ITRM980625A1 - Complesso di antenna telescopica - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

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

"Complesso di antenna telescopica"

1. Campo Tecnico dell'Invenzione

La presente invenzione si riferisce alle antenne e, più particolarmente, si riferisce alle antenne telescopiche.

2 . Descrizione della Tecnica del Settore

Un complesso di antenna telescopica é stato precedentemente fornito per una antenna a monopolo e per una antenna a dipolo in cui un conduttore allungato che forma uno stilo p frusta é capace di scorrere telescopicamente. Lo stilo potrebbe essere ritirato in una posizione di riposo ed esteso in una posizione operativa. Queste antenne a stilo, tuttavia, anche se sono capaci di essere ritirate in condizione compatta, sono indesiderabili per ricevere certi tipi di segnali radio, per esempio quelli dei satelliti.

Breve Descrizione dei Disegni

La presente invenzione risolve questi ed altri problemi come descritto con riferimento ai disegni allegati, in cui:

la Figura 1 illustra una vista in prospettiva di un complesso di antenna in una posizione estesa, la Figura 2 illustra una vista in prospettiva di un complesso di antenna in una posizione ritirata, la Figura 3 illustra una vista in prospettiva esplosa di un complesso di antenna,

le Figure 4 e 7, rispettivamente, illustrano delle viste avvolta e svolta di un sub-complesso del complesso di antenna in accordo con una prima disposizione,

le Figure 5 e 8, rispettivamente, illustrano viste avvolta e svolta di un sub-complesso del complesso di antenna secondo una alternativa disposizione,

le Figure 6 e 9, rispettivamente, illustrano viste avvolta e svolta di un sub-complesso del complesso di antenna in accordo con una terza disposizione alternativa; e

la Figura 10 illustra un esempio di costruzione di un cuscinetto per implementare la seconda disposizione delle Figure 5 e 8.

Descrizione dettagliata delle preferite forme di realizzazione Le Figure 1 e 2 illustrano viste in prospettive di un ritaglio del complesso di antenna telescopica in rispettive posizioni estesa e ritirata, in accordo con una preferita forma di realizzazione. Due coppie di bracci 210, 220, 230 e 240 sono capaci di trasmettere e ricevere radiazione elettromagnetica attraverso un accoppiamento scorrevole con una linea di alimentazione 250. L'accoppiamento scorrevole fornisce un gruppo di eccitatori 273 e 275 per l'accoppiamento ai bracci. Il gruppo di eccitatori preferibilmente comprende un conduttore caldo 273 collegato ad un conduttore centrale di una linea di alimentazione coassiale sbilanciata 250 ed un conduttore di massa 275 collegato alla massa della linea di alimentazione coassiale sbilanciata 250. Il conduttore caldo 273 ed il conduttore di massa 275 scorrono fra una posizione estesa ed una posizione ritirata per il movimento telescopico dell'antenna. Questo comporta lo spostamento del conduttore caldo e del conduttore di massa 273 e 275 relativamente ai bracci 210, 220, 230 e 240 per l'accoppiamento elettromagnetico fra di essi.

La Figura 3 illustra una vista esplosa di un complesso di antenna telescopica in accordo con una preferita forma di realizzazione. Due coppie di bracci 210, 220, 230 e 240 sono capaci di trasmettere e ricevere radiazione elettromagnetica attraverso un gruppo scorrevole di eccitatori per l'accoppiamento ad una linea di alimentazione 250. I bracci sì estendono da una estremità inferiore dell'elemento di antenna ad una estremità superiore dell'elemento di antenna. Due coppie di bracci formano due anelli incrociati. Nella preferita forma di realizzazione, gli anelli sono ritorti attraverso gli anelli stessi per fornire un complesso di antenna ad elìca quadrifilare capace di gestire l'energia a radio frequenza circolarmente polarizzata. L'energia a radio frequenza circolarmente polarizzata viene implementata nei sistemi di comunicazioni satellitari.

