ITRM960575A1

ITRM960575A1 - Stuttura di antenna a doppia funzione e radio portatile contenente la stessa

Info

Publication number: ITRM960575A1
Application number: IT96RM000575A
Authority: IT
Inventors: Kevin M Thill; Christopher N Kurby
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1996-08-12
Publication date: 1998-02-12
Also published as: US5600341A; GB9617074D0; CN1147161A; IT1284252B1; GB2304462B; BR9603471A; GB2304462A; JP3450967B2; RU2130673C1; ITRM960575A0; JPH09107237A; CN1065079C

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di Brevetto d'invenzione, avente per titolo:

"Struttura di antenna a doppia funzione e radio portatile contenente la stessa"

Precedenti dell'Invenzione

1. Campo Tecnico dell'Invenzione

La presente invenzione si riferisce ad una struttura di antenna a doppia funzione e, più particolarmente, concerne un elemento di antenna primario che rassomiglia ad un elemento di antenna secondario quando opera nel Se condo modo.

2. Descrizione della Tecnica del Settore Apparecchiature radio elettroniche portatili sono tipicamente desiderate per la loro piccola grandezza e per convenienza di portatilità. Tipicamente, una singola piccola struttura di antenna, per esempio una antenna a dipolo o monopolo telescopica, è una struttura comune. Nonostante ciò, queste ed altre note antenne permettono soltanto un modo di funzionamento. Per esempio, queste antenne non sono ottimizzate per risuonare su due diverse radio frequenze.

Inoltre, queste antenne permettono una energia a radio frequenza soltanto di un tipo di polarizzazione.

Per esempio, l'antenna a monopolo telescopico di un tipi co radiotelefono cellulare al giorno d'oggi permette sol tanto energia a radio frequenza linearmente polarizzata. Strutture di antenne compatte capaci di fornire una doppia funzione di energia a radio frequenza linearmente po larizzata e circolarmente polarizzata sono sconosciute nella tecnica.

Breve descrizione dei Disegni

La Figura 1 illustra una vista laterale di una strut tura di antenna a doppia funzione secondo una forma di rea lizzazione; e

la Figura 2 illustra una vista in prospettiva di una radio portatile con una struttura di antenna a doppia funzione secondo un'altra forma di realizzazione.

Descrizione Dettagliata delle Preferite Forme di Realizzazione La Figura 1 illustra una struttura di antenna a doppia funzione in conformità ad una prima forma di realizzazione della presente invenzione. Una struttura di antenna primaria viene fornita da un elemento di antenna primario 110 e da una prima alimentazione 120. Un elemeri to di antenna ad elica quadrifilare preferibilmente forma l'elemento di antenna primario 110. L'elemento di antenna primario 110 risuona su una frequenza della prima alimentazione 120 e perciò viene alimentato dalla prima alimentazione 120. Un elemento di antenna secondario vie ne alimentato utilizzando una elica a due bracci in qualità di elemento di accoppiamento 130 fra la prima alimentazione 120 ed una seconda alimentazione 140. Un elemento di antenna secondario viene formato dall'elemento di antenna primario 110 e da alcune porzioni della prima alimentazione 120 e l'elemento di antenna secondario risuona sulla frequenza della seconda alimentazione 140. Viene così fornita una struttura di antenna compatta capace di svolgere una doppia funzione. Inoltre, l'elica quadrifilare dell'elemento di antenna primario rassomiglia funzionalmente sia ad una struttura di antenna linearmente polarizzata sia ad una struttura di antenna cir colarmente polarizzata. Quando si desidera un funzionamento più efficiente, una bobina di blocco 150 può essere usata per impedire che l'energia emanata dalla seconda alimentazione 140 passi al disotto dell'elemento di accoppiamento 130 e per migliorare le caratteristiche del le configurazioni dell'antenna. La posizione della bobina di blocco 150 regola anche la lunghezza elettrica o le caratteristiche di frequenza della porzione della pri. ma alimentazione 120 che si trova al disopra della bobina di blocco 150. La lunghezza elettrica o caratteristica di frequenza della porzione della prima alimentazione 120 e dell'elemento di antenna primario 110 al disopra della bobina di blocco 150 è approssimativamente una metà della lunghezza d'onda dell'energia a radio frequenza nel secondo modo. Perciò, qualora la lunghezza elettrica del secondo modo dovesse avere necessità di essere regolata, la posizione della bobina di blocco viene scelta in modo da rifinire o regolare la lunghezza elettrica del l'elemento di antenna secondario nel secondo modo.

