenadores portátiles.

Antecedentes Es bien sabido que el diseño de antenas internas para los pequeños dispositivos de comunicaciones modernos es un problema difícil.

En primer lugar, hay muchos tipos diferentes de plataformas, especialmente para los microteléfonos en los que los diseños de concha, teléfonos tipo barra, teléfonos abatibles, deslizantes y abatibles en dos direcciones (swing) son todos comunes. Por ejemplo, las conexiones entre las dos partes de los teléfonos segmentados pueden tener un gran impacto sobre el funcionamiento de la antena.

En segundo lugar, los dispositivos de comunicaciones modernos se están haciendo más pequeños y, al mismo tiempo, se pide que la antena cubra más bandas.

En tercer lugar, pueden estar presentes otras radios y otras antenas para aplicaciones tales como GPS, Bluetooth®, radiodifusión de medios digitales, etc. y esto puede causar problemas de acoplamiento y de transmisores situados en el mismo sitio.

Por último, hay una demanda creciente de múltiples antenas de radio en una unidad única para diversidad de aplicaciones MIMO (múltiples entradas, múltiples salidas) .

Aunque todos estos factores conducen a un aumento en la complejidad de la antena, las presiones comerciales requieren que la antena sea incluso más barata y que ocupe menos volumen en el microteléfono. Con el coste de los materiales ya recortado al mínimo, una integración a mayor escala de los componentes se ve como el camino a seguir para una reducción adicional del coste. Un modo de abordar estos problemas es considerar la antena y la etapa de entrada de RF (radiofrecuencia) de manera conjunta como una única unidad, creando de este modo una unidad de radio -antena. Tal unidad de radio -antena podría explotar diferentes arquitecturas de radio tales como estructuras de antenas y de RF balanceadas e impedancias distintas de 50 ohmios, etc.

El presente solicitante se ha interesado de este modo no solo en antenas sino en todo el proceso de conversión de las señales eléctricas en ondas de radio y viceversa. El objetivo último es el diseño de un módulo único que incorpore la antena y los componentes de radio para las aplicaciones de WLAN o de radio celular. Para excitar la antena desde los transceptores de radio de WLAN o celular convencional, puede ser necesario incorporar IC (circuitos integrados) discretos procedentes de terceros fabricantes. Un ejemplo de tal componente discreto es un transformador simétrico-asimétrico (balun) de chip que es necesario cuando se excita una antena tipo dipolo balanceado desde una fuente no balanceada de extremo único tal como un amplificador de potencia (PA) .

El presente solicitante ha previsto que parte de la funcionalidad de estos IC se construirá finalmente en la antena. Los duplexores y los filtros, por ejemplo, se podrían fabricar como parte de las capas más bajas de una estructura de antena multicapa, en lugar de ser unos componentes separados integrados en el módulo. Un enfoque alternativo sería adaptar los PA y otros componentes de radio de modo que se produzcan las salidas filtradas y balanceadas necesarias. Este módulo de radio último, que contiene una antena de propósito especial y componentes de radio especialmente adaptados, eliminaría la necesidad de que los fabricantes de microteléfonos móviles fueran expertos de radio ya que tendrían efectivamente un dispositivo con una entrada/salida digital y el módulo se encargaría de todo lo demás.

La mayor parte de las antenas existentes de microteléfonos móviles, PDA y ordenadores portátiles son diseños no balanceados tales como las PIFA y los monopolos. Estos son pequeños y hacen un uso eficiente de la PCB (tarjeta de circuito impreso) o la PWB (tarjeta de cableado impreso) como parte de la antena, pero necesitan una adaptación extensiva para cada producto porque cada PCB / PWB es de una forma y un tamaño diferentes. La adaptación de la antena es un proceso costoso que forma una parte significativa del coste de un dispositivo y excluye el uso de módulos de antena -radio integrados, ya que el coste de la adaptación sería prohibitivo.

El progreso hacia las antenas integradas podría hacerse por la introducción de antenas balanceadas que no hacen uso de la PCB o PWB y que, de este modo, requieren menos adaptación. Desafortunadamente, las antenas balanceadas tienen a menudo un tamaño doble que sus equivalentes no balanceadas y también tienen un menor 65 ancho de banda, ya que no usan una PCB o PWB amplia como parte de la estructura radiante. Una complicación adicional es que muchos tipos de antenas balanceadas (dipolos, pares de espirales, etc.) se ven adversamente afectados por las corrientes imagen auto-inducidas cuando se ponen eléctricamente cerca de un plano de masa. Los microteléfonos modernos, PDA y ordenadores portátiles tienen un plano de masa completo y la antena se ubica a menos de 1/50 de longitud de onda de espacio libre por encima del plano de masa. Para salvar este problema, el presente solicitante ha desarrollado varios nuevos tipos de antenas balanceadas que son lo suficientemente pequeñas para su uso en un microteléfono, etc. y funcionarán por encima de un plano de masa de PCB totalmente poblado. Estas invenciones son el objeto de una solicitud de patente separada (solicitud de patente de Reino Unido Nº 0501938.5) .