I bracci 210, 220, 230 e 240 sono di un materiale conduttore, preferibilmente rame oppure oro metallico, placcato, incollato o applicato per corrosione chimica su una superficie esterna 263 di un tubo dielettrico allungato 260. Un conduttore caldo 273 del gruppo di eccitatori é collegato ad un conduttore centrale di una linea di alimentazione coassiale sbilanciata 250 ed un conduttore di massa 275 del gruppo di eccitatori é collegato alla massa della linea di alimentazione coassiale sbilanciata 250. Il conduttore caldo ed il conduttore di massa 273 e 275 scorrono relativamente ai bracci 210, 220, 230 e 240 su un cuscinetto disposto in modo scorrevole 283, 287, 300. Il conduttore caldo ed il conduttore di massa 273 e 275 del gruppo di eccitatori preferibilmente sono forniti da una placca capacitiva calda e da una placca capacitiva di massa 273 e 275 per fornire un accoppiamento predominantemente capacitivo con i bracci. Sebbene una spazzola oppure una bobina induttiva possano sostituire una placca capacitiva, le placche capacitive sono preferite nei confronti delle spazzole per affidabilità meccanica e sono preferite nei confronti delle bobine induttive per un migliore imballaggio. Le placche capacitive calda e di massa 273 e 275 sono inserite fra le rispettive metà 283 e 287 di un cuscinetto interno per scorrere assialmente nell'interno del tubo dielettrico allungato 260. Questo scorrimento fra la posizione tesa e la posizione ritirata comporta lo spostamento della placca capacitiva calda e della placca capacitiva di massa 273 e 275 rispetto alle coppie di bracci 210, 220, 230, 240 per l'accoppiamento elettromagnetico fra di essi. Una struttura di antenna telescopica a bracci multipli capace di ricevere segnali radio del tipo impiegato nei satelliti può essere così realizzata in una struttura compatta.

La placca capacitiva calda e la placca capacitiva di massa 273 e 275 sono collegate con la massima efficienza ai bracci 210, 220, 230 e 240 in certe posizioni lungo il senso della lunghezza elettrica dei bracci. Nella preferita forma di realizzazione della Figura 3, l'estremità inferiore di ciascuna coppia di bracci é cortocircuitata, per esempio, sull'elemento 235. Ad un quarto di lunghezza d'onda elettrica lungo ciascun braccio vi sarà quindi una condizione di circuito aperto e ad un ulteriore quarto della lunghezza elettrica dei bracci vi sarà un altro corto circuito, elettricamente parlando. I valori massimi di corrente ed i valori minimi di tensione si verificano nella preferita forma di realizzazione in queste posizioni elettricamente cortocircuitate. Perciò, cortocircuitando fisicamente i bracci in 235, un corto circuito elettrico apparente si verificherà ad una metà di una lunghezza d'onda nel senso della· lunghezza lineare dei bracci, anche se in effetti non vi é alcun vero corto circuito elettrico, Per un trasferimento ottimale di energia fra i bracci e le placche capacitive, durante lo scorrimento, la placca capacitiva dovrebbe fermarsi in prossimità dei punti di corto circuito. Le posizioni ottimali estesa e ritirata per le placche capacitive sono così distanziate approssimativamente di una metà di una lunghezza d'onda nel senso della lunghezza elettrica dei bracci. Fra queste due posizioni ottimali, comunque, il trasferimento della energia e della radiazione fra i bracci si verificherà, ma non nel modo ottimale. Poiché accettabili pre-stazioni radio possono aver luogo in una posizione che non é esattamente una metà di una lunghezza d'onda dall'altra, a causa delle caratteristiche di impedenza, accoppiamento e distribuzione di corrente ed a causa delle richieste di efficienza da un sistema radio in cui l'antenna telescopica viene utilizzata, le posizioni sono posizioni approssimate. La lunghezza elettrica di una lunghezza d'onda é determina-ta sulla base della frequenza di interesse per il funzionamento dell'antenna e, nella preferita forma di realizzazione, la frequenza di interesse é compresa nell'intorno di 1,621 GHz. La lunghezza elettrica dei bracci di un elemento di antenna é identica complessivamente alla lunghezza elettrica dì una antenna in una struttura come l'elemento di antenna ad elica quadrifilare della preferita forma di realizzazione.