La bobina di blocco 150 preferibilmente è approssimativamente una bobina di blocco ad un quarto di lunghezza d'onda, avente una estremità in corto 155 e super fici interne metallizzate. La bobina di blocco può avere una lunghezza elettrica un multiplo dispari approssimati vamente di un quarto di lunghezza d'onda dell'energia a radio frequenza nel secondo modo. Perciò, la bobina di blocco si approssima ad una linea di trasmissione ad un quarto di onda con una estremità in corto.

L'elemento di antenna primario 110, la prima alimentazione 120, la seconda alimentazione 140 e l'elemento di accoppiamento 130 preferibilmente sono alloggiati in un radomo 160 per formare la struttura di antenna. Il radomo 160 è costituito da un tubo chiuso di materiale dielettrico che protegge gli elementi di antenna e le alìmentazioni dall'ambiente esterno.

L'elica quadrifilare dell'elemento di antenna pri mario 110 della prima forma di realizzazione è preferibilmente costruita utilizzando un materiale coassiale me tallico semi rigido. Il materiale coassiale metallico se mi rigido presenta un conduttore esterno metallico isola to tramite un dielettrico da un conduttore centrale metallico. La prima alimentazione 120 è anche preferibilmente costruita con questo materiale coassiale metallico semi rigido. L'energia dell'elemento di antenna primario 110 viaggia all'interno del materiale coassiale metallico semi rigido della prima alimentazione 120 su una prima e su una seconda superficie. La prima e la seconda su. perficie all'interno del materiale coassiale metallico semi rigido sono rispettivamente il conduttore centrale metallico e la pelle interna del conduttore esterno metallico. Il conduttore esterno metallico del materiale coassiale semi rigido presenta una terza superficie. La terza superficie è la pelle esterna del conduttore meta.l lico esterno.

In un punto di corto 115, la terza superficie sul l'esterno del materiale coassiale semi rigido della prima alimentazione 120 ed i quattro bracci dell'elica quadrifilare dell'elemento di antenna primario 110 sono cor tocircuitati. L'elemento di accoppiamento 130 trasferisce l'energia dalla seconda alimentazione 140 alla terza superficie della pelle esterna del conduttore metallico esterno della prima alimentazione 120.

Quando la struttura di antenna opera nel secondo modo attraverso la seconda alimentazione 140, l'elemento di accoppiamento 130 trasferisce l'energia sul conduttore esterno della prima alimentazione 120 ed all'elemento di antenna primario 110. Le connessioni dei conduttori coassiali interno ed esterno sono preferite per questa forma di realizzazione; nonostante ciò, sono possibili anche altre costruzioni, come verrà spiegato ulteriormen te con riferimento ad altre forme di realizzazione. Un e lemento di antenna secondario capace di ricevere e trasmet tere energia a radio frequenza linearmente polarizzata viene così realizzato dalle superfici esterne della prima alimentazione 120 e dall'elica quadrifilare dell'elemento di antenna primario 110. L'elica quadrifilare dell'elemento di antenna primario riceve e trasmette energia a radio frequenza circolarmente polarizzata. Perciò, la prima forma di realizzazione della Figura 1 esegue le doppie funzioni di ricetrasmettere energia a radio frequenza circolarmente polarizzata in un modo ed energia a radio frequenza linearmente polarizzata in un altro modo di funzionamento.

Una struttura di antenna a doppia funzione è desi derata per un apparecchio radio portatile a doppio modo di funzionamento e di struttura compatta. Per esempio, i sistemi radio cellulari terrestre 0 con base a terra uti lizzano tipicamente energia radio linearmente polarizzata. Le radio satellitari portatili, d'altra parte, neces sitano tipicamente di impiegare antenne circolarmente p£ larizzate. Le antenne circolarmente polarizzate presenta no una migliore configurazione di guadagno per ricevere e trasmettere energia verso lo zenit a sorgenti che si trovano nello spazio esterno piuttosto che le antenne li nearmente polarizzate. Le antenne linearmente polarizzate presentano una migliore configurazione di guadagno per trasmettere e ricevere energia verso l'orizzonte alle sta zioni di base terrestri. Una singola struttura di antenna capace di operare sia in un modo di polarizzazione li neare sia in un modo di polarizzazione circolare viene così fornita grazie alla presente invenzione. I ricevito ri per apparecchi radio terrestri e satellitari portatili a doppio modo sono così possibili, utilizzando una sin gola struttura di antenna secondo la presente invenzione.

