ITMI20070242U1 - Dispositivo di rete senza fili includente un sistema di antenna a diversita' di polarizzazione e spaziale - Google Patents

Description

Descrizione di modello Industriate di Utilità

Da! titolo: “DISPOSITIVO DI RETE SENZA FILI INCLUDENTE UN SISTEMA DI ANTENNA A DIVERSITÀ DI POLARIZZAZIONE E SPAZIALE “

Il presente modello si riferisce ad un dispositivo di rete senza fili e in particolare a un dispositivo che funziona da punto di accesso tra uno o più terminali mobili e una rete cablata.

Tecnologie di accesso a banda larga hanno permesso ai fornitori di servizi di espandere le loro offerte di contenuti e di servizio a società e utenti domestici. Per esempio, un utente può sottoscrivere molteplici servizi o applicazioni, quali servizi vocali, servizi di accesso a Internet, ricezione di filmati (‘"video streaming ”), servizi di gioco, ecc. da uno o più fornitori di servizi. Questi servizi e/o applicazioni disponibili attraverso un rete dati privata o pubblica (ad esempio, Internet) possono essere distribuiti su una sola connessione di rete, quale una linea “ Digital Subscriber Line ” (DSL).

Reti locali senza fili (WLAN), come le loro controparti cablate, vengono sviluppate per fornire elevata larghezza di banda a utenti in un'area geografica limitata. Esse vengono sviluppate come alternativa alla costosa installazione e manutenzione in cui si incorre aggiungendo, eliminando o modificando infrastrutture cablate, con ciò indirizzando i segmenti di mercato tipici delle WLAN rivolte ai piccoli consumatori e alle piccole imprese.

Attualmente, lo standard WLAN più estesamente implementato è la famiglia di standard IEEE 802. 11, che è stata rilasciata con specifiche diverse. In particolare, la specifica B02.1 lb, anche nota come Wi-Fi, opera nella gamma di frequenza a 2,4-GHz e usa la tecnologia a spettro allargato e sequenza diretta, mentre la specifica 802.1 lg opera nella gamma di frequenza a 2,4-GHz e usa la tecnologia della multiplazione a divisione di frequenza ortogonale (OFDM). D’altro canto, la specifica 802. I la opera nelle gamme 5,15-5,35 GHz e 5,725-5,925 GHz.

Le WLANs funzionano utilizzando punti di accesso (o "gateway” di accesso) senza fili che forniscono, ad utenti che hanno dispositivi “ client " senza fili situati in prossimità del punto di accesso, accesso ai vari tipi di rete dati, quali una rete Ethernet o Internet. 1 punti di accesso senza fili includono almeno una radio che tipicamente opera secondo uno degli standard specificati in diverse sezioni delia specifica IEEE 802.11. Generalmente, le radio nei punti di accesso comunicano con i dispositivi client utilizzando antenne omnidirezionali che permettono alle radio di comunicare, ovverosia, trasmettere e ricevere dati, con dispositivi client in qualsiasi direzione. I punti di accesso sono poi connessi (mediante collegamenti cablati) a un sistema di rete dati che completa l'accesso del dispositivo client alla rete dati.

Gateway senza fili sono solitamente implementati come il collegamento finale tra la rete cablata esistente ed un gruppo client, fornendo a questi utenti l’accesso senza fili a tutte le risorse ed i servizi della rete dati attraverso un edificio.

La domanda di brevetto US n. 2002/0175864 descrive un dispositivo elettronico per instaurare un ponte fra un dispositivo mobile ed una rete cablata comprendente una coppia di antenne consistente di due antenne fessurate (antenne “ slot ”) mutuamente ortogonali formate su una striscia metallica e condividenti una comune porzione della striscia come unità di messa a terra. La coppia di antenne può essere celata all 'interno del dispositivo eletronico.

Le cause principali di degrado delle prestazioni nelle comunicazioni senza fili sono l’affievolimento per interferenza multipercorso (“multipath fading”), il disadattamento della polarizzazione e l'interferenza del co-canale. Una tecnica utilizzata per aumentare l’efficienza di segnale è la “ Multiple Input Multiple Output ” (MIMO). Le tecniche MIMO usano una pluralità di antenne accoppiate ad un sistema di circuiti integrati dì elaborazione si segnale per la ricezione e/o la trasmissione simultanee di segnali multipli. La tecnica MIMO fornisce diversità di antenna contro effetti indesiderati di percorso e migliora la capacità del canale di comunicazione. Poiché i percorsi di trasmissione tra l'antenna trasmittente e l’antenna ricevente generalmente sono linearmente indipendenti, la probabilità di trasmissione con successo di un segnale ad un cìient generalmente aumenta in proporzione al numero di antenne.

Nelle comunicazioni senza fili che impiegano la tecnica MIMO, due o più flussi dati unici sono trasmessi e ricevuti attraverso un canale radio per cui viene trasmesso un tasso di dati doppio o ancora maggiore. Più di un convertitore radio coerente verso l alto (“W/J-converter ”) ed antenna sono usati per trasmettere il segnale multiplo, e più di un convertitore radio coerente verso il basso ed antenna ricevono il segnale multiplo. La resa di picco nei sistemi MIMO aumenta di un fattore uguale al numero di flussi dati trasmessi (o ricevuti) nel canale. Poiché molteplici segnali sono trasmessi (o ricevuti) da una radio e un’antenna diverse, i segnali MIMO sono spesso chiamati "multi-dimensionali".

La domanda di brevetto WO n. 2006/003416 descrive un dispositivo di rete senza fili avente antenne polarizzate ortogonalmente disposte in modo da fornire diversità di trasmissione e/o polarizzazione. Le antenne possono essere integrate in, o montate su una custodia del dispositivo, così che esse non sporgano fisicamente fuori della custodia. Il dispositivo può avere due di tali antenne, disposte ortogonalmente sulla stessa faccia o su diverse facce della custodia.

Le tecniche MIMO possono operare in diversità di trasmissione e/o diversità di ricezione. Secondo la terminologia comune, una tecnica MIMO lavora sia in diversità trasmissione che in diversità di ricezione. Un sistema che usa antenne multiple lato trasmettitore e una sola antenna lato ricevitore è chiamato “ Multiple Inpia Single Output ” (MISO), mentre un sistema che usa una sola antenna lato trasmettitore e antenne multiple lato ricevitore è chiamato “Single Input Multiple Output ” (SIMO). in diversità di ricezione (ovverosia, nelle tecniche MIMO e SIMO), le risposte delle antenne multiple lato ricevitore sono combinate.

Come accennato in precedenza, la diversità funziona bene quando fluttuazioni causate dall’interferenza multipercorso dei segnali ricevuti dalle antenne multiple del ricevitore sono fra loro indipendenti. Le tecniche di diversità di antenna possono assumere varie forme, per esempio diversità spaziale, di polarizzazione, di frequenza, o angolare. Nello schema di diversità spaziale, le antenne di diversità devono essere posizionate a varie distanze.

Una rassegna di schemi di diversità di polarizzazione in comunicazioni senza fili è riportata in “Investigations ori Polarization Schemes for use in Wireless environments”, di M. Kar e P. Wahid, pubblicato nei Proceedings ofSPIE , voi. 4740 (2002), pagine 160-167.

S.B. Yeap et al. in “Integrateli diversità antenna for laptop and PDA in a MIMO system”, pubblicato in IEE Proc. - Mìcrow. Antennas Propag., voi. 152, no. 6 (2005), presenta un disegno di antenna a dipolo doppiamente ripiegata riempita da una lastra di materiale dielettrico. Secondo gli autori, le antenne possono essere spazialmente poste vicino l'una all'altra (meno di λ/2), mentre si implementa la diversità di polarizzazione. E’ descritto un progetto di computer “ laptop ” in cui due orientamenti diversi del dipolo doppiamente ripiegato caricato con dielettrico sono implementati sullo schermo del laptop.

Un'antenna a diversità di polarizzazione è descritta nell'articolo “A 2.4 GHz Polarizatìondiversity Planar Printed Dipole Antenna for WLAN and Wireless Communicaiion Applications di H.-R. Chuang ed altri, pubblicato in Microwave Journal, voi. 45, pagine 50-63 (2002) in cui due antenne a dipolo stampate ortogonali, per polarizzazione verticale e orizzontale, rispettivamente, sono combinate e fabbricate su un substrato PCB.

In applicazioni per interni, il gateway di accesso senza fili generalmente include una custodia (“housing’) che ospita la circuiteria del punto dì accesso senza fili e connettori elettrici per il collegamento diretto ad una Ethernet o a una borchia telefonica per stabilire una comunicazione di rete, ad esempio, con la linea PSTN (“ Public Switched Telephone Network rete telefonica generale) la linea. Di solito, il gateway ha due antenne esterne separate che puntano verso l’esterno che possono essere manualmente regolate dall'utente. Questo permette che la qualità della comunicazione delle antenne sia regolata secondo le varie condizioni circostanti.

