ITTO20110301A1 - Antenna a doppia polarizzazione e a fascio commutato per dispositivi di radiocomunicazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “ANTENNA A DOPPIA POLARIZZAZIONE E A FASCIO COMMUTATO PER DISPOSITIVI DI RADIOCOMUNICAZIONEâ€

SETTORE TECNICO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale a sistemi di radiocomunicazione, e più specificatamente ad antenne utilizzate in dispositivi di radiocomunicazione per trasmettere/ricevere segnali a radiofrequenza (RF). Esempi di dispositivi di radiocomunicazione possono essere dispositivi elettronici inseribili in porte USB (Universal Serial Bus), mini-hub portatili per reti wireless di tipo LAN (Local Area Network) (ad esempio basate sugli standard IEEE 802.11a/b/g/n) e/o per reti cellulari (per esempio basate sullo standard HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) o sullo standard LTE (Long Term Evolution)), console giochi, dispositivi di controllo, personal computer, laptop, ecc.

STATO DELL’ARTE

Come à ̈ noto, le antenne attualmente utilizzate in dispositivi di radiocomunicazione, come i dispositivi elettronici inseribili in porte USB, sono caratterizzate da diagrammi di radiazione quasi omnidirezionali (cioà ̈ hanno bassi guadagni) che ne limitano notevolmente le prestazioni raggiungibili in termini di velocità di dati.

In generale, un basso guadagno di antenna limita l’area di copertura in quegli scenari, come ad esempio le aree rurali, dove l’effetto del rumore termico à ̈ predominante sull’interferenza intercella.

Un maggiore guadagno di antenna aiuta, quindi, a ridurre il divario digitale poiché potenzialmente permette una fornitura di connessioni ad alta velocità dati anche in aree non raggiunte da Linee DSL o xDSL (Digital Subscriber Line) fisse.

Inoltre, un vantaggio nell’utilizzo di antenne direzionali ad alto guadagno riguarda la possibilità di eseguire un rigetto di interferenza nel dominio spaziale sagomando elettronicamente il diagramma di radiazione dell’antenna. Questo aspetto à ̈ molto importante in aree urbane caratterizzate da un alto traffico di voce/dati dove il principale fattore limitante per la velocità dati raggiungibile à ̈ l’interferenza intercella.

Le prestazioni dei dispositivi di radiocomunicazione possono essere migliorate equipaggiando detti dispositivi con antenne multiple che possono essere sfruttate in modi diversi a seconda delle loro caratteristiche, quali direzionalità, polarizzazione, spaziatura relativa, ecc..

In particolare, il modo più semplice per migliorare le prestazioni di dispositivi di radiocomunicazione consiste nell’utilizzare antenne omnidirezionali multiple ampiamente distanziate al fine di realizzare un certo livello di diversità spaziale dal fading. I segnali dalle diverse antenne omnidirezionali possono essere ricombinati a livello di banda base utilizzando un numero di ricevitori RF uguale al numero di antenne di ricezione.

Uno svantaggio di questa soluzione consiste nel fatto che viene richiesto un ricevitore RF per ciascuna antenna e di conseguenza il numero di antenne omnidirezionali che possono essere utilizzate à ̈ in pratica piuttosto limitato.

Per di più, le piccole dimensioni degli attuali dispositivi di radiocomunicazione, specialmente nel caso di dispositivi di radiocomunicazione portatili quali dispositivi elettronici inseribili in porte USB o mini-hub, limitano ancor di più il numero di, e la relativa distanza fra, le antenne che possono essere integrate assieme. In particolare, un effetto indesiderato causato da una piccola distanza tra le antenne à ̈ un aumento di correlazione di fading che limita il livello di diversità che può essere raggiunto e, nel caso di trasmissione a Ingresso Multiplo e Uscita Multipla (“Multiple Input Multiple Output†- MIMO), non rende possibile una multiplazione spaziale parallela di flussi di dati multipli.

Una soluzione al problema di avere ricevitori RF multipli viene fornita dalla domanda di brevetto internazionale WO2008064696 di proprietà della Richiedente che viene qui incorporata per riferimento.

In particolare, W02008064696 descrive un sistema di radiocomunicazione che viene equipaggiato con un’antenna a fascio commutato comprendente un certo numero di elementi di antenna direzionali ed in cui un sottoinsieme di segnali RF ricevuti da corrispondenti elementi di antenna viene selezionato e combinato in un singolo segnale RF che viene elaborato e demodulato in una singola catena di elaborazione.

In particolare, il sistema di radiocomunicazione descritto da WO2008064696 comprende una rete di fasatura RF che serve a co-fasare i segnali RF selezionati prima di combinarli, ed un processore per controllare la combinazione e fasatura dei segnali RF al fine di ottenere un singolo segnale RF avente un Indicatore di Prestazione Radio (“Radio Performance Indicator†- RPI) che soddisfa predeterminate condizioni. La combinazione dei segnali RF ricevuti viene eseguita a radiofrequenza utilizzando un insieme di pesi di combinazione presi da un insieme predefinito o libro codici (“codebook†). Secondo WO2008064696, il numero minimo di ricevitori RF à ̈ uguale appena al numero di flussi dati trasmessi qualunque sia il numero di antenne riceventi.

OGGETTO E RIASSUNTO DELL’INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈, quindi, quello di fornire un dispositivo di antenna che possa risolvere almeno uno dei problemi precedentemente citati.

In particolare, la Richiedente ha affrontato il problema della correlazione di fading fra le antenne riceventi. Un altro problema affrontato dalla Richiedente à ̈ quello di ridurre le dimensioni dell’antenna in particolare per applicazioni in dispositivi di radiocomunicazione portatili.

Tale scopo viene raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa à ̈ relativa ad un dispositivo di antenna e ad un dispositivo di comunicazione, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

In particolare, la presente invenzione raggiunge lo scopo precedentemente menzionato mediante un dispositivo di antenna che comprende:

• un primo gruppo di antenne configurato per ricevere primi segnali a radiofrequenza polarizzati secondo una prima polarizzazione;

• un secondo gruppo di antenne configurato per ricevere secondi segnali a radiofrequenza polarizzati secondo una seconda polarizzazione ortogonale alla prima polarizzazione; ed

• un gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza accoppiato al primo ed al secondo gruppo di antenne e configurato per gestire i primi segnali a radiofrequenza ricevuti separatamente dai secondi segnali a radiofrequenza ricevuti.

Detto dispositivo di antenna secondo la presente invenzione consente di risolvere il problema della correlazione di fading mediante i due gruppi di antenne ottimizzati per ricevere polarizzazioni ortogonali e mediante il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza configurato per gestire separatamente i segnali a radiofrequenza ricevuti dai due gruppi di antenne. Questa caratteristica rende il dispositivo di antenna proposto adatto anche per applicazioni MIMO dove flussi di dati multipli vengono trasmessi in parallelo attraverso una multiplazione spaziale.

