ES2341195B1 - Antena de banda ancha multirresonante. - Google Patents
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Abstract
Antena de banda ancha multirresonante construida
con un sustrato dieléctrico; un elemento de radiación fractal que
presenta una estructura de rejilla fractal predeterminada adherida
sobre la superficie superior del sustrato dieléctrico. Una línea de
alimentación adherida sobre la superficie superior del sustrato
dieléctrico alimenta el elemento de radiación fractal, y una base
plana situada sobre la superficie inferior del sustrato dieléctrico
en posición opuesta a la línea de alimentación y se encuentra
físicamente separada de la línea de alimentación por el sustrato
dieléctrico.
Description
Antena de banda ancha multirresonante.
La presente solicitud hace referencia, incorpora
y reivindica todos los derechos otorgados según el título 35 U.S.C.
119 de las solicitudes para "Antena de banda ancha
multirresonante" presentadas previamente ante la Oficina de
la Propiedad Intelectual Coreana con fecha 16 de abril de 2007 y con
número de serie debidamente asignado
10-2007-0037160, presentada el 30 de
mayo de 2007 y con número de serie debidamente asignado
10-2007-0052930, y presentada el 30
de mayo de 2007 y con número de serie debidamente asignado
10-2007-0052929.
La presente invención se refiere a una antena de
banda ancha multirresonante para utilización en una banda de
frecuencias múltiple y, más particularmente, a un antena de banda
ancha multirresonante que presenta una estructura fractal.
Los ejemplos de una antena de banda ancha
multirresonante utilizada actualmente comprenden una antena plana F
invertida (PIFA) que presenta una antena con una estructura en línea
quebrada de una antena o una antena de parches de tipo superpuesto
utilizado como elemento de radiación. La PIFA convencional podría
estar constituida con una forma de F invertida sobre una base de
antena plana y dividida en una línea de alimentación y un
cortocircuito que sirve para cortocircuitar el elemento de radiación
de la PIFA desde el plano base de la antena y muestra una
característica de resonancia que depende de la distancia entre la
línea de alimentación y el cortocircuito y las formas de la línea de
alimentación y del cortocircuito. Para realizar una característica
multirresonante en la PIFA, el elemento de radiación superior de la
PIFA se divide en partes que presentan diferentes tamaños y a
continuación se combinan. En otras palabras, se combinan y utilizan
diversas antenas que presenta características de banda única. La
PIFA puede realizarse en forma de una antena pequeña que presenta
una característica multibanda. Si se combinan diferentes antenas
utilizando una estructura PIFA, pueden reducirse bruscamente la
eficacia de radiación y las ganancias de las antenas. Por
consiguiente, la PIFA puede no resultar adecuada para ser utilizada
como antena multibanda para producir tres o más resonancias.
Cuando se utiliza una estructura en línea
quebrada como elemento radiador de antena, la antena resultante
muestra características similares a la PIFA. En otras palabras,
convencionalmente, con frecuencia se combinan una PIFA, una antena
de línea quebrada, y diversas antenas que presentan características
de banda única para realizar una antena multibanda pequeña. No
obstante, si esta antena multibanda pequeña se realiza para mostrar
características de multirresonancia, la eficacia de radiación de la
antena multibanda pequeña se deteriora bruscamente. Por lo tanto, si
se utiliza la antena multibanda pequeña como antena multirresonante
que produce tres o más resonancias, puede generarse un problema en
el rendimiento de la antena multibanda pequeña.
Además, una antena multirresonante que utiliza
una estructura de antena de parches de tipo superpuesto comprende
elementos de radiación que presentan diferentes tamaños y se
encuentran dispuestos hacia arriba y hacia abajo. Por consiguiente,
aumenta el tamaño de la antena multirresonante. En consecuencia, la
antena multirresonante no es adecuada para ser utilizada como antena
multibanda que produce tres o más resonancias debido a un límite
estructural, igual que una PIFA y una antena de línea quebrada como
se ha descrito anteriormente.
Los diseños contemporáneos de una antena
monopolar que utilizan una estructura de rejilla de Hilbert pueden
presentar características de frecuencia multibanda; no obstante, las
bandas de frecuencias de resonancia siempre se vuelven más estrechas
y disminuye la eficacia de la antena monopolar. Además, existen
limitaciones técnica que dificultan el diseño de la antena
monopolar, restringiendo su idoneidad para ser utilizada en una
banda de frecuencias específica.
Un objetivo de la presente invención consiste en
disponer una antena perfeccionada.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en disponer una característica multirresonante en una antena plana F
invertida.
Asimismo, otro objetivo de la presente invención
consiste en disponer una antena multibanda pequeña que produzca tres
o más resonancias.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en disponer una antena multibanda pequeña que produzca tres o más
resonancias con características de rendimiento perfeccionadas.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en disponer una antena multirresonante pequeña que presente una
pérdida de retorno mejorada a través de una banda de frecuencias
ancha.
Otro objetivo de la presente invención consiste
en disponer una antena con una estructura de rejilla fractal que
presente múltiples bandas de frecuencia.
Estos y otros objetivos pueden alcanzarse con
una microantena que presenta características de banda de frecuencias
múltiple que utiliza un elemento de radiación fractal que presenta
una estructura de rejilla fractal de un modelo específico.
Las formas de realización según los principios
de la presente invención también disponen una antena de banda ancha
de alta eficacia que comprende un cortocircuito en el cual se
encuentran superpuestos un elemento de radiación fractal y un
elemento de radiación pasivo, y entre el elemento de radiación
fractal y el elemento de radiación pasivo se forma una vía
conductora.
Según un aspecto de la presente invención, se
dispone una antena de banda ancha multirresonante construida con un
sustrato dieléctrico; un elemento de radiación fractal que se
encuentra adherido sobre una superficie superior del sustrato
dieléctrico y que presenta una estructura de rejilla fractal
predeterminada; una línea de alimentación adherida sobre la
superficie superior del sustrato dieléctrico y que alimenta el
elemento de radiación fractal; y una base plana situada sobre una
superficie inferior del sustrato dieléctrico en posición opuesta al
la línea de alimentación. Por consiguiente, el plano base de la
antena se encuentra físicamente separado de la línea de alimentación
por el sustrato dieléctrico.