In dipendenza dalla lunghezza dei bracci, si possono realizzare più di una posizione ad una metà di lunghezza d'onda. Nonostante ciò, nella preferita forma di realizzazione, i bracci hanno una lunghezza di tre quarti di lunghezza d'onda e perciò le posizioni di accoppiamento ottimale coincidono con .il corto circuito 235 dell'estremità inferiore e con la metà della lunghezza d'onda lungo il braccio, però ad un quarto di lunghezza d'onda dall'estremità del braccio. Nella preferita forma di realizzazione della Figura 3, le placche capacitive 273 e 275 non si spostano di una corsa completa da una estremità alla altra estremità dei bracci, ma piuttosto si spostano di circa due terzi della corsa completa. Varianti della preferita forma di realizzazione possono utilizzare diversi rapporti di corsa. Per esempio, per facilitare la implementazione di una antenna approssimativamente a tutta corsa, si potrebbe utilizzare una diversa soluzione di terminazione e di regolazione delle fasi della corrente. Una antenna avente lunghezze dei bracci corrispondenti ad una intera lunghezza d'onda avrebbe una corsa approssimativamente completa da una estremità all'altra estremità ed anche una posizione di accoppiamento ottimale a metà strada fra le estremità nella posizione di una metà della lunghezza d'onda.

La placca capacitiva calda 273 e la placca capacitiva di massa 275 sono formate nella preferita forma di realizzazione da una singola struttura conduttrice 270 avente in essa una suddivisione 277 nel senso della lunghezza assiale parziale della struttura conduttrice 270. La struttura conduttrice 270 é preferibilmente realizzata da un componente di materiale plastico placcato di oro o di rame. Questa suddivisione 277 fornisce un balun con guaina suddivisa oppure una rete bilanciata-sbilanciata. Per formare questo balun a guaina suddivisa, un conduttore esterno di massa del cavo di alimentazione coassiale sbilanciato 250 viene collegato alla struttura conduttrice 270 appena al disotto della suddivisione 277. Il conduttore centrale della linea di alimentazione coassiale sbilanciata 250 é isolato e condotto attraverso la suddivisione 277 ed elettricamente saldato o connesso alla piastra capacitiva calda 273. Il conduttore esterno della linea di alimentazione coassiale 250 e la struttura conduttrice 270 potrebbero essere formati a corpo unico con lo stesso materiale e la suddivisione 277 potrebbe essere formata nel conduttore esterno di una linea di alimentazione in una struttura alternativa.

Le metà 283 e 287 del cuscinetto interno presentano una rispettiva placca dielettrica calda ed una rispettiva placca dielettrica di massa 284 e 286 per proteggere le placche capacitive 273 e 275 dal movimento scorrevole contro una superficie interna 265 del tubo dielettrico allungato 260. La linea di alimentazione 250 viene mantenuta fra le metà 283 e 287 per mezzo di denti 288. La placca dielettrica calda e la placca dielettrica di massa 284 e 286 potrebbero essere eliminate in una struttura alternativa e la placca calda 273 e la placca di massa 275 potrebbero scorrere direttamente contro una superficie interna 265 del tubo dielettrico allungato 260 oppure potrebbero scorrere distanziate di una distanza dalla superficie interna 265 con un interspazio di aria. In una ulteriore alternativa, la placca capacitiva calda e la placca capacitiva di massa potrebbero essere costituite da porzioni metallizzate applicate per placcatura sulla superficie interna della placca dielettrica calda e della placca dielettrica di massa 284 e 286, eliminando così la struttura conduttrice 270.

