ITCR20100022A1 - Antenna esterna a patch per chiavette internet, con sistema di accoppiamento e.m. in campo vicino tra elemento radiante e chiavetta stessa, utilizzabile con tutti i modelli di usb pen modem ad alta velocita' operanti in modalita' umts/hsdpa. - Google Patents

Description

Antenna esterna a patch per chiavette internet, con sistema di accoppiamento e.m. in campo vicino tra elemento radiante e chiavetta stessa, utilizzabile con tutti i modelli di USB pen modem ad alta velocità operanti in modalità UMTS/HSDPA.

Descrizione (art.21 comma 3 Decreto 13.1.2010 n.33 - Regolamento attuazione del Codice della Proprietà Industriale):

La sempre maggiore esigenza di connettività ha portato ad una grande diffusione della tecnologia UMTS/HSDPA per la connessione ad internet ad alta velocità. A tal proposito sono stati introdotti sul mercato numerosi modelli di “chiavette internet†(conosciute anche con i nomi di: “internet key†, “USB pen modem†, “HSDPA USB stick†, ecc.) che sfruttano questa tecnologia, implementata nella rete radiomobile in banda 1.92÷2.17 GHz. La miniaturizzazione di questi dispositivi, direttamente collegabili a PC e notebook attraverso lo standard USB, fa sì che la loro antenna integrata spesso non sia sufficiente a garantire una connessione stabile e veloce, o comunque conforme alle specifiche del protocollo di comunicazione, specialmente in quei luoghi dove non esiste una buona copertura del segnale UMTS.

Allo stato attuale della tecnica, per ovviare a questo problema, sono già state sviluppate e commercializzate delle antenne UMTS, sia di tipo omnidirezionale che direttivo, che possono essere connesse alla chiavetta internet attraverso un cavo coassiale intestato facente capo ad uno specifico connettore miniaturizzato, compatibile con quello eventualmente presente sul dispositivo stesso. Tali soluzioni presentano tuttavia degli inconvenienti, che possono essere di seguito riassunti:

- non tutte le chiavette internet sono dotate di connettore per il collegamento di un’antenna esterna: infatti i nuovi modelli di USB pen modem ne sono per la maggior parte sprovvisti;

- i connettori utilizzati dai costruttori di chiavette internet sono di tipo diverso ed in genere non à ̈ possibile collegare queste antenne a differenti modelli di chiavetta;

- un’antenna esterna, collegata al connettore preposto sulla internet key, di fatto viene connessa in parallelo all’antenna integrata, ottenendo una ulteriore perdita dovuta al disadattamento che viene introdotto dal tipo di connessione stesso;

- i cavi coassiali utilizzati, necessariamente sottili di scarsa qualità, introducono notevoli perdite nel segnale ricevuto e trasmesso.

Ciò premesso, à ̈ stata sviluppata un’antenna che può essere utilizzata con qualsiasi modello di chiavetta internet, senza la necessità di disporre di un connettore per l’antenna esterna. L’idea innovativa consiste nell’utilizzare l’antenna integrata della chiavetta stessa come sistema di alimentazione o “feed†di un elemento radiante direttivo più esteso e performante: la internet key diventa quindi parte dell’antenna esterna, con evidenti vantaggi rispetto alle soluzioni attuali.

In questo modo infatti non vi sono più perdite dovute al cavo coassiale ed il collegamento tra PC ed antenna avviene mediante il normale cavo USB. Inoltre à ̈ possibile utilizzare qualsiasi tipo o modello di internet key, anche senza il connettore per Γ antenna esterna.

La novità dell’invenzione consiste sia nell’aver inserito la chiavetta internet direttamente nell’antenna esterna, eliminando così la necessità di predisporre un cavo coassiale per connettere l’antenna stessa alla chiavetta, sia nell’ aver trovato un elemento radiante adatto a realizzare un accoppiamento elettromagnetico efficiente ed acritico con la chiavetta stessa.

Dopo aver descritto il problema tecnico e la conseguente soluzione che viene proposta attraverso la presente invenzione, di seguito si procede con la descrizione dettagliata dell’antenna, facendo riferimento alla tavola allegata con i disegni meccanici riportati nelle Fig.l, Fig.2 e Fig.3.

In Fig.l à ̈ riportato il disegno di una generica chiavetta internet, di dimensioni ormai quasi standardizzate, indicata con la lettera “K†. Tutti questi dispositivi sono dotati di un’antenna integrata posizionata nell’estremità “A†, opposta al connettore USB “U†. Tale antenna à ̈ costituita da un elemento radiante caricato mediante dielettrico ed alimentato in modo sbilanciato rispetto al piano di massa, costituito dal lato rame del circuito stampato interno al dispositivo stesso. Pertanto, in prima approssimazione, le caratteristiche elettriche di questa sorgente, anche in campo vicino, sono molto simili al variare del tipo o modello di chiavetta.

La Fig.2 riporta il disegno meccanico dell’antenna, consistente in un riflettore piano “R†sul quale à ̈ posto un elemento radiante “P†a patch risonante. Il riflettore metallico “R†può avere forma circolare, quadrata o poligonale (ottagonale in figura), con dimensione (diametro del cerchio inscritto) di 0.8÷1 λ , dove λ à ̈ la lunghezza d’onda al centro della banda operativa (2100 MHz). Sul riflettore “R†à ̈ posto l’elemento radiante “P†vero e proprio: un patch di forma circolare (come in figura), oppure quadrata o poligonale, con dimensione risonante. Ad esempio, nel caso del disco, realizzato in sottile lamiera metallica da 0.8÷1 mm, il diametro à ̈ di 0.45λ÷0.55λ, ed à ̈ dipendente dalla lunghezza del distanziale cilindrico “D†(0.15λ÷0.20λ), realizzato in materiale dielettrico. Analogamente, nel caso di un patch di forma quadrata, le dimensioni del lato sono di circa 0.5λ. Le quote precise dell’antenna dipendono dalla sua ingegnerizzazione e vengono determinate mediante simulazione elettromagnetica e successiva verifica sperimentale.