Las estructuras del modelo fractal que forma el
elemento de radiación fractal pueden presentar la forma de un bucle
cerrado eléctricamente continuo, y pueden disponerse alrededor de la
línea de alimentación o, alternativamente, en forma de una
estructura eléctricamente abierta con un terminal proximal del
modelo fractal conectado eléctricamente a la línea de alimentación y
uno o más terminales distales del modelo fractal físicamente y
eléctricamente separados de las línea de alimentación y de otras
partes del modelo fractal.
En la siguiente descripción y en los dibujos
adjuntos se dan a conocer detalles y mejoras de la presente
invención.
Una apreciación más completa de la invención y
muchas de las ventajas que comporta la misma se pondrán más
claramente de manifiesto al facilitar su comprensión mediante la
siguiente descripción detallada considerada conjuntamente con los
dibujos adjuntos, en los cuales se utilizan los mismos símbolos de
referencia para los mismos componentes o componentes similares, y en
los que
la figura 1 es una vista en perspectiva que
ilustra una estructura de una antena plana F invertida;
la figura 2 es una vista en planta que ilustra
una antena de estructura en línea quebrada contemporánea;
las figuras 3 y 4 son unas vistas en planta y en
alzado en sección transversal respectivamente que ilustran una
antena monopolar contemporánea que presenta una estructura de
rejilla de Hilbert;
la figura 5 es un gráfico de dos coordenadas que
ilustra variaciones de la pérdida de retorno en decibelios para la
antena monopolar ilustrada en las figuras 3 y 4;
la figura 6 es una vista frontal de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal construido como una forma de realización según los
principios de la presente invención;
la figura 7 es una vista lateral de la antena de
banda ancha multirresonante ilustrada en la figura 6;
la figura 8 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal y un elemento de radiación pasivo como otra forma de
realización según los principios de la presente invención;
la figura 9 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal, un elemento de radiación pasivo y un cortocircuito como
otra forma de realización según los principios de la presente
invención;
la figura 10 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante como otra forma de realización según
los principios de la presente invención;
la figura 11 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante como otra forma de realización según
los principios de la presente invención;
la figura 12 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante como otra forma de realización según
los principios de la presente invención;
la figura 13 es una vista frontal de una antena
de banda ancha multirresonante como otra forma de realización según
los principios de la presente invención;
las figuras 14 a 26 ilustran unos modelos de
estructuras fractales construidas como elementos para utilización en
diversas formas de realización según los principios de la presente
invención; y
la figura 27 es un gráfico de dos coordenadas
que ilustra la pérdida de retorno en decibelios como función de la
frecuencia, para una antena de banda ancha multirresonante
representativa de los principios de la presente invención.
Haciendo referencia nuevamente a los dibujos,
los ejemplos de una antena multibanda utilizada actualmente
comprenden una antena plana F invertida (PIFA) ilustrada e la figura
1, una antena que presenta una estructura en línea quebrada
ilustrada en la figura 2, una antena de parches superpuestos,
etc.
La estructura de una PIFA 10 contemporánea
ilustrada en la figura 1 está constituida con una forma de F
invertida sobre una base plana 11 y dividida en la línea de
alimentación 13 y el cortocircuito 14. La parte de cortocircuito 14
cortocircuita el elemento de radiación 12 de la PIFA 10 a partir de
la base plana 11 y presenta una característica de resonancia que
depende de la distancia de separación entre la línea de alimentación
13 y el cortocircuito 14 y de las formas de la línea de alimentación
13 y el cortocircuito 14. Para realizar una característica
multirresonante en la PIFA 10, el elemento de radiación 12 superior
de la PIFA 10 se divide en partes que presentan diferentes tamaños y
a continuación se combinan. En otras palabras, se combinan y
utilizan diversas antenas que presentan características de banda
única. La PIFA 10 puede realizarse en forma de una antena pequeña
que presenta una característica multibanda. No obstante, si se
combinan diferentes antenas utilizando una estructura de PIFA,
pueden reducirse bruscamente la eficacia de radiación y las
ganancias de las antenas. Por consiguiente, la PIFA 10 puede no
resultar adecuada para ser utilizada como antena multibanda para
producir tres o más resonancias.
La figura 2 ilustra una antena que presenta una
estructura en línea quebrada 15. En este caso, la antena presenta
características similares a la PIFA 10 ilustrada en la figura 1.
En otras palabras, en la práctica actual, con
frecuencia se combinan una PIFA, una antena de línea quebrada, y
diversas antenas que presentan características de banda única para
realizar una antena multibanda físicamente pequeña. No obstante, si
esta antena multibanda pequeña se realiza para que presente
características de multirresonancia, la eficacia de radiación de la
antena multibanda pequeña se deteriora bruscamente. Por lo tanto, si
se construye la antena multibanda pequeña como una antena
multirresonante que produce tres o más resonancias, puede producirse
un problema en el rendimiento de la antena multibanda pequeña.
Además, una antena multirresonante que utiliza
una estructura de antena de parches superpuestos comprende elementos
de radiación que presentan diferentes tamaños y se encuentran
dispuestos hacia arriba y hacia abajo, aumentando el tamaño físico
de la antena multirresonante. Además, la antena multirresonante no
es adecuada para ser utilizada como antena multibanda que produce
tres o más resonancias debido a un límite estructural, igual que una
PIFA y una antena de línea quebrada como se ha descrito
anteriormente.
Las figuras 3 y 4 son unas vistas en planta y en
alzado en sección transversal que ilustran una antena monopolar
actual que utiliza una estructura de rejilla de Hilbert 16 montada
sobre una superficie plana de sustrato dieléctrico 18 accionada por
una señal aplicada a la línea de alimentación 20, y la figura 5 es
un gráfico que ilustra la pérdida de retorno medida en decibelios de
la antena monopolar ilustrada en las figuras 3 y 4.
