IT201900017960A1 - Lampada LED per illuminazione con controllo radio - Google Patents

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Sandro Toffoletto
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Cynergi S R L
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Description

DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“Lampada LED per illuminazione con controllo radio”
Campo tecnico dell’invenzione
La presente invenzione riguarda in generale il settore delle lampade per illuminazione industriale, commerciale e pubblica, ad esempio stradale.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda una lampada LED dotata di controllo radio che integra su una stessa scheda i LED, il sistema di alimentazione, il ricetrasmettitore radio e l’antenna.
Tecnica nota
Sono note lampade intelligenti per illuminazione con tecnologia LED dotate di sistemi di telecontrollo.
Le lampade intelligenti note comprendono un involucro all’interno del quale sono posizionati i LED ed il circuito di alimentazione dei LED, in modo da essere protetti dagli agenti atmosferici.
Le lampade intelligenti comprendono inoltre un ricetrasmettitore radio che permette alla lampada di collegarsi via radio con le altre lampade circostanti e con un centro di controllo locale o remoto: in questo modo è possibile variare opportunamente l’intensità luminosa dei LED della lampada in modo da ottimizzare i consumi energetici e le esigenze di illuminazione di una determinata area.
Il ricetrasmettitore radio può essere montato all’interno o all’esterno dell’involucro della lampada.
L’antenna è montata all’esterno del corpo della lampada in modo da garantire una sufficiente qualità del segnale radio trasmesso e ricevuto, ma questo presenta il problema che l’antenna è esposta agli agenti atmosferici e quindi c’è il rischio che venga danneggiata, riducendo quindi il ciclo di vita dell’intera lampada.
Inoltre la posizione dell’antenna esterna al corpo della lampada peggiora l’aspetto estetico della lampada.
Breve sommario dell’invenzione
La presente invenzione riguarda una lampada LED per illuminazione interna od esterna, come definita nella annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 9.
La Richiedente ha percepito che la lampada LED per illuminazione in accordo con la presente invenzione ha i seguenti vantaggi:
- aumenta l’affidabilità della lampada (ovvero aumenta il suo ciclo di vita);
- riduce il numero dei componenti della lampada e facilita il montaggio degli stessi durante la sua produzione, riducendo così gli errori di montaggio;
- evita aperture, innesti, guarnizioni o quant’altro necessario per il fissaggio dell’antenna o l’innesto di moduli aggiuntivi esterni (tipo NEMA, ZHAGA etc.);
- consente di trasmettere/ricevere segnali radio da qualunque direzione angolare dello spazio sul piano orizzontale;
- è meno costosa;
- ha un aspetto esteriore più gradevole.
Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di illuminazione come definito nella annessa rivendicazione 10.
Breve descrizione dei disegni
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la Figura 1 mostra una vista in prospettiva di una lampada per illuminazione stradale secondo l’invenzione;
- la Figura 2 mostra uno schema a blocchi della lampada secondo l’invenzione;
- la Figura 3 mostra una scheda a circuito stampato sulla quale sono montati i componenti elettronici della lampada secondo l’invenzione; - le Figure 4A-4C mostrano tre viste in prospettiva frontali di un’antenna integrata all’interno della lampada secondo l’invenzione;
- la Figura 4D mostra una vista in prospettiva laterale dell’antenna integrata dell’invenzione;
- la Figura 4E mostra una vista in prospettiva posteriore dell’antenna integrata dell’invenzione;
- la Figura 4F mostra una vista piana dall’alto dell’antenna integrata dell’invenzione;
- le Figure 4G e 4H mostrano rispettivamente una vista piana frontale ed una vista piana posteriore dell’antenna integrata dell’invenzione; - le Figure 5A-5C mostrano tre sezioni del diagramma di radiazione dell’antenna integrata nella lampada dell’invenzione.
Descrizione dettagliata dell’invenzione
Si osservi che nella descrizione seguente blocchi, componenti o moduli identici o analoghi sono indicati nelle figure con gli stessi riferimenti numerici, anche se sono mostrati in differenti forme di realizzazione dell’invenzione.
Con riferimento alla Figura 2, viene mostrato uno schema a blocchi di una lampada 1 per illuminazione stradale secondo l’invenzione.
La lampada 1 comprende:
- un raddrizzatore 3;
- un regolatore di corrente 4 (in particolare di tipo direct drive);
- una stringa di LED 5;
- un circuito anti-sfarfallio 8;
- un convertitore di tensione 6;
- una unità di elaborazione 7;
- un ricetrasmettitore 9;
- una antenna 10.
I componenti sopra indicati sono racchiusi all’interno di un involucro della lampada 1.
Con riferimento alla Figura 1, viene mostrata una lampada 1 montata alla estremità superiore di un palo fissato ad esempio al bordo di una sede stradale o di un marciapiedi, al fine di illuminare la sede stradale e/o il marciapiedi.
L’involucro della lampada 1 comprende un corpo metallico1-1 (ad esempio di alluminio) e comprende inoltre una apertura che permette il passaggio del fascio luminoso generato dalla stringa di LED 5 e del segnale radio trasmesso/ricevuto dall’antenna 10.
