Antena F Invertida

Una antena F invertida es un tipo de antena utilizada en comunicaciones inalámbricas. Consiste en una antena monopolo que corre paralela a un plano de tierra y conectada a tierra en un extremo. La antena se alimenta a un punto intermedio lejos del extremo conectado a tierra. Este diseño tiene dos ventajas sobre una antena simple, monopolo: la antena es más corta y más compacta, y la adaptación de impedancia puede ser controlada por el diseñador sin la necesidad de componentes externos para la adaptación. La antena F invertida fue concebida por primera vez en la década de 1950 como una antena de alambre doblado. Sin embargo, su uso más extendido es como una antena F invertida planar, a menudo conocida como PIFA, de la antena F invertida Planar inglesa, en dispositivos móviles inalámbricos por sus propiedades compactas. PIFA se puede imprimir utilizando el formato microstrip, una tecnología ampliamente utilizada que permite que los componentes RF impresos se fabriquen como parte de la misma placa de circuito impreso utilizada para montar otros componentes. PIFA es una variante de la antena de parche. Hay muchas variantes de esta y otras formas de antena F invertida que implementan antenas de banda ancha o multibanda. Las técnicas incluyen resonadores emparejados y la adición de ranuras.

La antena F invertida es una evolución de la antena monopolo simple de cuarto de onda. La antena de alambre Tipo F fue inventada en los años 40. en esta antena la fuente de alimentación está conectada a un punto intermedio a lo largo de la longitud de la antena en lugar de la base. La base está conectada a la masa. La ventaja de hacer esto es que la impedancia de entrada de la antena depende de la distancia del punto de alimentación desde el extremo conectado a tierra. La porción de la antena entre el punto de alimentación y el plano de tierra esencialmente se comporta como un trozo de cortocircuito. Por lo tanto, el diseñador puede adaptar la antena a la impedancia del sistema ajustando la posición del punto de suministro (típicamente, los sistemas de RF tienen una impedancia del sistema de 50 Ω mientras que un monopolo λ/4 tiene una impedancia de 36. 5 Ω). La antena L invertida es una antena monopolo doblada hacia adelante para correr paralela al plano de tierra. Tiene la ventaja de compacidad y una longitud más corta que el monopolo λ / 4, pero la desventaja de una impedancia muy baja, típicamente solo unos pocos ohmios. La antena F invertida combina las ventajas de ambas antenas: tiene la compacidad de la antena L invertida y la adaptabilidad de impedancia de la antena de alambre tipo F. La antena F invertida fue propuesta por primera vez en 1958 por el grupo de la Universidad de Harvard dirigido por Ronold W. P. King. La antena de King estaba en forma de fila y estaba destinada para su uso en misiles de telemetría.

