IT201700006949A1 - Antenna mono-conica elicoidale a polarizzazione mista - Google Patents
Antenna mono-conica elicoidale a polarizzazione mistaInfo
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Description
“ANTENNA MONO-CONICA ELICOIDALE A POLARIZZAZIONE MISTA”
La presente invenzione è relativa ad un’antenna monoconica elicoidale a polarizzazione mista.
In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva, applicazione nelle apparecchiature ricetrasmittenti mobili per radiocomunicazioni terrestri, marittime e satellitari, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.
Le apparecchiature per radiocomunicazioni terrestri e marittime comprendono antenne aventi normalmente una polarizzazione verticale per comportarsi allo stesso modo delle antenne a stilo delle apparecchiature ricetrasmittenti mobili più utilizzate da operatori dislocati su un territorio o in mare, ed un diagramma di radiazione omnidirezionale sul piano orizzontale per consentire un facile collegamento tra diversi operatori indipendentemente dalla loro posizione reciproca.
Le apparecchiature per radiocomunicazioni satellitari comprendono antenne aventi normalmente un diagramma di radiazione omnidirezionale sul piano orizzontale ed una polarizzazione circolare analoga, cioè con lo stesso verso di rotazione, di quella dall’antenna a bordo del satellite.
Le antenne semplici di tipo note non riescono ad operare con un’elevata ed uniforme efficienza sia in una banda di frequenze per le radiocomunicazioni terrestri o marittime compresa tra 200 e 500 MHz, che in una banda di frequenze per le radiocomunicazioni satellitari compresa tra 240 e 320 MHz, oppure sono limitate dal fatto di avere una polarizzazione esclusivamente verticale o esclusivamente circolare.
Per operare in entrambe le suddette bande di frequenze, le apparecchiature per radiocomunicazioni miste comprendono antenne complesse, ottenute mediante unione meccanica di antenne semplici di diverso tipo, cioè operanti su bande di frequenza diverse ed aventi polarizzazioni diverse. Gli svantaggi di tale soluzione sono una certa fragilità meccanica, un elevato ingombro spaziale e la necessità di una pluralità di connettori di ingresso di segnale, ciascuno collegato elettricamente ad una rispettiva antenna, e/o di un sistema di canalizzazione del segnale che consenta l’utilizzo dell’apparecchiatura contemporaneamente su tutte la bande di frequenze.
Scopo della presente invenzione è di realizzare un’antenna per radiocomunicazioni terrestri, marittime e satellitari, la quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.
In accordo con la presente invenzione viene fornita un’antenna mono-conica elicoidale a polarizzazione mista secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra una vista laterale dell’antenna realizzata secondo i dettami della presente invenzione;
- la figura 2 illustra una vista in pianta dell’antenna della figure 1; e
- la figura 3 illustra una vista laterale esplosa dell’antenna della figura 1.
Nelle figure 1-3, con 1 è indicata nel suo complesso l’antenna della presente invenzione. L’antenna 1 comprende: una struttura portante 2 presentante un asse longitudinale 2a; una pluralità di conduttori di massa 3 connessi attorno ad una porzione di base 4 della struttura portante 2 in modo da essere disposti a raggiera rispetto all’asse 2a per definire un piano di massa dell’antenna 1; almeno tre conduttori di segnale 7, i quali hanno rispettive prime estremità 8 connesse ad una porzione di testa 5 della struttura portante 2 e rispettive seconde estremità 10 connesse ad un’ulteriore porzione 6 della struttura portante 2 localizzata tra le porzioni 4 e 5 lungo l’asse 2a, sono avvolti in maniera elicoidale rispetto all’asse 2a e sono sagomati in modo tale da definire un volume sostanzialmente tronco-conico 12 coassiale all’asse 2a e orientato con la base minore verso la porzione di base 4; ed un connettore coassiale di alimentazione 13 avente il polo caldo 14 (figura 3) collegato elettricamente alle estremità 10 dei conduttori di segnale 7 e la massa 15 (figura 3) collegata elettricamente ai conduttori di massa 3.
In particolare, le estremità 8 dei conduttori di segnale 7 sono disposte lungo una superficie laterale 9 della porzione di testa 5, avente preferibilmente una forma cilindrica coassiale all’asse 2a, e le altre estremità 10 sono disposte lungo una superficie laterale 11 della porzione 6, avente preferibilmente una forma tronco-conica coassiale all’asse 2a.
Nelle figure 1 e 3 è visibile anche un cavo coassiale di alimentazione 16 collegabile al connettore coassiale 13.