L’involucro della lampada 1 comprende inoltre uno schermo di protezione 1-2 almeno parzialmente trasparente al fascio luminoso(ad esempio in vetro o in materiale plastico), in cui detto schermo 1-2 è montato nell’apertura in modo da occupare l’intera superficie definita dall’apertura stessa: in questo modo i componenti elettronici montati all’interno della lampada 1 (in particolare la stringa di LED 5) sono protetti dagli agenti atmosferici ed inoltre il fascio luminoso generato dalla stringa di LED 5 è in grado di illuminare l’ambiente circostante nel quale è montata la lampada 1.
L’antenna 10 è montata sulla scheda a circuito stampato 20 posizionata all’interno del corpo metallico 1-1 dell’involucro in modo che l’antenna 10 sia elettricamente isolata dal corpo metallico dell’involucro della lampada 1 e sia posizionata in prossimità dell’apertura del corpo dell’involucro stesso (e quindi l’antenna è posizionata in prossimità dello schermo di protezione 1-2), come mostrato nella Figura 2: in questo modo l’onda elettromagnetica generata/ricevuta dall’antenna 10 è in grado di attraversare lo schermo di protezione 1-2 con una intensità sufficiente per essere ricevuto fino ad una distanza di circa 150/200 metri dalla lampada sul quale è montata l’antenna 10.
Vantaggiosamente, l’antenna 10 è montata su una porzione dello schermo di protezione 1-2, in particolare su una porzione centrale o perimetrale dello schermo di protezione 1-2.
Con il termine “stringa di LED” si intende il collegamento in serie di due o più diodi ad emissione di luce, indicati in seguito con LED (Light Emitting Diode).
Preferibilmente, una stringa di LED 5 può essere divisa in una pluralità di segmenti, ciascun segmento comprendente il collegamento in serie di una pluralità di LED.
In altre parole, due o più LED collegati in serie possono essere raggruppati in modo da formare un gruppo di LED e quindi una stringa di LED può essere composta da due o più gruppi di LED.
Inoltre uno o più gruppi (o segmenti) di LED possono essere a loro volta composti dal collegamento in parallelo di due o più serie di LED.
Il raddrizzatore 3 comprende due terminali d’ingresso atti a ricevere una tensione alternata positiva VAC+ e negativa VAC- e comprende un terminale d’uscita atto a generare una tensione alternata raddrizzata VRTF, in funzione della tensione alternata positiva VAC+ e negativa VAC-.
Per esempio, la tensione alternata ha valore efficace uguale a 230 Volt e la tensione alternata raddrizzata VRTF è uguale a 325 Volt.
Preferibilmente, il raddrizzatore 3 è realizzato con un ponte di diodi ad onda intera.
Il regolatore di corrente (di tipo direct drive) 4 è elettricamente collegato con il raddrizzatore 3 e con la stringa di LED 5.
Il regolatore di corrente 4 comprende un terminale d’ingresso It0 atto a ricevere la tensione alternata raddrizzata VRTF e comprende quattro terminali d’ingresso It1, It2, It3, It4 elettricamente collegati a rispettive quattro diverse porzioni della stringa di LED 5
Il regolatore di corrente 4 ha la funzione di regolare il valore della corrente totale Istr che scorre attraverso la stringa di LED 5.
Inoltre il regolatore di corrente 4 è tale da regolare il valore della corrente totale Istrche scorre attraverso la stringa di LED 5, al fine di variare opportunamente l’intensità luminosa della stringa di LED 5, in funzione dl valore di un segnale di controllo S_ctrl.
Preferibilmente, il regolatore di corrente 4 è un circuito integrato identificato con il codice ACS1404.
La stringa di LED 5 comprende un primo terminale collegato alla tensione alternata raddrizzata VRTF e comprende quattro terminali collegati al regolatore di corrente 4.
Si osservi che più in generale è possibile interporre ulteriori componenti elettronici fra l’uscita del raddrizzatore 3 ed il primo terminale della stringa di LED 5.
In particolare, la stringa di LED 5 comprende il collegamento in serie di quattro o più LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4, in cui:
- l’anodo delLED 5-è collegato al terminale d’uscita del raddrizzatore 3 e quindi è tale da ricevere la tensione alternata raddrizzata VRTF;
- il catodo del LED 5-1 è collegato all’anodo del LED 5-2 ed al canale 1 del regolatore di corrente 4;
- il catodo delLED 5-2 è collegato all’anodo del LED 5-3 ed al canale 2 del regolatore di corrente 4;
- il catodo del LED 5-3 è collegato all’anodo delLED 5-4 ed al canale 3 del ragolatore di corrente 4;
- il catodo del LED 5-4 è collegato al canale 4 del regolatore di corrente 4.
Si osservi che più in generale ciascuno dei LED 5-1, 5-2, 5-3, 5-4 può essere un collegamento in serie di due o più LED, ovvero ciascun collegamento serie è un segmento della stringa di LED 5.