Haciendo referencia a las figuras 3 y 4, la
antena monopolar puede presentar características de frecuencia
multibanda. Como muestra la figura 5, las bandas de frecuencia están
formadas de forma estrecha. Además, si la antena monopolar se ha
realizado con pequeñas dimensiones, las bandas de frecuencia de
resonancia se vuelven concomitantemente más estrechas y la eficacia
de la antena monopolar disminuye. Adicionalmente, existe una
limitación técnica que restringe el diseño de las antenas
monopolares y limita su compatibilidad para ser utilizadas en una
banda de frecuencias específica.
A continuación se describe con detalle y
mediante la consideración conjunta de los dibujos adjuntos formas
preferidas de realización construidas según los principios de la
presente invención.
La figura 6 es una vista frontal de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal según una forma de realización de la presente invención, y
la figura 7 es una vista lateral del al antena de banda ancha
multirresonante de la figura 6.
Como ilustra los dibujos adjuntos, un modelo
fractal es una forma geométrica desigual o fragmentada que puede
subdividirse en partes, cada una de las cuales es, por lo menos
aproximadamente, una copia en tamaño reducido del total. Como objeto
geométrico, un fractal es un objeto similar a si mismo, por lo menos
aproximadamente o estocásticamente, que presenta una estructura fina
y a escalas arbitrariamente reducidas, es excesivamente irregular
para ser descrita fácilmente en lenguaje geométrico euclidiano
tradicional, y que presenta una definición simple y recursiva.
Haciendo referencia a las figuras 6 y 7, la
antena de banda ancha multirresonante según las presentes formas de
realización comprende sustratos dieléctricos 600 y 700, bases planas
de antena 610 y 710, líneas de alimentación 620 y 720 y elementos de
radiación fractales 630 y 730.
Los sustratos dieléctricos 600 y 700 son
sustratos microcinta, por ejemplo RF4, o películas delgadas
altamente quebradas. Los sustratos dieléctricos 600 y 700 pueden ser
sustratos dieléctricos de doble cara o de cara única,
preferentemente de doble cara incluyendo películas delgadas
altamente quebradas o flexibles.
Las bases planas de antena 610 y 710 se
encuentran situadas en la superficies posteriores de los sustratos
dieléctricos 600 y 700. Las bases planas de antena 610 y 710 se
utilizan como superficies de referencia base de las líneas de
alimentación 620 y 720 para alimentar los elementos de radiación
fractales 630 y 730, por ejemplo superficies de referencia para
determinar impedancias de líneas de alimentación.
Las líneas de alimentación 620 y 720 comprenden
líneas de alimentación para el suministro de energía a los elementos
de radiación fractales 630 y 730. Las líneas de alimentación se
encuentran situadas en las superficies frontales de los sustratos
dieléctricos 600 y 700. Las bases planas de antena 610 y 710 se
encuentran situadas en partes de las superficies posteriores de los
sustratos dieléctricos 600 y 700 en posición opuesta a las líneas de
alimentación 620 y 720, y no en partes de las superficies
posteriores sobre las cuales se encuentran situados los elementos de
radiación fractales 630 y 730.
Los elementos de radiación fractales 630 y 730
presentan formas octogonales en las cuales se encuentra dispuestas
estructuras de rejilla fractales cruciformes. En este documento, una
estructura fractal significa una estructura en la cual una pequeña
estructura que presenta una forma predeterminada se repite a través
de toda la estructura. En otras palabras, la estructura fractal es
una estructura geométrica que presenta autosimilaridad y
recursividad indicando que una fracción y el total presentan la
misma forma.
Los tamaños completos de los elementos de
radiación fractales 630 y 730 pueden ser de 40 x 40 mm o inferiores.
Las bases planas de antena 610 y 710 se adhieren a las superficies
posteriores de los sustratos dieléctricos 600 y 700 formando caras
exteriores constituidas por conductores en equipos de comunicación
en los cuales se instala un elemento de radiación, por ejemplo un
teléfono portátil, un terminal de comunicaciones, etc. En este caso,
los elementos de radiación fractales 630 y 730 pueden comprender
formas de espina de pescado, formas de rayo, formas de rejilla
fractal de Hilbert y formas de V invertida, además de las formas
cruzadas ilustradas en la figura 6.
Puede utilizarse un elemento de radiación en el
cual formas de rejilla fractales que presentan formas cruzadas,
formas de espina de pescado, formas de rayo o formas de V invertida
son fraccionadas dimensionalmente y después desplegadas para
realizar una antena que presenta características de banda ancha y
banda de frecuencias múltiple. Las formas de rejilla fractales y las
estructuras en array pueden modificarse para mejorar la eficacia de
radiación y las características de banda ancha de la antena de banda
ancha multirresonante.
Se utiliza una estructura modificada y no una
estructura fractal general para extender la longitud de una línea de
la antena de banda ancha multirresonante por unidad de superficie
para reducir el tamaño de la antena de banda ancha multirresonante.
Además, la estructura modificada se utiliza para maximizar la
eficacia de radiación de la antena de banda ancha multirresonante
producida cuando la antena de banda ancha multirresonante se ha
construido pequeña respecto a la longitud de onda
correspondiente.
La figura 8 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal y un elemento de radiación pasivo fractal según otra forma
de realización de la presente invención. Con referencia a la figura
8, la antena de banda ancha multirresonante comprende un sustrato
dieléctrico 800, una base plana de antena 810, una línea de
alimentación 820, un elemento de radiación fractal 830 y un elemento
de radiación pasivo fractal 840. La antena de banda ancha
multirresonante de la forma de realización es diferente de la de la
figura 7 porque el elemento de radiación pasivo fractal 840 se
encuentra situado en la superficie posterior del sustrato 800 en
posición opuesta al elemento de radiación fractal 830.