Prese insieme, le due metà 283 e 287 del cuscinetto interno presentano quattro scanalature rettilinee 291, 292, 293, 294 che rispettivamente si accoppiano con quattro corrispondenti cavità 301, 302, 303, 304 sulla superficie interna del cuscinetto esterno 300. Le scanalature 291, 292, 293, 294 e le cavità 301, 302, 303, 304 guidano la placca capacitiva calda 273 e la placca capacitiva di massa 275 quando vengono fatte scorrere assialmente nel tubo dielettrico allungato 260 durante il movimento telescopico. La preferita forma di realizzazione utilizza una prima soluzione nella quale le placche capacitive 273 e 275 non ruotano mentre vengono fatte scorrere, poiché esse sono trattenute dalle scanalature rettilinee 291, 292, 293, 294 e dalle cavità rettilinee 301, 302, 303, 304. Quando l'antenna viene ritirata verso una posizione ottimale approssimativamente ad una metà di lunghezza d'onda, i bracci 210, 220, 230 e 240 debbono necessariamente essere posizionati rispetto alle placche capacitive 273 e 275 per l'accoppiamento e pertanto l'ammontare della torsione dei bracci intorno al tubo dielettrico 260 diventa critica. <‘ >La configurazione o torsione dei bracci, pertanto, é importante, come verrà discusso nel seguito con riferimento alle Figure 4-9 in accordo con una prima, con una seconda e con una terza soluzione alternativa .

Nella prima e nella terza soluzione, le placche capacitive scorrono assialmente ma non ruotano poiché le scanalature 291, 292, 293, 294 e le cavità 301, 302, 303, 304 sono rettilinee. Nella seconda soluzione delle Figure 5 e 8, le placche capacitive 273 e 275 ruotano mentre vengono fatte scorrere assialmente, sotto l'azione delle scanalature ritorte previste sul cuscinetto interno, come verrà discusso nel seguito con riferimento al cuscinetto della-Figura 10 che presenta scanalature ritorte.

Il tubo dielettrico allungato 260 ed i bracci 210, 220, 230 e 240 sono preferibilmente alloggiati in un cupolotto o radomo protettivo costituito dalle metà 313 e 315. La metà 313 del cupolotto é più arcuatamente curvata che non la metà 315 del cupolotto. Il cuscinetto 300 é formato con una estremità 340 per il cupolotto inferiore per il montaggio fra le metà 313 e 315 del cupolotto nella feritoia 317. Una estremità superiore 320 del cupolotto contiene la flangia anulare 330 avente una cavità di guida 333 ed una cavità di guida alquanto più grande 335 per l'accoppiamento rispettivo con la chiavetta 267 e con la chiavetta alquanto più grande 268 sull'interno del tubo dielettrico allungato 260. Le chiavette 267 e 268 si accoppiano alla flangia anulare 330 per evitare che i bracci 210, 220, 230 e 240 ruotino allo interno della struttura del cupolotto e pertanto forniscono una relazione fissa fra i bracci e le placche capacitive.

La cavità alquanto più grande 335 e la chiavetta 268 sono fornite per evitare un errore di inserimento durante il montaggio. Le chiavette 267 e 268 sono preferibilmente fornite per l'intera lunghezza della superficie interna del tubo dielettrico allungato 260, poiché é stato constatato che una tecnica di estrusione rappresenta la tecnica di fabbricazione più accurata per il tubo dielettrico allungato 260. La accuratezza della collocazione dei bracci rispetto alle placche capacitive é di importanza critica per ottenere un efficiente funzionamento dell'antenna in più di una posizione. Quando le placche capacitive vengono fatte scorrere relativamente ai bracci, la distanza fra di esse é critica per il mantenimento di una accurata capacità in ciascuna posizione, in modo da ridurre l'errore elettrico e la inefficienza. Sebbene il movimento di scorrimento assiale della placca capacitiva sia la variazione di posizione più evidente, la separazione radiale, per esempio, la uniformi-tà del dielettrico e la posizione dei bracci, per esempio, l'ammontare della torsione, possono variare in diverse posizioni telescopiche, per effetto delle variazioni di tolleranza. E' stato scoperto che le tolleranze della separazione radiale e della torsione sono critiche e vengono meglio gestite attraverso le strutture e gli esempi illustrati nella presente.