La Richiedente ha osservato che generalmente le antenne esterne hanno buone prestazioni in termini di efficienza di radiazione, adattamento, larghezza di banda e guadagno. In quel caso, i circuiti Rp del l'equipaggiamento elettronico e il telaio del'equipaggiamento elettronico sul quale le antenne sono montate non influiscono significativamente sulle prestazioni dell'antenna. Ciononostante, le antenne esterne aumentano l'ingombro del gateway e spesso non si armonizzano con la custodia del gateway, il che conduce a un impatto dannoso sulla percezione del cliente.

D’altra parte, antenne interne, ovverosia, antenne che sono montate al’intero della custodia del dispositivo elettronico che funge da punto di accesso, anche se migliorano lo stile delia confezione deila custodia del'equipaggiamento elettronico, hanno peggiori prestazioni rispetto ad antenne esterne, in termini dì diagramma di radiazione, guadagno e efficienza di radiazione, poiché esse sono influenzate dalla presenza di altri componenti elettronici del dispositivo. In aggiunta, antenne montate intentamente sono soggette a limiti dimensionali a causa delle dimensioni e della forma del contenitore dell'equipaggiamento elettronico.

Per migliorare l efficienza di segnale, è desiderabile che i dispositivi che fungono da punti di accesso per comunicazioni senza filo operino con diversità di trasmissione e/o ricezione, e pertanto è desiderabile concepire un sistema di antenne nel quale le antenne torniscono segnali ad onda sostanzialmente non correlati.

La Richiedente ha osservato che vi è la necessità di gateway di accesso senza fili che siano provvisti di antenne intere mentre forniscono una copertura sostanzialmente omnidirezionale. Nel constesto del presente modello, col termine “sostanzialmente omnidirezionale” noi intendiamo uno schema di radiazione la cui increspatura grippie”) picco-picco è limitata a pochi dB in un piano principale, tipicamente entro 10 dB e preferibilmente non maggiore di 5 dB attraverso il 90% di un angolo di 360° nel piano principale.

Inoltre, la Richiedente ha affrontato il problema di mantenere la qualità della comunicazione mentre si rende possibile all’utente finale Γ installazione del gateway in interni in posizioni diverse, ha particolare, la Richiedente ha notato che una copertura sostanzialmente omnidirezionale dovrebbe essere realizzata in diverse posizioni di installazione del gateway di accesso.

La Richiedente ha considerato che l’uso di antenne linearmente polarizzate ne! sistema di antenna dell’AG ("Access Gateway ”) è particolarmente vantaggioso poiché esse generalmente garantiscono una incorrelazione relativamente elevata tra le antenne quando si implementa la diversità di polarizzazione.

La Richiedente ha trovato che un AG che comprende un sistema di antenna avente almeno due antenne linearmente polarizzate con polarizzazione ortogonale e avente un elemento radiante che giace su piani perpendicolari è in grado di mantenere la qualità della comunicazione quando l’AG è messo in posizioni operative diverse. Almeno una delle due antenne è disposta su un piano che è parallelo alla parete di fondo delia custodia dell'AG, la parete di fondo essendo la base dell'AG quando disposto orizzontalmente su una superficie di supporto. Il gateway di accesso include una piastra circuitale principale che sovrasta la parete di fondo ed avente una superficie superiore che è sostanzialmente parallela alta parete di fondo.

La Richiedente ha trovato che la piastra di circuito principale funge da superficie rifletente che riflette il campo irradiato emesso dalle antenne e che è in particolare consigliabile disporre l'antenna adagiata su un piano che è parallelo alla parete di fondo in prossimità del piano definito dalla superficie superiore della piastra di circuito principale per migliorare guadagno di radiazione del sistema di antenna, poiché le distorsioni causate da riflessioni della piastra di circuito principale sono notevolmente ridotte.

Vantaggiosamente, ognuna delie antenne del sistema di antenna è un'antenna planare poiché essa permette la configurazione dell’assieme di antenna con un certo grado di libertà e facilita l'integrazione delle antenne nella custodia.

Preferibilmente, ognuna delle antenne del sistema d’antenna può produrre uno schema di radiazione che è sostanzialmente omnidirezionale rispetto a un piano predeterminato.

Preferibilmente, ognuna delle antenne nel sistema d’antenna del presente modello è un'antenna a dipolo che fornisce uno schema di radiazione sostanzialmente omnidirezionale in un piano ortogonale al suo asse di dipolo. Più preferibilmente, le antenne sono antenne a dipolo stampate.

In un aspeto del presente modello, è fornito un gateway di accesso come definito nella rivendicazione 1 unita. Forme di realizzazione vantaggiose di questo dispositivo sono fornite come definite nelle unite rivendicazioni da 2 a 34.

Breve descrizione dei disegni

Le caratteristiche e i vantaggi del presente modello saranno resi chiaro dalla descrizione particolareggiata seguente di una sua forma di realizzazione, fornita soltanto a titolo di esempio non limitativo, descrizione che sarà condotta facendo riferimento ai disegni annessi, nei quali:

FIG. 1 illustra una vista prospettica schematica di un gateway di accesso secondo una prima forma di realizzazione del presente modello.

FIG. 2 illustra una vista in pianta dall’alto del gateway di accesso di FIG. 1.

FIG. 3 illustra una vista prospettica schematica de! gateway di accesso di FIG. l con la custodia chiusa da un coperchio.

FIG. 4 è una rappresentazione simbolica di uno schema di commutazione SIMO RF 2x1. FIG. 5 è una vista in pianta dall’alto di un'antenna a dipolo secondo una forma di realizzazione del presente modello.

FIG. 6 è una vista in pianta dal basso dell'antenna a dipolo di FIG. 5.

Fig. 7 illustra una vista prospettica schematica di un gateway di accesso secondo una seconda forma di realizzazione del presente modello.

FIG. 8a mostra i modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano xy del sistema d’antenna di FIGG. 1-3. L’orientamento del gateway durante misurazioni dello schema di FIG. 8a è illustrato schematicamente in FIG, Sb.

FIG. 9a mostra i modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano xz del sistema d’antenna di FIGG. 1-3. L’orientamento del gateway durante le misurazioni dello schema di FIG. 9a è illustrato schematicamente in FIG. 9b.

F1G. 10a mostra i modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano yz del sistema d antenna di HGG. 1-3. L'orientamento del gateway durante le misurazioni dello schema di FIG. IOa è illustrato schematicamente in FIG. 10b.

FIG. I la mostra j modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano xy del sistema d’antenna di FIG. 7 ottenuti da simulazioni a computer. L'orientamento del gaieway nelle simulazioni dello schema di FIG. 1 la è illustrato schematicamente in FIG. 11 b

FIG. 12a mostra i modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano xz del sistema d’antenna di FIG. 7 ottenuti da simulazioni a computer. L'orientamento del gateway nelle simulazioni dello schema di FIG. 12a è illustrato schematicamente in FIG, 12b.

Fig. 13a mostra i modelli di guadagno di campo lontano misurato in un piano yz del sistema d’antenna di FIG. 7 ottenuti da simulazioni a computer. L'orientamento del gateway nelle simulazioni dello schema di FIG. 13a è illustrato schematicamente in FIG. 13b.

Descrizione dettagliata

Le Figure 1 e 2 illustrano una sezione di una vista prospettica schematica ed una vista in pianta dall’alto, rispettivamente, di un gateway di accesso (AG) secondo una forma di realizzazione preferita del presente modello. Il gateway di accesso 1 è un dispositivo di rete senza fili che può comportarsi come punto di ingresso a un'altra rete, per esempio Internet o una rete di comunicazioni mobile. In una semplice configurazione di WLAN per piccole aree di servizio e copertura radio limitata, per esempio per applicazioni multimediali domestiche, il gateway di accesso stesso può fornire l'interfaccia radio. Nelle forme di realizzazione preferite, il gateway di accesso comprende uno stadio iniziale (‘ front-end ’) radio, ovverosia, un'unità del sistema che elabora segnali a radio- frequenza (RF) nelle direzioni di invio e ricezione, con un sistema d’antenna (dettagliato di seguito) controllato da una opportuna tecnica di commutazione RF.