L'elemento di accoppiamento 130 preferibilmente è fatto da un'elica di accoppiamento a due bracci o filamenti. L'elica di accoppiamento a due filamenti presenta una bobina dei filamento caldo ed una bobina del filamen to di massa con diverse dimensioni o lunghezze per il trasferimento dell'energia della seconda alimentazione 140 alla prima alimentazione 120. L'elica di accoppiamen to a doppio filamento che forma l'elemento di accoppiamento 130 consente un ingresso con impedenza adattata per la seconda alimentazione 140. L'elica di accoppiamento a doppio filamento migliora anche le caratteristiche di con figurazione delle antenne attraverso la eliminazione del flusso delle correnti indotte su un alloggiamento di un apparecchio radio al disotto delle due bobine. Una anteri na di maggiore guadagno viene cosi realizzata nel secondo modo per ottenere delle migliori comunicazioni, mentre si riduce l'assorbimento di corrente dalla batteria di un apparecchio radio portatile.

Le due bobine dell'elica di accoppiamento a due filamenti dovrebbero essere avvolte intorno alla prima alimentazione 120 senza toccarsi e si preferisce un isolatore dielettrico tra di esse, per esempio un cilindro di materiale dielettrico o cartoncino. Le due bobine sono preferibilmente conduttori a microstriscia o microstrip di rame piatti, aventi uno spessore approssimativamente di 0,05 millimetri (due millesimi di pollice) ed una lar ghezza approssimativamente di 1,778 millimetri (0,070 poi lici). Alternativamente, le due bobine potrebbero essere liberamente disposte nello spazio oppure potrebbero esse re incapsulate in un materiale plastico di stampaggio.

Il cilindro preferibilmente presenta un diametro il più piccolo possibile in pratica per una realizzazione compatta e preferibilmente presenta un diametro inferiore ad un decimo di una lunghezza d'onda di un segnale che deve essere ricetrasmesso. Le due bobine potrebbero alternativamente essere collocate in prossimità della prima alimentazione 120 piuttosto che avvolta intorno ad es sa.

A titolo di esempio, in un sistema radiotelefonico cellulare errestre, un segnale a frequenza di 920 MHz può essere desiderato nel secondo modo. Preferibilmente, il filamento di massa dovrebbe essere più lungo del fila mento caldo secondo un rapporto da 2,5 a 2,0 dell'elemen to di accoppiamento 130. Utilizzando un cilindro del dia metro approssimativamente di 8,128 millimetri (0,32 pollici), la bobina del filamento caldo presenta una lunghez za assiale di avvolgimento approssimativamente di 20,955 millimetri (0,825 pollici) e la bobina del filamento di massa presenta una lunghezza assiale dopo l'avvolgimento approssimativamente di 30,099 millimetri (1,185 pollici) e le bobine hanno un passo approssimativamente di un angolo di 15°. Poiché le due bobine sono realizzate secondo un certo passo in modo da consentire la loro torsione intorno al cilindro, la circonferenza del cilindro sarà leggermente inferiore alla circonferenza di una spira de^ le bobine. Perciò, la bobina del filamento caldo presenta approssimativamente 3,25 spire e la bobina del filamento di massa presenta approssimativamente una dimensio ne di 5,5 spire. Due bobine sono preferibilmente interfo gliate una con l'altra, come illustrato. Le due bobine potrebbero preferibilmente essere sfalsate in modo tale che la bobina più corta non sia completamente interfoglia ta con la più lunga delle bobine oppure non lo sia perniente.

La Figura 2 illustra un apparecchio radio portati le 260 avente una compatta singola struttura di antenna ed una capacità di doppia funzionalità. Una prima alimen tazione 220 collega la circuiteria radio 270 ad un elemento di antenna primario 210 attraverso un primo nodo 225. Una seconda alimentazione 240 collega la circuiteria radio 270 ad un elemento di accoppiamento 230 su un secondo nodo 245. Nella alternativa forma di realizzazio ne della Figura 2, la seconda alimentazione 240 viene col legata attraverso l'elemento di accoppiamento 230 all'elemento di antenna primario 210 piuttosto che alla prima alimentazione 220. In molti casi, la scelta del collegamento della seconda alimentazione alla prima alimentazio ne e/o all'elemento di antenna primario non presenta alcuna conseguenza. La scelta del fatto se collegare o meno la seconda alimentazione attraverso un elemento di ac coppiamento alla prima alimentazione, alternativamente all'elemento di antenna primario, dipende parzialmente dal tipo di elemento di antenna e dalle desiderate rispe£ tive lunghezze elettriche dell'elemento di antenna priora rio e dell'elemento di antenna secondario da realizzare utilizzando porzioni dell'antenna primaria e/o della pri ma alimentazione.

Nella alternativa forma di realizzazione della Fi gura 2, un elemento di antenna a monopolo viene usato per l'elemento di antenna primario 210, contrariamente allo elemento di antenna ad elica quadrifilare della prima for ma di realizzazione della Figura 1. Questa alternativa forma di realizzazione della Figura 2 cosi fornisce un e lemento di antenna a doppia funzione, in cui sia il primo sia il secondo modo di funzionamento prevedono una po larizzazione lineare.