Aunque el concepto de módulo se aplica tanto a las antenas balanceadas (tipo dipolo) como a los diseños no balanceados (tipo monopolo) , la presente invención concierne en particular a los diseños balanceados ya que estos tienen una independencia inherente del plano de masa. Además, los diseños balanceados generalmente reducen los costes de adaptación y hacen los módulos de radio -antena comercialmente viables. Los diseños balanceados también se pueden implementar como un mismo módulo en muchos tipos diferentes de microteléfonos, ordenadores portátiles, etc.

Se conocen dispositivos modulares de radio -antena, por ejemplo, a partir de los documentos US 2003/063030 y US 2001/006902 y US 2003/189519.

Breve sumario de la divulgación De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un dispositivo modular de antena -radio que comprende unos módulos separables primero y segundo, conteniendo el primer módulo todos los componentes de radio y de la etapa de entrada de radiofrecuencia del dispositivo y un primer componente de antena y conteniendo el segundo módulo al menos un segundo componente de antena del dispositivo, estando los módulos primero y segundo provistos con unos medios para la interconexión física y eléctrica entre sí, donde el primer módulo comprende una tarjeta de circuito impreso (PCB) o una tarjeta de cableado impreso (PWB) que soporta los componentes de etapa de entrada, una primera cubierta dieléctrica que forma un marco perimetral para la PCB o PWC, y una antena no balanceada de banda baja montada en la cubierta dieléctrica separada de la PCB o PWB, y donde el segundo módulo comprende una segunda cubierta dieléctrica provista con unos medios para la fijación a la primera cubierta dieléctrica, y una antena balanceada de banda alta montada en la segunda cubierta dieléctrica.

En algunas realizaciones, un componente de antena adicional (por ejemplo, una antena monopolo no balanceada de banda baja) puede encontrarse lejos de los módulos primero y segundo, pero en conexión eléctrica con el primer módulo.

En algunas realizaciones, el segundo módulo puede ser mayor que el primer módulo, al menos en un plano definido por la PCB o PWB cuando el dispositivo se monta sobre el mismo. Esto puede ser ventajoso en que el segundo módulo que contiene la antena puede ser mayor que el primer módulo, que contiene los componentes de etapa de entrada, y de ese modo aún tiene un buen funcionamiento al tiempo que no ocupa una planta demasiado grande o demasiada superficie sobre la PCB o PWB.

Diseñando un dispositivo de antena de radio en dos partes modulares, el trabajo de creación, fabricación y realización de pruebas del dispositivo de la antena -radio se simplifica en gran medida. En una primera realización, el módulo inferior incorpora todos los componentes de radio y de la etapa de entrada de RF (amplificadores de 45 potencia, conmutadores de RF, filtros, diplexores, duplexores, etc.) mientras que... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo modular de antena -radio (1) que comprende unos módulos separables primero (2) y segundo (3) , conteniendo el primer módulo (2) todos los componentes de radio y los componentes de etapa de entrada de 5 radiofrecuencia (6) del dispositivo (1) y un primer componente de antena (8) , y conteniendo el segundo módulo (3) al menos un segundo componente de antena (15) del dispositivo (1) , estando provistos los módulos primero (2) y segundo (3) con unos medios para la interconexión física (12, 13) y eléctrica entre sí; donde el primer módulo (2) comprende una tarjeta de circuito impreso (PCB) o una tarjeta de cableado impreso (PWB) (5) que soporta los componentes de etapa de entrada (6) , una primera cubierta dieléctrica (7) que forma un marco perimetral para la PCB o PWB (5) , y una antena no balanceada de banda baja (8) montada en la cubierta dieléctrica (7) separada de la PCB o PWB (5) , y donde el segundo módulo (3) comprende una segunda cubierta dieléctrica (11) provista con unos medios (12) para la fijación a la primera cubierta dieléctrica (7) , y una antena balanceada de banda alta (15) montada en la segunda cubierta dieléctrica (7) .

2. Un dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde los componentes de etapa de entrada (6) en el primer módulo (2) están provistos con un blindaje electromagnético.

3. Un dispositivo (1) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, donde el segundo módulo (3) se extiende sobre un área mayor que la del primer módulo (2) . 20

4. Un dispositivo (1) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, donde la cubierta dieléctrica (7) del primer módulo (2) incluye unos medios para la fijación (9) de la tarjeta de circuito impreso o la tarjeta de cableado impreso (5) .

5. Un dispositivo (1) de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, donde las cubiertas dieléctricas (7, 11) se construyen de un material plástico o cerámico.

6. Un dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 5, donde las cubiertas dieléctricas (7, 11) son de construcción de plástico, una construcción de cerámica tal como un estructura de LTCC (cerámica horneada conjuntamente a 30 baja temperatura) , una estructura de PCB o un circuito flexible fijado a un portador plástico.

7. Un dispositivo (1) de acuerdo con las reivindicaciones 5 o 6, donde la cubierta (7) del primer módulo (2) comprende un material diferente al de la cubierta (11) del segundo módulo (3) .