Preferibilmente, almeno uno dei gruppi di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna stampati, e/o elementi di antenna basati su metamateriali, e/o una pluralità di elementi di antenna o omnidirezionali o direzionali.

Più preferibilmente, il primo gruppo di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna direzionali stampati e il secondo gruppo di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna basati su metamateriali, omnidirezionali e stampati. In particolare, i due gruppi di antenne basati su diverse tecnologie consentono di risolvere il problema dello spazio limitato degli attuali dispositivi di radiocomunicazione.

Ancor più preferibilmente, il primo gruppo di antenne comprende una pluralità di primi elementi di antenna configurati per ricevere i primi segnali a radiofrequenza, il secondo gruppo di antenne comprende una pluralità di secondi elementi di antenna operabili, ovvero azionabili, per ricevere i secondi segnali a radiofrequenza, ed il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza à ̈ configurato per fornire o un singolo segnale a radiofrequenza di uscita basato su almeno un primo segnale a radiofrequenza ricevuto e su almeno un secondo segnale a radiofrequenza ricevuto, o un primo segnale a radiofrequenza di uscita basato su almeno un primo segnale a radiofrequenza ricevuto ed un secondo segnale a radiofrequenza di uscita basato su almeno un secondo segnale a radiofrequenza ricevuto.

Convenientemente, affinché il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza fornisca il singolo segnale a radiofrequenza di uscita, detto gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza può essere configurato per:

• o pesare e combinare i primi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i primi elementi di antenna ed i secondi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i secondi elementi di antenna per fornire il singolo segnale a radiofrequenza di uscita;

• o selezionare uno o più dei primi segnali a radiofrequenza ricevuti dai primi elementi di antenna e/o uno o più dei secondi segnali a radiofrequenza ricevuti dai secondi elementi di antenna, e

- pesare e combinare il/i primo/i ed il/i secondo/i segnale/i a radiofrequenza selezionato/i per fornire il singolo segnale a radiofrequenza di uscita, o

- pesare e combinare il/i primo/i segnale/i a radiofrequenza selezionato/i ed i secondi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i secondi elementi di antenna per fornire il singolo segnale a radiofrequenza di uscita, o - pesare e combinare i primi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i primi elementi di antenna ed il/i secondo/i segnale/i a radiofrequenza selezionato/i per fornire il singolo segnale a radiofrequenza di uscita.

Convenientemente, affinché il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza fornisca il primo segnale a radiofrequenza di uscita, detto gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza può essere configurato per:

• selezionare un primo segnale a radiofrequenza ricevuto da uno dei primi elementi di antenna e fornire detto primo segnale a radiofrequenza selezionato come il primo segnale a radiofrequenza di uscita; o

• selezionare un sottoinsieme dei primi segnali a radiofrequenza ricevuti dai primi elementi di antenna, e pesare e combinare i primi segnali a radiofrequenza selezionati per fornire il primo segnale a radiofrequenza di uscita; o

• pesare e combinare i primi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i primi elementi di antenna per fornire il primo segnale a radiofrequenza di uscita.

Convenientemente, affinché il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza fornisca il secondo segnale a radiofrequenza di uscita, detto gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza può essere configurato per:

• selezionare un secondo segnale a radiofrequenza ricevuto da uno dei secondi elementi di antenna e fornire detto secondo segnale a radiofrequenza selezionato come il secondo segnale a radiofrequenza di uscita; o

• selezionare un sottoinsieme dei secondi segnali a radiofrequenza ricevuti dai secondi elementi di antenna, e pesare e combinare i secondi segnali a radiofrequenza selezionati per fornire il secondo segnale a radiofrequenza di uscita; o

• pesare e combinare i secondi segnali a radiofrequenza ricevuti da tutti i secondi elementi di antenna per fornire il secondo segnale a radiofrequenza di uscita.

In particolare, tutte le strategie precedentemente descritte per selezionare e/o pesare e combinare i segnali a radiofrequenza ricevuti dai due gruppi di antenne ad elementi multipli forniscono il vantaggio per cui il numero di ricetrasmettitori a radiofrequenza non à ̈ costretto ad essere uguale al numero di elementi di antenna e quindi un numero maggiore di elementi di antenna può essere utilizzato mantenendo allo stesso tempo la complessità del ricevitore a livelli accettabili.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

Per una migliore comprensione della presente invenzione, alcune forme preferite di realizzazione, che sono intese puramente come esempi e che non devono essere interpretate come limitative, verranno ora descritte facendo riferimento ai disegni allegati, in cui:

• la Figura 1 mostra schematicamente un dispositivo di antenna secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

• le Figure 2 e 3 mostrano due forme di realizzazione di esempio di un’unità di pesatura del dispositivo di antenna della figura 1;

• la Figura 4 mostra schematicamente un dispositivo di antenna secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 5 mostra schematicamente quattro elementi di antenna direzionali insieme con i corrispondenti diagrammi di radiazione secondo un aspetto della presente invenzione;

• la Figura 6 mostra schematicamente un dispositivo di antenna secondo una specifica forma preferita di realizzazione della presente invenzione;

• la Figura 7 mostra in maggior dettaglio un primo elemento di antenna del dispositivo di antenna della figura 6;

• la Figura 8 mostra perdita e guadagno di ritorno del primo elemento di antenna della figura 7 quando ottimizzato per le frequenze UMTS;

• la Figura 9 mostra in maggior dettaglio un secondo elemento di antenna del dispositivo di antenna della figura 6;

• le Figure 10 ed 11 mostrano due diverse disposizioni di un gruppo di antenne del dispositivo di antenna della figura 6 corrispondenti a due diverse condizioni operative del dispositivo di antenna;

• la Figura 12 mostra schematicamente il dispositivo di antenna della figura 6 in cui due componenti vengono realizzati ciascuno secondo una rispettiva forma preferita di realizzazione;

• la Figura 13 mostra schematicamente il dispositivo di antenna della figura 6 realizzato secondo un’alternativa forma preferita di realizzazione della presente invenzione; e

• la Figura 14 mostra un dispositivo di radiocomunicazione comprendente un dispositivo di antenna secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI PREFERITE FORME DI REALIZZAZIONE DELL’INVENZIONE

La seguente descrizione viene presentata per permettere ad un esperto del settore di realizzare ed utilizzare l’invenzione. Varie modifiche alle forme di realizzazione saranno immediatamente evidenti agli esperti del settore, senza, per questo, uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione come rivendicata. Di conseguenza, la presente invenzione non deve essere intesa come limitata alle sole forme di realizzazione descritte e mostrate, ma le deve essere accordato il più ampio ambito di tutela coerentemente con i principi e le caratteristiche qui presentate e definite nelle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione deriva dall’idea della Richiedente di combinare due diversi gruppi di antenne in un modo compatto ottenendo così un dispositivo di antenna avente un fattore di forma molto piccolo con una limitata correlazione di fading tra diversi elementi di antenna.