LAG 1 e racchiuso in una custodia 2 superiormente aperta che comprende una parete di fondo 13 e un involucro periferico 12 costituito da pareti laterali 12a e 12b, opposte l’una all'altra, una parete posteriore 12c ed una parete anteriore 12d. Per chiarezza, nelle FrGG. 1 e 2 la parete anteriore della custodia, opposta alla parete posteriore, non è mostrata. La parete anteriore 12d è mostrata in FIG. 3 che illustra una vista prospetica dell'AG con la custodia 2 chiusa da un coperchio 14 opposta a e posta di fronte alla parete di fondo 13 (non visibile nella figura). La custodia può formare con il coperchio una scatola di forma parallelepipeda sostanzialmente cubica o retangolare. La custodia 2 (ed il coperchio 14) è non conduttiva, per evitare di schermare il sistema d’antenna, e può essere fabbricata per esempio di materiale plastico. In FIGG. 1 e 2 (e in FIG. 7), la custodia 2 è mostrata solamente con pareti trasparenti per migliorare la chiarezza dei disegni. Si comprenderà tutavia che la custodia può essere fatta di un materiale non trasparente, come mostrato in FIG. 3 per la custodia in condizione chiusa.

Nella forma di realizzazione illustrata in FIGG. 1-3 la parete di fondo 13 della custodia giace su un piano ortogonale ai piani sui quali giacciono le pareti dell'involucro periferico 12. Parete “di fondo” 13 rispetto alla custodia 2 si riferisce ad un orientamento tipico di un AG, ovverosia, quello mostrato in FIGG. 1-3 in cui la parete di fondo comprende una superficie di base che definisce un piano di base per l'AG che giace (orizzontalmente) su una superficie di supporto, ad esempio, un tavolo o una scrivania. Come sarà descritto più in dettaglio nel seguito, l'AG può essere disposto durante il suo funzionamento con orientamenti diversi, ad esempio, può essere anche disposto per il montaggio su una parete verticale con la parete di fondo in prossimità di una parete verticale dell’abitazione.

L'AG comprende un sistema d’antenna che include una prima antenna 4 e una seconda antenna 5, entrambe montate nella custodia 2 dell'AG 1 , Secondo la forma di realizzazione illustrata in FIGG. 1 e 2, il sistema d’antenna comprende due e non più di due antenne.

Ciascuna antenna può propagare un segnale ondulatorio a frequenze radio entro una banda di irequenze, ad esempio, la gamma di frequenze WiFi, tale segnale essendo polarizzato linearmente con una direzione di polarizzazione che si estende lungo un asseprincipale, a cui nel prosieguo ci si riferirà come all'asse di polarizzazione.

Ciascuna antenna comprende un elemento radiante che si estende principalmente lungo una direzione principale cui ci si riferirà come all'asse dell'elemento radiante o asse longitudinale (dell'elemento radiante). L'asse longitudinale dell'elemento radiante è disposto in un piano, che definisce un piano che sarà nel seguito indicato come il piano dell'elemento radiante o il piano dell'antenna. In alcune forme di realizzazione, l'elemento radiante si estende lungo l'asse longitudinale per almeno il 60% della sua lunghezza (ovverosia, la lunghezza elettrica), preferibilmente per almeno il 70%, Nel contesto presente, l'elemento radiante può comprendere per esempio una o più strisce conduttive o in generale strutture a fili generali che possono contribuire alla radiazione e sono disposte principalmente lungo l'asse longitudinale. Per esempio, l'antenna può avere un elemento radiante in forma di una struttura allungata, come un tubo metallico o un filo metallico.

Nelle forme di realizzazione preferite, ciascuna antenna è sostanzialmente planare con l'elemento radiante disposto su una superficie di un substrato planare che definisce il piano dell'elemento radiante. Nel contesto presente, "sostanzialmente planare” può includere anche che l'elemento radiante dell'antenna può estendersi fuori del piano dell'elemento radiante lungo una direzione nonnaie per non più, in valore assoluto, di circa λ/8. Per esempio, l'elemento radiante può essere uno o più conduttori disposti su un substrato planare e aventi spessore non superiore a λ/8.

Pi efei ibi Intente, la prima e seconda antenna 4, 5 sono antenne a dipolo o a monopolo. Come noto, tipicamente, un'antenna a dipolo è un elemento radiante sostanzialmente diritto, ovverosia, un conduttore elettrico o una coppia di conduttori elettricamente collegati disposti lungo una direzione principale (ovverosia, l'asse longitudinale), misuranti Xd/2 da estremità a estremità e connessi al centro ad una linea di alimentazione a RI·', dove è la lunghezza d'onda del campo elettromagnetico nel mezzo di propagazione, ovverosia, }J -fi essendo ? la costante dielettrica effettiva e λ la lunghezza d'onda corrispondente alla frequenza centrale della gamma di frequenze operative (per esempio ad una frequenza di 2,4 GHz corrisponde un valore di λ di 12,5 cm). Tipicamente, l'elemento radiante è fonnato da due bracci di dipolo di lunghezza λ^Μ. La polarizzazione del campo elettrico irradiato dall'elemento radiante corrisponde all'orientamento principale dell'elemento. In altre parole, l'antenna a dipolo è polarizzata linearmente e l'asse di polarizzazione corrisponde all'asse longitudinale dell'elemento radiante. La corrente RF in un dipolo è massima al centro (il punto dove la linea di alimentazione si congiunge all'elemento), ed è minima alle estremità dell'elemento radiante. Il punto dove la corrente RF è massima sarà chiamato il centro del dipolo e sarà posizionato tipicamente a metà dell'elemento radiante lungo il suo asse longitudinale.

Le antenne a monopolo sono formate sostituendo metà di un'antenna a dipolo con un piano di terra ad angoli retti colla restante metà. Se il piano di terra è abbastanza grande, il monopolo si comporta da dipolo, come se la sua immagine riflessa nel piano di terra formasse il mezzo dipolo mancante. In particolare, un'antenna a monopolo è provvista di un elemento radiante che è lungo approssimativamente λ^/4 alle frequenze operative o di radiazione e che è isolato elettricamente da un piano di terra elettricamente conduttivo per produrre uno schema di radiazione che approssima quello dei dipoli.

Secondo le forme di realizzazione preferite, le antenne sono antenne a dipolo, poiché esse possono essere generalmente realizzate con un disegno d'antenna più semplice, specialmente quando costruite su una piastra stampata, e possono essere più facilmente incorporate nella custodia dell'AG rispetto alle antenne a monopolo. Senza limitazioni all’ambito generale del trovato, la descrizione seguente di forme di realizzazione preferite sarà diretta ad antenne a dipolo.

Il dipolo elettrico oscillante produce uno schema di radiazione che è sostanzialmente omnidirezionale rispetto a un piano predeterminato che è generalmente ortogonale all’asse dell’elemento radiante e ad un piano perpendicolare al piano sul quale l'elemento radiante è disposto. Con omnidirezionalità di un’antenna a dipolo o monopolo si intende dire che nel piano predeterminato, il guadagno massimo in tutte le direzioni è di almeno 1 dB, quindi non lontano dal valore di 2,2 dB per un dipolo ideale avente due fili di sezione nulla e estendentisi solamente lungo una direzione longitudinale.

La sostanziale omnidirezionalità dello schema di radiazione di ciascuna antenna del sistema d’antenna è particolarmente vantaggiosa in quanto, con la disposizione delle antenne entro la custodia dell'AG secondo il presente modello, può garantire una copertura sostanzialmente omnidirezionale della comunicazione senza Oli nei piani principali della custodia, come sarà descritto più in dettaglio nel seguito.

La prima antenna 4 è disposta nella custodia 2 dell'AG in modo tale che il suo elemento radiante sia disposto su un piano sostanzialmente parallelo al piano definito dalla parete di fondo 13 - ovverosia, un piano parallelo al piano (x,y) in FIGO. 1 e 2, chiamato anche il piano di base. L'asse di polarizzazione del suo elemento radiante è diretto lungo una prima direzione, ovverosia l'asse y. Nel significato da attribuire ai fini del presente modello, il termine '‘sostanzialmente parallelo” al piano di base può includere che il piano dell'elemento radiante non può formare con il piano di base un angolo maggiore di circa 10-15°, preferibilmente entro 5°.

La seconda antenna 5 è disposta nella custodia così che il suo asse di polarizzazione giaccia lungo una direzione sostanzialmente perpendicolare alla prima direzione, ovverosia, lungo Tasse z, e sia disposto in un piano sostanzialmente perpendicolare al piano su cui giace la prima antenna 4, ovverosia, il piano (y,z). Perciò, l'asse di polarizzazione (coincidente con l'asse dell'elemento radiante in caso di antenne a dipolo o monopolo) della seconda antenna 5 giace su un piano sostanzialmente perpendicolare al piano definito dalla parete di fondo 33 della custodia. Preferibilmente, il piano sul quale giace l’asse di polarizzazione della seconda antenna è disposto in modo da essere sostanzialmente parallelo a una parete laterale 12a della custodia. La seconda antenna 5 sarà anche qui chiamata l'antenna verticale o antenna orientata verticalmente.