Una antena F invertida plana (PIFA) se utiliza para circuitos inalámbricos implementados en microstrip. El formato miscrostriscia es el formato de primera elección para la electrónica RF moderna. Puede ser usta para implementar la demanda de componentes de RF a elementos distribuidos como filtros, mientras que al mismo tiempo es económico porque se utilizan los mismos métodos de producción en masa que son válidos para Placas de circuito impreso. Una antena F invertida moldeada se puede implementar en la forma f invertida clásica, generalmente en un lado del circuito donde el plano de tierra se ha eliminado de debajo de la antena. Sin embargo, otro enfoque es la antena de parche modificada, la antena de parche cortocircuitado. En este enfoque, un extremo del parche, o algún punto intermedio, está conectado a la masa con los pies o caminos de masa al plano de masa. Esta antena funciona en el mismo principio que la antena F invertida; visto desde el lado se puede ver la forma de F, ya que el elemento de la antena es muy ancho en el plano horizontal. La antena de parche cortocircuitado tiene un ancho de banda más alto que el tipo de línea delgada debido a la mayor área de radiación. Al igual que el tipo de línea delgada, la antena de parche cortocircuitado se puede imprimir en el mismo circuito impreso en relación con el resto de los circuitos. Sin embargo, normalmente estas antenas se imprimen en su propio soporte, o en un dieléctrico unido al soporte principal. Esto se logra haciendo que la antena, que puede suspenderse y en realidad estar en el aire actuando como un dieléctrico, esté a una mayor distancia del plano de tierra de lo que sería de otra manera, o que el dieléctrico utilizado sea un material más adecuado para el rendimiento de RF. El término PIFA por muchos autores (por ejemplo Sánchez-Hernández) se reserva para la antena de parche de cortocircuito donde el elemento de la antena es tan ancho como el plano de masa de abajo. El tipo de antenas F invertidas de línea delgada con el plano de tierra en un lado, como A y B en el diagrama, simplemente se llama IFA a pesar de que está en formato plano. Algunos autores también pueden referirse a un IFA de este tipo como una antena F invertida impresa, pero reservan el término PIFA para el tipo correspondiente a la antena de parche en cortocircuito (por ejemplo, Hall y Wang). Una configuración común para una antena de parche de cortocircuito es colocar el pin de cortocircuito lo más cerca posible de un ángulo con el pin de alimentación relativamente cerca del pin de cortocircuito. En esta configuración, la frecuencia de resonancia se da aproximadamente por, esta fórmula es válida solo si la antena no se ve afectada por dieléctricos cercanos, como la carcasa del dispositivo. Otra variante que se puede encontrar es la antena invertida snake F, a menudo conocida como mifa, de la antena invertida F serpenteada inglesa. Cuando el espacio en el soporte es insuficiente para extender una antena a la longitud completa requerida, la antena se puede organizar como una serpiente para reducir su altura mientras mantiene su longitud eléctrica diseñada. Esto se puede comparar con la espiral de una antena como se encuentra en la antena Ducky de goma. Las antenas F invertidas tienen anchos de Banda Pequeños. Se puede lograr un mayor ancho de banda estirando la antena, lo que aumenta su resistencia a la radiación. Otra solución es colocar dos antenas cerca. Esto funciona porque los resonadores emparejados tienen un ancho de banda mayor que el ancho de banda de cada uno de los dos resonadores. La mayoría de las técnicas para producir antenas multibanda también son efectivas para aumentar el ancho de banda.

La necesidad de antenas multibanda surge cuando los dispositivos móviles tienen que moverse entre países y redes donde las bandas de frecuencia utilizadas a menudo pueden ser diferentes. Tal vez el diseño más simple conceptualmente, reportado por primera vez en 1997, es anidar dos antenas PIFA patch una dentro de la otra. Otra técnica es insertar una o más espurlines en el parche, lo que tiene el efecto de resonadores emparejados que ensanchan la banda. Otras técnicas se basan en la generación de múltiples modos de propagación, lo que hace que el diseño sea más compacto. Ejemplos de esto son el patrón de ranura en C, que es una configuración similar al filtro InterDigital, y el patrón estrechamente serpenteado como se muestra, respectivamente, en el diagrama de las figuras C y D.

Las antenas F invertidas son ampliamente utilizadas en dispositivos inalámbricos portátiles compactos donde el espacio es valioso. Esto incluye teléfonos móviles y tabletas que utilizan transmisiones inalámbricas como GSM, Bluetooth y Wi-Fi. La antena F invertida plana es la antena interior más utilizada en los diseños de teléfonos móviles. Estas antenas también son útiles para la telemática de vehículos. A los fabricantes de vehículos les gusta usar antenas que siguen los contornos del vehículo por razones de estilo y aerodinámica. Multibanda PIFA se puede utilizar para combinar fuentes de alimentación de antena para teléfonos móviles, navegación por satélite y radio de coche. Estas antenas también se han utilizado en aplicaciones de telemetría, en campos de pruebas militares, incluidas las que soportan los estándares del grupo de instrumentación entre rangos. Se planeó un PIFA de doble banda en forma de R para su uso en vehículos militares. Las bandas a cubrir son las de 225MHz y 450MHz. Estas frecuencias se relacionan entre sí de acuerdo con la misma relación 1:2 de las bandas para teléfonos móviles GSM de 900MHz y 1.8 GHz por lo que el diseño también podría usarse para esta aplicación siempre y cuando adapte su tamaño a escala.

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