Nell’esempio di attuazione preferito illustrato dalle figure, i conduttori di segnale 7 sono in numero di dieci: tale numero è il risultato di un compromesso tra complessità meccanica e prestazioni di antenna, in termini di costanza di efficienza e adattamento di impedenza d’ingresso lungo tutta la banda di frequenze di utilizzo.
L’antenna 1 va usata preferibilmente, ma non necessariamente, con l’asse 2a in posizione verticale e con la porzione di base 4 in basso e la porzione di testa 5 in alto.
Ciascuno dei conduttori di segnale 7 è costituito da un rispettivo trefolo metallico, ed in particolare una fune d’acciaio, ricoperto da un materiale elettricamente isolante. Quindi i conduttori di segnale 7 sono fatti di un materiale sagomabile ma comunque flessibile. Vantaggiosamente, anche ciascuno dei conduttori di massa 3 è costituito da un rispettivo trefolo metallico, ed in particolare una fune d’acciaio, ricoperto da un materiale elettricamente isolante.
Le estremità 8 dei conduttori di segnale 7 sono connesse alla porzione di testa 5 in modo tale da essere angolarmente equidistanti tra loro rispetto all’asse 2a ed intercettate da un primo piano 17 ortogonale all’asse 2a. Analogamente, le estremità 10 dei conduttori di segnale 7 sono connesse alla porzione 6 in modo tale da essere angolarmente equidistanti tra loro rispetto all’asse 2a ed intercettate da un secondo piano 18 ortogonale all’esse 2a.
I conduttori di massa 3 comprendono rispettive estremità 19 disposte lungo una superficie laterale 20 della porzione di base 4 in modo tale da essere angolarmente equidistanti tra loro rispetto all’asse 2a. Gli assi dei conduttori di massa 3 giacciono su un piano 21 ortogonale all’asse 2a che è appunto il suddetto piano di massa. Preferibilmente, la superficie laterale 20 ha una forma cilindrica coassiale all’asse 2a.
La struttura portante 2 presenta una porzione oblunga 22 disposta tra le porzioni 5 e 6ed avente una lunghezza tale per cui il valore della distanza tra i piani 17 e 21, indicata con D nella figura 1, sia legata ad una frequenza minima di funzionamento dell’antenna 1 alla quale si vuole ottenere una determinata efficienza dell’antenna 1.
Nell’esempio di attuazione illustrato dalle figure 1-3 il connettore coassiale 13 è posizionato sulla superficie laterale 20 della porzione di base 4. Secondo forme di attuazione non illustrate dell’invenzione, il connettore coassiale 13 è posizionato nella parte inferiore della porzione di base 4.
Ciascuno dei conduttori di segnale 7 è avvolto ad elica per un angolo θ di valore compreso tra 80° e 190°. Nell’esempio illustrato nelle figure, l’angolo θ è pari a 180°. Vantaggiosamente, l’angolo θ ha un valore compreso tra 100° e 120°. Preferibilmente, l’angolo θ è pari a 108°. L’angolo θ determina la percentuale di polarizzazione circolare rispetto alla polarizzazione verticale dell’antenna, ossia la percentuale di potenza irradiata con polarizzazione circolare rispetto a quella irradiata con polarizzazione verticale.
L’intervallo di valori preferito per l’angolo θ conferisce all’antenna 1 una sostanziale equivalenza tra polarizzazione circolare e verticale. Dunque, l’antenna 1 è caratterizzata da una polarizzazione mista verticale e circolare. Inoltre, l’intervallo di valori preferito per l’angolo θ conferisce un guadagno di antenna elevato e nel contempo un valore di ROS ed un ingombro trasversale accettabili.
Il verso di avvolgimento ad elica dei conduttori di segnale 7 definisce il verso della polarizzazione circolare. Nell’esempio illustrato dalle figure 1-3 i conduttori di segnale 7 sono avvolti in modo tale da fornire all’antenna 1 una polarizzazione destrorsa.
Preferibilmente, ma non necessariamente, le estremità 8 sono connesse in modo sostanzialmente perpendicolare alla superficie laterale 9 della porzione 5 e le estremità 10 sono connesse in modo sostanzialmente perpendicolare alla superficie laterale 11. La forma tronco-conica della superficie laterale 11 e la forma cilindrica della superficie laterale 9 agevolando il mantenimento della sagomatura dei conduttori di segnale 7 tale da definire il volume conico 12.
In particolare, la linea generatrice 23 del volume conico 12 forma, col piano di massa 21, un angolo β di valore compreso tra 35° e 55°. Vantaggiosamente, l’angolo β ha un valore compreso tra 40° e 50°. Preferibilmente, l’angolo β è pari a 45°.
