ITMI990585U1 - Sistema per l'integrazione compatta di linee coassiali con segnale ree polarizzatore dc - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto di Modello dì Utilità

dal Titolo:Sistema per l'integrazione compatta di linee coassiali con segnale RF e polarizzatore DC.

La presente invenzione si riferisce ad un sistema per l'integrazione compatta DI linee coassiali con accoppiatori RF e polarizzatori in corrente continua.

In una sua forma di esecuzione vantaggiosa il trovato utilizza nella realizzazione di una linea principale di accopiamento di una serie di accopiatori di segnali RF, almeno la sezione coassiale di un altro componente non coinvolto nel detto accoppiamento del segnale RF.In uno dei casi più emblematici e immediati,il detto componente è di preferenza un polarizzatore 0 alimentatore di corrente DC ai circuiti interessati da detti segnali RF.

Stato della Tecnica.

La Richiedente ha descritto in più brevetti e domande di brevetto italiani ed esteri componenti complessi quali duplexer, filtri, e simili specie per TMA (Tower Mounted Amplifiers); ad es. nelle domande di brevetto italiane N° MI95A 00150,N° MI95A 002206,N° MI97A 000205,N° MI97A 001607 ecc. associabili a circuiti attivi.

Nel brevetto italiano N° 01275418 corrispondente alla pubblicazione di brevetto europeo 0746051 e al brevetto US N° 5,856,767 è descritto un dispositivo di polarizzazione per apparecchiature di trasmissione mobili, comportanti una stazione A (sorgente di segnale RF), una stazione ricevente B ed una sorgente D di corrente continua da alimentare a B,collegata in un nodo N ad una linea coassiale AB;i rami AN e DN hanno stub in corto circuito rispettivamente in circuito aperto, aventi configurazione a bicchiere.

Nel brevetto US N° 5,844,760 la Richiedente ha poi descritto e rivendicato un particolare dispositivo di protezione contro fulmini, scariche ecc. ecc.almeno comprendente: un accoppiatore direzionale per bloccare la corrente continua DC ed i segnali a bassa frequenza BF,uno stub di un quarto di lunghezza d'onda consistente di una induttanza elicoidale per riflettere i segnali HF e lasciare passare la corente DC ed i segnali BF ad una coppia di condensatori cilindrici che formano un filtro passa-basso.

Nella domanda di brevetto italiana N° MI97A 0D2419 è stato inoltre desritto un polarizzatore DC a più stub, ad esempio a tre stub, in grado di poter operare su più frequenze: a tal fine si abbassa l'impedenza del primo stub tenendone costante la lunghezza, si aumenta corrispondentemente 1'ammettenza del secondo stub e si diminuisce l'ammettenza del terzo stub al valore minimo consentito.

Infine non si può non menzionare la recente domanda di brevetto italiano N° MI98A 002122 concernente un T.M.A. dual band (amplificatore montato su torre) incorporante due sezioni TMA1 e TMA2, un solo dispositivo comune di polarizzazione (Bias-T) ed un solo dispositivo comune di protezione (lightning protector).

Nelle appparecchiature descritte nelle privative sovra-menzionate i detti dispositivi di polarizzazione e di protezione hanno le più disparate disposizioni con vari vantaggi e svantaggi ma tutte con l’inconveniente di un notevole ingombro anche per il non trascurabile numero di elementi circuitali necessari. Inoltre esse richiedono connessioni spesso abbastanza delicate e complesse, che,più volte,vanno fatte in situ, cioè fuori fabbrica.

In tutti i sistemi (sovramenzionati o meno) uno dei modi per il confinamento e il trasporto dell'energia nella tecnica delle radio frequenze, è l'utilizzo di linee coassiali.

Come noto le linee coassiali sono caratterizzate da un conduttore metallico principale interno CCI-1 (generalmente di diametro circolare) e da un conduttore secondario CCE-11 ad esso coassiale e di diametro maggiore rispetto al conduttore principale. Il preciso rapporto tra i diametri, del conduttore principale interno e del conduttore coassiale esterno, determina il valore dell'impedenza della linea coassiale stesse e ne caratterizza la qualità e le applicazioni.

Nella maggior parte delle applicazioni a Radio Frequenza la linea coassiale è calcolata per rispettare un valore di impedenza ad es. di 50 Ohm.

Come anticipato, nella tecnica dei segnali a radio frequenza, sopratutto nel campo delle microonde, sono comunemente utilizzati vari dispositivi che si affiancano alla dette linee coassiali e esempi significativi di questi "combinati" sono appunto gli Accoppiatori Coassiali e gli alimentatori DC in particolare nelle versioni a BIAS-T secondo i brevetti della Richiedente.

Tanto per fissare le idee in fig.1 si sona indicati con 31 32..,3i..