La Figura 4 illustra il tubo dielettrico allungato 260 con placche capacitive sia nella posizione estesa 450 in una porzione inferiore e sia in una posizione ritirata 460 in una porzione superiore, in accordo con una prima soluzione nella quale i bracci sono ritorti con angolo costante e le placche capacitive sono fisse e non ruotano quando vengono fatte scorrere .

La Figura 5 illustra un tubo dielettrico allungato 260 avente placche capacitive in una posizione estesa 250 in una porzione inferiore ed in una posizione ritirata 560 in una porzione superiore quando le placche ruotano quando vengono fatte scorrere, in accordo con una seconda soluzione.

La Figura 6 illustra il tubo dielettrico allungato 260 con le placche capacitive in una posizione estesa 650 in una porzione inferiore ed in una posizione ritirata 660 in una porzione superiore, nel caso in cui le placche capacitive non ruotino quando vengono fatte scorrere, però i bracci sono ritorti con indice non costante per configurazioni aventi le placche capacitive nella posizione ritirata 660, in accordo con una terza soluzione.

Le Figure 7, 8 e 9 rispettivamente illustrano una superficie esterna non avvolta del tubo dielettrico allungato ed i bracci in accordo rispettivo con una prima, una seconda ed una terza soluzione delle Figure 4-6, rispettivamente. In accordo con la prima soluzione, nella Figura 7, i bracci 410, 420, 430 e 440 sono ritorti con un angolo uniforme Θ1 nel senso della lunghezza del tubo dielettrico allungato 260. La Figura 8 illustra i bracci 510, 520, 530 e 540 su una superficie esterna del tubo dielettrico allungato 2 60 avente un angolo costante 92 . L'angolo Θ1 é in-clinato in misura maggiore dell'angolo 92. Una inclinazione minore sui bracci in confronto con la prima soluzione é desiderata per le comunicazioni satellitari, in modo da migliorare le caratteristiche delle configurazioni con più piccoli angoli di elevazione. Una minore inclinazione viene utilizzata da questa seconda soluzione perché le placche-capacitive ruotano quando vengono fatte scorrere. L'angolo preferito per 01 é approssimativamente di 60,93 gradi e l'angolo preferito per 92 é approssimativamente di 67,8 gradi.

Nella Figura 9, i bracci 610, 620, 630 e 640 sono bracci incurvati aventi una molteplicità di segmenti fra una molteplicità di gomiti. I segmenti si estendono secondo gli angoli illustrati Θ3, Θ4 e Θ5 rispetto all'orizzontale. Preferibilmente, l'angolo Θ3 é approssimativamente di 45,00 gradi, l'angolo Θ4 é approssimativamente di 84,60 gradi e l'angolo Θ5 é approssimativamente di 68,00 gradi. I bracci sono ripiegati di una certa entità in corrispondenza dei gomiti in modo tale che, nella posizione superiore e nella posizione inferiore della corsa, le placche capacitive siano adiacenti ai massimi di corrente. I massimi di corrente sono approssimativamente distanziati di una metà di lunghezza d'onda nel senso delle lunghezze elettriche dei bracci, come sopra discusso. Questa disposizione con bracci ripiegati nelle Figure 6 e 9 ha dimostrato di fornire una maggiore flessibilità di progettazione per il movimento telescopico e per la modulazione della configurazione di irradiazione, in confronto con le disposizioni delle Figure 4 e 7, evitando l'angolo costante Θ1 maggiormente inclinato. In questa terza soluzione, il numero dei gomiti può approssimarsi all'infinito e perciò gli angoli variano progressivamente lungo un braccio.

La Figura 10 illustra un esempio di costruzione di un cuscinetto interno per implementare la seconda soluzione delle Figure 5 e 8. Spostando assialmente un cuscinetto interno 780 rispetto ad un cuscinetto esterno si provoca la rotazione delle placche capacitive poiché le scanalature 791, 792, 793, 794 sono scanalature non rettilinee o ritorte. Le strutture meccaniche per far ruotare le placche capacitive hanno dimostrato di incontrare maggiori difficoltà meccaniche e maggiori costi che non le soluzioni stazionarie non rotanti. Sotto certi vincoli elettrici, comunque, le soluzioni rotanti forniscono una maggiore flessibilità di progettazione. Sebbene le scanalature ritorte siano state illustrate su un cuscinetto interno a titolo di esempio, sono possibili altre strutture meccaniche.