El elemento de radiación fractal 830 y el
elemento de radiación pasivo fractal 840 mantienen características
individuales y existen de forma independiente. El elemento de
radiación pasivo fractal 840 se encuentra situado en la superficie
posterior del sustrato dieléctrico 800 en la cual está posicionada
la base plana de antena 810. Por lo tanto, la ondas eléctricas
inicialmente radiadas desde el elemento de radiación fractal 830 son
radiadas de nuevo por el elemento de radiación pasivo fractal 840.
En otras palabras, si el espacio entre el elemento de radiación
fractal 830 y el elemento de radiación pasivo fractal 840 es
estrecho, las ondas eléctricas pueden volver a ser radiadas por el
elemento de radiación pasivo fractal 840, y la longitud de una línea
puede extenderse debido al acoplamiento entre el elemento de
radiación fractal 830 y el elemento de radiación pasivo fractal 840.
La extensión de la longitud de la línea puede contribuir a mejorar
el rendimiento de la antena de banda ancha multirresonante en una
banda de baja frecuencia, pérdida de retorno y ganancia, y hacer
pequeña la antena de banda ancha multirresonante.
El elemento de radiación fractal 830 y el
elemento de radiación pasivo fractal 840 pueden presentar la misma
estructura fractal o diferentes estructuras fractales. Por ejemplo,
el elemento de radiación fractal 830 puede presentar una estructura
fractal cruciforme, y el elemento de radiación pasivo fractal 840
puede presentar una estructura fractal en forma de espina de
pescado.
La figura 9 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante que utiliza un elemento de radiación
fractal, una elemento de radiación pasivo fractal y un cortocircuito
según otra forma de realización de la presente invención. Con
referencia a la figura 9, la antena de banda ancha multirresonante
de la presente forma de realización comprende un sustrato
dieléctrico 900, una base plana de antena 910, una línea de
alimentación 920, un elemento de radiación fractal 930, un elemento
de radiación pasivo fractal 940 y una vía conductora 950. La antena
de banda ancha multirresonante de la presente forma de realización
es diferente de la de la figura 8 porque el elemento de radiación
fractal 930 y el elemento de radiación pasivo fractal 940 se
encuentran conectados entre si a través de la vía conductora
950.
En la antena de banda ancha multirresonante de
la figura 9, el elemento de radiación fractal 930 y el elemento de
radiación pasivo fractal 940 se encuentran conectados entre sí a
través de la vía conductora 950 para constituir un cortocircuito. Si
el elemento de radiación fractal 930 y el elemento de radiación
pasivo fractal 940 se encuentran conectados entre si para constituir
un cortocircuito, el área de radiación eficaz de la antena de banda
ancha multirresonante puede incrementarse en una antena estrecha.
Además, cuando el elemento de radiación pasivo fractal 940 se
encuentra instalado en una superficie posterior del sustrato
dieléctrico 900 en el cual se encuentra situada la base plana de
antena 910, puede evitarse el incremento de la antena de banda ancha
multirresonante debido al elemento de radiación pasivo fractal
940.
La vía conductora 950 conecta el elemento de
radiación fractal 930 con el elemento de radiación pasivo fractal
940. Además, el rendimiento de la antena de banda ancha
multirresonante varía dependiendo de la posición de la vía
conductora 950. Por consiguiente, la vía conductora 950 puede
formarse en una posición distante de la línea de alimentación 920,
es decir, en una parte exterior o en el centro de la antena de banda
ancha multirresonante, para incrementar el área de radiación eficaz
y realizar una antena de banda ancha multirresonante pequeña.
Alternativamente, la vía conductora 950 puede situarse tanto en la
parte exterior como en el centro de la antena de banda ancha
multirresonante.
La figura 10 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante según otra forma de realización de la
presente invención. Haciendo referencia a la figura 10, la antena de
banda ancha multirresonante comprende un sustrato dieléctrico 1000,
una base plana de antena 1010, una línea de alimentación 1020, un
elemento de radiación fractal 1030, un elemento de radiación pasivo
fractal 1040, y una vía conductora 1050. Los sustratos dieléctricos
1000 y los elementos de radiación pasivos fractales 1060 están
superpuestos secuencialmente sobre el elemento de radiación fractal
1030. Así, los elementos de radiación pasivos fractales 1040 y 1060
que presentan las mismas o diferentes características de
multirresonancia que el elemento de radiación fractal 1030 están
superpuestos. Como resultado, las características de
multirresonancia del elemento de radiación fractal 1030 y de los
elementos de radiación pasivos fractales 1040 y 1060 pueden
combinarse en uno para obtener una característica de banda
ancha.
La figura 11 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante según otra forma de realización de la
presente invención. Haciendo referencia a la figura 11, la antena de
banda ancha multirresonante comprende sustratos dieléctricos 1100,
una base plana de antena 1110, una línea de alimentación 1120, un
elemento de radiación fractal 1130 y elementos de radiación pasivos
fractales 1140 y 1150. Los sustratos dieléctricos 1100 y los
elementos de radiación pasivos fractales 1150 están superpuestos
secuencialmente sobre el elemento de radiación pasivo fractal 1140.
Así, los elementos de radiación pasivos fractales 1140 y 1150 que
presentan las mismas o diferentes características de resonancia que
el elemento de radiación fractal 1130 pueden superponerse. Como
resultado, las características de multirresonancia del elemento de
radiación fractal 1130 y de los elementos de radiación pasivos
fractales 1140 y 1150 pueden combinarse en uno para obtener
características de banda ancha.
La figura 12 es una vista lateral de una antena
de banda ancha multirresonante según otra forma de realización de la
presente invención.
Haciendo referencia a la figura 12, la antena de
banda ancha multirresonante comprende sustratos dieléctricos 1200,
una base plana de antena 1210, una línea de alimentación 1220, un
elemento de radiación fractal 1230, elementos de radiación pasivos
fractales 1240, 1250 y 1260 y vías conductoras 1270. Los sustratos
dieléctricos 1200 y los elementos de radiación pasivos fractales
1250 están superpuestos secuencialmente sobre el elemento de
radiación pasivo fractal 1240. Asimismo, los sustratos dieléctricos
1200 y los elementos de radiación pasivos fractales 1260 se apilan
de manera secuencial debajo del elemento de radiación pasivo fractal
1240. Así, los elementos de radiación fractales 1240, 1250 y 1260
que presentan las mismas o diferentes características de resonancia
que el elemento de radiación fractal 1230 pueden superponerse. Como
resultado, las características de multirresonancia del elemento de
radiación fractal 1230 y de los elementos de radiación pasivos
fractales 1240, 1250 y 1260 pueden combinarse en uno para obtener
características de banda ancha.
