ITMI20092005A1 - Sistema di antenna a dipoli planari - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dal Titolo: Sistema di antenna a dipoli planari.

E CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione concerne, conformemente al preambolo della rivendicazione 1, un sistema di antenna direzionale a pannello di irradiazione di bande di segnali sia di boradcasting (video e audio) che di telecomunicazioni, comprendente : - una rete di alimentazione (AL); - un rifletore (R) in lega metallica; - una colon di protezione (CP); ed -almeno un dipolo (D) romboidale.

STATO DELL’ARTE

Sono note e largamente usate da tempo antenne per irradiare in determinate direzioni bande di segnali a diverse frequenze a mezzo di dipoli distribuiti su almeno un corpo in lega metallica al quale sono associate anche le linee per l’alimentazione di deti dipoli. A titolo puramente esemplificativo (e non limitativo) ci si può riferire alla figura 1 che mostra lo spaccato di un’antenna direzionale specificatamente progettata per funzionare nella banda UHF che copre tute le frequenze comprese tra 470 e 860 MHz. In figura 1 una tale antenna comprende tipicamente: - un corpo metallico (rifletore) che funge anche da supporto; - dipoli planari (D) di forma poligonale vincolati a tale rifletore; - una rete di alimentazione (AL) costituita tipicamente da due diramazioni; e - una calotta (radome) (CP) di protezione dei suddetti dipoli.

Nelle figure 2a, 2b e 2c sono riportati (molto schematicamente ed in vista dall’alto) alcune forme di realizzazione di dipoli convenzionali; anche se, in maniera irrituale, sulla destra e sotto dette figure sono rappresentate schematicamente le loro viste laterali e dal basso secondo le frecce (FI, F2, F2a ed F4). In particolare la figura 2a rappresenta un dipolo cilindrico a sezione circolare o poligonale, la figura 2b mostra un dipolo planare lamellare; e la figura 2c rappresenta schematicamente un dipolo radiante la cui forma ricorda quella di una “farfalla†per cui tutti i dipoli con qualche similitudine con esso vengono impropriamente indicati come dipoli a farfalla. Ad esempio sotto l’espressione “ Butterfly Antenna†vengono segnalate decine di Pubblicazioni di Domande di Brevetto Intemazionali tra le quali ci si limita a menzionare le Pubblicazioni di Brevetto cinese CN 201192579, CN 201117796, CN200993998, CN 1787549, CN2746569, CN 1750320, CN 1532990, CN 2666883 e CN 1490894, oltre alle Pubblicazioni di Brevetti Russo RU2235460 e Tedesco DE 102006927983. Pertanto il campo delle antenne con dipoli a farfalla o pseudo-farfalla, à ̈ molto affollato (crowded) e gli vanno perciò applicati i relativi benefici di brevettabilità, in particolare il criterio che in un campo affollato possono essere considerati brevettabili i trovati con modesto livello inventivo, ma con rilevante progresso tecnico.

Ricerche più mirate su dipoli a rombo hanno portato alla luce i Brevetti Russi:

RU 2195058 (Celle di dipoli romboidali), RU2156162 (due coppie di celle di dipoli romboidali principale e ausiliario), e RU 2230405 (m-celle di dipoli a diamante con fessura, più n dipoli in linea). Infine vanno principalmente segnalati i Brevetti EP 0652604 ed US 4,485,385 che descrivono antenne a dipoli tipicamente romboidali.

Nelle figure 2d e 2e sono rappresentati i diagrammi di irradiazione che si ottengono con i migliori dipoli convenzionali.

Le antenne a dipoli a farfalla hanno tuttavia una struttura con qualche lacuna che non consente, ad esempio di adattare i diagrammi alle situazioni ambientali.

D’altro canto le antenne romboidali delle citate Pubblicazioni di Brevetto Russo, Europeo e Statunitense non sono lontanamente paragonabili alla combinazione di strutture a dipoli con basi maggioritarie al centro e con basi minoritarie esterne a vaschetta, con fessure anch’esse trapezoidali, ed in più, con elementi passivi ed attivi secondo l’invenzione.

In effetti le antenne dei Brevetti sopra menzionati non sembrano essere in grado di raggiungere i risultati delle antenne secondo il trovato.

SOMMARIO DELL’INVENZIONE

Primo scopo del presente trovato à ̈ quello di provvedere antenne direzionali che combinate tra loro in sistemi non abbiano gli inconvenienti dell’Arte Nota, in particolare quelli sopramenzionati.

Secondo scopo dell’invenzione à ̈ quello di provvedere antenne che, combinate in sistemi, abbiano sia una maggiore uniformità che un più alto grado di componibilità del diagramma di radiazione su tutta la banda di funzionamento.