Nessuna bobina di blocco è illustrata nella alter nativa forma di realizzazione della Figura 2. La struttu ra di antenna a doppia funzione delia Figura 2 opererà in maniera sufficiente senza la bobina di blocco. La radio portatile 260 opererà in misura sufficiente senza una bobina di blocco quando la perdita di energia dovuta alle correnti indotte sulla radio può essere tollerata. Inoltre, senza la bobina di blocco, la prima alimentazio ne dirigerà una parte dell'energia attraverso l'antenna nella circuiteria radio 270.

Sebbene l'invenzione sia stata descritta ed illustrata nella precedente descrizione e nei disegni, deve essere sottinteso che la presente descrizione è stata fat ta soltanto a titolo di esempio e che numerose variazioni e modificazioni possono essere apportate da coloro che sono esperti nel ramo senza allontanarsi dall'effettivo spirito e dall'ambito dell'invenzione. Per esempio, diversi tipi di elementi di antenna primari possono essere impiegati, per esempio un dipolo opure un anello incrociato senza la torsione di un'elica quadrifilare. Inoltre, l'elemento di accoppiamento può essere costruito usando strutture diverse dall'elica di accoppiamento a due filamenti, per esempio una singola elica alimentata da u na estremità. Strutture di antenna con funzionalità molteplici aventi tre o più modi di funzionamento possono anche essere realizzate impiegando tre o più alimentazi£ ni ed una pluralità di rispettivi elementi di accoppiamento. Sebbene la struttura di antenna realizzi una appa recchiatura radio portatile compatta, la struttura di an tenna può essere usata con apparecchiature radio mobili oppure con apparecchiature radio in postazione fissa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Struttura di antenna a doppia funzione per ricetrasmettere diversi primi e secondi segnali, caratterizzata da: una struttura di antenna primaria comprendente un elemento di antenna primario (110) capace di ricetrasmet tere il primo segnale in un primo modo; ed una prima al mentazione (120) operativamente collegata all'elemento di antenna primario per alimentare in esso il primo segnale che deve essere ricetrasmesso nel primo modo; una seconda alimentazione (140) per alimentare in esso il secondo segnale che deve essere ricetrasmesso in un secondo modo; e un elemento di accoppiamento (130) operativamente collegato fra la struttura di antenna primaria e la seconda alimentazione ed avente caratteristiche sufficienti per fare in modo che la struttura di antenna primaria formi un elemento di antenna secondario per ricetrasmettere il secondo segnale nel secondo modo.
2. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento di antenna secondario è un elemento di antenna linearmente polarizzato per ricetrasmettere un secondo segnale linearmente polarizzato.
3. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 2, in cui l'elemento di antenna primario (110) è caratterizzato da un elemento di antenna cirr colarmente polarizzato.
4. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 3, in cui l'elemento di antenna primario (210) è caratterizzato da un elemento di antenna linearmente polarizzato.
5. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 1, in cui l'elemento di accoppiamento (130) è caratterizzato da almeno una elica per applicare indirettamente il secondo segnale alla struttura di antenna primaria.
6. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 5, in cui l'elemento di accoppiamento (130) è caratterizzato da una struttura a due bracci o filamenti per applicare indirettamente il secondo segnale alla struttura di antenna primaria.
7. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazlone 5, in cui la seconda alimentazione (140) presenta al meno un conduttore caldo ed un conduttore di massa per a limentare il secondo segnale che deve essere ricetrasmes so nel secondo modo; e in cui l'elemento di accoppiamento (130) è caratterizzato da una bobina per il filamento caldo disposto in prossimità di una porzione della struttura di antenna primaria per collegare ad essa il conduttore caldo; ed u_ na bobina per il filamento di massa disposta in prossimi tà della porzione della struttura di antenna primaria per collegare ad essa il conduttore di massa.
8. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 7, in cui la bobina per il filamento caldo e la bobina per ii filamento di massa sono interfo gliate una con l'altra ed hanno diverse lunghezze.
9. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima alimentazione è caratterizzata da una bobina di blocco (150) capace di bloccare ad una lunghezza d'onda del secondo segnale ed in cui la seconda alimentazione (140) è collegata alla prima alimentazione (120) della struttura di antenna pri maria tramite l'elemento di accoppiamento (130) in una posizione intermedia tra l'elemento di antenna primario (110) e la bobina di blocco (150).
10. Struttura di antenna a doppia funzione secondo la rivendicazione 1, ulteriormente caratterizzata da una circuiteria radio (270) capace di operare nel primo modo e nel secondo modo, una uscita di primo modo della circuiteria radio essendo collegata alla prima alimentazione ed una uscita di secondo modo della circuiteria ra dio essendo collegata alla seconda alimentaz ione.