Como ilustran las figuras 10 a 12, pueden
formarse elementos de radiación pasivos fractales sobre un sustrato
dieléctrico de doble cara que presenten la misma forma o formas
diferentes. Además, los elementos de radiación pasivos fractales
pueden presentar estructuras asimétricas en la cuales los elementos
de radiación pasivos fractales se encuentran superpuestos solamente
encima o debajo del sustrato de doble cara, o estructuras simétricas
en las cuales los elementos de radiación pasivos fractales se
encuentran superpuestos solamente encima y debajo del sustrato de
doble cara. Alternativamente los elementos de radiación pasivos
fractales pueden presentar estructuras asimétricas en las cuales los
elementos de radiación pasivos fractales se encuentran superpuestos
sobre el sustrato de doble cara. No obstante, el número de elementos
de radiación pasivos fractales superpuestos sobre el sustrato de
doble cara puede ser diferente del número de elementos de radiación
pasivos fractales superpuestos debajo del sustrato de doble cara.
Alternativamente, los elementos de radiación pasivos fractales
pueden apilarse utilizando o no vías conductoras para realizar la
antena de tipo apilado.
Como se ha descrito anteriormente, un elemento
de radiación fractal y un elemento de radiación pasivo fractal
pueden superponerse en una o más capas encima, debajo o sobre ambas
caras de un sustrato de doble cara. De este modo, las ondas radiadas
desde el elemento de radiación fractal y el elemento de radiación
pasivo fractal pueden volver a ser radiadas, y puede incrementarse
el área de radiación eficaz en una antena estrecha gracias al
acoplamiento entre el elemento de radiación fractal y el elemento de
radiación pasivo fractal. El incremento del área de radiación eficaz
puede contribuir a mejorar e rendimiento, la pérdida de retorno y la
ganancia del la antena de banda ancha multirresonante en una banda
de frecuencias baja y reducir el tamaño de la antena de banda ancha
multirresonante.
La figura 13 es una vista frontal de una antena
de banda ancha multirresonante según otra forma de realización de la
presente invención. Haciendo referencia a la figura 13, la antena de
banda ancha multirresonante comprende un sustrato dieléctrico, una
base plana de antena 1310, una línea de alimentación 1320, un
elemento de radiación fractal 1330 y tres vías conductoras 1340.
Aunque no se representa en la figura 13, un elemento de radiación
pasivo fractal se encuentra situado sobre la superficie posterior
del sustrato dieléctrico 1300 y está conectado con el elemento de
radiación fractal 1330 a través de las tres vías conductoras
1340.
En este caso, el elemento de radiación fractal
1330 presenta una estructura de rejilla cruciforme cuyas formas
octagonales se encuentran desplegadas. Las dimensiones totales del
elemento de radiación fractal 1330 pueden situarse en un rango de 40
x 40 mm. El elemento de radiación pasivo fractal opuesto al elemento
de radiación fractal 1330 situado en la superficie posterior del
sustrato dieléctrico 1300 puede presentar una estructura de rejilla
fractal cruciforme o una forma diferente de la estructura de rejilla
fractal. Las tres vías conductoras 1340 están situadas en la parte
superior y en ambas caras de la estructura de rejilla fractal
cruciforme en la cual se encuentran desplegadas las formas
octogonales. Las tres vías conductoras 1340 pueden situarse lo más
lejos posible de la línea de alimentación 1320 para ampliar el área
de radiación eficaz de la antena de banda ancha multirresonante y
realizar una antena de banda ancha multirresonante.
Las vías conductoras 1340 están situadas en el
centro y en esquinas diametralmente opuestas de una parte superior
del elemento de radiación fractal 1330, a lo largo de la parte
exterior del modelo fractal en forma de anillo que forma el elemento
de radiación fractal 1330, esencialmente en la periferia del modelo
fractal del elemento de radiación fractal 1330, longitudinalmente
opuesto a la línea de alimentación 1360. Las vías conductoras 1340
se encuentran efectivamente separadas de la línea de alimentación
1360 a la mayor distancia posible; es decir, las vías conductoras
1340 se encuentran separadas de la línea de alimentación 2160 por
una distancia aproximadamente igual a la anchura "d" del modelo
fractal 1330.
Las figuras 14 a 26 ilustran diferentes
estructuras fractales adecuadas para su utilización como elementos
de radiación fractales y como elementos de radiación pasivos
fractales en la práctica de los principios de la presente
invención.
La figura 14 ilustra una estructura detallada
del elemento de radiación fractal 1330 de la figura 13. Las
posiciones de las por lo menos tres vías conductoras 1340 se
ilustran con mayor claridad en la figura 14. Las vías conductoras
1340 están situadas en el centro y en esquinas diametralmente
opuestas de una parte superior del elemento de radiación fractal
1330, a lo largo del anillo más exterior en la periferia del modelo
fractal del elemento de radiación fractal 1330, longitudinalmente
opuestas a la línea de alimentación 1360. Las vías conductoras 1340
se encuentran efectivamente separadas de la línea de alimentación
1360 a la mayor distancia posible; es decir, las vías conductoras
1340 se encuentran separadas de la línea de alimentación 2160 por
una distancia aproximadamente igual a la anchura del modelo fractal
1330. La línea de alimentación 1360 se encuentra conectada
eléctricamente para accionar el elemento de radiación fractal
1330.
La característica de resonancia depende de la
distancia entre la línea de alimentación 1360 y las vías conductoras
1340 y de las formas de la línea de alimentación 1360 y de las vías
conductoras 1340.