L'orientamento spaziale mutuo delle due antenne è tale che dove la prima antenna ha un guadagno più alto in una polarizzazione, la seconda antenna ha guadagno più alto nella polarizzazione ortogonale, realizza in questo modo una diversità di polarizzazione. Diversità di polarizzazione è ottenuta disponendo la prima antenna 4 in modo che la sua polarizzazione dominante si estenda sostanzialmente lungo una prima direzione, ad esempio, lungo Tasse y, e disponendo la seconda antenna 5 così che la sua polarizzazione dominante si estenda in una seconda direzione, ortogonale alla prima direzione (ad esempio, lungo Tasse z).

Dato che gli assi di polarizzazione delle due antenne sono ortogonali, giacciono in piani perpendicolari e una delle antenne è disposta su un piano sostanzialmente parallelo alla parete di fondo, il sistema d’antenna è in grado di mantenere la qualità della comunicazione quando l'AG è messo in posizioni operative diverse. Per esempio, l’alta qualità della comunicazione senza fili in ambiente interno può essere ottenuta con l'AG disposto orizzontalmente su una superficie di supporto, ad esempio, con la parete di fondo disposta su una scrivania o tavolo, o con l'AG posto verticalmente, ad esempio, appeso ad una parete di casa con la sua parete di fondo disposta adiacente a o in contatto con la parete di casa.

Le antenne 4 e 5 possono essere fissate alle pareti interne della custodia 2 mediante strutture di trattenimento 14 e 15, rispettivamente. Nella forma di realizzazione di FIGO, i e 2, le antenne 4 e 5 sono antenne planari con l'elemento radiante disposto su un substrato planare.

In FIGG. 1 e 2. il riferimento 6 denota un assieme di circuiti integrati (“chipsef ’) del ricetrasme tritone che si comporta da front-end radio nelI’AG 1. I circuiti integrati possono essere costruiti su una scheda mini PCI che contiene la circuiteria RP che è integrata preferibilmente su un unico substrato. La circuiteria RL generalmente comprende filtri a radio-frequenza (di solito in tecnologia SAW), filtri a frequenza intermedia, e “ duplexer ' che permettono di commutare fra flussi trasmessi e ricevuti. Essa può includere demodulatori ed amplificatori. Il sistema di circuiti integrati supporta un insieme di algoritmi (ovverosia, il firmware dei circuiti integrati) che implementano gli schemi di commutazione RF.

Secondo una prima forma di realizzazione, lo schema di commutazione RF è il cosiddetto SIMO ( single input multiple output) in cui antenne multiple sono usate lato destinatario (ricevitore). La fonte (il trasmettitore) ha solamente un’antenna. In particolare, lo schema di commutazione RF della forma di realizzazione presente è 2x1, che usa due segnali in ricezione e un segnale in trasmissione. Il trasmettitore commuta tra le due antenne per selezionare quella con migliore forza del segnale. Il ricevitore riceve i segnali da due antenne, che sono combinati in un segnale migliorato. Preferibilmente, al lato ricevitore, un algoritmo, implementato dal front-end radio combina i due segnali che provengono dalle antenne e determina il migliore in termini di rapporto segnale-rumore (“ signal-to-noise ratio’\ SNR) o di Received Sigimi Strength Indicator" (RSSÌ). Prima che la fase di trasmissione cominci, la tecnica seleziona ! antenna coi migliore SNR o RSSI attraverso la rete di commutazione per la comunicazione. La selezione dell’antenna trasmittente dipende dalla qualità dei flussi ricevuti. Figura 4 è un'illustrazione simbolica di uno schema di commutazione SIMO 2x1 nel quale 40 rappresenta il trasmettitore e 41 rappresenta il ricevitore, che è in pratica implementato nel front-end radio.

Preferibilmente, il front-end radio (rappresentato dall’assieme di circuiti integrati 6 in FIGG. 1 e 2) implementa una tecnica di elaborazione “ Maxmal Ratio Combinino" (MRC), che è una tecnica nota che usa segnali pilota o di canale di controllo per estimare caratteristiche di canale radio per antenne multiple e quindi applicare pesi a ciascuna antenna per massimizzare il SNR per il segnale somma. Per far sì che MRC operi, due (o più) ricevitori sono necessari, ove sfasatori e amplificatori a guadagno variabile opportunamente implementati realizzano la necessaria elaborazione del segnale RF. MRC può essere vantaggioso in schemi SIMO poiché fornisce buone prestazioni in un ambiente con interferenze dove le interferenze sul singolo segnale ricevuto sono statisticamente indipendenti.

Le tecniche SIMO e in generale le tecniche MIMO richiedono la sostanziale non correlazione tra i flussi ricevuti (e quelli trasmessi nel caso MIMO).

Per ridurre la correlazione tra i flussi ricevuti, la coppia di antenne è configurata in modo da realizzare, in aggiunta alla diversità di polarizzazione, una diversità spaziale. Le antenne prima e seconda sono separate da una distanza (lungo l’asse x) di almeno ?J2, dove λ è la lunghezza d'onda del segnale radio. Detta distanza è preferibilmente almeno 2/3λ. Preferibilmente, detta distanza non è maggiore di 3λ, più preferibilmente non maggiore di 1,5λ. La distanza tra le antenne può essere assunta essere la distanza tra i centri dei dipoli delle antenne. In generale, la distanza può essere definita in una direzione perpendicolare al primo e secondo asse longitudinale (ovverosia, l’asse x in FIGG. 1 e 2). Secondo una forma di realizzazione, λ è compresa nella banda di frequenze che va da 2,400 a 2,485 GHz, ovverosia, la gamma di frequenze WiFi definita nella specifica IEEE 802.1 lb. Secondo una torma di realizzazione, la distanza fra le antenne non è inferiore a circa 6 cm.

Una piastra circuitale principale 7, che preferibilmente è una piastra a circuito stampato (PCB), è racchiusa nella custodia 2. La PCB comprende un superficie superiore e una superficie inferiore, Luna opposta all'altra in una direzione normale, la superficie inferiore essendo disposta sulla parete di fondo 13 della custodia. Entrambe le antenne sono connesse attraverso la PCB ad un circuito di ricezione a diversità che, nella presente forma di realizzazione, è incluso nell’assieme di circuiti integrati 6. Pertanto, le onde di segnale che sono ricevute dalie due antenne a dipolo sono inviate al circuito di ricezione a diversità, nel quale è selezionata una delle onde di segnale che ha forza di ricezione maggiore o le onde di segnale da entrambe le antenne sono combinate, e poi l'onda combinata risultante è inviata al ricevitore ed è ricevuta.

Preferibilmente, la superficie superiore della PCB è sostanzialmente parallela al piano di base del parete di fondo 13 della custodia, ovverosia, la superficie superiore della PCB è disposta in modo da tonnare un angolo di non più di 3-5° gradi con il piano di base. Il piano su cui giace la prima antenna 4 è pertanto sostanzialmente parallelo alla superficie superiore della PCB, Preferibilmente, il piano della prima antenna 4 fonila colla superficie superiore della PCB un angolo di non più di 10-15°, più preferibilmente entro 5°.

Uno o più componenti elettronici, e generalmente una pluralità di componenti, sono montati sulla superficie superiore della PCB. Le superfici “superiore” e “interiore” rispetto alla custodia e alla PCB si riferiscono ad un orientamento tipico dell’AG, ovverosia, quello mostrato in FIGG. 1-3, dove la parete di fondo 13 funge da base per l'AG. Preferibilmente, la PC B 7 funge da piattaforma comune per almeno alcuni dei componenti elettronici e fornisce i collegamenti elettrici tra di essi mediante tracce metalliche lungo o attraverso la piastra. Nella forma di realizzazione mostrata in FIG, 1, la FCB poggia su un telaio di sostegno 18 per permettere il fluire di aria tra la parete di fondo e la superficie inferiore della PCB, per raffreddare i componenti eletronici. La distanza tra la parete di fondo e la superficie inferiore della PCB in una direzione perpendicolare alla superficie inferiore della PCB è per esempio di 0,6 era.

I componenti eletronici comprendono un modulo di alimentazione 9, uno o più connettori e/o interfacce 8a, un modulo microprocessore 11 , e opzionalmente un modulo DSL 10 connesso elettricamente a un connettore DSL 8b. Moduli elettronici sono illustrati schematicamente in FIGG. 1 e 2 come un singolo o una pluralità di blocchi funzionali, sebbene si comprenderà che ciascun blocco può nei fatti includere uno o più componenti eletronici (ad esempio, condensatori, relè, trasformatori, ecc,), come esemplificato nel seguito.

