ITRM20060220A1

ITRM20060220A1 - PERFECT TRANSMISSION ANTENNA

Info

Publication number: ITRM20060220A1
Authority: IT
Inventors: Roberto Gamerro; Giuseppe Sacchi
Original assignee: Irte Spa; Sielte S P A
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-10-20

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

a corredo di una domanda di brevetto di invenzione industriale avente per titolo: accompanying an industrial invention patent application entitled:

"Antenna perfezionata di ricetrasmissione". "Improved transceiver antenna".

La presente invenzione riguarda un'antenna perfezionata di ricetrasmissione. The present invention relates to an improved transceiver antenna.

Più dettagliatamente l'invenzione concerne una antenna di ricetrasmissione che presenta un diagramma di irradiazione sul piano orizzontale avente massimi in due direzioni opposte, consentendo così di trasmettere preferenzialmente lungo un solo asse parallelo al suolo. More in detail, the invention relates to a transceiver antenna which has an irradiation pattern on the horizontal plane having maxima in two opposite directions, thus allowing to preferentially transmit along a single axis parallel to the ground.

Com'è ben noto attualmente esistono diversi tipi di antenne, che consentono la ricezione o la trasmissione direzionale di un campo, aventi vari strutture. Ad esempio, è possibile citare le antenne lineari, ad apertura a riflettore, ecc. As is well known, different types of antennas currently exist, which allow the directional reception or transmission of a field, having various structures. For example, it is possible to mention the linear antennas, with reflector aperture, etc.

Sono note anche le antenne direzionali, che hanno un diagramma di irradiazione avente Directional antennas are also known, which have a radiation pattern having

un massimo in una direzione ed una serie dei lobi minori nelle altre direzioni. a maximum in one direction and a series of minor lobes in the other directions.

In determinate applicazioni, tuttavia, è necessario consentire la ricetrasmissione di un segnale lungo direzioni opposte, evitando di disturbare la ricetrasmissione di altre antenne disposte lateralmente a dette direzioni opposte. In certain applications, however, it is necessary to allow the transceiving of a signal along opposite directions, avoiding disturbing the transceiving of other antennas arranged laterally in said opposite directions.

Ad esempio, nel caso di una serie di antenne equidistanziate disposte su un tratto stradale o autostradale, sarebbe opportuno che ciascuna antenna interagisca con apparecchi ricetrasmettitori presenti solo nel tratto stradale e non collocati fuori a distanza da detto tratto stradale. For example, in the case of a series of equidistant antennas arranged on a road or motorway section, it would be advisable for each antenna to interact with transceiver devices present only in the road section and not located outside at a distance from said road section.

In altre parole, l'antenna deve presentare un diagramma di irradiazione avente due lobi principali sul piano orizzontale, che non si sovrappongano e siano preferibilmente in una direzione opposta l'uno all'altro, detta direzione essendo orientata nel verso di percorrenza della strada. In other words, the antenna must have a radiation pattern having two main lobes on the horizontal plane, which do not overlap and are preferably in an opposite direction to each other, said direction being oriented in the direction of travel of the road.

Questa configurazione consente inoltre un incremento di guadagno significativo rispetto ad una struttura omni-direzionale che diffonda il segnale in maniera uniforme al suo intorno. This configuration also allows a significant gain increase with respect to an omni-directional structure that spreads the signal uniformly around it.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un'antenna perfezionata di ricetrasmissione di un segnale, comprendente un primo elemento radiante, caratterizzata dal fatto di comprendere un secondo elemento radiante disposto in modo speculare rispetto a detto primo elemento radiante; e mezzi riflettori disposti tra detti primo e secondo elemento radiante, detti mezzi riflettori essendo atti a riflettere il segnale relativo a ciascun elemento radiante in modo che il diagramma di irradiazione sul piano orizzontale di ciascun elemento radiante sia sostanzialmente non sovrapposto a quello dell'altro. Therefore, the specific object of the present invention is an improved signal transceiver antenna, comprising a first radiating element, characterized in that it comprises a second radiating element arranged in a specular manner with respect to said first radiating element; and reflector means arranged between said first and second radiating elements, said reflector means being adapted to reflect the signal relating to each radiating element so that the irradiation pattern on the horizontal plane of each radiating element is substantially not superimposed on that of the other.