Las antenas de banda ancha multirresonantes de
las figuras 15 a 22 comprenden sustratos dieléctricos, bases planas
de antena, líneas de alimentación y elementos de radiación
fractales. Las antenas de banda ancha multirresonantes pueden
comprender, además, por lo menos uno o más elementos de radiación
pasivos fractales y vías conductoras. La línea de alimentación 1560
se encuentra conectada eléctricamente para accionar cada uno de los
elementos de radiación fraccionarios 1510, 1520 y 1530. Excepto para
posiciones superpuestas y números superpuestos de los elementos de
radiación fractales o de los elementos de radiación pasivos
fractales y posiciones de las vías conductoras, las funciones y el
funcionamiento de los demás elementos son los mismos que los de la
figura 13, y por lo tanto no resulta necesario repetir las
descripciones detalladas de los mismos en los párrafos
siguientes.
El elemento de radiación fractal 1500 de la
figura 15 presenta una estructura fractal triple. En la estructura
fractal triple, el primer, o más exterior, elemento de radiación
fractal 1510 presenta la misma forma que el elemento de radiación
fractal 1330 de la figura 14. Además, el segundo elemento de
radiación fractal 1520, o elemento intermedio, que es de tamaño más
reducido que el primer elemento de radiación fractal 1510 pero
presenta la misma forma, se encuentra dispuesto en el interior del
primer elemento de radiación fractal 1510. Un tercer, o más
interior, elemento de radiación fractal 1530, que se caracteriza por
unas dimensiones inferiores de la sección transversal (por ejemplo
el diámetro) a las del segundo elemento de radiación fractal 1520,
pero que presenta la misma forma que el segundo elemento de
radiación fractal 1520, se encuentra dispuesto en el interior del
segundo elemento de radiación fractal 1520. En otras palabras, el
elemento de radiación fractal 1500 de la figura 15 presenta una
estructura en la cual el elemento de radiación fractal 1330 de la
figura 14 se encuentra fraccionado en diversas unidades y dispuesto
coaxialmente. Alternativamente, el elemento de radiación fractal
1500 puede presentar una estructura doble o cuádruple en lugar de la
estructura triple ilustrada en la figura 15. El primer, el segundo y
el tercer elementos de radiación fractales 1510, 1520 y 1530 que
constituyen la triple estructura se encuentran conectados
operativamente con una línea de alimentación 1550. Las posiciones de
las vías conductoras 1540 son las mismas que las de las vías
conductoras 1340 de la figura 14.
El elemento de radiación fractal de la figura 16
es una modificación del elemento de radiación fractal 1500 de la
figura 15. La línea de alimentación 1760 se encuentra conectada
eléctricamente para accionar cada uno de los elementos de radiación
fraccionarios que forman el elemento de radiación fractal 1700.
Aunque cada uno de los anillos que forman el elemento de radiación
fractal 1500 de la figura 15 forma un bucle completamente cerrado
conectado a la línea de alimentación 1560, en la forma de
realización ilustrada en la figura 16, el elemento de radiación
fractal 1600 de la presente forma de realización se encuentra
abierto a lo largo de un lado de la línea de alimentación 1610.
Aunque la forma de realización descrita se ilustra en la figura 16
con el elemento fractal eléctricamente abierto a lo largo de un lado
de la línea de alimentación 1610, un modelo fractal circular,
rectangular o poligonal puede estar eléctricamente abierto en otras
posiciones a lo largo del anillo simple o de los anillos múltiples
que forman el modelo fractal para un elemento de radiación fractal o
un elemento de radiación pasivo fractal.
El elemento de radiación fractal 1700 de la
figura 17 es una modificación del elemento de radiación fractal 1500
de la figura 15. Estructuras de rejilla fractales asimétricas en
forma de "L", es decir, estructuras de rejilla fractales en
forma de "L" con lados de longitud desigual, se encuentran
añadidas a cada una de las cuatro esquinas del elemento de radiación
fractal 1500 de la figura 15, para formar el elemento de radiación
fractal 1700 ilustrado en la figura 17. Las estructuras de rejilla
fractales asimétricas en forma de "L" 1710 no forman bucles
cerrados eléctricamente. A diferencia de las vías conductoras 1540
de la figura 15 y las vías conductoras 1620 de la figura 16, las
vías conductoras 1720 se encuentran situadas en esquinas de las
estructuras de rejilla fractales asimétricas en forma de "L"
1710 que se conectan tangencialmente con la periferia exterior del
anillo más exterior, o primer anillo de la pluralidad de anillos
coaxialmente alineados y físicamente separados del modelo fractal
que forma el elemento de radiación fractal 1700. De este modo, las
vías conductoras 1720 pueden espaciarse incluso a mayor distancia de
la línea de alimentación 1730.
Se añaden estructuras de rejilla fractales
simétricas en forma de "L", es decir, estructuras de rejilla
fractales en forma de "L" de lados de longitud igual, a una
estructura fractal como el elemento de radiación fractal 1700 de la
figura 17 para formar bucles completamente cerrados 1810 para
constituir un elemento de radiación fractal 1800 de la figura 18.
Las vías conductoras 1820 se encuentran situadas en el centro y en
las esquinas de una parte superior del anillo más exterior aumentado
por las estructuras de rejilla fractales simétricas en forma de
"L" formando el elemento de radiación fractal 1800 como en la
figura 17.
El elemento de radiación fractal 1900 de la
figura 19 presenta un modelo a cuadros en el cual se encuentran
dispuestas estructuras de rejilla fractales cruciformes para definir
un modelo fractal de forma rectangular, cerrado. Las vías
eléctricamente conductoras 1910 están situadas en el centro y en las
esquinas de la periferia, o lados más exterior, a lo largo de una
parte superior del elemento de radiación fractal 1900 como muestra
la figura 17.