II modulo di alimentazione 9 può comprendere un'unità di alimentazione a commutazione, circuiti per la protezione contro le sovra-correnti e le sovra-tensioni e convertitori DC/DC. 11 modulo di alimentazione 9 è connesso a un connettore di alimentazione 16 attraverso la PCB 7. L'uno o più connettori 8a possono essere porte Ethernet, quali connettori RJ 45, porte telefoniche, quali connettori RJ 11, porte USB "host "e di dispositivo, che sono accessibili dalì'estemo dell' AG attraverso una o più aperture nella parete posteriore 12c della custodia, e sono collegabili a una rete cablata, ad esempio, internet o PSTN, attraverso un collegamento via cavo (non mostrato). Il front-end DSL 10 può comprendere un trasformatore che si comporta da interfaccia analogica per trasformare la tensione dei segnali di trasmissione entranti ed uscenti alla PSTN attraverso il connettore 8b, ad esempio, un connettore RJ 11. Secondo una forma di realizzazione, il modulo microprocessore 11 comprende una piastrina a circuito integrato di CPU (unità della elaborazione centrale) sulla quale è montato un dissipatore di calore costituito da materiale metallico per raffreddare il circuito integrato. Un'interfaccia DSL può essere inclusa nel modulo microprocessore. Può essere incluso un modulo microprocessore supplementare 19 che comprende una piastrina a circuito integrato di CPU raffreddato da un dissipatore di calore per il controllo della porta Ethernet. Il riferimento 24 indica induttori per l'alimentazione che possono essere presenti in prossimità della seconda antenna 5. Possono essere presenti circuiti di pilotaggio supplementari (non mostrati) operanti da interfacce per la rete cablata e senza fili.

I componenti elettronici ospitati nell'AG possono influenzare lo schema di radiazione di un'antenna che è posizionata vicino ad essi, a causa del fatto che campi elettrici sono presenti nel funzionamento dei componenti elettronici, e il loro ingombro fisico può comportarsi da schermo della radiazione elettrica. Per esempio, i dissipatori di calore metallici sulle piastrine a circuito integrato dei moduli CPU 11 e 19, quando nelle dirette vicinanze delle antenne possono modificare la loro impedenza e così ridurre l'efficienza complessiva del sistema d’antenna. La PCB stessa (ovverosia, durante il funzionamento, le correnti che percorrono le sue tracce conduttive) può anche comportarsi da schermo per gli schemi di radiazione delle antenne, deformando parzialmente o bloccando i segnali d'antenna. L’influenza dei componenti elettronici può essere particolarmente dannosa quando, come nel caso presente, le antenne sono disposte all’interno della custodia dell' AG.

In prossimità della parete anteriore 12d, vi è opzionalmente una disposizione 3 di conduttori di luce in plastica connessi a dispositivi emettitori di luce -LED - (non mostrati). 1 conduttori di luce si estendono dalla parete di fondo 13 fino al coperchio 14 che è provvisto di fori (FIG. 3) attraverso i quali i conduttori di luce sporgono e sono visibili dall'esterno della scatola della custodia per 1 indicazione luminosa delle condizioni di funzionamento. La disposizione dei conduttori di luce 3 può rappresentare un ostacolo ulteriore per la radiazione elettromagnetica delle antenne.

Γ1 posizionamento delle antenne è stato pertanto studiato dalla Richiedente per minimizzare le interazioni con gli altri componenti elettronici. L'area dell’AG con connettori 8a e 8b e prcs(a)e di alimentazione 16, indicata in FIG. 2 con l’area tratteggiata 17, è una regione in cui, quando l'AG è connesso a una o più reti cablate, cavi alimentati (non mostrati) sono connessi a morsetti e prese di corrente. L’area 17 è di solito posizionata in prossimità della parete della casa, se l'AG è disposto orizzontalmente su una superficie di supporto, o rivolta verso il soffitto della stanza, se l'AG è disposto su una parete verticale dell’abitazione. Connettori e cavi influenzano pesantemente l’adattamento dell’antenna in gamme di frequenza, e dunque gli schemi di radiazione. Le antenne sono preferibilmente poste in una metà frontale della custodia, opposta alla metà posteriore munita dei connettori esterni. Preferibilmente, le antenne sono disposte ad una distanza di non meno di λ/2, più preferibilmente non meno di λ, dal bordo estremo della pluralità di connettori Sa e 8b e prese 16. Nella presente forma di realizzazione, il modulo DSL 10 e il modulo di alimentazione 9 sono presenti nella metà posteriore della PCB. Una distanza di almeno λ/4 (ad esempio, circa 30 nun per le applicazioni WiFi a 2,4 GHz) dai moduli DSL e di alimentazione aiuta ad evitare l'interazione tra le antenne e i componenti massicci come i condensatori, le induttanze e i trasformatori presenti nei moduli. Il centro del dipolo della seconda antenna 5 è preferibilmente posto ad almeno una distanza di λ/8 dagli induttori 24.

Entrambe le antenne 4 e 5 sono preferibilmente poste esternamente alla PCB 7, per ridurre l'influenza della PCB nel loro schema di radiazione. Preferibilmente, la distanza laterale dal bordo prossimale di ciascuna antenna alla PCB (ad esempio, il bordo prossimale del suo substrato planare) è almeno di circa 2 mm. Nelle forme di realizzazione di FIGG. 1 e 2, detta distanza laterale è lungo Passe x per la prima e la seconda antenna.

La PCB si comporta da superficie riflettente che riflette il campo della radiazione emessa dalle antenne, e produce un massimo in una direzione sostanzialmente perpendicolare alla superficie riflettente. La Richiedente ha trovato che se l'elemento radiante dell’antenna 4 orientata orizzontalmente è posizionato in un piano in prossimità del piano definito dalla superficie superiore della PCB, il guadagno di radiazione è migliorato lungo la direzione definita dall'intersezione fra il piano ortogonale all'asse dell'elemento radiante (dove è massimo il guadagno) e il piano sul quale l'elemento radiante giace, poiché distorsioni causate da riflessioni da parte della PCB lungo quella direzione sono ridotte. Preferibilmente, l'elemento radiante della prima antenna 4 è posto ad una distanza lungo l'asse z dal piano definito dalla superficie superiore della PCB di non oltre λ/4 (ad esempio, circa 3 cm per le applicazione WiFi a 2,4 GHz), più preferibilmente di non oltre λ/8.

Lo spessore della PCB 7 è per esempio di 1,5 mm, generalmente molto minore del valore di λ/4 per gamme di frequenza tipicamente usate in applicazioni WLAN.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la superficie superiore del substrato planare dell’antenna a dipolo 4 (ovverosia, l'asse dell'elemento radiante dell’antenna 4) giace sostanzialmente in co-planarità con la superficie superiore della PCB 7, ovverosia, entro 5 mm dalla superficie superiore della PCB in una direzione normale, più preferibilmente entro 2 mm.

L'antenna 5 diretta verticalmente è preferibilmente posizionata con il bordo prossimale del suo elemento radiante in vicinanza della superficie superiore della PCB lungo l'asse longitudinale del suo elemento radiante (ovverosia, l’asse z). Preferibilmente, il bordo prossimale dell'elemento radiante dell’antenna 5 è posto a una distanza di non oltre circa 5 mm dalla superficie superiore della PCB. In alcune forme di realizzazione, l’antenna 5 è un antenna a dipolo che ha un centro di dipolo posto almeno a una distanza lungo il suo asse longitudinale di circa λ/4 dalla superficie superiore della PCB, preferibilmente di circa λ/4.

La posizione dell'antenna 5 diretta verticalmente rispetto all'antenna 4 diretta orizzontalmente è preferibilmente tale che i centri dei dipoli delle due antenne giacciano entro una distanza lungo l'asse dell'elemento radiante della prima anteima 4 (ovverosia, l’asse y) di non oltre λ/4,

Sebbene la prima antenna possa anche giacere col suo elemento radiante sotto la superficie inferiore della PCB (ovverosia, le distanze sopra descritte dal piano della prima antenna alla superficie superiore della PCB dovrebbero essere considerate in valore assoluto), preferibilmente l’antenna non dovrebbe giacere troppo vicino a, o in contatto diretto con la parete di fondo della custodia. In tal caso, la parete di fondo, anche se fatta di un materiale non conduttivo, influenzerebbe i segnali elettro-magnetico (EM) che si propagano dall'antenna con una conseguente deformazione ben visibile dello schema di radiazione. Preferibilmente, la distanza tra la superficie prossimale principale dell'antenna, ovverosia, la superficie posteriore, e la parete di fondo è di almeno 3 mm, più preferibilmente di almeno 5 mm. Questo sene anche ad evitare la vicinanza con un piano orizzontale conduttivo, ovverosia, il piano (x,y), quale una scrivania metallica sulla quale l'AG può poggiare, che agisca da superficie riflettente per la componente orizzontale del campo EM.