Sebbene l'invenzione sia stata descritta ed illustrata nella precedente descrizione e nei disegni, é sottinteso che questa descrizione é stata data soltanto a titolo di esempio e che numerose varianti e modificazioni possono essere apportate da coloro che sono esperti nel ramo senza allontanarsi dallo effettivo spirito e dall'ambito dell'invenzione. La presente invenzione é applicabile a sistemi analogici oltre che a sistemi digitali per voce, dati o segnalazioni personali per via satellite. La presente invenzione é anche applicabile alle antenne terrestri per apparecchi radio portatili che richiedono antenne di piccole dimensioni e configurazioni uniformi. Sebbene la presente invenzione abbia dei vantaggi dimensionali per un apparecchio radio portatile, la presente invenzione offre anche vantaggi per gli apparecchi radio fissi e mobili.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Complesso di antenna telescopica comprendente un elemento di antenna circolarmente polarizzato disposto in modo da scorrere telescopicamente rispetto ad un gruppo di eccitatori (273, 275), caratterizzato dal fatto che una posizione fisica di detto elemento di antenna circolarmente polarizzato varia quando essa viene fatta scorrere rispetto al gruppo di eccitatori, il gruppo di eccitatori avendo almeno una posizione di funzionamento superiore ed una posizione di funzionamento inferiore distanziate di un multiplo intero approssimativamente di una metà di lunghezza d'onda nel senso della lunghezza elettrica dell'elemento di antenna circolarmente polarizzato.
2. 2. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 1, ulteriormente caratterizzato dal fatto che l'elemento di antenna circolarmente polarizzato comprende una pluralità di bracci (210, 220, 230, 240).
3. 3. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 2, ulteriormente caratterizzato dal fatto che almeno una delle porzioni di funzionamento superiore ed inferiore é disposta ad una estremità elettrica dei bracci.
4. 4. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 3, ulteriormente caratterizzata dal fatto che l'altra delle porzioni superiore ed inferiore si trova ad una estremità elettrica opposta dei bracci.
5. 5. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 4, ulteriormente caratterizzato dal fatto che il gruppo di eccitatori é disposto in modo scorrevole sull'interno dell'elemento di antenna circolarmente polarizzato.
6. 6. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 2, ulteriormente caratterizzato dal fatto che i bracci comprendono bracci piegati.
7. 7. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 6, ulteriormente caratterizzato dal fatto che i bracci piegati comprendono almeno due gomiti fra i rispettivi segmenti.
8. 8. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 2, ulteriormente caratterizzato da un cuscinetto disposto in modo scorrevole (283, 287, 300) per guidare il movimento rotatorio dei bracci e del gruppo di eccitatori gli uni rispetto agli altri.
9. 9. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 8, ulteriormente caratterizzato dal fatto che il cuscinetto disposto in modo scorrevole presenta scanalature rettilinee (291, 292, 293, 294) per prevenire il movimento rotatorio quando essa viene fatta scorrere.
10. 10. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 8, ulteriormente caratterizzato dal fatto che il cuscinetto disposto in modo scorrevole presenta scanalature non rettilinee (791, 792, 793, 794) per provocare il movimento rotatorio quando essa viene fatta scorrere.
11. 11. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 1, ulteriormente caratterizzato dal fatto che l'elemento di antenna circolarmente polarizzato comprende un complesso di antenna ad elica quadrifilare.
12. 12. Complesso di antenna telescopica secondo la rivendicazione 1, ulteriormente caratterizzato dal fatto-che il gruppo di eccitatori comprende placche capacitive (273, 275) per l'accoppiamento capacitivo scorrevole con i bracci.