El elemento de radiación fractal 2020 de la
figura 20 presenta un modelo a cuadros en el cual se encuentran
dispuestas estructuras de rejilla fractales en forma de espina de
pescado, de rayo y cruciforme. Las estructuras de rejilla fractales
cruciformes se utilizan para las partes en las cuales se encuentran
líneas del modelo a cuadros, y las estructuras de rejilla fractales
en forma de espina de pescado o de rayo se utilizan para otras
partes. Alternativamente, las estructuras de rejilla fractales en
forma de espina de pescado o de rayo pueden utilizarse para las
partes del elemento de radiación fractal 2020, y las estructuras de
rejilla fractales cruciformes pueden utilizarse para las demás
partes 2010. Las vías conductoras 2010 se encuentran en posición
central y en las esquinas de la parte superior del elemento de
radiación fractal 2000, como en la figura 17.
El elemento de radiación fractal 2120 de la
figura 21 presenta un modelo a cuadros en el que se encuentran
dispuestas estructuras de rejilla fractales cruciformes. En otras
palabras, las estructuras de rejilla fractales cruciformes se
insertan en espacios vacíos del centro del modelo a cuadros en el
cual no se encuentran dispuestas estructuras de rejilla fractales.
Además, cuatro caras direccionales de las estructuras fractales
cruciformes insertadas se encuentran conectadas con espacios del
modelo a cuadros en los cuales se encuentran dispuestas estructuras
de rejilla fractales. Las vías conductoras 2110 están dispuestas en
el centro y en las esquinas a lo largo de los lados más exteriores
de una parte superior del modelo que forma el elemento de radiación
fractal 2120, a lo largo del anillo más exterior en la periferia del
modelo fractal del elemento de radiación fractal 1900, opuesto
longitudinalmente a la línea de alimentación 2060, como muestra la
figura 17. Las vías conductoras 2110 se encuentran efectivamente
separadas de la línea de alimentación 2160 a la mayor distancia
posible; es decir, las vías conductoras 2110 se encuentran separadas
de la línea de alimentación 2160 por una distancia aproximadamente
igual a la anchura del modelo fractal 2120.
La figura 22 ilustra un elemento de radiación
fractal 2220 que presenta una estructura de rejilla fractal de
Hilbert. Las vías conductoras 2120 se encuentran situadas en el
centro y las esquinas de una parte superior del elemento de
radiación fractal como en la figura 17, a lo largo de las caras
exteriores del elemento de radiación fractal 2120, espaciadas
diametralmente o en posiciones diagonalmente extremas desde la unión
formada entre la línea de alimentación 2060 y el elemento de
radiación fractal 2020.
La figura 23 ilustra un elemento de radiación
fractal 2310 que presenta una forma circular en la cual se
encuentran dispuestas repetidamente estructuras fractales en forma
de V invertida. La figura 24 ilustra un elemento de radiación
fractal en el cual un número predeterminado de estructuras fractales
en forma de V invertida 2410, 2420, 2430, 2440 y 2450 que presentan
diferentes tamaños están dispuestas coaxialmente en círculos
concéntricos conectados eléctricamente con la línea de alimentación
2460. Alternativamente, la estructura fractal en forma de V
invertida puede fraccionarse dimensionalmente un número
predeterminado de veces y a continuación dispuesta para constituir
una forma circular.
El elemento de radiación fractal de la figura 24
comprende cinco elementos de radiación fractales 2410, 2420, 2430,
2440 y 2450 en los cuales formas de V invertidas dimensionalmente
fraccionadas una sola vez se encuentran dispuestas repetidamente en
formas circulares. La línea de alimentación 2460 se encuentra
conectada eléctricamente para accionar cada uno de los elementos de
radiación fraccionarios 2410, 2420, 2430, 2440 y 2450.
Alternativamente al elemento de radiación fractal que forma un bucle
cerrado, pueden construirse otras formas de realización del elemento
de radiación fractal 2400 con una cara eléctricamente abierta en
cada uno de los elementos de radiación fractales.
La figura 25 ilustra un elemento de radiación
fractal 2510 que presenta una forma cuadrada en la cual se
encuentran dispuestas repetidamente estructuras fractales en forma
de V invertida. La figura 26 ilustra cinco elementos de radiación
fractal 2610, 2620, 2630, 2640 y 2650 que presentan formas cuadradas
en las cuales estructuras fractales en forma de V invertida
dimensionalmente fraccionadas una sola vez se encuentran dispuestas
de forma repetida como indica la figura 24. La línea de alimentación
2660 se encuentra conectada eléctricamente para accionar cada uno de
los elementos de radiación fraccionarios 2610, 2620, 2630, 2640 y
2650.
La figura 27 es un gráfico que ilustra la
pérdida de retorno de una antena de banda ancha multirresonante
según la presente invención. En este caso, la pérdida de retorno se
ha medido en una banda de frecuencias entre 100 MHz y 2.700 MHz.
Como muestra la figura 27, la pérdida de retorno mejora mediante una
banda de frecuencias ancha.
Como se ha descrito anteriormente, una antena de
banda ancha multirresonante que presenta una estructura fractal
puede realizarse a través de un array de una modificación de una
antena de estructura fractal contemporánea. Por lo tanto, el tamaño
de una antena de banda ancha multirresonante puede maximizarse por
unidad de superficie. Como resultado, puede incrementarse la
eficacia de radiación de la antena de banda ancha multirresonante y
el tamaño de la antena de banda ancha multirresonante puede ser
reducido respecto a la longitud de onda correspondiente.
Diversas formas de realización de una antena de
banda ancha multirresonante pueden construirse según los principios
de la presente invención con un sustrato dieléctrico que comprende
una superficie superior que lleva un elemento de radiación fractal
que presenta una estructura de rejilla fractal predeterminada
adherida a una superficie superior de un sustrato dieléctrico, una
línea de alimentación dispuesta a lo largo de la superficie superior
del sustrato dieléctrico para alimentar el elemento de radiación
fractal y una base plana adherida a la superficie inferior del
sustrato dieléctrico en posición opuesta a la línea de alimentación.