Preferibilmente, ciascuna antenna è un'antenna a dipolo stampata fabbricata su un substrato dielettrico. Le Figure 5 e 6 sono viste in pianta (frontale e posteriore, rispettivamente) di un'antenna a dipolo planare secondo una torma di realizzazione de! presente modello. L’antenna a dipolo 50 comprende un substrato 51 dielettrico che ha una superficie 52 anteriore (FIG. 5) e una superficie 53 posteriore (FIG. 6). Per esempio, il substrato dielettrico può essere un substrato PC, B FR-4 di 0,8 miti di spessore ed avere una costante dielettrica relativa di circa 4,7. Stampato sulla superficie 52 anteriore del substrato è una duplice striscia conduttiva formante un dipolo sagomato ad U che comprende due rami 59, ognuno connesso ad un braccio di dipolo 55. L'orientamento principale dei bracci del dipolo 55 definisce l'asse dell'elemento radiante dell'antenna (o, per questo tipo di antenna, l'asse del dipolo), che, in FIG. 5, è diretto lungo l'asse Y. Rami 59 sono connessi ad un piano 54 di terra conduttivo, pure stampato sulla superficie anteriore. Le strisce stampate sono metalliche, costituite ad esempio di rame.

1 bracci di dipolo 55 sono piegati a forma di L, così che l'altezza complessiva Hd dell'antenna è ridotta. La lunghezza di ciascun braccio di dipolo braccio 55, ovverosia, sostanzialmente la somma della lunghezza delle porzioni rettilinee 55a e 55b (L2+W i), che può anche essere chiamata la lunghezza elettrica, è di circa e preferibilmente dì circa Lj/4, dove Xd è la lunghezza d'onda del campo elettromagnetico nel mezzo di propagazione, ovverosia, À/V? dove ? è la costante dielettrica effettiva del mezzo di propagazione e λ la lunghezza d’onda associata alla frequenza centrale della gamma di frequenze operative, ad esempio, 2,45 GHz.

Secondo una forma dì realizzazione, il substrato dielettrico ha un'altezza Hd di 40 mm e una lunghezza Ld di 18 mm.

Dato che i bracci di dipolo sono conformate ad L, l'elemento radiante che comprende il braccio di dipolo 55 si estende anche lungo una direzione trasversale all'asse longitudinale, ovverosia, le sezioni 55b, Preferibilmente, almeno il 60%, e più preferibilmente almeno il 70%, della lunghezza elettrica di ciascun braccio di dipolo si estende lungo la direzione longitudinale. Si deve notare che le sezioni 55b dei bracci di dipolo 55 danno luogo ad un piccolo contributo al campo elettrico rispetto alle sezioni 55a, il contributo dipendendo anche dalla distanza lungo la direzione longitudinale tra le due sezioni, poiché le correnti che percorrono le sezioni 55b hanno segno opposto.

Una linea di alimentazione a micro-striscia 57 è stampata sulla superficie posteriore 53 dell’antenna a dipolo 50, Nella presente forma di realizzazione, la micro-striscia 57 è conformata a L, Il foro passante 60 connette l’estremità di un braccio di dipolo 55 alla microstriscia 57 attraverso il substrato 51. L’alimentazione dell'antenna è realizzata mediante un cavo coassiale (non mostrato) connesso ad una estremità del front-end radio. All’estremità opposta, il conduttore interno de) cavo coassiale è saldato alla micro-striscia 57, mentre il conduttore esterno o di terra del cavo è saldato al piano 54 di terra dell'antenna. In questa antenna, la struttura di alimentazione forma un dispositivo di adattamento di impedenza “ balun' 1 con il piano di terra del dipolo che permette di passare da una configurazione bilanciata (cavo coassiale) a una configurazione non bilanciata (dipolo stampato). Lo schema della saldatura del cavo coassiale può essere diverso, per esempio introducendo un’ulteriore foro passante metallico (non mostrato) esterno alla linea di alimentazione 57 e connesso al piano 54 di terra attraverso il substrato dielettrico ed alla linea di alimentazione 57 dal conduttore interno di un cavo coassiale.

La posizione del centro del dipolo dell’antenna 50 è indicata schematicamente con il riferimento 61. Il centro del dipolo giace approssimativamente equidistante dalle estremità dei bracci di dipolo lungo l'asse longitudinale, ovverosia, l'asse Y in FIG. 5 ed è circa il punto mediano dell'elemento radiante lungo l'asse dell'elemento radiante.

Per una frequenza centrale di 2,45 GHz, dimensioni esemplificative delle strisce conduttive che costituiscono l'antenna a dipolo possono essere (con riferimento a FIGG. 5 e

In questo esempio, circa il 30%

della lunghezza elettrica è lungo una direzione trasversale alla direzione longitudinale.

Nella forma di realizzazione illustrata in FIGG. I e 2, l’antenna a dipolo 4 è un'antenna a dipolo stampata orientata con la superficie superiore opposta alla parete di fondo 13 della custodia e affacciata alla sommità aperta (o al coperchio 14), mentre l’antenna a dipolo 5 è un'antenna a dipolo stampata orientata con la superficie superiore affacciata alla prima antenna 4.

Figure 8a, 9a e IOa mostrano gli schemi di guadagno di campo lontano co-polare misurato in una camera anecoica lungo tre piani principali per un AG secondo la forma di realizzazione mostrata in FIGG. 1-3 e avere un sistema d’antenna con antenne a dipolo stampate del tipo mostrato in FIGG. 5 e 6 e operante a 2,45 GHz. La linea a tratti rappresenta lo schema di guadagno dell'antenna diretta orizzontalmente, ovverosia, la prima antenna 4 (indicata nei diagrammi con FD1), mentre linea continua rappresenta lo schema di guadagno dell'antenna diretta verticalmente, ovverosia, la seconda antenna 5 (indicata nel diagramma con FD2). In particolare, Fig. 8a mostra lo schema di radiazione misurato con la custodia dell’ AG posizionata orizzontalmente lungo il piano (x,y) in un orientamento tipico con la parete di fondo che funge da base sulla quale l'AG poggia, come schematicamente illustrato in Fig. 8b. Le misure sono state prese in un piano parallelo a (x,y) a una distanza nella regione di campo lontana.

La Figura 9a mostra lo schema di radiazione misurato in un piano parallelo alla parete anteriore 12d e con la custodia dell’ AG posizionata verticalmente e giacente in un piano perpendicolare alla parete di fondo 13 (e al coperchio 14), ovverosia, il piano (x,z), come schematicamente mostrato m FIG. 9b. Questo orientamento dell'AG può essere tipico se l'AG è appeso a una parete verticale ddl’abitazione, con la parete di fondo in prossimità della parete dell’abitazione.

La Figura IOa rappresenta il diagramma di radiazione misurato con la custodia dell’AG posizionata orizzontalmente in un piano parallelo alla parete 12b laterale, come schematicamente illustrato in FIG. 10b.

I risultati sperimentali mostrano che gli schemi di radiazione combinati delle antenne 4 e 5 nei tre piani principali sono sostanzialmente omnidirezionali, con l'increspatura (ripple) che non eccede 5 dB in più del 92% dell'angolo giro nei tre piani principali nei quali le misure di FIGG. Sa, 9a e IOa sono state prese.

II coefficiente di correlazione incrociata (“cross-correlatìon”), o correlazione di inviluppo, può essere calcolato dai diagrammi di radiazione secondo equazioni note, riportate per esempio nell'articolo citato di S.B. Yeap et al. La correlazione di inviluppo è stata calcolata per ognuno dei piani principali dai diagrammi di radiazione di FIGG. 8a, 9a e IOa, e si è trovato che essa non eccede il valore di 0,12 per il sistema d’antenna in ciascun piano principale.

La Figura 7 illustra una vista prospettica di un AG secondo una forma di realizzazione ulteriore del presente modello. Secondo questa forma di realizzazione, lo schema di commutazione RF può essere un SIMO 3x1, nel quale si impiegano tre antenne lato ricevitore e un'antenna lato trasmettitore. Preferibilmente, lo schema di commutazione è un MIMO 3x2 o 3x3, che adotta diversità in ricezione e trasmissione. La combinazione di segnali può essere effettuate con note tecniche di elaborazione di segnale, come la multiplazione spaziale o la codifica spazio-temporale secondo l'emergente standard IEEE 802.1 In.