Il circuito anti-sfarfallio 8 ha la funzione di ridurre lo sfarfallio (flicker) dell’intensità luminosa generata dalla stringa di LED 5.
Il circuito anti-sfarfallio 8 è realizzato ad esempio con l’insieme di uno stadio di polarizzazione 8 (tipicamente un partitore di tensione con due resistori), un interruttore elettronico 6, un condensatore 7, i quali sono collegati mostrato nelle Fig.1-3 della domanda PCT avente numero di pubblicazione WO 2018/172980 A1.
Il convertitore di tensione 6 ha la funzione di effettuare una conversione di tensione da un primo valore ad un secondo valore minore del primo.
Il convertitore di tensione 6 comprende quindi un terminale d’ingresso atto a ricevere la tensione alternata raddrizzata VRTFe comprende un terminale d’uscita atto a genere una bassa tensione continua V3.3.
Per esempio, il convertitore di tensione 6 effettua la conversione della tensione alternata raddrizzata VRTF avente valore efficace uguale a 325 V nella bassa tensione continua V3.3 uguale a 3.3 Volt.
L’unità di elaborazione 7 ha la funzione di controllare opportunamente l’intensità luminosa emessa dalla stringa di LED 5, al fine di ottimizzare il consumo energetico della lampada 1 ed al fine di soddisfare le esigenze di illuminazione di una determinata area.
L’unità di elaborazione 7 è ad esempio un microprocessore o un microcontrollore che eseguono un opportuno programma software.
Alternativamente, l’unità di elaborazione 7 è un dispositivo elettronico programmabile (ad esempio, una FPGA).
In particolare, l’unità di elaborazione 7 è elettricamente collegata con il regolatore di corrente 4 e comprende un terminale d’uscita atto a generare il segnale di controllo S_ctrl per variare opportunamente l’intensità luminosa della stringa di LED 5, per mezzo del controllo del valore della corrente che scorre attraverso la stringa di LED 5.
Il ricetrasmettitore 9 è elettricamente collegato da una parte con l’antenna 10 (ad esempio per mezzo di un cavo elettrico 11) e dall’altra parte con l’unità di elaborazione 7 (per mezzo di una pista elettrica sulla scheda a circuito stampato 20).
Il ricetrasmettitore 9 ha la funzione di modulare/demodulare i segnali per generare/ricevere un segnale radio nella banda di frequenze comprese fra 400 Mhz e 2.4 Ghz, al fine di ricevere dall’esterno comandi di controllo del funzionamento della lampada 1 (ad esempio, comandi di accensione o spegnimento della stringa di LED 5, comandi di variazione dell’intensità del fascio luminoso generato dalla stringa di LED 5) ed al fine di trasmettere verso l’esterno informazioni di monitoraggio del funzionamento della lampada 1 (ad esempio, messaggi di allarme del funzionamento della lampada 1).
In particolare, il ricetrasmettitore 9 comprende un primo terminale d’ingresso/uscita atto a ricevere dall’antenna 10 il segnale di ricetrasmissione S_rx_tx che trasporta i comandi di controllo del funzionamento della lampada 1 ed atto a trasmettere verso l’antenna 10 il segnale di ricetrasmissione S_rx_tx che trasporta informazioni di monitoraggio del funzionamento della lampada 1.
Il ricetrasmettitore 9 comprende inoltre un secondo terminale d’ingresso/uscita atto a ricevere dall’unità di elaborazione 7 il segnale interno S_d che trasporta le informazioni di monitoraggio del funzionamento della lampada 1 e atto a trasmettere all’unità di elaborazione 7 il segnale interno S_d che trasporta i comandi di controllo del funzionamento della lampada 1.
Il ricetrasmettitore 9 è configurato perdemodulare il segnale di ricetrasmissione S_rx_tx e per generare da questo il segnale interno S_d che trasporta detti comandi di controllo del funzionamento della lampada 1; inoltre il ricetrasmettitore 9 è configurato per modulare il segnale interno S_d e per generare da questo il segnale di ricetrasmissione S_rx_tx che trasporta dette informazioni di monitoraggio del funzionamento della lampada 1.
L’antenna 10 è elettricamente collegata con il ricetrasmettitore 9 ed ha la funzione in trasmissione di convertire il segnale elettrico generato del segnale di ricetrasmissione S_rx_tx in una onda elettromagnetica che si propaga all’esterno della lampada 1, attraversando lo schermo di protezione 1-2.
Inoltre l’antenna 10 ha la funzione in ricezione di convertire l’onda elettromagnetica ricevuta dall’esterno della lampada 1 per mezzo di un segnale radio S_r (ovvero un segnale senza fili) in un segnale elettrico del segnale di ricetrasmissione S_rx_tx.
Vantaggiosamente, l’antenna 10 è realizzata con una forma particolare illustrata più in dettaglio in seguito con riferimento alla Figure 4A-4D, 4E, 4F, 4G-H.