In particolare, i due gruppi di antenne sono progettati per ricevere polarizzazioni ortogonali ed un gruppo di gestione di segnali RF Ã ̈ accoppiato ai due gruppi di antenne per gestire separatamente rispettivi segnali RF ricevuti in modo che la correlazione di fading possa essere mantenuta molto bassa nonostante le piccole dimensioni del dispositivo di antenna.

Preferibilmente almeno uno dei due gruppi di antenne à ̈ un’antenna basata su metamateriali. A tal riguardo, di seguito verrà presentata, per chiarezza di descrizione, una breve spiegazione dei metamateriali.

In particolare, un metamateriale à ̈ un materiale artificiale che esibisce, a specifiche frequenze, una permettività negativa Æ ed una permeabilità negativa µ.

Nel dettaglio, un metamateriale comprende strutture periodiche con celle unitarie aventi dimensioni nell’ordine di millimetri per applicazioni a microonde. I metamateriali hanno consentito di concepire nuovi tipi di antenne sfruttando la compensazione di fase.

In maggior dettaglio, nella maggior parte dei materiali la propagazione delle onde elettromagnetiche obbedisce alla regola della mano destra per i vettori campo (E, H, β), dove E à ̈ il campo elettrico, H à ̈ il campo magnetico, e β à ̈ il vettore d’onda. La direzione della velocità di fase à ̈ la stessa della direzione di propagazione dell’energia del segnale (velocità di gruppo) e l’indice di rifrazione à ̈ un numero positivo. Tali materiali sono detti “Destrorsi†(“Right Handed†- RH). La maggior parte dei materiali naturali sono materiali RH. I materiali artificiali possono anche essere materiali RH.

Un metamateriale ha una struttura artificiale. Quando progettato con una dimensione di cella unitaria media strutturale p molto più piccola della lunghezza d’onda dell’energia elettromagnetica guidata dal metamateriale, il metamateriale può comportarsi come un supporto omogeneo per l’energia elettromagnetica guidata. A differenza dei materiali RH, un metamateriale può esibire un indice di rifrazione negativo con permettività Æ e permeabilità µ che sono simultaneamente negative, e la direzione della velocità di fase à ̈ opposta alla direzione di propagazione dell’energia del segnale dove le relative direzioni dei vettori campo (E, H, β) seguono la regola della mano sinistra. I metamateriali che supportano solo un indice di rifrazione negativo con permettività Æ e permeabilità µ che sono simultaneamente negative sono detti metamateriali “Sinistrorsi†(“Left Handed†- LH). Molti metamateriali sono miscele di metamateriali LH e materiali RH e di conseguenza sono metamateriali Destrorsi e Sinistrorsi Compositi (“Composite Right and Left Handed†- CRLH). Un metamateriale CRLH può comportarsi come un metamateriale LH a basse frequenze ed un metamateriale RH ad alte frequenze. Progettazioni e proprietà di vari metamateriali CRLH vengono descritte in Caloz e Itoh, “Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications†, John Wiley & Sons (2006). I metamateriali CRLH e la loro applicazione nelle antenne sono descritti da Tatsuo Itoh in “Invited paper: Prospects for Metamaterials†, Electronics Letters, Vol. 40, Nr. 16 (agosto, 2004).

I metamateriali CRLH possono essere strutturati e ingegnerizzati per esibire proprietà elettromagnetiche che vengono adattate per specifiche applicazioni e possono essere utilizzati in applicazioni dove può essere difficile, impraticabile o irrealizzabile utilizzare altri materiali. Inoltre, i metamateriali CRLH possono essere utilizzati per sviluppare nuove applicazioni e per costruire nuovi dispositivi che possono non essere possibili con materiali RH.

Ritornando alla descrizione dettagliata della presente invenzione, preferibilmente i due gruppi di antenne vengono realizzati con diverse tecnologie. In particolare, un primo gruppo di antenne può consistere in un’antenna stampata comprendente un primo numero di primi elementi di antenna stampati su un primo substrato dielettrico e disposti in modo da ricevere segnali RF polarizzati secondo una prima polarizzazione, mentre un secondo gruppo di antenne può comprendere un secondo numero di secondi elementi di antenna che sono monopoli basati su metamateriali stampati su un secondo substrato dielettrico (cioà ̈ stampati sul secondo substrato dielettrico sfruttando la tecnica dei metamateriali) e sono destinati in uso ad essere disposti in modo tale da ricevere segnali RF polarizzati secondo una seconda polarizzazione ortogonale alla prima polarizzazione.

Preferibilmente, i primi elementi di antenna sono destinati in uso ad essere disposti in modo da ricevere segnali RF con polarizzazione orizzontale, ed i monopoli basati su metamateriali sono destinati, durante una comunicazione, ad essere orientati in modo da ricevere segnali RF con polarizzazione verticale. In particolare, i monopoli basati su metamateriali sono destinati, durante una comunicazione, ad essere orientati in modo verticale.

Convenientemente, il primo substrato dielettrico può essere, per esempio, un disco circolare con quattro primi elementi di antenna stampati sopra, detto disco circolare à ̈ destinato in uso ad essere disposto in modo orizzontale in modo tale che i primi elementi di antenna ricevano segnali RF con polarizzazione orizzontale. Questo à ̈ solo un esempio, mentre una forma diversa del primo substrato dielettrico ed un numero diverso dei primi elementi di antenna possono essere utilizzati senza uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Convenientemente, i monopoli basati su metamateriali hanno uno schema tale da realizzare una cella compatta, ad esempio una cella CRLH. Questo tipo di tecnologia permette una riduzione significativa dell’altezza del monopolo rispetto ad un monopolo stampato convenzionale.

L’utilizzo di due gruppi di antenne ottimizzati per ricevere diverse polarizzazioni limita il problema della correlazione di fading, poiché le polarizzazioni ortogonali esibiscono generalmente bassi livelli di correlazione incrociata, e migliora il livello di diversità realizzabile nel ricevitore. L’utilizzo di due gruppi di antenne separati con diverso orientamento (orizzontale e verticale) facilita anche la progettazione di dispositivi di radiocomunicazione compatti.