Con particolare riferimento alla figura 3, le porzioni 4, 5, 6 e 22 della struttura portante 2 sono realizzate in rispettivi pezzi montati solidalmente tra loro. La struttura portante 2 è fatta di materiale elettricamente isolante. La porzione 6 è internamente cava per alloggiare un corpo di collegamento elettrico 24 per collegare elettricamente i conduttori di segnale 7 al polo caldo 14 del connettore coassiale 13.
Più in dettaglio, la porzione 6 comprende una pluralità di fori passanti 25, i quali sono ricavati lungo la superficie laterale 11 in rispettive posizioni equidistanti angolarmente tra loro rispetto all’asse 2a. Il corpo di collegamento elettrico 24 è fatto preferibilmente di metallo e comprende una porzione superiore 26 di forma tronco-conica, la quale è disposta all’interno della porzione 6 al disotto della superficie laterale 11 coassialmente all’asse 2a e presenta una pluralità di fori 27 uno ad uno coassiali ai fori 25, ed una porzione inferiore 28 di forma sostanzialmente conica, la quale è coassiale alla porzione 26 e disposta almeno parzialmente all’interno della porzione 6 ed ha il vertice 29 rivolto verso la porzione di base 4 e collegato elettricamente al polo caldo 14 del connettore coassiale di alimentazione 13. L’estremità 10 di ciascun conduttore di segnale 7 è provvista di un rispettivo connettore 30, il quale attraversa un rispettivo foro 25 ed è connesso ad un rispettivo foro 27.
Preferibilmente, ciascun foro 27 è internamente filettato e ciascun connettore 30 presenta una rispettiva porzione terminale 30a esternamente filettata per avvitarsi nel rispettivo foro 27.
Il vertice 29 è collegato elettricamente al polo caldo 14 tramite un cavo di collegamento 31 di opportuna sagoma e lunghezza per permettere l’adattamento di impedenza d’ingresso dell’antenna 1.
La forma conica della porzione inferiore 28 del corpo di collegamento elettrico 24 completa il volume tronco-conico 12 in corrispondenza della relativa base minore in modo da formare una volume sostanzialmente conico. In altre parole, la porzione inferiore 28 assieme ai conduttori di segnale 7 definiscono un gruppo radiante di forma sostanzialmente monoconica.
Secondo una forma di attuazione non illustrata dell’invenzione, l’antenna 1 comprende un circuito di adattamento di impedenza d’ingresso per collegare il vertice 29 col polo caldo 14.
Sempre con riferimento alla figura 3, la porzione di base 4 è internamente cava per alloggiare un ulteriore corpo di collegamento elettrico 32 per collegare elettricamente i conduttori di massa 3 alla massa 15 del connettore coassiale 13.
I conduttori di massa 3 sono collegati elettricamente al corpo di collegamento elettrico 32 in modo radiale. Più in dettaglio, la porzione di base 4 presenta una pluralità di fori 33 passanti, i quali sono ricavati lungo la superficie laterale 20 in rispettive posizioni equidistanti angolarmente tra loro rispetto all’asse 2a e aventi rispettivi assi preferibilmente giacenti sul piano di massa 21. Il corpo di collegamento elettrico 32 è fatto preferibilmente di metallo, è a forma di anello coassiale all’asse 2a e presenta, lungo una propria superficie laterale 34, una pluralità di fori 35 radiali, uno ad uno coassiali ai fori 33. L’estremità 19 di ciascun conduttore di massa 3 è provvista di un rispettivo connettore 36, il quale attraversa un rispettivo foro 33 ed è connesso ad un rispettivo foro 35.
Preferibilmente, ciascun foro 35 è internamente filettato e ciascun connettore 36 presenta una rispettiva porzione terminale 36a esternamente filettata per avvitarsi nel rispettivo foro 35.
La porzione di base 4 e la porzione 6 sono dimensionate in modo da mantenere i due corpi di collegamento elettrico 24 e 32 ad una reciproca distanza tale da determinare una certa capacità elettrica utile per migliorare l’adattamento di impedenza di ingresso dell’antenna 1, eventualmente in combinazione con l’induttanza elettrica rappresentata dal cavo di collegamento 31. In particolare, il vertice 29 della pozione 28 di forma conica si trova sostanzialmente sul piano di massa 21 e quindi all’interno dell’anello del corpo di collegamento elettrico 32.