Detta forma particolare permette – eventualmente insieme alla superficie 20-1 della scheda a circuito stampato 20 sulla quale è montata l’antenna 10 – di ottenere un diagramma di radiazione che è sostanzialmente circolare nelle tre sezioni dei tre piani (X, Z), (Y,Z), (Y,X) del sistema di riferimento (X, Y, Z) associato all’antenna 10 (si vedano ile Figure 5A-C), massimizzando la potenza delle onde elettromagnetiche ricevute/trasmesse da/verso l’esterno della lampada 1 lungo l’intero angolo di 360° attorno all’antenna 10: questo consente di collegare via radio unalampada 1 con diverse altre lampade analoghe circostanti posizionate attorno ad essa in qualunque posizione angolare.
Con riferimento alla Figura 3, viene mostrata una singola scheda a circuito stampato 20 posizionata all’interno dell’involucro della lampada 1 e sulla quale sono montati i componenti elettronici.
La scheda 20 è ad esempio realizzata in materiale FR4.
La Figura 3 mostra che la scheda 20 comprende una superficie di montaggio che è piana e sulla quale sono montati i LED della stringa 5 (per semplicità è stato indicato un solo LED 5-1), l’antenna 10, l’unità di elaborazione 7, il ricetrasmettitore 9 ed il sistema di alimentazione, in cui l’unità di elaborazione 7 ed il ricetrasmettitore 9 sono implementati con un unico componente elettronico.
E’ possibile osservare che la scheda 20 comprende uno strato metallico 20-1 (ad esempio in alluminio) che si estende sostanzialmente per l’intera superficie piana della scheda 20 e che definisce un piano di massa, ovvero una tensione di riferimento a massa (ovvero 0 Volt).
Si osservi che più in generale è sufficiente che sia presente una porzione piana della superficie di montaggio della scheda 20 avente lo strato metallico, in modo che l’antenna 10 sia montata all’interno di detta porzione piana ricoperta dallo strato metallico.
L’antenna 10 è elettricamente collegata al ricetrasmettitore 9 per mezzo di un cavo elettrico di collegamento 11 composto da un conduttore interno e da un conduttore esterno (per esempio, una calza metallica), in cui i due conduttori sono elettricamente separati fra di loro da un materiale isolante.
Una prima estremità del conduttore interno del cavo 11 è elettricamente collegata ad un primo terminale d’ingresso/uscita del ricetrasmettitore 9; una seconda estremità del conduttore interno del cavo 11 è elettricamente collegata all’antenna 10, in particolare ad un lamierino superiore 10-2 che verrà illustrato più in dettaglio in seguito.
Inoltre una prima estremità del conduttore esterno è elettricamente collegata ad un terminale di massa del ricetrasmettitore 9; una seconda estremità del conduttore esterno è elettricamente collegata ad un riferimento a massa dell’antenna 10, in particolare ad un lamierino inferiore 10-1 che verrà illustrato più in dettaglio in seguito Alternativamente, l’antenna 10 è elettricamente collegata al ricetrasmettitore 9 per mezzo di una pista (opportunamente definita in lunghezza e forma) della scheda a circuito stampato 20.
Nella Figura 3 è possibile osservare che l’antenna 10 è montata in prossimità di una coppia di LED, in modo da sfruttare il passaggio verso l’esterno della lampada 1 consentito alle onde elettromagnetiche da parte dello schermo di protezione 1-2.
Più in generale, una pluralità di diodi ad emissione di luce è montata su una porzione della superficie di montaggio della scheda che si trova in corrispondenza dell’apertura del corpo dell’involucro della lampada 1 (e quindi in corrispondenza del vetro di protezione 1-2) ed in questo caso l’antenna 10 è montata in prossimità di una porzione perimetrale di detta porzione della superficie che comprende la pluralità di LED.
Con riferimento alle Figure 4A-D, 4E, 4F, 4G-H, viene mostrata più in dettaglio l’antenna 10 montata all’interno dell’involucro della lampada 1 ed in prossimità dello schermo di protezione 1-2.
E’ possibile osservare che l’antenna 10 è formata da un lamierino inferiore 10-1 e da un lamierino superiore 10-2 aventi ciascuno una superficie piana e sono fra di loro paralleli.
La superficie piana del lamierino superiore 10-2 è parallela alla superficie piana 20-1 della scheda a circuito stampato sulla quale sono montati i componenti elettronici.
I lamierini 10-1,10-2 sono separati fra di loro di una distanza hche è funzione dei valori della banda di frequenze alle quali funziona l’antenna 10.
Per esempio, la distanza h è uguale a 9 millimetri [mm] nel caso in cui l’antenna funzioni per trasmettere/ricevere un segnale radio nella banda compresa fra 800 Mhz e 2.4 Ghz.
Il lamierino superiore 10-2 è parzialmente sovrapposto (in una vista dall’alto dell’antenna 10) al lamierino inferiore 10-1, come illustrato nella Figura 4F.
Infatti in trasmissione il lamierino inferiore 10-1 ha la funzione di concentrare le onde elettromagnetiche verso il lamierino superiore 10-2, il quale è così in grado di trasmettere potenza verso qualunque direzione angolare dello spazio, ovvero lungo un intero angolo di 360° delle sezioni del diagramma di radiazione dell’antenna 20, come come mostrato nelle Figure 5A-C.