Sempre secondo l'invenzione, detti mezzi riflettori possono riflettere il segnale relativo a ciascun elemento radiante in direzione sostanzialmente opposta all'altro elemento radiante. Always according to the invention, said reflector means can reflect the signal relating to each radiating element in a substantially opposite direction to the other radiating element.

Ancora secondo l'invenzione, detti mezzi riflettori possono avere superfici di riflessione opposte e simmetriche rispetto ad un piano di simmetria, detto primo e detto secondo elemento radiante essendo collocati in modo sostanzialmente simmetrico rispetto a detto piano di simmetria, in modo che il diagramma di irradiazione di ciascun elemento radiante sia sostanzialmente opposto a quello dell'altro elemento radiante. Still according to the invention, said reflector means can have opposite and symmetrical reflection surfaces with respect to a plane of symmetry, said first and said second radiating elements being located in a substantially symmetrical manner with respect to said plane of symmetry, so that the irradiation of each radiating element is substantially opposite to that of the other radiating element.

Ulteriormente secondo l'invenzione, detti mezzi riflettori possono comprendere un piano laminato su entrambe le facce. Further according to the invention, said reflector means can comprise a laminated plane on both faces.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detti mezzi riflettori possono comprendere una coppia di elementi scatolari disposti in modo opposto, costituiti da una superficie metallica, atta a funzionare come schermo riflettente. Advantageously according to the invention, said reflector means can comprise a pair of box-shaped elements arranged in an opposite way, consisting of a metal surface, suitable to function as a reflecting screen.

Sempre secondo l'invenzione, detti elementi scatolari possono comprendere dei bordi atti a sagomare il diagramma di irradiazione orizzontale. Always according to the invention, said box-like elements can comprise edges adapted to shape the horizontal irradiation pattern.

Ancora secondo l'invenzione, detti elementi scatolari possono comprendere ciascuno una cappa di chiusura fissata a detti bordi. Still according to the invention, said box-like elements can each comprise a closing cap fixed to said edges.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detti primo e secondo elemento radiante possono essere realizzati mediante microstrisce, ed in particolare possono essere costituiti di un foglio di materiale dielettrico metallizzato sulle due facce opposte, su ciascuna faccia essendo ricavati gli elementi risonanti disposti in serie secondo una struttura collineare, ricavati su dette facce di detto laminato . Advantageously according to the invention, said first and second radiating elements can be made by means of microstrips, and in particular they can be made up of a sheet of dielectric material metallized on the two opposite faces, the resonant elements arranged in series according to a structure being obtained on each face collinear, obtained on said faces of said laminate.

Dette strutture collineari sono cortocircuitate alle due estremità opposte per consentire una fase corretta di alimentazione agli elementi costituenti. Said collinear structures are short-circuited at the two opposite ends to allow a correct feeding phase to the constituent elements.

Ulteriormente secondo l'invenzione, detti elementi risonanti possono essere lunghi circa λ/2, ed essendo spaziati l'uno dall'altro di circa λ/2, essendo λ la lunghezza d'onda nel dielettrico della frequenza della portante da irradiare. Further according to the invention, said resonant elements can be about λ / 2 long, and being spaced from each other by about λ / 2, being λ the wavelength in the dielectric of the frequency of the carrier to be radiated.

Preferibilmente, secondo l'invenzione, detto foglio di materiale dielettrico può essere costituito di teflon di tipo Duroid. Preferably, according to the invention, said sheet of dielectric material can be made of Teflon of the Duroid type.

Sempre secondo l'invenzione, detti elementi risonanti possono essere ricavati su detto foglio di materiale dielettrico per fotoincisione. Always according to the invention, said resonant elements can be obtained on said sheet of dielectric material by photoengraving.