A tal riguardo, per esempio, un dispositivo di antenna secondo una forma preferita di realizzazione della presente invenzione può convenientemente comprendere:

• un contenitore cilindrico comprendente una prima base che include un primo substrato dielettrico, ed una superficie laterale che include uno o più secondo/i substrato/i dielettrico/i;

• i primi elementi di antenna stampati sul primo substrato dielettrico, ovvero disposti sulla prima base del contenitore cilindrico;

• i secondi elementi di antenna realizzati con metamateriali e stampati sul/i secondo/i substrato/i dielettrico/i, ovvero disposti sulla superficie laterale del contenitore cilindrico; e

• una circuiteria elettronica per le funzionalità radio (RF e banda base) alloggiata all’interno del contenitore cilindrico.

In uso, il dispositivo di antenna à ̈ destinato ad essere appoggiato sulla prima base in modo che i primi elementi di antenna vengano orientati in modo orizzontale ed i secondi elementi di antenna vengano orientati in modo verticale.

Alternativamente ai secondi elementi di antenna disposti sulla superficie laterale del contenitore cilindrico, detti secondi elementi di antenna possono essere montati in modo ruotabile sulla seconda base del contenitore cilindrico per mezzo di giunti rotanti operabili, ovvero azionabili, per far ruotare detti secondi elementi di antenna in modo che vengano orientati in modo verticale durante una comunicazione, mentre detti secondi elementi di antenna vengono mantenuti orizzontali quando il dispositivo di antenna non à ̈ attivo.

Un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda diversi schemi per selezionare e combinare i segnali RF ricevuti dai diversi elementi di antenna.

In particolare, gli elementi di antenna del primo e secondo gruppo di antenne sono collegati ad un gruppo di gestione di segnali RF che comprende almeno una rete di commutazione RF operabile, ovvero azionabile, per selezionare un predefinito sottoinsieme di detti elementi di antenna.

Nel dettaglio, ciascun gruppo di antenne può essere collegato ad una rispettiva rete di commutazione RF o una singola rete di commutazione RF può essere utilizzata per entrambi i gruppi di antenne.

Inoltre, in uso, i segnali RF ricevuti dagli elementi di antenna selezionati vengono pesati in almeno una rete di pesatura RF comprendente sfasatori configurabili che introducono in detti segnali RF uno sfasamento quantizzato su un certo insieme di valori. Dopo la pesatura basata su sfasamenti, i segnali RF provenienti dagli elementi di antenna selezionati vengono combinati a radiofrequenza da un’unità di combinazione ed immessi in uno o più ricevitore/i RF per la demodulazione.

I segnali RF da selezionare ed i pesi basati su sfasamenti vengono determinati da un’unità di controllo che controlla il funzionamento della/e rete/i di commutazione RF e della/e rete/i di pesatura RF. In particolare, in uso, l’unità di controllo riceve come input indicatori di prestazione radio misurati da un’unità in banda base del ricevitore. Sulla base di queste misurazioni l’unità di controllo determina il/i miglior elemento/i di antenna da selezionare e pesi ottimali che massimizzano la prestazione radio nelle attuali condizioni di canale. Gli indicatori di prestazione radio misurati dall’unità in banda base e forniti in ingresso all’unità di controllo possono essere convenientemente: l’Indicatore di Forza del Segnale Ricevuto (“Received Signal Strength Indicator†- RSSI), il throughout di MAC (Medium Access Control), il BLER (Block Error Rate), il Rapporto Segnale/Interferenza più Rumore (“Signal to Interference plus Noise Ratio†- SINR), l’Indicatore di Qualità del Canale (“Channel Quality Indicator†- CQI) misurato da un terminale utente, ecc.. Questi sono solo esempi, mentre altri indicatori di prestazione radio possono essere misurati e sfruttati in modo vantaggioso senza uscire dall’ambito di tutela della presente invenzione.

Al fine di descrivere la presente invenzione in maggior dettaglio, uno schema a blocchi funzionale di un dispositivo di antenna 10 secondo una prima forma di realizzazione della presente invenzione viene mostrato nella figura 1, per la precisazione nel caso di un ricevitore equipaggiato con una singola catena di demodulazione RF.

In particolare, il dispositivo di antenna 10 mostrato nella figura 1 comprende:

• un primo gruppo di antenne 11 comprendente M primi elementi di antenna configurati per ricevere segnali RF polarizzati orizzontalmente, M essendo un numero intero maggiore di zero;

• un secondo gruppo di antenne 12 comprendente N secondi elementi di antenna realizzati con metamateriali e configurati per ricevere segnali RF polarizzati verticalmente, N essendo un numero intero maggiore di zero;

• una prima rete di commutazione RF 13 accoppiata al primo gruppo di antenne 11, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, selezionare m primi segnali RF tra i segnali RF ricevuti da detto primo gruppo di antenne 11, dove 1≤m≤M;

• una seconda rete di commutazione RF 14 accoppiata al secondo gruppo di antenne 12, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, selezionare n secondi segnali RF tra gli N segnali RF ricevuti da detto secondo gruppo di antenne 12, dove 1≤n≤N;

• una singola rete di combinazione RF 15 accoppiata alla prima rete di commutazione RF 13 per ricevere da questa i primi segnali RF selezionati ed alla seconda rete di commutazione 14 per ricevere da questa i secondi segnali RF selezionati, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, pesare e combinare detti primi e secondi segnali RF selezionati in modo da generare e fornire in uscita un singolo segnale combinato R;

• un ricevitore RF 16 accoppiato alla singola rete di combinazione RF 15 per ricevere da questa il singolo segnale combinato R, e configurato per elaborare detto singolo segnale combinato R in modo da fornire in uscita un segnale elaborato;

• un’unità in banda base 17 accoppiata al ricevitore RF 16 per ricevere da questo il segnale elaborato, e configurata per determinare uno o più indicatore/i di prestazione radio sulla base di detto segnale elaborato; ed • un’unità di controllo 18 accoppiata all’unità in banda base 17 per ricevere da questa lo/gli indicatore/i di prestazione radio determinato/i, ed alla prima rete di commutazione RF 13, alla seconda rete di commutazione RF 14 ed alla singola rete di combinazione RF 15 per controllarne il funzionamento sulla base di detto/i indicatore/i di prestazione radio determinato/i.

Nel dettaglio, indicando con yi, dove 1≤i≤m, i primi segnali RF selezionati dalla prima rete di commutazione RF 13 e come zl, dove 1≤l≤n, i secondi segnali RF selezionati dalla seconda rete di commutazione RF 14, l’operazione di pesatura e combinazione eseguita dalla singola rete di combinazione RF 15 può essere matematicamente espressa come segue:

m n

R =åwiyi+ åwl z l , (1) i=1 l = 1

dove e indicano pesi di combinazione, rispettivamente, per i primi e secondi segnali RF selezionati.