Viceversa, in ricezione il lamierino inferiore 10-1 ha la funzione di riflettore che concentra le onde elettromagnetiche ricevute verso il lamierino superiore 10-2, il quale è così in grado di ricevere potenza da qualunque direzione angolare dello spazio attorno all’antenna 10.
I lamierini 10-1, 10-2 sono realizzati in materiale metallico e quindi sono sufficientemente rigidi.
Il lamierino inferiore 10-1 è fissato alla scheda a circuito stampato 20 (ad esempio, per mezzo di una colla) e costituisce il riferimento a massa dell’antenna 20.
Il lamierino superiore 10-2 è il terminale positivo dell’antenna 10 ed è tale da effettuare la trasmissione/ricezione di potenza verso/dall’ambiente circostante il lampione sul quale è montata la lampada 1, per mezzo di un segnale radio S_r.
Inoltre il lamierino superiore 10-2 è elettricamente collegato al primo terminale d’ingresso/uscita del ricetrasmettitore 9, in particolare per mezzo del conduttore interno del cavo elettrico 11.
Vantaggiosamente, lo strato metallico 20-1 della scheda a circuito stampato contribuisce a realizzare (insieme al lamierino inferiore 10-1) la funzione di riflessione delle onde elettromagnetiche ricevute (dall’esterno della lampada 1 per mezzo del segnale radio S_r) verso il lamierino superiore 10-2, al fine di ottenere un diagramma di radiazione dell’antenna 20 che trasmette e riceve potenza in tutte le direzioni dello spazio.
In particolare, il lamierino inferiore 10-1 è un foglio metallico avente una superficie con forma sostanzialmente rettangolare ed uno spessore molto minore delle dimensioni dei lati della superficie rettangolare, ma sufficiente per ottenere il lamierino inferiore 10-1 con un buon grado di rigidità.
Per esempio, il lato maggiore a dellasuperficie rettangolare del lamierino inferiore 10-1 è uguale a 38,0 mm, il lato minore b è uguale a 13,0 mm e lo spessore è uguale a 0,3 mm.
Analogamente, il lamierino superiore 10-2 è un foglio metallico avente una superficie con forma rettangolare ed uno spessore molto minore delle dimensioni dei lati della superficie rettangolare, ma sufficiente per ottenere il lamierino superiore 10-2 con un buon grado di rigidità.
Per esempio, il lato maggiore cdella superficie rettangolare del lamierino superiore 10-2 è uguale a 13,8 mm, illato minore d è uguale a 13,2 mm e lo spessore è uguale a 0.3 mm.
Preferibilmente, il lamierino inferiore 10-1 comprendedue porzioni rettangolari 10-1a, 10-1b affiancate fra di loro lungo i lati minori e definite rispettivamente dai lati aventi dimensioni (a2, b) e (a1, b1) (si vedano le Figure 4A e 4F), in modo che il lamierino superiore 10-2 sia completamente sovrapposto (in una vista dall’alto) alla porzione 10-1a del lamierino inferiore (si veda la vista dall’alto nella Figura 4F) ed in modo che la restante porzione inferiore 10-1a non sovrapposta sia posizionata (in una vista dall’alto) lateralmente ad entrambi i lati d della porzione superiore 10-1, in cui a1+a2=a, b1 è minore di b, c è minore di a2.
Per esempio, le due porzioni rettangolari hanno le seguenti dimensioni:
- a1= 14.5 mm;
- a2= 23.4 mm,
- b1= 10.4 mm
- b= 13,0 mm;
- c= 13,85 mm.
Si definisce per l’antenna 10 (si vedano le Figure 4A e 4D) un sistema di riferimento cartesiano (X, Y, Z) in cui gli assi X, Y, Z sono definiti nel seguente modo:
- l’asse X è definito dalla direzione di sviluppo prevalente (lato a) del lamierino inferiore 10-1;
- l’asse Z è definito dalla direzione di sviluppo secondario (lato b) del lamierino inferiore 10-1;
- l’asse Y è definito dalla direzione dello spessore del lamierino inferiore 10-1, ovvero dalla perpendicolare alla superficie piana definita dal lamierino inferiore 10-1.
Il piano (X, Y) corrisponde all’apertura in cui è alloggiato lo schermo di protezione 1-2 della lampada 1.
Pertanto il lamierino inferiore 10-1 ha lo sviluppo prevalente lungo l’asse X ed ha lo sviluppo secondario lungo l’asse Z.
Analogamente, il lamierino superiore 10-2 ha lo sviluppo prevalente lungo l’asse X ed ha lo sviluppo secondario lungo l’asse Z, ovvero lo sviluppo prevalente del lamierino superiore 10-2 è parallelo allo sviluppo prevalente del lamierino inferiore 10-1 e lo sviluppo secondario del lamierino superiore 10-2 è parallelo allo sviluppo secondario del lamierino inferiore 10-1.
L’antenna 10 comprende inoltre un elemento di supporto 10-3 in materiale metallico avente la funzione di supportare il lamierino superiore 10-2 rispetto al lamierino inferiore 10-1 o rispetto alla scheda a circuito stampato 20.