Terzo scopo à ̈ quello di provvedere antenne direzionali il cui alto grado di flessibilità consenta loro di essere combinate in sistemi e collocate su torri di sezione poligonale tipicamente quadrata o pentagonale, generando su tutta la banda UHF i diagrammi di radiazioni voluti anche in funzione della copertura territoriale e del rispetto dei vincoli di tutela ambientale. Un ulteriore scopo à ̈ quello di provvedere antenne direzionali con elementi radianti consistenti di un dipolo romboidale e di almeno un componente circuitale.

Questi ed altri scopi vengono raggiunti con il sistema di antenne e con gli elementi radianti secondo il trovato avente sostanzialmente le caratteristiche recitate nelle rivendicazioni in calce (che si ritengono, peraltro, anche qui incorporate).

rombo che à ̈ ben diversa da quella di un dipolo a farfalla, eventualmente modificata, e da quella di un dipolo romboidale secondo le Pubblicazioni dei Brevetti sovra menzionati.

Lungo l’asse maggiore (X-X) del suddetto dipolo à ̈ praticata la detta apertura (fessura) (FES) sostanzialmente a forma di “papillon†ovvero a sezione trasversale crescente dall’interno verso l’esterno in maniera simmetrica. Secondo un aspetto dell’invenzione l'elemento radiante romboidale di figura 4a, à ̈ abbinato ad un componente circuitale passivo (P) (preferibilmente realizzato in lega metallica) la cui distanza (hp) dal dipolo stesso può variare da 20 a 140mm preferibilmente da 60 a 100mm. Nella parte centrale il dipolo (D) à ̈ connesso alla rete di alimentazione (Al) parallelamente distribuita consistente di linee di trasmissione, preferibilmente di cavi coassiali rigidi, tipicamente con due diramazioni. La rete di alimentazione (AL), interposta tra elementi radianti e sorgente di segnali, svolge anche una funzione di adattamento tra di essi.

Con il nuovo dispositivo, collocato su di una struttura portante (torre) avente sezione quadrata (TQ) di lato 640 mm (figura 4b), e fatto funzionare congiuntamente ad altri dispositivi aventi le stesse caratteristiche elettromeccaniche, à ̈ possibile realizzare un diagramma di radiazione elettromagnetica (figura 4b) che, al variare della frequenza (da Fmin a Fmax passando per Fo), subisce una variazione nella forma nettamente inferiore rispetto al caso rappresentato in figura 2d garantendo una critica uniformità di copertura del territorio al variare della frequenza di segnale irradiato (assenza di gradienti).

Come anticipato à ̈ risultata sorprendente e vantaggiosa la caratteristica riportata in figura 5, secondo cui la distanza (drd) tra riflettore (R) ed elementi radianti (D) varia in modo da rendere il dispositivo adatto ad essere collocato e utilizzato, eventualmente in modo congiunto ad altri dispositivi aventi le stesse caratteristiche elettriche (e meccaniche), su di una struttura portante (preferibilmente metallica) a sviluppo sostanzialmente verticale (torre) avente sezione pentagonale (T5) preferibilmente di lato 570mm.

Variando la quota dei dipoli (D) sopra il riflettore (R), cioà ̈ detta distanza (drd), cambiano le prestazioni elettriche dell’antenna sia in termini di radiazione del segnale elettromagnetico che di efficienza elettrica. Come mostrato nella figura 6a, si à ̈ trovato che, per ristabilire tali prestazioni, vanno aggiunte, in numero adeguato, delle protuberanze metalliche (PU e PU’) aventi dimensioni da 2 a 30mm, sul bordo esterno del dipolo lungo il suo asse minore, delle rientranze metalliche 11-11 e 12-12' ella fessura a papillon (FES) e almeno un elemento capacitivo (C) costituito da una piastra in lega metallica (preferibilmente ottone o alluminio) tra la piastra metallica a forma di romboide e l’elemento passivo (P) ad una distanza (he) compresa tra 5 e 50mm (preferibilmente tra 15 e 30mm) sopra la suddetta piastra romboidale.

Grazie alla possibilità di variare la distanza (drd) tra riflettore (R) e dipoli (D), per rendere il dispositivo, per esempio, adatto ad essere collocato e utilizzato, eventualmente in modo congiunto ad altri dispositivi aventi le stesse caratteristiche elettriche (e meccaniche), su di una struttura portante (torre) avente sezione pentagonale (TP) preferibilmente di lato uguale a 570mm, non solo vengono mantenute le caratteristiche precedentemente descritte (minore variazione nella forma del diagramma di radiazione) ma, in determinate direzioni si osserva un aumento del valore minimo raggiunto dal segnale elettromagnetico irradiato offrendo non solo una uniformità di copertura del territorio al variare della frequenza ma anche una uniformità spaziale della copertura stessa.

