Matriz de antenas de banda ultraancha con resonancia de baja frecuencia adicional.

Elemento radiante (102d) que comprende:

un par de superficies conductoras (110a,

110b) que tienen partes primera y segunda (113a, 115a), siendola primera parte (115a) un brazo de dipolo, siendo la segunda parte (113a) una parte en forma de mediapala adyacente a la primera parte y separada de la misma mediante una ranura (114a), teniendo lassuperficies conductoras (110a, 110b) separadas por una muesca de sección decreciente (116) una anchuraen un primer extremo inferior a una anchura de un segundo extremo;

un balun (112) próximo al primer extremo; y

en el que, para cada superficie conductora (110a), la primera parte (115a) de la superficie conductora(110a) está acoplada de manera capacitiva a la segunda parte (113a) de la superficie conductora (110a)mediante un elemento capacitivo (105), siendo el elemento capacitivo:

un condensador; o

un diodo varactor; o

material conductor dispuesto sobre una capa dieléctrica acoplada a las partes primera y segunda (113a,115a).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08006243.

Solicitante: RAYTHEON COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 870 Winter Street Waltham Massachusetts 02451-1449 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MCGRATH,DANIEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01Q1/38 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01Q ANTENAS (elementos radiantes o antenas para 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.
  • H01Q13/08 H01Q […] › H01Q 13/00 Cuernos o bocas de guía de onda; Antenas de ranura; Antenas guía de onda con ondas de fuga; Estructuras equivalentes que producen una radiación a lo largo del trayecto de la onda guiada. › Terminaciones radiantes de líneas de transmisión de microondas de dos conductores, p. ej. de líneas coaxiales, o líneas micro-rayadas.
  • H01Q21/08 H01Q […] › H01Q 21/00 Sistemas o redes de antenas (disposiciones para cambiar o variar la orientación o forma del diagrama direccional de las ondas radiadas por una antena o sistema de antenas H01Q 3/00). › estando las unidades espaciadas a lo largo del trayecto rectilíneo o adyacente a éste.
  • H01Q5/00 H01Q […] › Disposiciones para el funcionamiento simultáneo de antenas sobre dos o más bandas de frecuencia diferentes, p. ej., disposiciones de doble banda "dual-band" o multibanda "multi-band" (combinaciones de elementos activos de antenas separados que funcionan en diferentes bandas de frecuencia y conectados a un sistema de alimentación común H01Q 21/30).
  • H01Q9/16 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 alimentación intermedia entre las extremidades de la antena, p. ej. dipolo alimentado por el centro (H01Q 9/44 tiene prioridad).

PDF original: ES-2400819_T3.pdf

 

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Matriz de antenas de banda ultraancha con resonancia de baja frecuencia adicional.

Fragmento de la descripción:

Matriz de antenas de banda ultraancha con resonancia de baja frecuencia adicional

Campo técnico

Esta invención se refiere en general a antenas, y más particularmente a métodos y sistemas para elementos radiantes.

Antecedentes Las antenas pueden usarse en una variedad de aplicaciones. Algunas aplicaciones tienen ciertas restricciones de diseño, tales como, profundidad física (protrusión y/o intrusión) , ancho de banda operativo, funcionamiento a baja frecuencia, y/o recibir y transmitir funcionalidad.

Tyzh-Ghuong Ma et al., IEE Antennas and Propagation Society International Symposium, boletín de 2003, 22-27 de junio, vol. 3, páginas 608-611 dan a conocer una antena dipolo impresa de banda ultraancha compacta con alimentación por ranura de sección decreciente.

Sumario Es un objeto de la presente invención proporcionar un método para formar un elemento radiante y un elemento radiante que es poco profundo y eficaz. Este objeto puede lograrse mediante las características definidas en las reivindicaciones independientes. Se caracterizan mejoras adicionales en las reivindicaciones dependientes.

Según las enseñanzas de la presente descripción, se proporciona un elemento radiante según la reivindicación 1 y un método de formación de un elemento radiante según la reivindicación 8.