In particolare, l’elemento di supporto 10-3 collega meccanicamente il lamierino inferiore 10-1 con il lamierino superiore 10-2, per mezzo di almeno parte di un suo bordo inferiore.
L’elemento di supporto 10-3 ha una superficie sostanzialmente piana avente una direzione di sviluppo principale che è parallela alla direzione di sviluppo prevalente del lamierino inferiore 10-1 (lato a) e del lamierino superiore 10-2 (lato c) ed ha una direzione di sviluppo secondaria che è parallela alla direzione di sviluppo secondaria del lamierino inferiore 10-1 (lato b) e del lamierino superiore 10-2 (lato d), pertanto la direzione di sviluppo secondaria dell’elemento di supporto 10-3 è perpendicolare alla superficie del lamierino inferiore 10-1 e del lamierino superiore 10-2.
L’elemento di supporto 10-3 presenta un bordo inferiore a3 (si vedano le Figure 4A, 4D, 4E, 4G) che è collegato con almeno una parte di un bordo del lamierino inferiore 10-1 lungo la sua direzione di sviluppo principale, in particolare con una parte del bordo della porzione 10-1a lungo il lato a2.
Inoltre l’elemento di supporto 10-3 presenta almeno un bordo superiore 21 (si vedano le Figure 4A, 4B, 4C, 4D, 4E) che è collegato con almeno un bordo del lamierino superiore 10-2 lungo la sua direzione di sviluppo principale.
Più in particolare, l’elemento di supporto 10-3 è anch’esso un lamierino metallico che comprende quattro porzioni 10-3a, 10-3b, 10-3c, 10-3d (si veda la Figura 4G) definiti nel seguente modo:
- la porzione 10-3a (tratteggiata verso destra in Fig.4G) ha una forma sostanzialmente rettangolare avente una direzione di sviluppo principale parallela alla direzione di sviluppo principale dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo principale della porzione 10-3a è parallela all’asse X) ed avente una direzione di sviluppo secondario perpendicolare alla superficie dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo secondario della porzione 10-3a è parallela all’asse Y);
- la porzione 10-3b (tratteggiata verso sinistra in Fig.4G) ha una forma ad “L” avente una direzione di sviluppo principale parallela alla direzione di sviluppo principale dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo prevalente della porzione 10-3a è parallela all’asse X) ed avente una direzione di sviluppo secondario perpendicolare alla superficie dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo secondario della porzione 10-3b è parallela all’asse Y);
- la porzione 10-3c (punteggiata in Fig.4G con densità maggiore) ha una forma sostanzialmente rettangolareavente una direzione di sviluppo principale perpendicolare alla superficie dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo principale della porzione 10-3c è parallela all’asse Y) ed avente una direzione di sviluppo secondaria parallela alla direzione di sviluppo principale dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo secondaria della porzione 10-3c è parallela all’asse X);
- la porzione 10-3d (punteggiata in Fig.4G con densità minore) ha una forma sostanzialmente rettangolare avente una direzione di sviluppo principale perpendicolare alla superficie dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo principale della porzione 10-3d è parallela all’asse Y) ed avente una direzione di sviluppo secondaria parallela alla direzione di sviluppo principale dei lamierini 10-1, 10-2 (quindi la direzione di sviluppo secondaria della porzione 10-3d è parallela all’asse X).
Le porzioni 10-3c, 10-3d sono interposte fra le porzioni 10-3a e 10-3b.
Il lato maggiore inferiore della forma sostanzialmente rettangolare della porzione 10-3a comprende una parte che definisce il bordo inferiore a3 che è collegato con una parte del bordo del lamierino inferiore 10-1 e comprende una restante parte che non è collegata con il lamierino inferiore.
Il lato maggiore superiore della forma sostanzialmente rettangolare della porzione 10-3a comprende una prima parte collegata con il lato minore inferiore della porzione 10-3c, comprende una seconda parte collegata con il lato minore inferiore della porzione 10-3d, comprende una terza parte collegata al lato minore inferiore della porzione 10-3c e comprende una restante quarta parte che non è collegata nè alle porzioni 10-3c, 10-3d, 10-3b né al lamierino superiore 10-2.
Il lato minore superiore della porzione 10-3c è collegato con una parte del lato maggiore c del lamierino superiore 10-2 ed il lato minore superiore della porzione 10-3d è collegato con un’altra parte dello stesso lato maggiore c del lamierino superiore 10-2.
La porzione 10-3b comprende un bordo collegato ad una parte del lato maggiore sinistra della porzione 10-3b, mentre i restanti bordi della porzione 10-3b non sono collegati.
Le dimensioni del lato minore della forma rettangolare della porzione 10-3d sono leggermente minori delle dimensioni del lato minore della forma rettangolare della porzione 10-3c.
Per esempio, il lato minore della porzione 10-3c è uguale a 2.6 mm ed il lato minore della porzione 10-3d è uguale a 2.1 mm.
La distanza a4 fra i lati maggiori adiacenti delle porzioni 10-3c e 10-3d è uguale ad esempio a 2 mm.