Preferibilmente, i pesi di combinazione e vengono progettati come puri sfasatori e quindi possono essere espressi matematicamente come e w = e<j J l>l. L’operazione di pesatura può essere convenientemente realizzata a radiofrequenza facendo sì che ciascun segnale RF selezionato si propaghi su un tratto di linea di trasmissione (line trasmission stub) di lunghezza appropriata in modo tale che il segnale di uscita venga soggetto ad un desiderato sfasamento. Al fine di limitare la complessità della circuiteria, i pesi di combinazione possono essere convenientemente quantizzati su un numero finito di valori in modo che venga realizzato un numero limitato di tratti di linea di trasmissione.

A tal riguardo, ad esempio, può essere convenientemente implementato un insieme quaternario di valori dei pesi di combinazione, cioà ̈ corrispondenti a safasamenti di 0°, 90°, 180° e 270°, i quali sfasamenti corrispondono, a loro volta, ai seguenti insiemi di pesi combinazione:

ì<1 j>1<j>Ã1⁄4wiÃŽÃ ,,- , - Ã1⁄2

î 2 2 2 2 Ã3⁄4

ìwÎ<1 j>1

à ,,- , -<j>Ã1⁄4

lÃ1⁄2.

î 2 2 2 2 Ã3⁄4

L’insieme di pesi di combinazione può convenientemente comprendere anche il valore speciale zero per segnali RF non selezionati, cioà ̈ scartati, dalle reti di commutazione RF 13 e 14.

Le figure 2 e 3 mostrano schematicamente due implementazioni di esempio 21 e 31 di un’unità di pesatura RF preferibilmente compresa dalla singola rete di combinazione RF 15. In particolare, come mostrato nelle figure 2 e 3, ciascuna unità di pesatura comprende un rispettivo insieme di tratti di linea di trasmissione di lunghezza diversa che sono selezionabili per mezzo di commutatori. Nel dettaglio, in uso, ciascuna unità di pesatura viene alimentata, in ingresso, con i segnali RF selezionati e , e fornisce in uscita gli stessi segnali RF ma con il relativo sfasamento richiesto. I due segnali RF pesati vengono successivamente combinati a radiofrequenza, cioà ̈, sommati, e forniti in ingresso al ricevitore RF 16.

Inoltre, la figura 4 mostra uno schema a blocchi funzionale di un dispositivo di antenna 40 secondo una seconda forma di realizzazione della presente invenzione, per la precisazione nel caso di un ricevitore equipaggiato con due catene di demodulazione RF.

In particolare, il dispositivo di antenna 40 mostrato nella figura 4 comprende:

• un primo gruppo di antenne 41 comprendente M primi elementi di antenna configurati per ricevere segnali RF polarizzati orizzontalmente, M essendo un numero intero maggiore di zero;

• un secondo gruppo di antenne 42 comprendente N secondi elementi di antenna realizzati con metamateriali e configurati per ricevere segnali RF polarizzati verticalmente, N essendo un numero intero maggiore di zero;

• una prima rete di commutazione RF 43 accoppiata al primo gruppo di antenne 41, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, selezionare m primi segnali RF tra i segnali RF ricevuti da detto primo gruppo di antenne 41, dove 1≤m≤M;

• una seconda rete di commutazione RF 44 accoppiata al secondo gruppo di antenne 42, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, selezionare n secondi segnali RF tra gli N segnali RF ricevuti da detto secondo gruppo di antenne 42, dove 1≤n≤N;

• una prima rete di combinazione RF 45 accoppiata alla prima rete di commutazione RF 43 per ricevere da questa i primi segnali RF selezionati, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, pesare e combinare detti primi segnali RF selezionati in modo da generare e fornire in uscita un primo segnale combinato Y;

• una seconda rete di combinazione RF 46 accoppiata alla seconda rete di commutazione RF 44 per ricevere da questa i secondi segnali RF selezionati, ed operabile per, ovvero azionabile in modo da, pesare e combinare detti secondi segnali RF selezionati in modo da generare e fornire in uscita un secondo segnale combinato Z;

• un primo ricevitore RF 47 accoppiato alla prima rete di combinazione RF 45 per ricevere da questa i primi segnali combinati Y, e configurato per elaborare detto primo segnale combinato Y in modo da emettere un primo segnale elaborato;

• un secondo ricevitore RF 48 accoppiato alla seconda rete di combinazione RF 46 per ricevere da questa il secondo segnale combinato Z, e configurato per elaborare detto secondo segnale combinato Z in modo da emettere un secondo segnale elaborato;

• un’unità in banda base 49 accoppiata al primo ricevitore 47 per ricevere da questo il primo segnale elaborato ed al secondo ricevitore RF 48 per ricevere da questo il secondo segnale elaborato, e configurata per determinare uno o più indicatore/i di prestazione radio sulla base di detto primo e di detto secondo segnale elaborato; ed

• un’unità di controllo 50 accoppiata all’unità in banda base 49 per ricevere da questa lo/gli indicatore/i di prestazione radio determinato/i, ed alla prima rete di commutazione RF 43, alla seconda rete di commutazione RF 44, alla prima rete di combinazione RF 45 ed alla seconda rete di combinazione RF 46 per controllarne il funzionamento sulla base di detto/i indicatore/i di prestazione radio determinato/i.

In una forma di realizzazione alternativa, il dispositivo di antenna 40, invece delle due reti di commutazione RF 43 e 44, può convenientemente comprendere una singola rete di commutazione RF per selezionare i segnali RF provenienti da entrambi i gruppi di antenne 41 e 42.

In dettaglio, secondo la notazione matematica precedentemente spiegata ed utilizzata, il primo segnale RF combinato Y può essere matematicamente espresso come

m

Y = åwiyi, (2) i= 1

ed il secondo segnale RF combinato Z può essere matematicamente espresso come

Z = åwlzl. (3) l= 1

Come precedentemente descritto, un sottoinsieme degli M ed N segnali RF ricevuti viene selezionato e fornito alla/e unità di combinazione della/e rete/i di combinazione RF. Nel caso più semplice viene selezionato solo un segnale RF, che corrisponde al miglior elemento di antenna in ricezione per la rispettiva polarizzazione. In tal caso, i pesi di combinazione e possono essere convenientemente tutti uguali a zero eccetto quello che corrisponde al miglior elemento di antenna in ricezione per ciascuna polarizzazione, e le equazioni (2) e (3) possono essere convenientemente semplificate come segue:

Y = yi, (4) Z = zl. (5) La selezione di un solo segnale RF si applica, per esempio, quando gli elementi di antenna sono direzionali e hanno di conseguenza un guadagno significativo. I diversi elementi di antenna di ciascun gruppo di antenne vengono convenientemente disposti in modo da avere una minima sovrapposizione tra i corrispondenti diagrammi di radiazione e per assicurare una buona ricezione per tutte le possibili direzioni di arrivo nel piano corrispondente alla rispettiva specifica polarizzazione, come illustrato schematicamente nella figura 5 dove quattro elementi di antenna A1, A2, A3 e A4 vengono mostrati insieme con corrispondenti diagrammi di radiazione stilizzati G1, G2, G3 e G4.