3n diversi accoppiatori coassiali che sono in generale i dispositivi che permettono di prelevare (accoppiare per l'appunto) una certa quantità di segnale da una linea coassiale principale CCI-1 tenuta distanziata dal corpo coassiale esterno CCE-11 tramite un sostegno isolante 2,e di trasferirlo su di un'altra linea (non rappresentabile perchè interna agli accoppiatori) senza perturbare il buon funzionamento della prima linea.

L'utilizzo di questi dispositivi permette ad esempio di conoscere in ogni istante (una volta definito il rapporto dei segnali che si accoppiano tra le due linee),quanto segnale (anche ad alta potenza) sta passando sulla linea principale 1, semplicemente monitorando la parte di un segnale (a più bassa potenza ma proporzionale) prelevato sulla linea secondaria ( non rappresentata) e portata ad es. sulla derivazione 4.

Per un'altra applicazione l'utilizzo combinato di due di questi sistemi accoppienti segnale da una stessa linea coassiale, può anche permettere di monitorare la quantità di segnale riflesso nella linea coassiale, rispetto ad un segnale principale incidente (misura VSWR,cioè del Voltage Standing Wave Ratio).

Come anticipato i polarizzatori alimentatori (BIAS-T) sono, a loro volta, dispositivi utilizzati per trasferire segnali a bassissima frequenza o, nella maggioranza dei casi, alimentazioni a voltaggio continuo ( una tensione continua) dagli apparati generatori o accumulatori della stessa tensione ad una linea coassiale principale CCI-1 dedicata al trasferimento di segnali a radio frequenza allorché necessitano di una alimentazione elettrica (DC).

Grazie ad una loro caratteristica peculiare i polarizzatori BIAS-T (secondo i brevetti della Richiedente in particolare l'U.S.P.N° 5,856,767) permettono di introdurre l’alimentazione in continua sulla linea coassiale principale (ad es.CCI-1 in fig.1) in maniera direzionale,consentendo casi di selezionare la direzione di propagazione dell'alimentazione in continua sulla linea coassiale principale a cui è applicata.

Questa caratteristica permette ad esempio di convogliare l'alimentazione DC (una volta trasferita sulla linea coassiale principale 1) verso un connettore d'antenna (non rappresentato) piuttosto che verso un qualsiasi connettore di ingresso di un segnale a radio frequenza entrambi presenti ai capi della linea coassiale principale stessa.

Secondo i succitati brevetti, un BIAS-T elementare comprende almeno una capacità a bicchiere CB, e almeno due induttanze 40 e 50.Nel caso specifico rappresentato in fig.2 l'alimentazione in tensione continua (da una sorgente non rappresentata) portata alla linea coassiale 1 tramite le dette bobine 40 e 5 del BIAS-T può dirigersi appunto solo nella direzione del conduttore 50 coassiale principale 1A, in quanto nella direzione del conduttore 1B la vìa è preclusa dalla presenza di una sezione circolare isolante 30. Al contrario, il passaggio dei segnali ad alta frequenza lungo la linea coassiale principale 1 è consentito in entrambe le direzioni.

Dato che (come è già stato prima accennato) il precisa e costante rapporto tra i diametri del conduttore principale interno CCI (1) e del conduttore coassiale esterno CCE-11 determina il valore dell'impedenza Zo (generalmente di 50 Ohm) della linea coassiale stessa e ne caratterizza la qualità e le applicazioni, risulta evidente che ogni disturbo applicato sulle linee stesse può comportare un degrado della qualità del segnale RF in transito.

L'applicazione quindi, sulle linee coassiali, di dispositivi come gli Accoppiatori 3^,32-·-·3η e di dispositivi come i BIAS-T può determinare un degrado della funzionalità delle linee stesse e quindi distorsioni del segnale RF.Per ridurre lo scadimento qualitativo della linea coassiale (che si ripercuote in uno scarso adattamento della stessa) quando si utilizzano questi dispositivi si devono adottare particolari accorgimenti elettrici/meccanici.

Allo stato attuale dell'arte, il principale sistema per evitare, o almeno, minimizzare, accumuli di interferenze negative sulla linea coassile principale è quello di tenere ben separati meccanicamente i due dispositivi. Si utilizza cioè una configurazione meccanica in cui ì due dispositivi (accoppiatori-polarizzatori BIAS-T) vadano ad agire sulla linea coassile principale in punti situati alla massima distanza possibile fra loro ad es. cosi come rappresentato in fig.3 in cui il segnale RF è applicato in 10 e quello OC in 12.

Questa soluzione, pur essendo elettricamente soddisfacente, necessita di spazi meccanici consistenti per essere attuata. Questi spazi meccanici sono sempre difficili da realizzare sugli attuali sistemi di telecomunicazione dato che la continua tendenza del mercato è necessariamente orientata verso una progressiva miniaturizzazione degli stessi (minor ingombro, possibilmente minor peso, e maggiore affidabilità).