Nel caso in cui l’antenna 10 sia collegata al ricetrasmettitore 9 per mezzo del cavo elettrico 11 composto dal conduttore interno e dal conduttore esterno (per esempio, una calza metallica), la porzione 10-3a del lamierino 10-3 è elettricamente collegata ad una estremità del conduttore interno, effettuando così il collegamento elettrico del lamierino superiore 10-2 dell’antenna 10 al terminale d’ingresso/uscita del ricetrasmettitore 9 attraverso la porzione 10-3a
L’antenna 10 comprende inoltre un lamierino di collegamento 10-4 avente una forma rettangolare (per esempio, lati di dimensioni di 3 mm e 4.0 mm), il quale è collegato all’estremità del lamierino inferiore 10-1, in particolare ad una parte del lato maggiore della porzione 10-1a.
In particolare, il lamierino di collegamento 10-4 ha il lato maggiore che è parallelo al lato maggiore a del lamierino inferiore 10-1 (e quindi è parallelo alla direzione dell’asse X) ed ha il lato minore che è perpendicolare alla superficie dei lamierini 10-1, 10-2 (e quindi è parallelo alla direzione dell’asse Y).
Nel caso in cui l’antenna 10 sia collegata al ricetrasmettitore 9 per mezzo del cavo elettrico 11 composto dal conduttore interno e dal conduttore esterno (per esempio, una calza metallica), il lamierino di collegamento 10-4 è elettricamente collegato ad una estremità del conduttore esterno (per esempio, la calza metallica) e quindi al riferimento a massa dell’antenna 10, effettuando così il collegamento elettrico del lamierino inferiore 10-1 al riferimento a massa attraverso il lamierino di collegamento 10-4.
Si osservi che la presenza del lamierino inferiore 10-1 non è essenziale ai fini del funzionamento dell’antenna 10, ovvero è possibile che sia presente solo il lamierino superiore 10-2 che viene fissato direttamente allo strato metallico 20-1 della scheda 20 per mezzo dell’elemento di supporto 10-3: in questo caso il lamierino superiore 10-2 viene fissato (per mezzo dell’elemento di supporto 10-3) allo strato metallico 20-1 della scheda 20 per saldatura o altri mezzi di fissaggio e la funzione di riflessione viene realizzata dalla porzione dello strato metallico 20-1 della scheda 20 che si trova in prossimità del lamierino superiore 10-2 e circostante ad esso.
Con riferimento alle Figure 5A, 5B, 5C, vengono mostrate in linea continua tre sezioni del diagramma di radiazione dell’antenna 10, rispettivamente nei tre piani (Z, X), (Z, Y), (X, Y) dello spazio (X, Y, Z), in cui gli assi X, Y, Z sono orientati come illustrato in precedenza nelle Figure 4A, 4D, 4G, 4H.
In particolare, le tre sezioni del diagramma di radiazione mostrano il valore del guadagno (misurato in dBi) dell’antenna 10 al variare della direzione angolare (misurata in gradi) nei tre piani (Z, X), (Z, Y), (X, Y).
E’ possibile osservare che i tre diagrammi di radiazione hanno una forma sostanzialmente circolare, ovvero il guadagno dell’antenna in ciascuno dei tre piani è sostanzialmente costante al variare dell’intero angolo di 360°: pertanto il diagramma di radiazione dell’antenna 10 nello spazio (X, Y, Z) ha una forma che assomiglia ad una sfera, ovvero l’antenna 10 può trasmettere/ricevere potenza in/da tutte le direzioni dello spazio.
Pertanto l’antenna 10 è in grado di trasmettere /ricevere potenza verso/da qualunque direzione angolare dello spazio circostante: questo consente di collegare via radio un lampione dotato della lampada 1 con diversi altri lampioni circostanti posizionati attorno ad esso in qualunque posizione angolare.
L’antenna 10 ha il valore medio di guadagno uguale a circa 4.2 dBi nel caso di utilizzo di una scheda 20 realizzata in materiale FR4 e uguale a 4.7 dBi nel caso di utilizzo della scheda 20 con substrato in alluminio, anche al variare dell’angolo nel piano (X, Y) che corrisponde all’apertura in cui è alloggiato lo schermo di protezione 1-2 della lampada 1.
Si osservi che l’invenzione non è limitata ad una lampada per illuminazione pubblica (tipicamente stradale), ma può essere utilizzata anche per illuminazione privata in ambienti commerciali, uffici e industriali.
Si osservi inoltre che l’invenzione non è limitata ad una lampada con tecnologia LED per generare il fascio luminoso, ma possono essere usate anche altre tecnologie di generazione del fascio luminoso.