Sempre secondo l'invenzione, ciascun elemento radiante può essere inserito in un tubo, preferibilmente di materiale plastico. Always according to the invention, each radiating element can be inserted in a tube, preferably of plastic material.

Ancora secondo l'invenzione, detta antenna può comprendere un collegamento elettrico di segnale da ricevere o trasmettere, che preferibilmente penetra in una estremità di detto tubo. Still according to the invention, said antenna can comprise an electrical signal connection to be received or transmitted, which preferably penetrates one end of said tube.

Ulteriormente secondo l'invenzione, detto collegamento elettrico può essere di tipo coassiale per ciascuna delle due strutture collineari le quali sono alimentate in parallelo presupponendo un unico connettore di ingresso. Further according to the invention, said electrical connection can be of the coaxial type for each of the two collinear structures which are powered in parallel assuming a single input connector.

Vantaggiosamente secondo l'invenzione, detto connettore può comprende un trasformatore. Advantageously according to the invention, said connector can comprise a transformer.

Ancora secondo l'invenzione, detta antenna può comprendere mezzi di movimentazione elettrici che consentono di ruotarla in modo da modificarne il puntamento sul piano orizzontale. Still according to the invention, said antenna can comprise electrical movement means which allow it to be rotated so as to modify its pointing on the horizontal plane.

La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: The present invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the figures of the attached drawings, in which:

la figura 1 mostra una antenna di trasmissione segnali perfezionata secondo la presente invenzione; Figure 1 shows an improved signal transmission antenna according to the present invention;

la figura 2 mostra l'elemento radiante per la realizzazione dell'antenna secondo la figura 1; figure 2 shows the radiating element for the realization of the antenna according to figure 1;

la figura 3 mostra l'alimentazione del segnale dell'elemento radiante secondo l'antenna secondo la figura 1; Figure 3 shows the signal supply of the radiating element according to the antenna according to Figure 1;

la figura 4 mostra una vista prospettica dell'antenna secondo la figura 1; figure 4 shows a perspective view of the antenna according to figure 1;

la figura 5 mostra i diagrammi di irradiazione sui due piani dell'antenna secondo la figura 1; e la figura 6 mostra una vista prospettica dell'antenna montata su un supporto, secondo la figura 1. Figure 5 shows the radiation patterns on the two planes of the antenna according to Figure 1; and figure 6 shows a perspective view of the antenna mounted on a support, according to figure 1.

Facendo riferimento alle figure 1 - 3 è possibile osservare una antenna 1, oggetto dell'invenzione, realizzata, sostanzialmente, mediante due elementi radianti, disposti in modo sostanzialmente speculare l'uno rispetto all'altro, separati da uno schermo riflettente rispetto al quale detti elementi radianti sono installati simmetricamente . With reference to figures 1 - 3 it is possible to observe an antenna 1, object of the invention, substantially realized by means of two radiating elements, arranged in a substantially specular way with respect to each other, separated by a reflecting screen with respect to which said radiant elements are installed symmetrically.

Ciascuno di detti elementi radianti è collocato in un tubo 4 a sua volta disposto in uno scatolato 3 metallico, che nella forma di realizzazione in esame costituisce lo schermo riflettente. Each of said radiating elements is placed in a tube 4 which is in turn arranged in a metal box 3, which in the embodiment in question constitutes the reflecting screen.

I bordi 3' dello scatolato 3, anch'essi di metallo, contribuiscono a sagomare il diagramma di radiazione sul piano orizzontale, rendendolo più direttivo . The edges 3 'of the box 3, also made of metal, help shape the radiation pattern on the horizontal plane, making it more directive.