Al contrario, nel caso più difficile, vengono selezionati i segnali RF da tutti gli M ed N elementi di antenna e di conseguenza tutti i pesi di combinazione e hanno valori diversi da zero. Questo secondo caso si applica quando gli elementi di antenna vengono progettati come dipoli omnidirezionali con guadagno zero nel piano corrispondente alla polarizzazione desiderata. In questo caso, i diversi elementi di antenna funzionano come un array e di conseguenza la direzionalità dell’antenna può essere assicurata mediante un’appropriata combinazione di tutti i segnali RF ricevuti. Inoltre, in questo caso, gli elementi di antenna vengono preferibilmente disposti in modo che la distanza d tra qualsiasi coppia di elementi di antenna adiacenti sia inferiore a, o uguale a, mezza lunghezza d’onda , cioà ̈, , in modo che possa essere formato un diagramma di radiazione con forma prevedibile e senza lobi di diffrazione (grating lobes), essendo la lunghezza d’onda operativa per cui viene progettato il dispositivo di antenna. Ad esempio, nel caso di un dispositivo di antenna progettato per funzionare nella banda a 2 GHz, vale a dire , la distanza d tra qualsiasi coppia di elementi di antenna adiacenti dovrebbe essere preferibilmente inferiore a, o uguale a, 7.5 cm.

Convenientemente, il diametro dei substrati dielettrici del dispositivo di antenna può essere nell’ordine di 10 cm.

In un caso più generale, solo un sottoinsieme degli M e N segnali RF ricevuti viene selezionato dalla/e rete/i di commutazione RF, detto sottoinsieme comprendendo m segnali RF provenienti dal primo gruppo di antenne ed n segnali RF provenienti dal secondo gruppo di antenne. In questo caso, gli m ed n segnali RF selezionati vengono combinati secondo l’equazione (1) se à ̈ disponibile solo una rete di combinazione RF, o secondo le equazioni (2) e (3) se sono disponibili due reti di combinazione RF. Dopo la combinazione, il singolo segnale combinato R, o il primo segnale combinato Y ed il secondo segnale combinato Z, viene/vengono immessi in ingresso nel/i ricevitore/i che esegue/ono la conversione verso il basso (“downconversion†) della frequenza, il filtraggio e la conversione da Analogico a Digitale (A/D). Successivamente, i segnali digitali provenienti dal/i ricevitore/i RF vengono elaborati dall’unità in banda base (BB) che esegue tutte le operazioni dello Strato 1 e Strato 2 relative agli strati fisico e del protocollo MAC. Esempi di operazioni di elaborazione di segnali digitali eseguite dall’unità BB sono: demodulazione, demappatura da simbolo a bit, decodifica di canale, combinazione di segnali, misurazioni radio, ecc..

La selezione dei migliori elementi di antenna e la determinazione dei pesi di combinazione ottimali vengono eseguite dall’Unità di Controllo (CU). La CU riceve dall’unità BB un insieme di misurazioni indicative di condizioni istantanee del canale radio. Come affermato precedentemente, esempi di misurazioni che possono essere convenientemente utilizzate per la selezione del segnale RF e la determinazione del peso di combinazione sono il/i RSSI, il/i BLER dei pacchetti dati ricevuti, il rendimento medio misurato a livello MAC, il SINR, ecc.. In uso, la CU scansiona periodicamente i diversi elementi di antenna e pesi di combinazione al fine di identificare la configurazione che assicuri la miglior prestazione in ricezione. Nel caso di una comunicazione dati a pacchetto, l’operazione di scansione può essere convenientemente eseguita durante periodi di inattività, ad esempio durante il tempo di lettura di una pagina web. Nel caso di una connessione a commutazione di circuito, ad esempio una chiamata voce o video, l’operazione di scansione può essere preferibilmente eseguita in modo da minimizzare la probabilità di far cadere la connessione ed in modo da limitare qualsiasi degrado della Qualità di Servizio (“Quality of Service†- QoS) percepita dall’utente. Ad esempio, ciò può essere convenientemente eseguito attivando l’operazione di scansione ad intervalli di tempo diversi per il primo e secondo gruppo di antenne.

Inoltre, la figura 6 mostra schematicamente un dispositivo di antenna 60 secondo una specifica forma preferita di realizzazione della presente invenzione, per la precisazione nel caso di un ricevitore equipaggiato con due catene di demodulazione RF.

In particolare, il dispositivo di antenna 60 mostrato nella figura 6 comprende:

• un contenitore cilindrico 61;

• un primo gruppo di antenne 62 comprendente quattro (cioà ̈ M=4) elementi di antenna stampati direzionali 63 disposti su una prima base 61a del contenitore cilindrico 61 ed ottimizzati per ricevere segnali polarizzati orizzontalmente;

• un primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64 accoppiato al primo gruppo di antenne 62 per selezionare e combinare i segnali RF ricevuti da detto primo gruppo di antenne 62 in modo da fornire in uscita un primo segnale RF combinato Y;

• un secondo gruppo di antenne 65 comprendente quattro (cioà ̈ N=4) monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66, montati su una seconda base 61b del contenitore cilindrico 61 ed operabili per, ovvero azionabili in modo da, ricevere segnali polarizzati verticalmente; ed

• un secondo gruppo di commutazione e combinazione RF 67 accoppiato al secondo gruppo di antenne 65 per selezionare e combinare i segnali RF ricevuti da detto secondo gruppo di antenne 65 in modo da fornire in uscita un secondo segnale RF combinato Z.

La figura 7 mostra in maggior dettaglio uno degli elementi di antenna stampati direzionali 63 del primo gruppo di antenne 62 disposti sulla prima base 61a del contenitore cilindrico 61.

In particolare, l’elemento di antenna stampato direzionale 63 mostrato nella figura 7 comprende:

• un dipolo attivo 71 che à ̈ lungo , ha una struttura sagomata a T, e, in uso, viene eccitato da una microstriscia 72 che attraversa perpendicolarmente uno slot 73 formato nel dipolo attivo 71 e termina con un circuito aperto;

• un dipolo passivo 74, chiamato anche direttore, disposto prima di fronte al dipolo attivo 71 ed utilizzato per migliorare il guadagno e la direttività dell’elemento di antenna 63; ed

• un riflettore planare 75 che à ̈ una zona metallizzata inserita dietro il dipolo attivo 71 per controllare la radiazione fronte-retro.

