ITMC960071A1

ITMC960071A1 - Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare

Info

Publication number: ITMC960071A1
Application number: IT96MC000071A
Authority: IT
Inventors: Luca Niccolai
Original assignee: Alfa Accessori
Priority date: 1996-06-21
Filing date: 1996-06-21
Publication date: 1997-12-21
Also published as: ITMC960071A0; WO1997049142A1; EP0852075A1; US5977921A; IT1289333B1; AU3272897A

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione ind ustr ale avente per titolo:

PER LA RICEZIONE E LA TRASMISSIONE IN

POLARIZZAZIONE CIRCOLARE"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un 'antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare.

La ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare è tipica dei sistemi satellitari.

Si tratta di un settore in tumultuosa espansione per la vastità delle applicazioni possibili e per la relativa economicità raggiunta nell 'implementazione di tali sistemi.

Paral lelamente all'evolve rsi delle applicazioni della comunicazione satellitare , gli strumenti di ricezione e di trasmissione a terra, sia fissi che mobili, necessitano di antenne sempre più dedic a te destinate ad adempiere al meglio la loro

Due sono i tipi di antenna ai quali si possono rico ndu rre tutte le soluzioni fin qui adottate per attuare a bordo di mezzi mobili la ric et rasmi s sio ne in polarizzazione circolare: il primo tipo consiste nell'antenna cosiddetta "HELIX" o antenna elicoidale, mentre il secondo tipo di antenna è identificato dagli esperti del settore con la denominazione "PATCH"o " MIC ROS TRI P " .

Nell'antenna elicoidale la polarizzazione circolare è ottenuta eccitando un 'onda progressiva su un conduttore elicoidale; il campo risonante è originato dall'onda che "viaggia" lungo il conduttore elicoidale, mentre il verso della polarizzazione circolare ( sinistrorsa 0 destrorsa) è determinato dal verso con cui l'onda si propaga lungo il conduttore elicoidale.

Questo primo tipo di antenna presenta innanzitutto il vantaggio di risultare molto semplice da progettare e da realizzare; questa antenna inoltre offre una notevole ampiezza di banda , che la rende poco sensitiva; quest'ultima caratteristica dell'antenna elicoidale rende meno rigoroso il grado di accettabilità delle tolleranze, così da consentire anche l'impiego

di materiali economici e di comune reperimento Non va poi trascurato un altro pregio di questo tipo di antenna, la quale offre un buon valore di gua dagno nella direzione assiale, così come altrettanto buono è il suo rapporto assiale, che, com’è noto agli esperti del settore, costituisce il principale parametro di riferimento per stabilire la qualità nella polarizzazione circolare.

Di contro, l'antenna elicoidale è affetta da uno svantaggio consistente nella sua non trascurabile altezza, che ne rende scomodo l'impiego per alcune applicazioni particolari, come quelle a bordo di veicoli, dove si richiedono , per evidenti ragioni di aerodinami cità e silenziosità , antenne a basso profilo.

Il basso profilo costituisce proprio la caratte ristica principale dell'altro tipo di antenna sopra accennato, e cioè la cosiddetta antenna "PATCH "dove la polarizzazione circolare viene ottenuta eccitando un'onda su una superficie piana . Il campo risonante ed il verso della polarizzazione circolare vengono determinati tramite un calcolo accurato della posizione del "punto di eccitazione" sulla superficie.

Quest o tipo di antenna, però, richiede l'utilizzo di materiali costosi e soprattutto grande

accu ratezza nelle fasi di messa punto e di p roduzione. a causa delle strette tolleranze da rispettare.

Un altro svantaggio consiste nella considerevole ampiezza della superficie richiesta, dal momento che l'ampiezza di banda dell'antenna è tanto più larga quanto maggiore è l'estensione della superficie su cui l'onda viene eccitata,.

Tale ampiezza può in effetti essere ridotta grazie all'interposizione fra la superficie radiante ed il piano di massa di un substrato ad alta permittività (come ad esempio alumina), il quale però, oltre che incidere notevolmente nei costi di produzione, determina un incremento indesiderato del profilo dell'antenna, che diventa così difficilmente integrabile in microstru tture.

Non ultimo svantaggio dell'antenna PATCH è quello di non consentire di sfruttare la sua superficie radiante in combinazione con componenti per applicazioni diverse.

A partire da questo stato della tecnica si è pensato di ideare una nuova antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, la quale of frisse in sostanza tutti i pregi dell'uno e dell 'altro tipo di antenna sopra descritti, senza però mutuarne i rispettivi svantaggi o limiti applicativi.

Nel nuovo tipo di antenna secondo il trovato la polarizzazione circolare viene ottenuta eccitando un'onda lungo un conduttore anulare, nel senso che il suo profilo presenta una traiettoria chiusa, non necessariamente di forma circolare.

Detto conduttore anulare presenta un pe rime tro uguale o all'incirca uguale ad una lunghezza d'onda nella frequenza operativa o a suoi multipli interi. Detto conduttore è sostenuto a distanza da un piano di massa , che può indifferentemente risultare parallelo non al piano di giacenza del conduttore anulare .

Il sistema formato dal piano di massa e dal conduttore anulare dà origine ad una struttura risonante.

Per determinare il verso ( sinistrorso o destrorso ) dell'onda si può procedere in differenti modi, il primo dei quali consiste nell' eccitare il conduttore anulare in due punti distinti sfasati di un angolo di 90° rispetto al centro del conduttore anulare e nel prevedere una sorgente in quadratura di fase.