Algunas ventajas técnicas de ciertas realizaciones de la presente descripción incluyen proporcionar una antena eficaz que funciona sobre un ancho de banda de 5:1 superior, con cobertura de punto añadida sobre una banda estrecha por debajo de aproximadamente un décimo de la frecuencia más alta. Otras ventajas técnicas de ciertas realizaciones de la presente descripción incluyen proporcionar una antena con una profundidad poco profunda global que es aproximadamente un séptimo de una longitud de onda a baja frecuencia. Algunas realizaciones pueden proporcionar una antena de estructura poco profunda que puede tanto transmitir como recibir sobre un ancho de banda de 10:1.

Otras ventajas técnicas de la presente descripción serán fácilmente evidentes para un experto en la técnica a partir de las siguientes figuras, descripciones y reivindicaciones. Además, aunque se han enumerado anteriormente las ventajas específicas, diversas realizaciones pueden incluir todas, algunas o ninguna de las ventajas enumeradas.

Breve descripción de los dibujos Para una comprensión más completa de la presente descripción y sus ventajas, se hace referencia ahora, de ejemplo, a la siguiente descripción, tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 es una vista en despiece ordenado de una parte de una antena que tiene múltiples elementos radiantes configurados en una matriz según una realización de la presente descripción;

la figura 2 es una gráfica que muestra una pérdida de retorno como una función de frecuencia para la antena de la figura 1;

la figura 3 es una vista en despiece ordenado de una parte de una antena que tiene múltiples tarjetas de circuito de línea de cinta según una realización alternativa de la presente descripción;

la figura 4 es una vista en despiece ordenado de una parte de una antena que acopla de manera capacitiva las múltiples tarjetas de circuito de línea de cinta de la figura 3 a una lámina de cubierta; y

la figura 5 ilustra una vista en perspectiva de un único elemento radiante que tiene una alimentación coaxial según una realización de la presente descripción.

Descripción detallada Según las enseñanzas de la presente descripción, se proporcionan elementos radiantes mejorados y métodos para formar los mismos. Algunas realizaciones pueden proporcionar una antena de estructura poco profunda que puede tanto transmitir como recibir sobre un ancho de banda de 10:1.

La figura 1 es una vista en despiece ordenado de una parte de una antena 100 que tiene múltiples elementos radiantes 102 configurados en una matriz 104 según una realización de la presente descripción. Cada elemento radiante 102 está acoplado de manera comunicativa a través de una capa dieléctrica 106 a conectores respectivos 108. En funcionamiento, la antena 100 puede transmitir y recibir eficazmente señales sobre un ancho de banda

amplio, tal como se describe adicionalmente a continuación.

En la realización de ejemplo, cada elemento radiante 102a, 102b, 102c y 102d puede tanto recibir como transmitir señales. La trayectoria de propagación de señales a lo largo de cada elemento radiante 102 depende parcialmente de una frecuencia de la señal, tal como se explica adicionalmente a continuación. En ciertas realizaciones, esta dependencia controlada por frecuencia permite que la antena 100 funcione eficazmente sobre un ancho de banda de 5:1 superior, con cobertura de punto añadida sobre una banda estrecha a aproximadamente un décimo de la frecuencia más alta.

Cada elemento radiante 102 incluye generalmente un par de dedos conductores (por ejemplo, los dedos 110a y 110b del elemento radiante 102d) separados al menos parcialmente por un balun 112 y una muesca de sección decreciente 116. Los balun 112 facilitan generalmente la adaptación de impedancia y las muescas de sección decreciente 116 permiten generalmente el funcionamiento de los elementos radiantes 102 en un modo muescaantena. Adicionalmente, cada dedo 110 tiene una ranura respectiva (por ejemplo, la ranura 114a del dedo 110a y la ranura 114b del dedo 110b) que separa una parte en forma de media pala respectiva 113 de una parte de brazo de dipolo respectiva 115. Aunque las partes 113 son en forma de media pala, puede usarse cualquier forma adecuada. En la realización de ejemplo, las ranuras 114 se forman paralelas aproximadamente al perfil de muesca de sección decreciente 116. De esta manera, el elemento radiante 102 se parece generalmente a un dipolo acampanado dentro de una muesca acampanada.