La porzione di testa 5 presenta una pluralità di fori 37, i quali sono ricavati lungo la superficie laterale 9 in rispettive posizioni equidistanti angolarmente tra loro rispetto all’asse 2a e preferibilmente aventi rispettivi assi giacenti sul piano 17. L’estremità 10 di ciascun conduttore di segnale 7 è provvista di un rispettivo connettore 38, il quale è connesso in maniera rilasciabile ad un rispettivo foro 37.
Preferibilmente, ciascun foro 37 è internamente filettato e ciascun connettore 38 presenta una rispettiva porzione terminale 38a esternamente filettata per avvitarsi nel rispettivo foro 37.
La connessione rilasciabile tra i connettori 38 ed i fori 37 permette di scollegare i conduttori di segnale 7 dalla porzione di testa 5 e di ricollegarli con un verso di avvolgimento ad elica opposto per cambiare il verso della polarizzazione circolare.
Benché l’invenzione sopra descritta faccia particolare riferimento ad un esempio di attuazione ben preciso, essa non è da ritenersi limitata a tale esempio di attuazione, rientrando nel suo ambito tutte quelle varianti, modifiche o semplificazioni che risulterebbero evidenti al tecnico esperto del settore, quali ad esempio:
- un numero di conduttori di segnale 7 compreso tra tre e nove, che diminuisce la complessità meccanica a scapito di prestazioni leggermente inferiori in termini di costanza di efficienza e adattamento di impedenza d’ingresso lungo tutta la banda di frequenze di utilizzo, oppure maggiore di dieci, che aumenta progressivamente le prestazioni a scapito di una maggiore complessità meccanica;
- le porzioni 4 e 5 a forma di prisma retto coassiali con l’asse 2a e corrispondentemente la porzione 6 e la porzione superiore 26 del corpo di collegamento elettrico 32 di forma tronco-piramidale coassiale con l’asse 2a; e
- il connettore coassiale 13 è posizionato in un punto diverso della struttura portante 2 scelto in funzione dell’accessibilità richiesta dalla specifica installazione dell’antenna 1.
L’antenna 1 sopra descritta nelle varie forme di attuazione fornisce i seguenti vantaggi:
- un’elevata larghezza di banda di frequenze, circa compresa tra 200 e 500 MHz, grazie in particolare alla forma mono-conica definita dell’avvolgimento dei conduttori di segnale 7;
- un corretto adattamento di impedenza d’ingresso al valore di 50 Ω sulla suddetta banda di frequenze, grazie in particolare all’intervallo di valori selezionato per l’angolo β della forma mono-conica rispetto al piano di massa assieme ad un numero sufficientemente elevato, pari ad almeno tre, dei conduttori di segnale 7;
- una polarizzazione mista (verticale e circolare) equilibrata idonea alle radiocomunicazioni terrestri, marittime e satellitari, grazie in particolare all’intervallo di valori selezionato per l’angolo θ di avvolgimento ad elica dei conduttori di segnale 7; e
- un diagramma di radiazione omnidirezionale rispetto ad un piano ortogonale all’asse 2a, ossia rispetto al piano orizzontale, e con un guadagno elevato per un intervallo ampio di elevazione rispetto al piano orizzontale, particolarmente adatto per radiocomunicazioni satellitari, grazie in particolare alla forma mono-conica definita dell’avvolgimento dei conduttori di segnale 7.
In poche parole, l’antenna 1 ha una struttura meccanica relativamente semplice e robusta con un unico connettore coassiale di alimentazione, fornisce un’elevata efficienza per una banda di frequenze elevata ed è idonea per radiocomunicazioni sia terrestri che satellitari.
Claims (14)
- RIVENDICAZIONI 1. Antenna mono-conica elicoidale a polarizzazione mista, comprendente: una struttura portante (2) presentante un asse longitudinale (2a); una pluralità di conduttori di massa (3) connessi attorno ad una prima porzione (4) della struttura portante (2) in modo da essere disposti a raggiera rispetto all’asse (2a) per definire un piano di massa (21) dell’antenna (1) ortogonale all’asse (2a); almeno tre conduttori di segnale (7), i quali hanno rispettive prime estremità (8) connesse ad una seconda porzione (5) della struttura portante (2) e rispettive seconde estremità (10) connesse ad una terza porzione (6) della struttura portante (2) localizzata tra la prima porzione (4) e la seconda porzione (5) lungo l’asse (2a), sono avvolti in maniera elicoidale rispetto all’asse (2a) e sono sagomati in modo tale da definire un volume sostanzialmente tronco-conico (12) coassiale all’asse (2a) e orientato con la base minore verso la prima porzione (4); ed un connettore coassiale di alimentazione (13) avente il polo caldo (14) collegato elettricamente a dette seconde estremità (10).