In alternativa a questo modo di procedere, si può ec citare il conduttore anulare in un sol punto discri minando uno dei due versi con una sonda passiva , oppure con una sonda direzionale o con qualsiasi altro mezzo idoneo all'uopo.

Misurando le prestazioni di questo tipo di antenna è possibile verificare che:

- la resistenza di ingresso, senza circuiti di adattamento, rientra nel campo tra 50 e 300 Ohm; - l'isolamento fra i punti di eccitazione è notevolmente altro, dell’ordine di 30-50 dB, con conseguente semplificazione dei circuiti di fasatura .

La descrizione della antenna secondo il trovato prosegue con riferimento alla tavola di disegno allegata, avente solo valore esemplificativo e non certo limitativo, in cui :

- le figg. 1 e 2 mostrano due versione costruttive dell'antenna secondo il trovato, le quali differiscono fra loro soltanto per i mezzi di discriminazione utilizzati per determinare il verso della polarizzazione circolare.

Con riferimento alla figure anzidette l'antenna in parola é formata da un conduttore anulare (1) sostenuto a distanza da un piano di massa (2) ed il cui perimetro è uguale o all'incirca uguale al una lunghezza d'onda nelle frequenza operativa o a suoi multipli interi.

Nel la preferite forme di realizzazione dell'antenna in parola, illustrate nelle figure, il conduttore anulare (1) presenta un profilo circolare e giace su un piano parallelo al piano di massa (2).

Nella versione costruttiva di cui alla fig. 1 per determinare il verso dell'onda si è previsto di eccitare il conduttore (1) in due punti (A e B) sfasati di 90° rispetto al centro del conduttore e di utilizzare una sorgente (3) di eccitazione in quadratura di fase, la quale comprende un convenzionale generatore (3a) ed un convenzionale accoppiatore ibrido (3b).

Utilizzando un conduttore circolare (1), la cui sezione trasversale abbia un diametro (d) pari a 0,005 lambda e la cui distanza (h) dal piano di massa (2) sia pari a 0,05 lambda ed utilizzando come dielettrico l'aria , si è accertato che l'antenna di cui alla versione costruttiva illustrata in fig. 1 fornisce una polarizzazi one circolare caratterizzata dai seguenti parametri:

- un rapporto assiale inferiore ad IdB in una banda di frequenza del 5% ed inferiore a 3 dB in una banda del 10 %;

un VSWR (Volatage Standing Ulave Ratio) inferiore a 2, ( ris petto a 100 Ohm)

- un guadagno in direzione verticale pari a circa 8 dBi.

Nella versione costruttiva di cui alla fig. 2 per determinare il verso dell'onda si è previsto

di eccitare il conduttore (1) in un sol punto (C) e di utilizzare una sonda passiva (4).

I vantaggi dell'antenna secondo il trovato possono cosi essere riassunti :

- contenuta sensitività;

- una ampiezza di banda di valore intermedio a quelli tipici dell'antenna HELIX e PATCH;

- semplicità ed economicità costruttiva;

- la possibilità di realizzare il conduttore anulare su circuito stampato;

- ridotto ingombro in altezza, che la rende utilizzabile nelle applicazione su veicoli

- ridotto ingombro trasversale del conduttore anulare, il cui perimetro, fra l'altro, può essere ulteriormente ridotto, rispetto all'anzidetto valore della lunghezza d’onda nella frequenza operativa, tramite convenzionali componenti concentrati ;

- la possibilità di sfruttare lo spazio che intercorre fra piano di massa ed il piano di giacenza del conduttore anulare per collocare ul teriori dispositivi, come ad esempio altre antenne o amplificato ri, senza il rischio di pregiudicare in maniera apprezzabile le prestazioni dell'antenna.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, caratterizzata per il fatto di comprendere: un piano di massa (2) , un conduttore (1) , sostenuto a distanza dal piano di massa (2) ed avente un profilo di traiettoria chiusa , il cui perimetro è uguale o all'incirca uguale ad una lunghezza d'onda nella frequenza operativa o a suoi multipli interi; - un dispositivo di eccitazione del conduttore (1); - mezzi di discriminazione per la determinazione del verso dell'onda. - mezzi di sostegno per il conduttore (1).
2) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo la rivendicazione precedente, caratterizzata per il fatto che i mezzi di discriminazione per la determinazione del verso dell'onda consistono in una sonda passiva (4); essendo previsto che il conduttore (1) venga eccitato in un sol punto (C).
3) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo la rivendicazione 1), caratterizzata per il fatto che i mezzi di discriminazione per la determinazione del verso dell'onda consistono in una sorgente (3) in quadratu ra di fase; essendo previsto che il conduttore (1) sia eccitato in due punti distinti B) sfasati di un angolo di 90° rispetto al centro del conduttore 1.
4) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto che il conduttore (1) presenta profilo circolare.
5) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto che il conduttore (1) giace su un piano parallelo al piano di massa (2).
6) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto che i mezzi di sostegno del conduttore (1) non coincidono con la sonda passiva (A) né con la sonda di eccitazione.
7) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata per il fatto che i mezzi di sostegno del conduttore (1) coincidono con la sonda passiva (A) e/o con la sonda di eccitazione.
8) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto che il conduttore (1) è realizzato con un circuito stampato.
9) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto di incorporare altri dispositivi dislocati o sul piano di giacenza del conduttore (1) o sul piano di massa (2) o nello spazio interposto fra questi due piani.
10) Antenna per la ricezione e la trasmissione in polarizzazione circolare, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzata per il fatto che il perimetro del conduttore (1) risulta inferiore ad una lunghezza d'onda nella frequenza operativa grazie all’adozione di convenzionali componenti concentrati.