Nel dettaglio, la linea di slot 73 à ̈ lunga circa e funziona come un simmetrizzatore (“balun†), vale a dire un circuito che trasforma una struttura sbilanciata della linea di alimentazione in una bilanciata (dipoli). Questo tipo di elemento di antenna à ̈ facile da progettare, poiché l’ingresso adattato a 50 ohm si ottiene ottimizzando sostanzialmente solo due parametri: la distanza della microstriscia 72 dalla punta e la lunghezza di un tratto di linea di trasmissione 76 che à ̈ la porzione di microstriscia che eccede lo slot 73. Il primo parametro controlla per lo più la parte reale dell’impedenza di ingresso ed il secondo la parte immaginaria. A tal riguardo, ad esempio, perdita e guadagno di ritorno calcolati e misurati di un’antenna stampata a dipolo ottimizzata per frequenze UMTS vengono riportati nella figura 8. Come mostrato nella figura 8, la larghezza di banda ottenibile (15 dB) à ̈ più del 30%, il guadagno à ̈ dell’ordine di 4 dB, ed il fronte-retro eccede i 10 dB.

Affinché gli elementi di antenna stampati direzionali 63 ricevano segnali RF polarizzati in modo orizzontale, durante il funzionamento il dispositivo di antenna 60 deve essere appoggiato sulla prima base 61a del contenitore cilindrico 61. Preferibilmente, il guadagno di ciascun elemento di antenna stampato direzionale 63 à ̈ dell’ordine di 4-6 dB.

Convenientemente, secondo una prima forma preferita di realizzazione del primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64, viene selezionato solo il miglior elemento di antenna stampato direzionale 63 del primo gruppo di antenne 62 ed il corrispondente segnale RF ricevuto viene fornito ad un ricevitore RF secondo l’equazione (4) (in cui l’indice i identifica il miglior elemento di antenna stampato direzionale selezionato 63). Secondo detta prima forma preferita di realizzazione del primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64, la rete di commutazione RF viene ridotta ad un selettore da 4 a 1 e l’operazione di combinazione non à ̈ necessaria poiché viene selezionato un singolo segnale RF.

Invece, secondo una seconda forma preferita di realizzazione del primo gruppo di commutazione e combinazione 64, i due migliori elementi di antenna stampati direzionali 63 possono essere convenientemente selezionati ed i corrispondenti segnali ricevuti RF possono essere convenientemente combinati con appropriati pesi di combinazione secondo l’equazione (2) (in cui m=2 e l’indice i indicizza i due migliori elementi di antenna stampati direzionali selezionati 63). Secondo detta seconda forma preferita di realizzazione del primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64, à ̈ possibile sfruttare due diversi percorsi provenienti da diverse direzioni combinandone l’energia a radiofrequenza.

Inoltre, la figura 9 mostra in maggior dettaglio uno dei monopoli basati su metamateriali 66 del secondo gruppo di antenne 65 montato sulla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61.

In particolare, il monopolo basato su metamateriali 66 mostrato nella figura 9 ha sostanzialmente una forma rettangolare, Ã ̈ strutturato per formare una cella di metamateriale CRLH, e comprende:

• un condensatore interdigitale 91, opportunamente posizionato lungo il monopolo basato su metamateriali 66;

• due rami induttivi 92 collegati a terra e posizionati lateralmente rispetto al condensatore interdigitale 91; ed

• una linea di alimentazione RF a microstriscia di ingresso 93.

Il vantaggio principale realizzato da questa struttura consiste in una riduzione significativa della lunghezza del monopolo rispetto ad un monopolo classico, funzionante nella stessa banda di frequenze. In uso, in particolare durante una comunicazione, i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 vengono orientati in modo verticale in modo che ricevano segnali RF con polarizzazioni verticali. Al fine di ridurre la dimensione del dispositivo di antenna 60, i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 possono essere convenientemente montati sulla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61 per mezzo di giunti rotanti (non mostrati nelle figure 6 e 9) in modo che, quando il dispositivo di antenna 60 non viene alimentato o quando una comunicazione voce/dati non à ̈ attiva, essi vengano disposti parallelamente alla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61, mentre, quando il dispositivo di antenna 60 viene alimentato o quando una comunicazione voce/dati à ̈ attiva, essi vengano ruotati in modo da essere perpendicolari alla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61.

A tal riguardo, la figura 10 mostra i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 del secondo gruppo di antenne 65 quando il dispositivo di antenna 60 à ̈ spento o quando una comunicazione voce/dati non à ̈ attiva (cioà ̈ il dispositivo di antenna 60 à ̈ inattivo). In particolare, la figura 10 mostra i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 disposti parallelamente alla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61. Nella figura 10 anche i giunti rotanti vengono mostrati e vengono indicati dai numeri di riferimento 101.

Inoltre, la figura 11 mostra i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 quando il dispositivo di antenna 60 à ̈ acceso o quando à ̈ in corso una comunicazione voce/dati. In particolare, la figura 11 mostra i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 disposti perpendicolarmente alla seconda base 61b del contenitore cilindrico 61.

Convenientemente, il posizionamento dei monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 può essere effettuato manualmente da un utente o può essere realizzato da un meccanismo automatizzato meccanico o elettrico (non mostrato nelle figure 10 e 11).

Secondo una forma preferita di realizzazione del secondo gruppo di commutazione e combinazione RF 67, i segnali RF ricevuti dai quattro monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 vengono preferibilmente combinati secondo l’equazione (3) (in cui n=N=4 e l’indice l indicizza i quattro monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66) con un insieme appropriato di pesi di combinazione che sagomano il diagramma di radiazione in modo da massimizzare le prestazioni radio. Secondo detta forma preferita di realizzazione del secondo gruppo di commutazione e combinazione RF 67, tutti i segnali RF ricevuti vengono selezionati e di conseguenza una rete di commutazione RF per la selezione di segnali non à ̈ necessaria.

Inoltre, la figura 12 mostra uno schema a blocchi funzionale del dispositivo di antenna 60 comprendente il primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64 realizzato secondo la relativa prima forma preferita di realizzazione precedentemente descritta, ed il secondo gruppo di commutazione e combinazione RF 67 realizzato secondo la relativa forma preferita di realizzazione precedentemente descritta.

In particolare, come mostrato nella figura 12, il primo gruppo di commutazione e combinazione RF 64 comprende una rete di commutazione RF da 4 a 1121 operabile per, ovvero azionabile in modo da, selezionare il segnale RF ricevuto da un solo elemento di antenna stampato unidirezionale 63, e non comprende alcuna rete o unità di combinazione RF. In uso, il segnale RF selezionato dalla rete di commutazione RF da 4 a 1 121 viene immesso in ingresso in un primo ricevitore RF 122.