- 2. Antenna secondo la rivendicazione 1, in cui detti conduttori di segnale (7) sono in numero almeno pari a dieci.
- 3. Antenna secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette prime estremità (8) sono angolarmente equidistanti tra loro rispetto a detto asse (2a) e dette seconde estremità (10) sono angolarmente equidistanti tra loro rispetto a detto asse (2a).
- 4. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui ciascuno di detti conduttori di segnale (7) è avvolto ad elica per un angolo (θ) di valore compreso tra 80° e 190°, preferibilmente compreso tra 100° e 120°, ed in particolare pari a 108°.
- 5. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui una linea generatrice (23) di detto volume sostanzialmente conico (12) forma con detto piano di massa (21) un angolo (α) di valore compreso tra 35° e 55°, preferibilmente compreso tra 40° e 50°, ed in particolare pari a 45°.
- 6. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui ciascuno di detti conduttori di massa e di segnale (3, 7) è costituito da un rispettivo trefolo metallico ricoperto da un materiale elettricamente isolante.
- 7. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui dette prime estremità (8) sono connesse a detta prima porzione (5) in modo da intercettare un piano (17) ortogonale a detto asse (2a) che si trova ad una distanza (D) da detto piano di massa (21), misurata lungo tale asse (2a), che dipende da una frequenza minima di funzionamento dell’antenna alla quale si vuole ottenere una determinata efficienza dell’antenna (1).
- 8. antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, e comprendente un primo corpo di collegamento elettrico (24) comprendente una quarta porzione (26) connessa a dette seconde estremità (10) ed una quinta porzione (28) di forma conica, la quale è coassiale a detto asse (2a) ed ha il vertice (29) collegato elettricamente a detto polo caldo (14) e rivolto verso detta prima porzione (4) in modo tale da formare assieme a detti conduttori di segnale (7) un gruppo radiante di forma sostanzialmente conica.
- 9. Antenna secondo la rivendicazione 8, in cui detta terza porzione (6) è internamente cava e presenta, lungo una propria superficie laterale (11), una pluralità di primi fori (25) passanti; detta quarta porzione (26) essendo disposta all’interno di detta terza porzione (6) e presentando una pluralità di secondi fori (27) rispettivamente coassiali ai primi fori (25) detta quinta porzione (28) essendo disposta almeno parzialmente all’interno di detta terza porzione (6); la seconda estremità (10) di ciascun conduttore di segnale (7) essendo provvista di un rispettivo primo connettore (30), il quale attraversa un rispettivo di detti primi fori (25) ed è connesso ad un rispettivo di detti secondi fori (27).
- 10. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, e comprendente un secondo corpo di collegamento elettrico (32), il quale comprende un anello coassiale a detto asse (2a) e collegato elettricamente alla massa (15) di detto connettore coassiale di alimentazione (13) e a detti conduttori di massa (13).
- 11. Antenna secondo la rivendicazione 10, in cui detta prima porzione (4) è internamente cava e presenta, lungo una propria superficie laterale (20), una pluralità di terzi fori (33) passanti; detto secondo corpo di collegamento elettrico (32) presentando, lungo una propria superficie laterale (34), una pluralità di quarti fori (35) rispettivamente coassiali ai terzi fori (33); ciascun conduttore di massa (3) presentando una rispettiva estremità (19) provvista di un rispettivo secondo connettore (36), il quale attraversa un rispettivo di detti terzi fori (33) ed è connesso ad un rispettivo di detti quarti fori (35).
- 12. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui detta seconda porzione (5) presenta, lungo una propria superficie laterale (9), una pluralità di quinti fori (37); ciascuna di dette prima estremità (8) essendo provvista di un rispettivo terzo connettore (38), il quale è connesso in maniera rilasciabile ad un relativo di detti quinti fori (37) per permettere di scollegare il relativo conduttore di segnale (7) dalla prima porzione (5) e di ricollegarlo con un verso di avvolgimento ad elica opposto allo scopo di cambiare il verso di polarizzazione circolare dell’antenna (1).
- 13. Antenna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui dette prime estremità (8) sono disposte lungo una superficie laterale (9) di detta seconda porzione (5), avente una forma cilindrica o di prisma retto coassiale a detto asse (2a), e dette seconde estremità (10) sono disposte lungo una superficie laterale (11) di detta terza porzione (6), avente una forma tronco-conica o troncopiramidale coassiale all’asse (2a).
- 14. Antenna secondo le rivendicazioni 8 e 13, in cui detta quarta porzione (26) ha una forma tronco-conica o tronco-piramidale coassiale a detto asse (2a).
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