Caratteristicamente la seconda forma di realizzazione di figura 6a presenta una serie di parametri, ad esempio, le distanze (he) e (hp) (figura 5), il numero, le dimensioni ed i posizionamenti delle protuberanze (PU, PU') e delle rientranze (11-11, 12-12'), nonché i valori, la forma, la distribuzione e gli accoppiamenti tra i componenti circuitali (P) e (C), con i quali parametri à ̈ possibile creare combinazioni sinergiche che consentono di realizzare diagrammi di irradiazioni di segnali senza sensibili gradienti territoriali al variare delle frequenze, come pure intensità uniformi.

Tipicamente nella forma di realizzazione preferita il dipolo romboidale secondo l’invenzione, consiste (fig. 6a), ( partendo dall’asse maggioritario (X-X) in senso anti orario) di mezza vaschetta (VA), a sua volta comprendente un fondo (FO), la parete (SP1) inclinata, ed il bordo rettilineo (BOI) (ortogonale all’asse X-X), del lato (L) inclinato verso l’alto, dell'eventuale protuberanza (PU), del lato discendente (M), del bordo (B02) attaccato alla parete inclinata (SP2) della vaschetta (VA'), del fondo (FO’) di quest’ultima, della parete inclinata (SP1'), del relativo bordo (ΒΟ1), del lato (L') con la seconda protuberanza (PU’), del lato (Μ'), del bordo (B02'), della parete inclinata (SP2) del fondo (FO) e della rimanente mezza vaschetta di partenza (VA).

Come si vede dai diagrammi di radiazione delle figure 4b e 6b ottenuti con elementi radianti delle figure 4a e 6a associati a componenti circuitali passivi ed attivi, le curve (Fmin e Fmax) sono molto più vicine tra loro di quelle di fig. 2d, il chà ̈ significa che al variare della frequenza, la radiazione non varia sensibilmente in tutto il territorio e che, nelle singole aree di detto territorio i valori della detta radiazione sono elevati. I diagrammi delle figure 2e e 4c (impedenze) dimostrano anch'essi i suddetti vantaggi.

Ovviamente il sistema secondo il trovato à ̈ suscettibile di quelle varianti, modifiche, sostituzioni e simili a portata di mano del tecnico medio del ramo, che sono da considerare comprese nelle rivendicazioni seguenti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema di antenna direzionale a pannello di irradiazione di bande di segnali sia di broadcasting (video e audio), che di telecomunicazioni, comprendente: - una rete di alimentazione (AL); - un riflettore (R) in lega metallica; - una calotta di protezione (CP), preferibilmente in materiale antiurto; - ed almeno un dipolo (D) con una fessura centrale (FES); caratterizzato dal fatto che detto dipolo ha una struttura romboidale sostanzialmente riconducibile a due trapezi (Τ1-ΤΓ) aventi le basi maggioritarie (a-a†̃) in comune, al centro di detto dipolo; - ogni base minoritaria esterna (FO,FO') del rombo à ̈ riconducibile ad una vaschetta centrale (VA, VA') con pareti (SP1-SP2', SP2-SPF) inclinate verso l’esterno e con bordi rettilinei (B01-B02', Î’02-Î’0Γ) ortogonali all’asse maggioritario X-X del dipolo; e - la fessura centrale (FES) à ̈, a sua volta, riconducibile a due piccoli trapezi (NI -NI') con basi minori (b-b') in comune al centro, e basi maggiori (BF1, BF1')) staccate e prospicienti il fondo (FO, FO') di dette vaschette (VA, VA'), detto dipolo romboidale formando un elemento radiante in abbinamento con almeno un componente circuitale.
2. 2) Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la fessura (FES) Ã ̈ a forma di papillon.
3. 3) Sistema secondo la rivendicazione 2, caratterizzato da un elemento passivo (P) disposto al centro e trasversalmente all’asse maggioritario della fessura, ad una distanza (hp) di 20-140 mm, preferibilmente di 60-100 mm.
4. 4) Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da protrusioni (PU-PU') verso l’esterno ricavate alle estremità delle basi maggioritarie (a-a') del romboide, e da coppie di rientranze (11, 1Γ e 12, 12') distribuite sui lati dei trapezi (Π1-ΠΓ) formatori di fessura (FES).
5. 5) Sistema secondo la rivendicazione 1, caratterizzato da un componente circuitale capacitivo, sollevato dal piano del dipolo (D) ad una altezza (he) compresa tra 5 e 50 mm preferibilmente tra 15 e 30mm.
6. 6) Sistema secondo una almeno delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ogni elemento radiante comprendente: - un dipolo romboidale (D) assimilabile a due trapezi con basi maggioritarie accostate al centro ed in comune, provviste di protrusione (PU, PU'), e con basi minoritarie alle estremità esterne a forma di vaschetta, come pure con fessura assimilabile anch'essa a due trapezi però con basi minoritarie al centro e in comune, e con lati maggioritari provvisti di recessi (l l-Ι Γ, 12-12'), à ̈ associato a detti due componenti circuitali disposti su piani che sono paralleli al piano del dipolo ma a distanze da quest'ultimo, diverse fra loro, così da non coprire ed interferire con dette protrusioni e rientranze.