La diversità di trasmissione e ricezione richiede la non correlazione dei flussi trasmessi e ricevuti. La Richiedente ha concepito un AG includente un sistema d’antenna che comprende almeno tre antenne interne aventi un basso livello di correlazione e che fornisce comunicazioni senza fili ad alta qualità per posizioni diverse della custodia dell’ AG rispetto a una superficie di supporto o parete dell’abitazione.

Nella fonna di realizzazione di FIG. 7. il sistema d’antenna comprende tre e non più di tre antenne. Le tre antenne sono separate fisicamente entro la custodia dell’ AG, così da realizzare diversità spaziale, e sono orientate con polarizzazioni ortogonali, così da realizzare diversità di polarizzazione triassiale.

In FIG. 7, gli stessi riferimenti sono attribuiti a elementi che corrispondono a quelli mostrati in FIG. 1, e la loro descrizione particolareggiata è qui appresso omessa. L'AG 30 comprende tre antenne disposte nella custodia 2 e il cui elemento radiante si estende sostanzialmente lungo un asse longitudinale, ovverosia, l'asse dell'elemento radiante. Ciascuna antenna è polarizzata linearmente. La prima antenna 22 comprende un elemento radiante con l'asse longitudinale in un piano che è diretto orizzontalmente rispetto alla parete di fondo 13 della cusiodia 2 dell'AG, ovverosia, il piano è sostanzialmente parallelo alla parete di fondo 13, e ha un asse della polarizzazione diretto lungo una prima direzione, ovverosia, l'asse y. La seconda antenna 23 comprende un elemento radiante con l'asse longitudinale in un piano che è diretto verticalmente rispetto alla parete di fondo 13 della custodia ed avente un asse di polarizzazione lungo una seconda direzione (l'asse z) sostanzialmente perpendicolare all'asse di polarizzazione della prima antenna 22. L'asse longitudinale dell'elemento radiante della seconda antenna 23 giace su un piano sostanzialmente perpendicolare al piano dell'elemento radiante della prima antenna 22.

Preferibilmente, la seconda antenna è posizionata entro la custodia su un piano sostanzialmente parallelo a una parete laterale 12a della custodia 2. Le distanze minime delle antenne prima e seconda 22 e 23 nel piano (x,y) dalla parete di fondo 13, dai connettori 8a, 8b e 16, e dai i moduli elettronici 9, 10, 19 e 11, che sono montati sulla PCB 7, possono essere preferibilmente selezionate per essere uguali a quelle fornite con riferimento alla prima forma di realizzazione del presente modello, illustrata in FIGO. 1 e 2.

Preferibilmente, le antenne prima e seconda 22 e 23 sono disposte entro la custodia 2 del gateway di accesso 30 come le antenne prima e seconda 4 e 5 delle forme di realizzazione descritte con riferimento a FIGG. 1 e 2.

La custodia 2 del gateway 30 può includere un coperchio 14 (non mostrato in FIG. 7) opposto alla parete di fondo, così che in una condizione chiusa, il gateway 30 può essere illustrato in vista prospettica dalla FIG. 3.

La terza antenna 20 è un'antenna polarizzata linearmente per propagare segnale ondulatorio lungo un asse di polarizzazione orientato perpendicolarmente agli assi di polarizzazione delle antenne prima e seconda 22 e 23, ovverosia, l'asse perpendicolare della terza antenna è disposto lungo l'asse x. Essendo gli assi di polarizzazione delle tre antenne diretti lungo tre direzioni sostanzialmente perpendicolari, si ottiene la massima diversità di polarizzazione del sistema d’antenna. La terza antenna 20 comprende un elemento radiante che si estende lungo un asse longitudinale che preferibilmente giace in un piano perpendicolare al piano del l'elemento radiante della seconda antenna 23.

Nelle forme di realizzazione preferite, ciascuna antenna è sostanzialmente planare con l'elemento radiante disposto su una superficie di un substrato planare che definisce il piano dell'elemento radiante.

Per ridurre l’interferenza degli schemi di radiazione con la PCB, la terza antenna 20 è preferibilmente disposta fuori dalla PCB 7, per esempio col suo bordo prossimale (ad esempio, il bordo prossimale del suo substrato planare) a una distanza di almeno 2 mm lungo l’asse y dal bordo esterno della PCB.

Preferibilmente, la terza antenna è disposta su un piano sostanzialmente parallelo al piano della prima antenna 22, e dunque parallelo al piano definito dalla parete di fondo 13. In questo modo, le interferenze dei componenti elettronici e della PCB stessa cogli schemi di radiazione possono essere ridotte. Preferibilmente, la terza antenna 20 è disposta con il piano dell'elemento radiante in prossimità del piano definito dalla superficie superiore della PCB per ridurre distorsioni causate da riflessioni da parte della PCB. Preferibilmente, la terza antenna 20 è posta ad una distanza lungo l'asse z dal piano definito dalla superficie superiore della PCB di non oltre λ/4, più preferibilmente di non oltre λ/8.

Preferibilmente, la superficie superiore dell'antenna 20 è disposta in sostanziale coplanarità con la superficie superiore della PCB 1, ovverosia, entro 5 mm dalla superficie superiore della PCB nella direzione normale, più preferibilmente entro 2 mm, cosi da minimizzare le deformazioni del suo diagramma di radiazione causate delle riflessioni da parte della PCB,

Il piano dell'elemento radiante della terza antenna 20 è preferibilmente disposto sostanzialmente in co-planarità con il piano dell'elemento radiante della prima antenna 22.

Le tre antenne sono spazialmente separate aH'intemo della custodia per realizzare la diversità spaziale dei sistema d’antenna. La distanza tra la prima antenna 22 e la terza antenna 20 non è minore di λ/2, dove λ è la lunghezza d'onda del segnale radio. Preferibilmente detta distanza non è maggiore di 3λ, più preferibilmente non è maggiore di 1,5λ. Le distanze tra le antenne lungo una particolare direzione sono definite come le distanze tra i centri dei dipoli delle antenne. Per esempio, per una frequenza centrale di 2,45 GHz la distanza tra la prima e terza antenna è di circa 11 era.

La distanza tra la prima antenna 22 e la seconda antenna 23 lungo l'asse x non è minore di λ/2. Secondo una forma di realizzazione, la distanza tra la prima e la seconda antenna è almeno di λ. Per esempio, per una frequenza centrale di 2,45 GHz la distanza è circa 22 cm.

Nella forma di realizzazione illustrata, le tre antenne sono disposte in vicinanza dei bordi esterni della PCB 7, ad esempio, a una distanza di non più di 2-3 nini fra il bordo di ciascuna antenna prossimale al rispettivo bordo esterno della PCB. Deve comunque intendersi che la prima, seconda e terza antenna possono essere disposte nella custodia in modo da occupare i vertici di un triangolo di lato di almeno λ/2.

Secondo un forma di realizzazione preferita, i centri dei dipoli della prima e seconda antenna giacciono a poca distanza lungo la direzione dell'asse longitudinale della prima antenna (ovverosia, l'asse y), non maggiore in valore assoluto di λ/4.

La distanza della terza antenna 20 dalla disposizione di conduttori di luce 3 è di almeno 0,5 cm e la distanza dal parete anteriore (non mostrata in Fig. 7) è di almeno 0,5 cm.

Le Figure I la, 12a e 13a riportano simulazioni a computer di schemi di guadagno di campo lontano co-polare lungo tre assi principali per un AG secondo la forma di realizzazione mostrata FIG. 7, e avente un sistema d’antenna con antenne a dipolo stampate del tipo mostrato in FIGO. 5 e 6 e operante a 2,45 GHz. La lìnea a tratti rappresenta lo schema di guadagno dell'antenna diretta orizzontalmente, ovverosia, la prima antenna 22 (indicata nei diagrammi con FD1), la linea continua rappresenta lo schema di guadagno dell'antenna diretta verticalmente, ovverosia, la seconda antenna 23 (indicata nel diagramma con FD2), mentre la linea punteggiata rappresenta lo schema di guadagno della terza antenna 20 (indicata nel diagramma con FD3). In particolare, FIG. I la mostra lo schema di radiazione simulato con la custodia dell’AG posizionata orizzontalmente lungo il piano (x,y) in un orientamento tipico con la parete di fondo che funge da base sulla quale l’AG poggia, come schematicamente illustrato in FIG. 1 Ib.

La Figura 12a mostra lo schema di radiazione simulato in un piano parallelo alla parete anteriore 12d e con la custodia dell AG posizionata verticalmente e giacente m un piano perpendicolare alla parete di Fondo 13 (e al coperchio 14), ovverosia, il piano (x,z), come schematicamente illustrato in FIO. 12b.