Claims (4)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Lampada (1) per illuminazione pubblica, industriale o commerciale, comprendente: - un involucro avente un corpo metallico (1-1) provvisto di una apertura atta a consentire il passaggio di un fascio luminoso; - uno schermo di protezione (1-2) atto a chiudere l’apertura e almeno parzialmente trasparente rispetto al fascio luminoso; - una scheda a circuito stampato comprendente una superficie di montaggio sulla quale sono montati almeno una sorgente del fascio luminoso (5), una unità di elaborazione (7), un ricetrasmettitore (9) di segnali senza fili (S_r) collegato all’unità di elaborazione, una antenna (10) collegata al ricetrasmettitore ed un circuito di alimentazione; in cui la scheda a circuito stampato è alloggiata interamente all’interno dell’involucro, la superficie di montaggio comprendente almeno una porzione piana avente uno strato metallico (20-1) e all’interno della quale è montata l’antenna, in cui l’antenna è montata sulla scheda in modo che l’antenna sia posizionata in prossimità dell’apertura del corpo dell’involucro, allo scopo di consentire all’onda elettromagnetica trasportata dal segnale senza fili di attraversare lo schermo di protezione.
  2. 2. Lampada secondo la rivendicazione 1, in cui l’antenna è posizionata in prossimità di una porzione perimetrale dello schermo di protezione.
  3. 3. Lampada secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l’antenna comprende: - un lamierino metallico (10-2) avente una forma sostanzialmente rettangolare (c, d) ed una superficie piana parallela alla porzione piana della superficie di montaggio della scheda a circuito stampato, le due superfici piane essendo separate di una distanza definita (h) che dipende dal valore della frequenza dell’onda elettromagnetica trasportata dal segnale senza fili; - un elemento di supporto (10-3) di detto lamierino rispetto alla superficie di montaggio della scheda; in cui almeno la porzione piana della superficie di montaggio della scheda in prossimità di detto lamierino (10-2) è configurata per riflettere verso detto lamierino (10-2) le onde elettromagnetiche ricevute per mezzo del segnale senza fili. 4. Lampada secondo la rivendicazione 3, in cui l’antenna comprende un ulteriore lamierino metallico (10-1) montato sulla scheda a circuito stampato in modo da essere posizionato in prossimità dell’apertura del corpo dell’involucro, detto ulteriore lamierino (10-1) avente una superficie piana comprendente una porzione che è parallela alla superficie piana di detto lamierino (10-2) ed è separata da essa di detta distanza definita (h), ed in cui almeno una porzione della superficie piana di detto ulteriore lamierino (10-1) è configurata per riflettere verso detto lamierino (10-2) le onde elettromagnetiche ricevute per mezzo del segnale senza fili. 5. Lampada secondo la rivendicazione 4, detto ulteriore lamierino (10-1) comprendente due porzioni rettangolari (10-1a, 10-1b) affiancate fra di loro lungo rispettivi lati minori, in cui detto lamierino (10-2) è sovrapposto interamente solo ad una (10-1a) delle due porzioni dell’ulteriore lamierino (10-1). 6. Lampada secondo una qualunque delle rivendicazioni da 3 a 5, l’antenna comprendente ulteriormente un lamierino di collegamento (10-4) avente una forma rettangolare e collegato ad una porzione terminale di detto ulteriore lamierino (10-1), la lampada comprendente ulteriormente un cavo elettrico (11) atto a collegare l’antenna al ricetrasmettitore, il cavo elettrico comprendente un conduttore interno ed uno esterno fra di loro separati elettricamente, in cui: - il conduttore interno ha una prima estremità collegata elettricamente ad un terminale d’ingresso/uscita del ricetrasmettitore (9) ed una seconda estremità collegata elettricamente a detto lamierino (10-2); - il conduttore esterno ha una prima estremità collegata elettricamente ad un terminale di massa del ricetrasmettitore (9) ed una seconda estremità collegata elettricamente a detto lamierino di collegamento (10-4). 7. Lampada secondo la rivendicazione 6, in cui l’elemento di supporto (10-3) è un lamierino metallico comprendente una porzione sostanzialmente rettangolare (10-3a) collegata elettricamente alla seconda estremità del conduttore interno del cavo elettrico (11). 8. Lampada secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, in cui l’almeno una sorgente luminosa comprende una pluralità di diodi ad emissione di luce (5-1, 5-2, 5-3, 5-4) posizionati su una porzione della superficie di montaggio della scheda ed in corrispondenza del vetro di protezione, ed in cui l’antenna è montata in prossimità di una porzione perimetrale di detta porzione della superficie comprendente la pluralità di diodi ad emissione di luce. 9. Lampada secondo una qualunque delle rivendicazioni da 4 a 8, in cui: - i lati (c, d) di detto lamierino rettangolare sono uguali a circa 13.8 millimetri e 13.3 millimetri; - i lati (a, b) di detto ulteriore lamierino sono uguali a circa 38.0 millimetri e 13.0 millimetri; - la distanza (h) fra le superfici dei due lamierini è uguale a circa 9 millimetri; in cui la banda del segnale senza fili è compresa all’interno dell’intervallo di frequenze fra 800 Mhz e 2.
  4. 4 Ghz. 10. Sistema di illuminazione comprendente una pluralità di lampade secondo le rivendicazioni 1-9, in cui ciascuna lampada di detta pluralità è configurata per scambiare informazioni via radio con almeno un’altra lampada di detta pluralità di lampade.
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