ITRE990059U1

ITRE990059U1 - Antenna planare a microstrip, per autoveicoli.

Info

Publication number: ITRE990059U1
Application number: IT1999RE000059U
Authority: IT
Original assignee: Zendar Spa
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-06-13
Also published as: EP1108616A3; IT248292Y1; EP1108616A2

Description

Descrizione di un modello di utilità industriale avente per titolo: Antenna planare a microstrip, per autoveicoli.

Il presente modello di utilità industriale si riferisce ad una antenna planare a microstrip concepita per impianti automobilistici, sia per la telefonia cellulare con particolare riguardo per impianti operanti in doppia frequenza di risonanza (dual-band), sia per applicazioni differenti. La sua disposizione preferenziale è sui vetri degli autoveicoli; più specificatamente per applicazioni sui parabrezza e/o sui lunotti posteriori. Essa è particolarmente configurata per essere utilizzata a frequenze prestabilite, quali 900 e di 1 800 MHz (GSM, ETACS, AMPS, PCD) adottate in campo europeo, o altre.

La sua specifica struttura corrisponde sostanzialmente a quella di una antenna planare in microstrip del tipo già noto, descritta ed illustrata nella domanda di brevetto per invenzione industriale RE99A000101 depositata il 08/10/1999, a nome dello stesso titolare della presente domanda, ma il suo elemento radiante è proporzionato in modo da operare ad una prima frequenza di risonanza prestabilita, e lo stesso elemento comprende, in stretta prossimità e parallelamente al suo bordo radiante, almeno una fessura, o “slot”, la cui estensione è proporzionata in funzione di una seconda frequenza di risonanza prestabilita; il comportamento di tale fessura essendo quello di un bordo radiante, corrispondente a detta seconda frequenza di risonanza. Altre frequenze di risonanza sono altresì ottenibili variando l’estensione in lunghezza di detta o dette fessure o realizzando le stesse con coppie di fessure allineate sequenzialmente. La o le fessure, o “slot”, sono rettilinee, parallele, adiacenti tra loro ed al bordo dell’elemento radiante corrispondente alla prima di dette frequenze e sono chiuse alle estremità.

In sostanza, lo scopo del presente trovato è quello di realizzate una antenna planare, derivata dalla teoria delle antenne così dette a “patch”, specificatamente adatta per operare a frequenze di risonanza prestabilite, in particolare ma a puro titolo d’esempio preferenziale non limitativo, per operare alle frequenze in dual-band come quelle di 900 MHz e di 1800 MHz, normalmente adottate negli attuali sistemi radiotelefonici europei; l’antenna, nel suo insieme, è a basso profilo con dimensioni contenute, è di semplice costruzione e di basso costo, ed è facilmente installabile al’interno degli abitacoli di qualsiasi tipo di veicolo.

I vantaggi conseguiti mediante la presente antenna consistono essenzialmente nel fatto che essa, costituita per operare a frequenze definite, è in grado, proprio per la sua struttura derivata dalla teoria delle antenne così dette a “patch”, di irradiare uniformemente in tutto il piano orizzontale con polarizzazione prevalentemente verticale del campo elettrico, e permette un adeguato contenimento della radiazione emessa all’ interno degli abitacoli senza superare i limiti ammessi di campo elettromagnetico; essa può essere installata, previo un semplice accordo (tuning) su tutti i veicoli.

Il presente modello di utilità industriale viene descritto più in dettaglio nel seguito, con riferimento all’allegato disegno, in cui: la fig. 1 rappresenta la vista prospettica di un esempio di antenna planare, come da trovato,

la fig. 2 rappresenta la vista schematica in pianta della stessa antenna, la fig. 3 rappresenta la sua vista schematica laterale, e

la fig. 4 rappresenta la vista prospettica dal basso di una antenna planare come da trovato, avente il piano di massa ricavato da una scheda di circuito stampato metallizzato da una sola parte, e la connessione di alimentazione realizzata con microstriscia.

Le figure si riferiscono ad una antenna planare a “patch”, in particolare del tipo in “dual-band”, adatta per applicazioni automobilistiche della telefonia cellulare “QWSCM”. Le sue specifiche caratteristiche, derivate dalle configurazioni delle antenne note dello stesso tipo, che la rendono universale per applicazioni su qualsiasi autoveicolo e che le permettono di operare con irradiazione uniforme nel piano orizzontale a polarizzazione prevalentemente verticale del campo elettrico, con emissioni di campo elettromagnetico all’ interno dei veicoli entro i limiti consentiti, sono sostanzialmente le seguenti:

a) L’elemento radiante (1) è associato ad un piano di massa (2), di dimensioni ridotte, attraverso un conduttore ortogonale continuo (3) che costituisce l’elemento di corto circuito a massa dell’antenna. b) La configurazione geometrica dell’elemento radiante (1) è funzione di una prima e prestabilita banda di frequenza di risonanza operativa dell’antenna.