Un elemento de radiación pasivo fractal colindante orientado para
volver a radiar la ondas electromagnéticas radiadas desde el
elemento de radiación fractal puede disponerse en una posición de la
superficie inferior del sustrato dieléctrico en posición opuesta al
elemento de radiación fractal y separada del mismo por el elemento
dieléctrico.
El elemento fractal, o una pluralidad de
elementos fractales, que forman el modelo del elemento de radiación
fractal, o el modelo del elemento de radiación pasivo fractal,
pueden construirse en forma de bucle cerrado dispuesto
simétricamente alrededor de la línea de alimentación, en una
disposición coaxial. En otras formas de realización, el modelo del
elemento de radiación fractal, o el modelo del elemento radiador
pasivo fractal, pueden construirse en forma de bucle eléctrico
abierto, como por ejemplo con un terminal proximal del elemento de
radiación conectado eléctricamente a la línea de alimentación y el
terminal distal del elemento de radiación físicamente y
eléctricamente abierto.
La antena de banda ancha multirresonante también
puede construirse con por lo menos un elemento de radiación pasivo
fractal orientado para volver a radiar ondas electromagnéticas
radiadas desde el elemento de radiación fractal, superpuesto sobre
el elemento de radiación pasivo fractal colindante sobre la
superficie inferior del sustrato dieléctrico, geométricamente alinea
con el elemento de radiación fractal.
Por lo menos un elemento de radiación pasivo
fractal orientado para volver a radiar las ondas electromagnéticas
radiadas desde el elemento de radiación fractal puede superponerse
sobre el elemento de radiación fractal y alineado con el mismo,
sobre la superficie superior del sustrato dieléctrico.
En formas de realización específicas, puede
construirse una antena de banda ancha multirresonante con por lo
menos un elemento de radiación pasivo fractal utilizado para volver
a radiar ondas electromagnéticas radiadas desde el elemento de
radiación fractal, con el elemento de radiación pasivo fractal
adicional superpuesto sobre el elemento de radiación fractal en
alineación geométrica con el elemento de radiación fractal.
Pueden formarse una o más vías eléctricamente
conductoras entre uno de los elementos de radiación fractales y el
elemento de radiación pasivo fractal colindante, o entre pares de
elementos de radiación pasivos fractales adicionales. Las vías
conductoras se encuentran dispuestas para conectar eléctricamente
las periferias exteriores de los modelos fractales colindantes y las
vías se encuentran separadas longitudinalmente por una distancia
aproximada a la anchura de los modelos fractales para quedar
separadas para estar lo más lejos posible de la línea de
alimentación. Es decir, puede constituirse un cortocircuito de modo
que comprenda un elemento de radiación fractal, un elemento de
radiación pasivo fractal y una vía conductora formada entre el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal. Como resultado, puede realizarse una microantena de banda
ancha de alta eficacia.
Aunque la presente invención se ha mostrado y
descrito de forma particular haciendo referencia a ejemplos de
formas de realización de la misma, los expertos entenderán que
pueden realizarse diversos cambios en la forma y en los detalles de
las mismas sin apartarse del espíritu y el alcance de la presente
invención tal como se define en las reivindicaciones siguientes.
Claims (15)
1. Antena de banda ancha multirresonante,
caracterizada porque comprende:
un sustrato dieléctrico;
un elemento de radiación fractal que se
encuentra adherido sobre una superficie superior del sustrato
dieléctrico y que presenta una estructura de rejilla fractal
predeterminada;
una línea de alimentación adherida sobre la
superficie superior del sustrato dieléctrico para alimentar el
elemento de radiación fractal; y
una base plana situada sobre una superficie
inferior del sustrato dieléctrico en posición opuesta al la línea de
alimentación.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 1, caracterizada porque comprende un
elemento de radiación fractal dispuesto para volver a radiar ondas
electromagnéticas radiadas desde el elemento de radiación fractal y
adherido sobre una posición de la superficie inferior del sustrato
dieléctrico opuesta al elemento de radiación fractal.
3. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 2, caracterizada porque comprende el
sustrato dieléctrico y por lo menos uno o más elementos de radiación
pasivos fractales apilados sobre uno de los elementos de radiación
fractales o debajo del elemento de radiación pasivo fractal.
4. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 2, caracterizada porque comprende por lo
menos una o más vías eléctricamente conductoras formadas entre el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal.
5. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 3, caracterizada porque comprende por lo
menos una o más vías eléctricamente conductoras formadas entre los
elementos de radiación pasivos fractales.
6. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 1, caracterizada porque unos conductores
eléctricos que presentan una estructura fractal formada por lo menos
por una forma cruciforme, una forma de espina de pescado, una forma
de rayo, una forma de Hilbert y una forma de V invertida dispuestas
repetidamente para formar una disposición que constituye el elemento
de radiación fractal.
7. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 6, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal, el cual presenta una estructura de
rejilla fractal que comprende una disposición que presenta por lo
menos una o más estructuras básicas de una de entre una forma
octogonal, una forma circular y una forma cuadrada.
8. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 7, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal que presenta una estructura de rejilla
fractal que presenta una parte abierta.
9. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 7, caracterizada porque comprende unas
estructuras de rejilla fractales en forma de "L" añadidas en
las cuatro esquinas de la forma octagonal del elemento de radiación
fractal, y las partes finales de la estructura de rejilla fractal en
forma de "L" están abiertas o cerradas.
10. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 4, caracterizada porque comprende dicha por
lo menos una o más vías conductoras dispuestas para estar separadas
lo más lejos posible de la línea de alimentación.
11. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 5, caracterizada porque comprende dicha por
lo menos una o más vías conductoras dispuestas para estar separadas
lo más lejos posible de la línea de alimentación.
12. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 2, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal que presentan las mismas estructuras fractales.
13. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 2, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal que presentan estructuras fractales diferentes.
14. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 3, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal que presentan las mismas estructuras fractales.
15. Antena de banda ancha multirresonante según
la reivindicación 3, caracterizada porque comprende el
elemento de radiación fractal y el elemento de radiación pasivo
fractal que presentan estructuras fractales diferentes.
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