Si è ora trovato che questi obiettivi sono raggiungibii utilizzando come linea principale coassiale, su cui prelevare il segnale per le linee secondarie degli accoppiatori, le stesse parti di linee coassiali dell'alimentatore BIAS-T, realizzando così una nuova soluzione che vede integrato in uno spazio meccanicamente molto più limitato la presenza di più accoppiatori coassiali con un polarizzatore a BIAS -T: questo senza vedere ridotte le prestazioni degli stessi e la qualità finale della linea coasiale complessiva.

Le caratteristiche più salienti del trovato sono recitate nelle rivendicazioni in calce, che si ritengono qui incorporate.

I diversi aspetti e vantaggi del trovato appariranno meglio dalle descrizione delle forme di realizzazione rappresentate nei disegni di accompagnamento nei quali le figure 1,2,3 e 4 sono sezioni schematiche di dispositivi complessi comprendenti linea coassiale e alimentatore DC, del tipo ad esempio descritti e rappresentati nel brevetto US N° 5,856,767 e nei brevetti più recenti della Richiedente sovramenzionati.

In figura 1 è rappresentato un dispositivo convenzionale per lo spillamento di segnali RF da una linea coassiale 1 (consistente di conduttori centrale interno CCI-1 ed esterno CCE-11) ad una serie di accoppiatori 3^, ...-3i..-3n. La linea centrale CCI-1 è sostenuta da un anello distanziatore 2. 4 indica la derivazione del segnale parziale RF raccolto ad es. dall'acoppiatore 3i. Il segnale RF (proveniente ad es. da una stazione di base a terra di un sistema GSM) è applicato in 10 alla linea coassiale 1.

La fig. 2 rappresenta un sistema classico di polarizzatore BIAS-T consistente essenzialmente di (almeno) una capacità a bicchiere CB racchiudente una prima induttanza II che riceve ad un capo 51 la OC e tramite la bobina 40 l'applica in 41 alla linea interna coassiale CCI-1, che prosegue verso destra con una propaggine 42 che.viene infilata in un pezzo tubolare 43 isolante (Teflon) a sua volta infilato nella sezione di linea 1B.Questo dispositivo corrisponde al già menzionato anello isolante 30.

Dal punto di vista funzionale l'insieme CB, 50 e 40 serve a impedire al segnale RF di propagarsi verso la sorgente DC,e a mantenere adattata la linea coassiale ai fini della RF.

Il detto segnale RF circola così su entrambi i rami di linea 1A e 1B mentre il tubo isolante 43 consente la propagazione della DC in un'unica direzione 1A.

In fig.3 è rappresentato il sistema col quale a tutt'oggi si combinano il dispositivo a linea coassiale CCI-CCE con i relativi accopiatori 31-..3n di fig.1, con un polarizzatore alimentatore DC BIAS-T di fig.2. Si vede chiaramente che il BIAS-T BT viene assemblato ad un'estremità (nel caso rappresentato) di destra della linea coasiale, a valle dell'anello distanziatore 2, (risp.6); è come se il contenitore cilindrico del BIAS-T (fig. 2) è semplicemente accodato per combaciamento al contenitore del dispositivo linea-coassiale-accoppiatori di fig.1.Ne risulta un "aggregato" lungo, ingombrante, pesante.

Secando l'invenzione, fig. 4, non si combinano più per semplice accostamento in prolungamento i due corpi di fig.1 e fig.2 come in fig. 3, ma mantenendo la disposizione dei componenti 50,CB, 40 e 41 del BIAS-T di fig.2, si utilizza il pezzo di linea appena a valle di 41 fino all'anello 2' del BIAS-T di fig.2 come pezzo di linea ad es. da 9 a 2 del circuito di fig.1.

In altri termini il pezzo sostanzialmente maggioritario della linea coassiale CCI-1 è costituito ora dalla quasi totalità della linea LT (fig.2) del BIAS-T per cui si ha un'integrazione senza discontinuità dei due pezzi di linee dei due dispositivi,ottenendo un corpo unico ad estensione ridotta (circa il 50%), senza alcun degrado elettrico.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema combinato per il trasferimento parziale a più accoppiatori, di parte di segnali a radio frequenza propagante su una linea coassiale comprendente un conduttore interno centrale ed un conduttore esterno di maggior diametro, e, contemporaneamente, per l'alimentazione di una tensione sostanzialmente continua ai circuiti attivi coinvolti da detti segnali a radio frequenza,detta alimentazione essendo effettuata con un polarizzatore cosidetto a BIAS-T comportante almeno un condensatore, due induttanze ed una linea con una porzione a diametro ridotto formatrice di una propaggine sulla quale si sovrappone un tubicino in materiale isolante, caratterizzato dal fatto che si utilizza, per integrazione, tutta la porzione di linea del BIAS-T a valle della bocca del tubo isolante come pezzo maggioritario del conduttore centrale interno della linea coasiale.
2. 2) Sistema sostanzialmente secondo quanto decritto e rappresentato.