Sul riflettore “R†viene predisposto un blocchetto di supporto “B†, realizzato in materiale conduttore, che ha il duplice scopo di mantenere la chiavetta internet nella posizione corretta rispetto al patch, nonché di implementare un percorso di ritorno verso il riflettore, attraverso un accoppiamento capacitivo, per le correnti RF presenti sul “lato freddo†della chiavetta, ovvero sul lato di massa del circuito stampato interno al dispositivo.

La Fig.3 mostra l’antenna in condizioni operative, ovvero con la chiavetta internet “K†montata sul blocchetto “B†mediante una striscia di nastro bi-adesivo o Velcro<®>“V†. Dalla figura à ̈ evidente la posizione della chiavetta internet “K†sul blocchetto di supporto “B†, rispetto all’elemento patch “P†dell’antenna stessa. L’estremità della chiavetta, contenente l’antenna integrata, viene a trovarsi in prossimità della corona esterna del patch “P†, implementando così un accoppiamento diretto, in campo vicino, con l’elemento radiante stesso. Tale accoppiamento, di natura prevalentemente capacitiva, à ̈ caratterizzato da una buona efficienza, dovuta principalmente al fatto che non risulta particolarmente sensibile alle variazioni dimensionali della struttura radiante e/o alla posizione della chiavetta stessa sul blocchetto di supporto “B†.

Quest’antenna può essere ingegnerizzata e prodotta sia per il montaggio in esterno, prevedendo un radome di protezione dagli agenti atmosferici con delle staffe a palo o a muro, sia per l’uso interno, vicino alla postazione internet, con l’elemento radiante a vista ed un apposito supporto da tavolo orientabile. Altresì à ̈ possibile ottenere risultati estetici differenti variando sia la forma dell’elemento patch (purché sia sempre dimensionato per la risonanza alla frequenza operativa), sia del riflettore piano posto dietro di esso, utilizzando sempre gli stessi principi costruttivi e di funzionamento descritti nel presente documento. Sarà quindi possibile realizzare prodotti con un diverso impatto visivo, lasciando spazio al design, mediante l’abbinamento di varie forme possibili (circolare, quadrata, poligonale, ecc.), sia per quanto riguarda il patch che il riflettore.

Il tipo di configurazione elettrica (antenna a pannello con elemento radiante a patch in aria), altamente efficiente e con caratteristiche di radiazione di tipo direttivo, permettono di ottenere un guadagno nella connessione radio di circa 6÷10 dB sul livello del segnale ricevuto, ed un incremento della velocità di trasferimento dati compreso tra il 30% ed il 50% (dati tipici, ottenuti da misurazioni e verifiche sperimentali con vari modelli di chiavette internet).

Naturalmente, per la connessione del sistema “antenna-chiavetta†al computer, si utilizza un cavo USB standard, eventualmente di tipo attivo caso in cui la sua lunghezza superi i tre metri.

Da un punto di vista industriale, questa invenzione à ̈ rivolta principalmente al mercato consumer, ovvero al cliente privato che non riesce ad ottenere una connettività soddisfacente con l’utilizzo di una chiavetta internet HSDPA e non trova, sul mercato attuale, soluzioni efficaci che siano contemporaneamente a basso costo e di tipo universale, ovvero facilmente utilizzabili con tutte le chiavette internet attualmente in commercio.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI Antenna esterna a patch per chiavette internet, con sistema di accoppiamento e.m. in campo vicino tra elemento radiante e chiavetta stessa, utilizzabile con tutti i modelli di USB pen modem ad alta velocità operanti in modalità UMTS/HSDPA. à ̈ caratterizzata dalle seguenti caratteristiche innovative, per le quali si richiede la protezione del brevetto: 1) Antenna per chiavette internet operanti in banda UMTS, costituita da un elemento radiante a patch (P) con dimensione risonante al centro della banda operativa (2100 MHz) e dielettrico aria, montato sopra un riflettore piano metallico (R) mediante un distanziale (D), 2) Antenna secondo la rivendicazione precedente, nella quale la chiavetta internet (K) viene posizionata, mediante nastro biadesivo (V) o fissaggio equivalente, su di un blocchetto metallico di supporto (B), solidale con il riflettore (R) e posto in prossimità dell'elemento radiante, in modo che l’antenna (A) integrata airestremità della chiavetta stessa, fissata al blocchetto, venga a trovarsi al di sotto della faccia inferiore del patch (P). 3) Antenna secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui l'antenna integrata nella chiavetta internet alimenta direttamente l'elemento radiante a patch mediante un accoppiamento in campo vicino, mentre il blocchetto di supporto della chiavetta stessa implementa, mediante accoppiamento capacitivo, il ritorno verso massa delle correnti RF, realizzando un efficace sistema di alimentazione sbilanciata del patch. 4) Procedimento di alimentazione di un elemento radiante planare (patch) mediante accoppiamento diretto in campo vicino con l'antenna integrata della chiavetta internet, senza l'utilizzo di un cavo coassiale, connettori o prese d'antenna per il collegamento tra chiavetta internet ed antenna esterna.