c) Sull’elemento (1), in posizione ravvicinata al suo bordo radiante (5) è realizzata una fessura o “slot” (6) la cui estensione in lunghezza è funzione di una seconda e prestabilita frequenza di risonanza operativa dell’antenna; la slot si comporta come un secondo bordo radiante, relativo a detta seconda frequenza.

e) L’alimentazione dell’antenna avviene attraverso un accoppiamento capacitivo (7) cui fa capo un cavo coassiale (8).

f) Il vetro del lunotto dei veicoli costituisce il superstrato dell’elemento radiante in quarto d’onda e contribuisce alla determinazione delle caratteristiche radiative dell’antenna, essendo sede di onde superficiali.

g) In una soluzione preferita ma non limitativa, l’elemento (1) è dimensionato per costituire un bordo radiante (5) corrispondente alla frequenza di risonanza di 900 MHz, e la “slot” (6) creata in posizione ravvicinata a detto primo bordo radiante (5) è dimensionata per costituire un secondo bordo radiante corrispondente alla frequenza di risonanza di 1 800 MHz.

Come si può rilevare dalle figure, l’elemento radiante (1) ed il piano di massa (2) sono paralleli tra loro e sono collegati attraverso un conduttore di corto circuito (3). L’alimentazione dell’antenna è costituita da un accoppiamento capacitivo (7) ad armatura piana (9). La distanza dell’armatura inferiore (9) dalla capacità dell’elemento radiante superiore (1) può essere regolata per ottimizzare le caratteristiche radiative e circuitali dell’antenna, in particolare per ottimizzare la sua larghezza di banda. In una prima soluzione, il cavo (8) può essere associato ad un connettore (10) la cui posizione è regolabile, per il massimo adattamento di impedenza, mediante scorrimento e vincolo lungo una feritoia (11) praticata sul piano di massa (2).

In una seconda soluzione, il piano di massa (2) è preferibilmente ricavato da una scheda di circuito stampato, metallizzato da una sola parte (12), così da consentire la realizzazione della linea di alimentazione con una microstriscia (13). In tal modo l’antenna assume una struttura più semplice, di facile realizzazione, simmetrica, con minimi ingombri e meccanicamente più robusta, con minima perturbazione elettromagnetica. E’ inoltre resa più semplice la transizione al cavo coassiale (8), con ingresso laterale, mentre alla linea di alimentazione (13) possono essere applicate anche delle microstrisce, o “stub” (14), ortogonali, opportunamente posizionate ed adattate nel senso della lunghezza della linea d’alimentazione stessa. La disposizione di tali “stub” consente di allargare o restringere, di allungare o accorciare la linea stessa, in funzione delle specifiche esigenze di adattamento di impedenza, e di inserire tra il bordo radiante dell’antenna ed il piano di massa una capacità.

Per una riduzione delle emissioni all’intemo degli abitacoli, il piano di massa (2) può essere esteso mediante connessione ad un parabrezza o ad un lunotto posteriore realizzati con vetri metallizzati o trattati con applicazioni superficiali di pellicole conduttive trasparenti.

L’adozione di una scheda di circuito stampato, metallizzata da una sola parte (12), permette di sfruttare il piano di massa (2) anche come supporto per una antenna amplificata GPS. Il circuito elettronico amplificatore a basso rumore (15) dell’antenna GPS e le relative connessioni, sono applicabili sullo strato metallizzato (12) della scheda, in un qualsiasi punto che non sia di intralcio al percorso della linea di alimentazione a microstriscia (13), con o senza “stub” (14) ortogonali; ad esempio in uno degli angoli esterni del piano di massa. Per sfruttare in modo razionale la superficie metallizzata (12) della scheda, senza interferenze tra i componenti, il percorso della linea di alimentazione, dal bordo (17) alla base dell’accoppiamento capacitivo (7), può anche essere realizzato inclinato. Il circuito (15) dell’antenna GPS è collegato ed impegnato alla corrispondente piastrella ceramica “patch” (16), con allineamento sovrapposto, sulla superficie superiore non metallizzata della stessa scheda costituente il piano di massa (2).

Formata la configurazione dell’elemento radiante (1), relativa alla prima frequenza di risonanza stabilita, e formata la slot radiante, relativa alla seconda frequenza di risonanza stabilita, è possibile creare anche eventuali altre slot, per eventuali . altre frequenze di risonanza volute. Le successive slot sono realizzate sempre parallele al bordo (5) dell’elemento radiante (1) e della prima slot (6), sono allineate a distanze ridotte, sono chiuse alle estremità ed hanno sviluppi in lunghezza più o meno estesi in funzione delle frequenze volute; in particolare esse possono essere singole od anche multiple (17) allineate sequenzialmente.