En la realización de ejemplo, cada elemento radiante 102 tiene una anchura 118, grosor 119 y longitud 120 ajustadas a respuestas de frecuencia particulares. Estas dimensiones 118, 119 y 120 pueden cuantificarse en longitudes de onda con respecto a un límite de alta frecuencia (fmáx) de la antena 100. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 1, cada elemento radiante tiene una anchura 118 y una longitud 120 aproximada de 0, 58 y 2, 0 longitudes de onda respectivamente en relación con la longitud de onda de fmáx; sin embargo, puede usarse cualquier dimensión adecuada dependiendo de la respuesta de frecuencia deseada de la antena 100. Además, cada elemento radiante 102 tiene un grosor 119 y una anchura de ranura 114 de aproximadamente 0, 04 y 0, 03 longitudes de onda respectivamente; sin embargo, el grosor 119 y la anchura de ranura 114 pueden variar sustancialmente.

Las dimensiones relativas 118, 119 y 120 y la separación de la antena 100 son sólo para fines de ejemplo y no pretenden limitar el alcance de la presente descripción. En diversas realizaciones, las dimensiones y la separación ilustradas en la figura 1 pueden permitir un ángulo de exploración de !45º a fmáx; sin embargo, puede usarse cualquier dimensión o separación adecuadas que puedan funcionar para soportar cualquiera de una variedad de ángulos de exploración. Aunque la figura 1 ilustra cuatro elementos radiantes 102a, 102b, 102c y 102d, la antena 100 puede incluir cualquier número adecuado de elementos radiantes. Los elementos radiantes 102 están configurados en una matriz 104 que tiene una única fila; sin embargo, los elementos radiantes 102 pueden tener cualquier configuración adecuada. Por ejemplo, los elementos radiantes 102 pueden configurarse en múltiples filas dispuestas verticalmente, formando de este modo una matriz bidimensional.

La formación de la matriz 104 puede efectuarse mediante cualquiera de una variedad de procedimientos que usan cualquier material adecuado que pueda comunicar una señal. En la realización de ejemplo, la matriz 104 se forma mecanizando una placa sólida, eléctricamente conductora para formar el balun 112, las ranuras 114 y las muescas de sección decreciente 116 de cada elemento radiante 102. Algunos métodos de ejemplo alternativos para formar la matriz 104 se ilustran en las figuras 3 a 5 a continuación.

Un conjunto de condensadores de ranura 105 permiten generalmente que la antena 100 se comporte como una antena dipolo a una o más bajas frecuencias y como una antena de muesca a frecuencias superiores. En la realización de ejemplo, los condensadores de ranura 105 son superficies de componentes discretas montadas en la matriz 104 de manera que acopla de manera capacitiva las partes en forma de media pala 113 a brazos de dipolo adyacentes respectivamente 115. Los condensadores de ranura 105 tienen impedancia dependiente... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Elemento radiante (102d) que comprende:

un par de superficies conductoras (110a, 110b) que tienen partes primera y segunda (113a, 115a) , siendo la primera parte (115a) un brazo de dipolo, siendo la segunda parte (113a) una parte en forma de media pala adyacente a la primera parte y separada de la misma mediante una ranura (114a) , teniendo las superficies conductoras (110a, 110b) separadas por una muesca de sección decreciente (116) una anchura en un primer extremo inferior a una anchura de un segundo extremo;

un balun (112) próximo al primer extremo; y

en el que, para cada superficie conductora (110a) , la primera parte (115a) de la superficie conductora 10 (110a) está acoplada de manera capacitiva a la segunda parte (113a) de la superficie conductora (110a) mediante un elemento capacitivo (105) , siendo el elemento capacitivo:

un condensador; o un diodo varactor; o material conductor dispuesto sobre una capa dieléctrica acoplada a las partes primera y segunda (113a, 15 115a) .

2. Elemento radiante (102d) según la reivindicación 1, en el que la ranura (114a) tiene un perfil paralelo aproximadamente a un perfil de sección decreciente de la muesca de sección decreciente (116) .

3. Elemento radiante (102d) según la reivindicación 1, en el que la ranura (116) tiene una anchura para

acoplar de manera capacitiva la primera parte (115a) de la superficie conductora (110a) a la segunda parte 20 (113a) de la superficie conductora (110a) .