La Figura 13a riporta il diagramma di radiazione simulato con la custodia dell’ AG posizionata orizzontalmente in un piano parallelo alla parete laterale 12b, come schematicamente illustrato in FIG. 13b.

I risultati delle simulazioni mostrano che gli schemi di radiazione combinati delle antenne 20, 22 e 23 nei tre piani principali sono sostanzialmente omnidirezionali, con l'increspatura che non eccede i 5 dB in oltre il 90% dell'angolo giro nei tre piani principali sui quali le simulazioni di FIGO. I la, 12a e I3a sono state eseguite.

Sebbene il presente modello sia stato illustrato e descritto mediante sue forme di realizzazione, è chiaro agli specialisti del settore che molte modifiche alle forme di realizzazione descritte, così come altre forme di realizzazione del presente modello sono possibili senza allontanarsi dalle sue caratteristiche essenziali e/o dal suo ambito come definiti nelle rivendicazioni qui unite.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1. Un gateway di accesso senza fili (1;30) per comunicazioni di segnali ondulatori a radiofrequenza entro una banda di frequenze, il gateway essendo racchiuso in una custodia (2) includente una parete di fondo (13) che definisce un piano di base e comprendendo: una piastra circuitale principale (7) entro la custodia (2) sovrastante detta parete di fondo (13) ed avente una superficie superiore e una superficie inferiore, l’una opposta all'altra, detta superficie inferiore essendo rivolta verso la parete di fondo e detta superficie superiore essendo sostanzialmente parallela al piano di base, e un sistema d’antenna disposto nella custodia (2) e comprendente una prima antenna polarizzata linearmente (4;22) per propagare un primo segnale ondulatorio lungo un primo asse di polarizzazione, la prima antenna comprendendo un primo elemento radiante che si estende lungo un primo asse longitudinale in un primo piano sostanzialmente parallelo al piano di base, e una seconda antenna polarizzata linearmente (5;23) per propagare un secondo segnale ondulatorio lungo un secondo asse di polarizzazione orientato perpendicolarmente al primo asse di polarizzazione, la seconda antenna comprendendo un secondo elemento radiante che si estende lungo un secondo asse longitudinale in un secondo piano orientato perpendicolarmente al primo piano in cui le antenne prima e seconda sono posizionate l'una rispetto all'altra ad una distanza di almeno λ/2, dove λ è la lunghezza d'onda che corrisponde a una radiofrequenza entro la banda di frequenze. 2. 11 gateway di rivendicazione 1, in cui la prima antenna (4;22) è sostanzialmente planare con il primo elemento radiante disposto su una superficie superiore di un primo substrato planare, detta superficie superiore definendo il primo piano e in cui la seconda antenna (5,23) è sostanzialmente planare col secondo elemento radiante disposto su una superficie superiore di un secondo substrato planare, detta superfìcie superiore definendo il secondo piano, così che i substrati planari primo e secondo sono diretti perpendicolarmente l’uno airaìtro, 3. Il gateway delle rivendicazioni 1 o 2, in cui il primo e secondo asse longitudinale corrispondono al primo e secondo asse di polarizzazione, rispettivamente. 4. 11 gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui le antenne prima e seconda sono posizionate Cuna rispetto all’altra a una distanza di almeno 2/3λ. 5. lì gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui il primo piano della prima antenna (4;22) è situato ad una distanza in una direzione perpendicolare al primo piano di non oltre λ/4 dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7). 6. Il gateway di rivendicazione 5, in cui detta distanza del primo piano dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7) è di non oltre λ/8. 7. Il gateway di rivendicazione 5, in cui detta distanza del primo piano dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7) è di non oltre 5 mm. 8. Il gateway di rivendicazione l, in cui le antenne prima e seconda sono connesse elettricamente alla piastra di circuito principale (7), 9. I] gateway di una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la custodia (2) comprende un involucro periferico (12) formato da pareti laterali opposte (12a. 12b), una parete anteriore (12d) e una parete posteriore (12c), 10. Il gateway di rivendicazione 9, in cui almeno una delle pareti laterali opposte (12a) è sostanzialmente perpendicolare alla parete di fondo (13) e il secondo asse longitudinale che giace sul secondo piano è disposto sostanzialmente parallelo all'almeno una di dette pareti laterali (12a). 11. Il gateway di rivendicazione 9, comprendente inoltre almeno un connettore (8a, 8b 16) montato nella custodia (2) e accessibile dall'esterno del gateway di accesso attraverso la parete posteriore (12c). 12.11 gateway di rivendicazione 11, in cui ciascuna delle antenne prima e seconda è spazialmente distanziata dal bordo esterno dell'almeno un connettore (Sa, 8b 16) di una distanza nella direzione del primo asse longitudinale di almeno λ/2. 13.11 gateway di rivendicazione 11, in cui ciascuna delle antenne prima e seconda è spazialmente distanziata dal bordo dell’almeno un connettore (8a, 8b 16) di una distanza nella direzione del primo asse longitudinale di almeno λ. 14. 11 gateway di rivendicazione 1, in cui il sistema d’antenna comprende due e non più di due antenne (4,5). 15.11 gateway di rivendicazione 1, in cui uno schema di radiazione di ciascuna delle antenne prima e seconda è sostanzialmente omnidirezionale in un piano principale ortogonale all'asse longitudinale di ciascuna delle antenne prima e seconda, rispettivamente. 16. Il gateway di rivendicazione 2, in cui i substrati planari primo e secondo sono fatti di materiale dielettrico. 17.11 gaieway di rivendicazione 16, in cui le antenne prima e seconda sono antenne stampate aventi il primo elemento radiante stampato nel primo substrato planare e il secondo elemento radiante stampato sul secondo substrato planare. 18.11 gateway di una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna delle antenne prima e seconda è un'antenna a dipolo. 19. Il gateway di rivendicazione 18, in cui ciascuna delle antenne (4;22) e seconda (5;23) ha un centro del dipolo disposto sostanzialmente in posizione centrale all'elemento radiante lungo l'asse longitudinale, il centro del dipolo della prima antenna essendo distanziato spazialmente dal centro del dipolo della seconda antenna di una distanza di non oltre λ/4 lungo il primo asse longitudinale. 20. Il gateway di una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui il sistema d’antenna comprende inoltre una terza antenna polarizzata linearmente (20) per propagare un terza segnale ondulatorio lungo un terzo asse di polarizzazione orientato perpendicolarmente al primo e seconda asse di polarizzazione, la terza antenna comprendendo un terzo elemento radiante che si estende lungo un terzo asse longitudinale che giace su un terzo piano. 21.11 gateway di rivendicazione 20, in cui il terzo piano è orientato sostanzialmente parallelamente al piano di base della parete di fondo (13) della custodia (2). 22.11 gateway di rivendicazione 21, in cui il terzo piano è situato a una distanza in una direzione perpendicolare al terzo piano di non oltre λ/4 dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7). 23. Il gateway di rivendicazione 22, in cui detta distanza del terzo piano dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7) è di non oltre λ/8. 24. Il gateway di rivendicazione 22, in cui detta distanza del terzo piano dalla superficie superiore della piastra di circuito principale (7) è di non oltre 5 nini. 25. Il gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 24, in cui la terza antenna è sostanzialmente planare col terzo elemento radiante disposto su una superficie superiore di un terzo substrato planare, detta superfìcie superiore definendo il terzo piano. 26. Il gateway di rivendicazione 25, in cui che il terzo substrato planare è fatto di materiale dielettrico. 27. Il gateway di rivendicazione 26, in cui, la terza antenna è un'antenna stampata che ha il terzo elemento radiante stampato sul terzo substrato planare. 28. Il gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 27, in cui il terzo piano è orientato sostanzialmente in co-pìanarità col primo piano su cui giace il primo elemento radiante della prima antenna (22). 29. Il gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 28, in cui la terza antenna (20) e la prima antenna (22) sono posizionate I’una rispeto aH’altra ad almeno una distanza di }J2 e la terza antenna (20) e la seconda antenna (23) sono posizionate l'ima rispeto all'altra ad una distanza di almeno λ/2. 30. Il gateway di rivendicazione 29, in cui la prima antenna (22) e la seconda antenna (23) sono posizionate (una rispeto all'altra a una distanza di almeno λ. 31.11 gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 30, in cui uno schema di radiazione della terza antenna è sostanzialmente omnidirezionale in un piano principale ortogonale al terzo asse longitudinale. 32. Il gateway di una qualunque delle rivendicazioni da 20 a 31, in cui la terza antenna è un'antenna a dipolo, 33. Π gateway dì rivendicazione 20, in cui il terzo asse longitudinale corrisponde al terzo asse della polarizzazione. 34. Il galeway di rivendicazione 20, in cui il sistema d’antenna comprende tre e non più di tre antenne (20, 2223).