La figura 2 mostra una forma di realizzazione degli elementi radianti 2 o 2', realizzati su microstriscia. In particolare, ciascuno di questi è costituito da un foglio di materiale dielettrico 5 metallizzato sulle due facce opposte. Su ciascuna faccia sono presenti una serie di elementi risonanti 6 aventi una lunghezza pari a λ/2 essendo λ la lunghezza d'onda nel dielettrico della frequenza della portante da irradiare. Detti elementi risonanti 3 sono poi disposti in successione e distanziati di λ/2. Figure 2 shows an embodiment of the radiating elements 2 or 2 ', made on a microstrip. In particular, each of these consists of a sheet of dielectric material 5 metallized on the two opposite faces. On each face there are a series of resonant elements 6 having a length equal to λ / 2 being λ the wavelength in the dielectric of the frequency of the carrier to be radiated. Said resonant elements 3 are then arranged in succession and spaced by λ / 2.

Detto foglio di materiale dielettrico 5 è realizzato, nella presente forma di realizzazione, in teflon di tipo Duroid, ed ha una costante dielettrica di circa 2,3. Said sheet of dielectric material 5 is made, in the present embodiment, of Teflon of the Duroid type, and has a dielectric constant of about 2.3.

Per consentire una maggiore precisione dimensionale, la striscia di elementi risonanti 6 è ricavata per fotoincisione. To allow greater dimensional accuracy, the strip of resonant elements 6 is obtained by photoengraving.

Questa forma di realizzazione dell'elemento radiante 2 è la preferita, in quanto è economica, facile da realizzare e in grado di garantire ottime prestazioni . This embodiment of the radiant element 2 is the preferred one, as it is economical, easy to manufacture and able to guarantee excellent performances.

In altre parole, si tratta di alimentare una serie di dipoli patch risonanti, consecutivi l'uno con l'altro, avendo l'accortezza di invertire la fase ad ogni nuova connessione, in modo che ogni dipolo sia sfasato di 360° esatti, rispetto ai due contigui. In other words, it is a matter of feeding a series of resonant patch dipoles, consecutive with each other, having the foresight to invert the phase at each new connection, so that each dipole is out of phase by exactly 360 °, with respect to to the two contiguous ones.

Come è possibile osservare nella figura 3, nel tubo 4 entra, attraverso il connettore 7' di tipo femmina, il cavo 7 di segnale, che è coassiale. As can be seen in Figure 3, the signal cable 7, which is coaxial, enters the tube 4 through the female connector 7 '.

Detto tubo 4 è poi fissato allo scatolato 3 mediante apposite sedi a forma di calotta sferica ricavate per stampaggio sui bordi superiori di detto scatolato 3. Said tube 4 is then fixed to the box 3 by means of suitable seats in the shape of a spherical cap obtained by molding on the upper edges of said box 3.

Il circuito sopra descritto è per sua natura sbilanciato. Pertanto può essere alimentato direttamente dal cavo coassiale 7, senza necessariamente installare un trasformatore di simmetrizzazione (tipo baloon) . The circuit described above is by its nature unbalanced. Therefore it can be powered directly by the coaxial cable 7, without necessarily installing a symmetrization transformer (balloon type).

La figura 4 mostra l'antenna 1 completamente montata. Sullo scatolato 3 è collocata una cappa 8 realizzata in plastica. Detta cappa 8 è fissata ai bordi 3' di detto scatolato, i quali, quindi, hanno anche una funzione meccanica di sostegno. Figure 4 shows the fully assembled antenna 1. On the box 3 there is a hood 8 made of plastic. Said hood 8 is fixed to the edges 3 'of said box, which, therefore, also have a mechanical support function.

La distanza tra gli elementi radianti 2 ed i relativi riflettori, in questo caso dati dalle superfici interne e dai bordi degli elementi scatolari 3, è molto importante per le prestazioni finali dell'antenna 1, sia per quanto riguarda l'adattamento (cioè del ROS, Rapporto di Onde Stazionarie) , sia per quanto concerne il diagramma di radiazione e guadagno. The distance between the radiating elements 2 and the relative reflectors, in this case given by the internal surfaces and edges of the box-shaped elements 3, is very important for the final performance of the antenna 1, both as regards the adaptation (i.e. of the ROS , Stationary Wave Ratio), both as regards the radiation and gain diagram.