4. Elemento radiante (102d) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

el elemento radiante (102d) puede funcionar para recibir una pluralidad de señales que tienen cada una una longitud de onda respectiva, teniendo la recepción de cada señal un valor de pérdida de retorno inferior a -10 dB, comprendiendo la pluralidad de señales una longitud de onda mínima;

el elemento radiante (102d) está diseñado para tener una longitud máxima que es como máximo aproximadamente dos veces la longitud de onda mínima; y

el elemento radiante (102d) está diseñado para tener una anchura máxima que es como máximo aproximadamente 0, 58 veces la longitud de onda mínima.

5. Elemento radiante (102d) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:

el elemento radiante (102d) puede funcionar para recibir y transmitir una pluralidad de señales que tienen cada una una frecuencia, comprendiendo la pluralidad de señales una frecuencia máxima y una frecuencia mínima, teniendo la recepción y transmisión de cada señal una pérdida de retorno inferior a -10 dB; y

en el que el elemento radiante (102d) está formado de tal manera que la frecuencia mínima es inferior a aproximadamente un décimo de la frecuencia máxima.

6. Antena (100) que comprende: una matriz de elementos radiantes (102a-102d) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,

comprendiendo cada elemento radiante (102a-102d) : un capa dieléctrica (106) acoplada a la matriz de elementos radiantes (102a-102d) ; y una pluralidad de conductos de señales (107) acoplados a los respectivos de los elementos radiantes (102a-102d) .

7. Antena (100) según la reivindicación 8 cuando depende de la reivindicación 1, en la que el material dieléctrico está dispuesto dentro de la ranura (114a) .

8. Método de formación de un elemento radiante (102d) que comprende:

formar un par de superficies conductoras (110a, 110b) que tienen cada una partes primera y segunda 45 (113a, 115a) , siendo la primera parte (115a) un brazo de dipolo, siendo la segunda parte (113a) una parte en forma de media pala adyacente a la primera parte y separada de la misma mediante una ranura (114a) , teniendo las superficies conductoras (110a, 110b) separadas por una muesca de sección decreciente (116) una anchura en un primer extremo inferior a una anchura de un segundo extremo;

formar un balun (112) próximo al primer extremo; y

para cada superficie conductora (110a) , acoplar de manera capacitiva la primera parte (115a) de la superficie conductora (110a) a la segunda parte (113a) de la superficie conductora (110a) mediante un 5 elemento capacitivo (105) , siendo el elemento capacitivo (105) :

un condensador; o un diodo varactor; o material conductor dispuesto sobre una capa dieléctrica acoplada a las partes primera y segunda (113a, 115a) .

9. Método según la reivindicación 8, en el que la ranura (114a) tiene un perfil paralelo aproximadamente a un perfil de sección decreciente de la muesca de sección decreciente (116) .

10. Método según la reivindicación 8, en el que la ranura (114a) tiene una anchura para acoplar de manera capacitiva la primera parte (115a) de la superficie conductora (110a) a la segunda parte (113a) de la superficie conductora (110a) .

11. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 10, en el que la formación de un par de superficies conductoras (110a, 110b) que tienen partes primera y segunda (113a, 115a) comprende mecanizar una placa sólida, conductora.

12. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 10, en el que formar un par de superficies conductoras (110a, 110b) que tienen partes primera y segunda (113a, 115a) comprende retirar 20 selectivamente partes de una capa conductora usando una técnica fotolitográfica.

13. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 10, que comprende además:

recibir una pluralidad de señales que tienen cada una una longitud de onda respectiva, teniendo la recepción de cada señal un valor de pérdida de retorno inferior a -10 dB, comprendiendo la pluralidad de señales una longitud de onda mínima;

el elemento radiante (102d) está formado para tener una longitud máxima que es como máximo aproximadamente dos veces la longitud de onda mínima; y

el elemento radiante (102d) está formado para tener una anchura máxima que es como máximo aproximadamente 0, 58 veces la longitud de onda mínima.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 8 a 12, que comprende además:

recibir y transmitir una pluralidad de señales que tienen cada una una frecuencia, comprendiendo la pluralidad de señales una frecuencia máxima y una frecuencia mínima, teniendo la transmisión y recepción de cada señal una pérdida de retorno inferior a -10 dB; y

en el que el elemento radiante (102d) está formado de tal manera que la frecuencia mínima es inferior a aproximadamente un décimo de la frecuencia máxima.


 

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