Mentre il presente trovato è stato descritto ed illustrato secondo forme realizzative date solo a scopo esemplificativo e non limitativo, risulterà evidente agli esperti del ramo che varie modifiche ai particolari, alle configurazioni ed alle connessione, potranno essere apportate senza per questo uscire dal suo ambito e scopo.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Antenna planare a microstrip per parabrezza o lunotti posteriori di veicoli derivata dalla teoria delle antenne così dette a “patch” caraterizzata dal fatto che il suo elemento radiante (1) ha una configurazione d’insieme proporzionata per una prima frequenza di risonanza d’esercizio prestabilita e comprende almeno una fessura (6), posta in prossimità e parallelamente al suo bordo (5), la quale è chiusa alle estremità, ha una estensione proporzionata in funzione di una seconda frequenza di risonanza prestabilita e costituisce il bordo radiante corrispondente a quest’ultima seconda frequenza.
2) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che la fessura, o “slot” (6), è rettilinea, è parallela e strettamente ravvicinata al bordo dell’elemento radiante (1) corrispondente alla prima frequenza di risonanza, ed è chiusa alle sue estremità.
3) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzata dal fatto di essere del tipo così deto dual-band.
4) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 3 caratterizzata dal fatto di essere del tipo così detto dual-band, in cui le frequenze di risonanza sono 900 MHz e 1800 MHz, normalmente adottate negli attuali sistemi radiotelefonici europei.
5) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni 1 e 2 caratterizzata dal fatto che le eventuali slot (17) successive alla prima sono anch’esse realizzate sempre parallele al bordo (5) dell’elemento radiante (1), sono anch’esse allineate tra loro a distanze ridotte ed hanno sviluppi in lunghezza più o meno estesi, in funzione delle frequenze di risonanza volute; in particolare esse sono singole od anche multiple allineate sequenzialmente.
6) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzata dal fatto che il piano di massa (2) dell’antenna è costituito da una scheda a circuito stampato, metallizzata da un solo lato (12), sulla quale è applicata una la linea di alimentazione a microstriscia (13) con, oppure senza, microstrisce o “stub” (14), ortogonali, di adattamento di impedenza.
7) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 6 caratterizzata dal fatto le microstrisce, o “stub” (14) sono ortogonali, posizionate ed adattate nel senso della lunghezza della linea di alimentazione a microstriscia (13), e la loro disposizione è funzione dell’allargamento o restringimento, del’allungamento o accorciamento della linea medesima, in relazione alle specifiche esigenze di adattamento di impedenza, e dell’eventuale inserimento di una capacità tra il bordo radiante (1) ed il piano di massa (2).
8) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 7 caratterizzata dal fatto che la scheda di circuito stampato (12) costituente il piano di massa (2) fa da supporto ad una antenna amplificata per GPS, in cui le connessioni ed il circuito elettronico amplificatore a basso rumore (15) sono applicati sullo strato metallizzato, mentre la corrispondente piastrella ceramica “patch” (16), è posizionata in allineato sovrapposto, sulla superfìcie superiore non metallizzata della stessa scheda.
9) Antenna a patch in dual-band per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzata dal fatto che il cavo (8) è associato ad un connettore (10) la cui posizione è regolabile, per il massimo adattamento di impedenza, mediante scorrimento e vincolo lungo una feritoia (11) praticata sul piano di massa (2).
10) Antenna a patch in dual-band per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 5 e 9 caratterizzata dal fatto che la posizione delPaccoppiamento capacitivo (9), è regolabile rispetto all’elemento radiante (1) ed al piano di massa (2), attraverso il connettore (10) del cavo coassiale (8), posizionabile lungo una feritoia longitudinale (1 1), realizzata sul piano di massa stesso.
11) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 10 caratterizzata dal fatto che l’alimentazione dell’antenna è costituita da un accoppiamento capacitivo (7) ad armatura piana (9) e che la distanza dell’armatura inferiore (9) dalla capacità dell’elemento radiante superiore (1) è regolabile in funzione dell’ottimizzazione delle caratteristiche radiative e circuitali dell’antenna, in particolare in funzione dell’ottimizzazione della sua larghezza di banda.
12) Antenna planare a microstrip per autoveicoli secondo le rivendicazioni da 1 a 11 caratterizzata dal fatto che il piano di massa (2) è esteso mediante connessione ad un parabrezza o ad un lunotto posteriore metallizzato o trattato con applicazione superficiale di pellicole conduttive trasparenti.
13) Antenna planare a microstrip per autoveicoli, derivata dalla teoria delle antenne così dette a “patch”, secondo le rivendicazioni da 1 a 12 caratterizzata dal fatto di irradiare uniformemente in tutto il piano orizzontale con polarizzazione prevalentemente verticale del campo elettrico e con radiazione emessa al'interno degli abitacoli compresa nei limiti ammessi dì campo elettromagnetico.
14) Antenna planare a microstrip per autoveicoli del tipo “patch”, in particolare del tipo in “dual-band”, secondo le rivendicazioni da 1 a 13 caratterizzata dal fatto di essere adatta per applicazioni automobilistiche della telefonia cellulare “QWSCM”, (GSM, ETACS, AMPS, PCD) e per applicazioni anche differenti dalla telefonia.
15) Antenna planare per autoveicoli come descritta con la riserva espressa nell’ultimo periodo della parte descrittiva, come illustrata, secondo le rivendicazioni precedenti e per gli scopi specificati.