La figura 5 mostra i diagrammi di irradiazione visualizzati in forma polare di una antenna 1 oggetto dell'invenzione. Si nota che il diagramma orizzontale si sviluppa assialmente nella linea tra 0° e 180° (vedi linea A), con due minimi nelle direzioni perpendicolari, cioè tra -90° e 90° (vedi linea B). Figure 5 shows the irradiation diagrams displayed in polar form of an antenna 1 object of the invention. It is noted that the horizontal diagram develops axially in the line between 0 ° and 180 ° (see line A), with two minima in the perpendicular directions, that is, between -90 ° and 90 ° (see line B).

Come si osserva, detti elementi radianti 2 sono disposti in modo simmetrico rispetto ad un piano di simmetria, che coincide con il piano di simmetria di detti mezzi di schermo. As can be seen, said radiating elements 2 are arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry, which coincides with the plane of symmetry of said screen means.

In tal modo si ha che detti mezzi di schermo riflettono la radiazione di detti elementi radianti 2 in modo esattamente speculare rispetto a detto piano di simmetria, in direzione opposta. In this way, said screen means reflect the radiation of said radiating elements 2 in an exactly specular way with respect to said plane of symmetry, in the opposite direction.

Sulla base di quanto detto, si ha che oltre alla forma di realizzazione sopra descritta, che consiste in due elementi scatolari 3 disposti simmetricamente rispetto ad un piano di simmetria, detti mezzi di schermo possono essere realizzati mediante un piano riflettente realizzato in metallo, disposto lungo detto piano di simmetria. On the basis of what has been said, in addition to the embodiment described above, which consists of two box-like elements 3 arranged symmetrically with respect to a plane of symmetry, said screen means can be made by means of a reflecting plane made of metal, arranged along said plane of symmetry.

La figura 6, infine, mostra l'antenna 1 installata a sbalzo, o a bandiera, su un palo 9 mediante due staffe di fissaggio 10. Finally, figure 6 shows the antenna 1 installed cantilevered, or flag, on a pole 9 by means of two fixing brackets 10.

In una forma di realizzazione preferita, per ragioni estetiche e funzionali, la forma del parallelepipedo dello scatolato 3 in acciaio ha due lati corti inclinati alle estremità opposte longitudinali della base. In a preferred embodiment, for aesthetic and functional reasons, the shape of the parallelepiped of the steel box 3 has two short sides inclined at the opposite longitudinal ends of the base.

Detti elementi radianti 2 presentano una impedenza di circa 50 Ohm. I due elementi sono alimentati in parallelo pertanto l'impedenza di ingresso diventa la metà di quella relativa all'elemento singolo. Ciò comporta la necessità di predisporre un trasformatore 2, .In ogni caso, data la ristretta banda passante, è possibile integrare detto trasformatore all'interno del connettore 7'. Said radiating elements 2 have an impedance of about 50 Ohm. The two elements are powered in parallel therefore the input impedance becomes half of that relating to the single element. This entails the need to provide a transformer 2, In any case, given the narrow pass band, it is possible to integrate said transformer inside the connector 7 '.

La lunghezza dell'elemento radiante 2 è legata all'ampiezza dell'angolo a -3 dB sul piano verticale. Detta ampiezza è inversamente proporzionale rispetto alla lunghezza dell'elemento radiante 2. Nella presente forma di realizzazione, si è stabilito un valore di detto angolo di circa 13°/14°, compatibile con un guadagno di circa 13 dB. The length of the radiating element 2 is related to the amplitude of the angle at -3 dB in the vertical plane. Said amplitude is inversely proportional to the length of the radiating element 2. In the present embodiment, a value of said angle of about 13 ° / 14 °, compatible with a gain of about 13 dB, has been established.

Infine, è possibile prevedere mezzi di movimentazione (non mostrati nelle figure) di detta antenna (1) elettrici che consentono di ruotare l'antenna per modificare il diagramma di copertura. Ciò consente di migliorare la copertura della singola antenna, per migliorare la ricezione anche secondo l'ambiente geografico circostante. Finally, it is possible to provide electrical moving means (not shown in the figures) of said antenna (1) which allow the antenna to be rotated to modify the coverage diagram. This allows to improve the coverage of the single antenna, to improve reception also according to the surrounding geographical environment.

Sulla base della descrizione precedente, si può osservare che la caratteristica fondamentale della presente invenzione sia il fatto di consentire la realizzazione di un diagramma orizzontale simmetrico con dei lobi massimi disposti lungo una direzione principale . On the basis of the previous description, it can be observed that the fundamental characteristic of the present invention is the fact of allowing the realization of a symmetrical horizontal diagram with maximum lobes arranged along a main direction.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. The present invention has been described for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, such as defined by the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Improved antenna (1) for transmitting a signal, comprising a first radiating element (2), characterized in that it comprises a second radiating element (2 ') arranged in a substantially specular manner with respect to said first radiating element (2); and reflector means (3, 3 ') arranged between said first and second radiating element (2, 2'), said reflector means (3, 3 ') being able to reflect the signal relating to each radiating element (2, 2') so that the irradiation pattern on the horizontal plane of each radiating element is substantially not superimposed on that of the other.

2. Antenna (1) according to claim 1, characterized in that said reflector means (3, 3 ') being able to reflect (3, 3') reflect the signal relating to each radiating element (2, 2 ') in the direction substantially opposite to the other radiating element.

Antenna (1) according to claim 1, characterized in that said reflector means (3, 3 ') have opposite and symmetrical reflection surfaces with respect to a plane of symmetry, said first and said second radiating element (2, 2' ) being located substantially symmetrically with respect to said plane of symmetry, so that the irradiation pattern of each radiating element (2, 2 ') is substantially opposite to that of the other radiating element.

Antenna (1) according to one of claims 1 - 3, characterized in that said reflector means comprise a plane laminated on both faces.

5. Antenna (1) according to one of claims 1 - 3, characterized in that said reflector means comprise a pair of box-shaped elements (3) arranged in an opposite way, consisting of a metal surface, suitable to function as a reflecting screen.

6. Antenna (1) according to claim 5, characterized in that said box-like elements (3) comprise edges (3 ') adapted to shape the horizontal radiation pattern.

7. Antenna (1) according to claim 6, characterized in that said box-like elements (3) each comprise a closing hood (8) fixed to said edges (3 ').

8. Antenna (1) according to one of the preceding claims, characterized in that said first and second radiating elements (2, 2 ') are made by means of microstrips.

9. Antenna (1) according to claim 8, characterized in that said first and second radiating elements (2, 2 ') consist of a sheet of dielectric material (5) metallized on the two opposite faces, on each face the resonant elements (6) arranged in series, obtained on said faces of said laminate, said collinear structures (6) obtained on said two faces being short-circuited at the ends (5).

10. Antenna (1) according to claim 9, characterized in that said resonant elements (6) are about λ / 2 long, and being spaced from each other by about λ / 2, being λ the wavelength in the dielectric of the frequency of the carrier to be radiated.

Antenna (1) according to one of claims 9 or 10, characterized in that said sheet of dielectric material (5) is made of Duroid type Teflon.

Antenna (1) according to one of claims 9 - 11, characterized in that said resonant elements (6) are obtained on said sheet of dielectric material (5) by photoengraving.

Antenna (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each radiating element (2, 2 ') is inserted in a tube (4), preferably of plastic material.

Antenna (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electrical connection (7) for a signal to be received or transmitted, which preferably penetrates one end of said tube (4).

Antenna (1) according to claim 14, characterized in that said electrical connection (7) is of the coaxial type for each of the two collinear structures which are powered in parallel assuming a single input connector.

16. Antenna (1) according to claim 15, characterized in that said connector (7 ') comprises a transformer for bringing the parallel of the two specular radiating elements back to 50 ohms.

Antenna (1) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises electrical movement means which allow it to be rotated so as to modify its aiming.

18. Antenna according to any one of the preceding claims substantially as illustrated and described.