Sempre come mostrato nella figura 12, il secondo gruppo di commutazione e combinazione RF 67 non comprende alcuna rete di commutazione RF, ma comprende una rete di combinazione RF 123 operabile per, ovvero azionabile in modo da, combinare i segnali RF ricevuti da tutti e quattro i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 in modo da generare un segnale RF combinato Z secondo l’equazione (3) (in cui n=N=4 e l’indice l indicizza i quattro monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66). In uso, i segnali RF ricevuti da tutti e quattro i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 vengono combinati dalla rete di combinazione RF 123 per mezzo di un insieme di pesi di combinazione { } al fine di sagomare un diagramma di radiazione desiderato, ed il risultante segnale RF combinato Z viene immesso in ingresso in un secondo ricevitore RF 124.

La figura 12 mostra anche:

• un’unità in banda base 125 accoppiata al primo 122 ed al secondo 124 ricevitore RF per ricevere i segnali forniti in uscita da detto primo 122 e da detto secondo 124 ricevitore RF, e configurata per determinare uno o più indicatore/i di prestazione radio sulla base dei segnali ricevuti; ed

• un’unità di controllo 126 accoppiata all’unità in banda base 125 per ricevere da questa lo/gli indicatore/i di prestazione radio determinato/i, ed alla rete di commutazione RF da 4 a 1 121 ed alla rete di combinazione RF 123 per controllarne il funzionamento sulla base dello/gli indicatore/i di prestazione radio ricevuto/i.

Secondo una forma alternativa di realizzazione del dispositivo di antenna 60, la quale forma alternativa di realizzazione viene mostrata nella figura 13 dove à ̈ indicata come 60’, i monopoli basati su metamateriali omnidirezionali stampati 66 del secondo gruppo di antenne 65 vengono disposti su una superficie laterale 61c del contenitore cilindrico 61, il quale alloggia al suo interno una circuiteria elettronica per la connettività wireless. Come mostrato nella figura 13, il primo gruppo di antenne 62 viene sempre disposto sulla base inferiore 61a del contenitore cilindrico 61.

Infine, la figura 14 mostra un dispositivo di antenna 141 secondo la presente invenzione integrato in un dispositivo di radiocomunicazione multifunzione 140 comprendente:

• una ircuiteria elettronica per la connettività wireless (non mostrata nella figura 14);

• diverse porte USB e SD (“Secure Digital†- SD) 142 per collegare il dispositivo di radiocomunicazione 140 ad altri dispositivi (ad esempio apparati elettronici di consumo), alcune di dette porte 142 essendo collegate al dispositivo di radiocomunicazione 140 tramite un cavo estensibile 143 (per esempio avvolto in una bobina); ed • una webcam 144 e/o altre periferiche che consnetono la fornitura di Servizi a Valore Aggiunto (“Value Added Services†- VAS).

In sintesi, la presente invenzione riguarda un nuovo dispositivo di antenna avente un fattore di forma molto piccolo che facilita notevolmente la sua integrazione in dispositivi di radiocomunicazione portatili. In particolare, il dispositivo di antenna può essere un dispositivo separato esternamente collegabile ad un dispositivo di radiocomunicazione commerciale, quale un dispositivo elettronico inseribile in porte USB o un router wireless, o può essere integrato in un dispositivo di radiocomunicazione completo comprendente anche una circuiteria elettronica (cioà ̈ chipset a radiofrequenza ed in banda base) necessaria per fornire la connettività wireless.

Il problema della correlazione di fading viene affrontato progettando i due gruppi di antenne in modo che gli elementi radianti del primo e secondo gruppo di antenne siano ottimizzati per ricevere polarizzazioni diverse. Questa caratteristica rende il dispositivo di antenna proposto adatto anche per applicazioni MIMO dove flussi di dati multipli vengono trasmessi in parallelo attraverso una multiplazione spaziale.

Il problema dello spazio limitato negli attuali dispositivi di radiocomunicazione viene affrontato integrando due diversi gruppi di antenne basati su tecnologie diverse, ciascuna antenna comprendente un dato numero di elementi radianti.

Inoltre, un ulteriore aspetto della presente invenzione riguarda anche diversi schemi per selezionare e combinare a radiofrequenza i segnali ricevuti dai diversi elementi di antenna. L’elaborazione RF dei segnali ricevuti fornisce il vantaggio secondo cui il numero di ricetrasmettitori RF non deve essere uguale al numero di elementi di antenna e quindi un numero maggiore di elementi di antenna può essere utilizzato mantenendo allo stesso tempo la complessità del ricevitore a livelli accettabili.

I vantaggi della presente invenzione sono chiari da quanto precedentemente descritto.

In particolare, il dispositivo di antenna secondo la presente invenzione consente una riduzione delle dimensioni dell’antenna rendendo possibile la realizzazione di dispositivi di radiocomunicazione compatti ad alta prestazione.

Infine, à ̈ chiaro che numerose modifiche e varianti possono essere apportate alla presente invenzione, tutte rientranti nell’ambito di tutela dell’invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (20)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di antenna (10, 40, 60) comprendente: • un primo gruppo di antenne (11, 41, 62) configurato per ricevere primi segnali a radiofrequenza polarizzati secondo una prima polarizzazione; • un secondo gruppo di antenne (12, 42, 65) configurato per ricevere secondi segnali a radiofrequenza polarizzati secondo una seconda polarizzazione ortogonale alla prima polarizzazione; ed • un gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza accoppiato al primo (11, 41, 62) ed al secondo (12, 42, 65) gruppo di antenne, e configurato per gestire i primi segnali a radiofrequenza ricevuti separatamente dai secondi segnali a radiofrequenza ricevuti.
2. 2. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 1, in cui almeno uno dei due gruppi di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna stampati.
3. 3. Il dispositivo di antenna secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui almeno uno dei due gruppi di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna o omnidirezionali, o direzionali.
4. 4. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui almeno uno dei due gruppi di antenne comprende elementi di antenna basati su metamateriali.
5. 5. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il primo gruppo di antenne (62) comprende una pluralità di elementi di antenna direzionali stampati (63), ed in cui il secondo gruppo di antenne (65) comprende una pluralità di elementi di antenna basati su metamateriali omnidirezionali stampati (66).
6. 6. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il primo gruppo di antenne (11, 41, 62) comprende una pluralità di primi elementi di antenna configurati per ricevere i primi segnali a radiofrequenza, in cui il secondo gruppo di antenne (12, 42, 65) comprende una pluralità di secondi elementi di antenna operabili per ricevere i secondi segnali a radiofrequenza, ed in cui il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza à ̈ configurato per fornire o un singolo segnale a radiofrequenza di uscita (R) basato su almeno un primo segnale a radiofrequenza ricevuto e su almeno un secondo segnale a radiofrequenza ricevuto, o un primo segnale a radiofrequenza di uscita (Y) basato su almeno un primo segnale a radiofrequenza ricevuto ed un secondo segnale a radiofrequenza (Z) basato su almeno un secondo segnale a radiofrequenza ricevuto.
7. 7. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 6, in cui il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza comprende: • una prima rete di commutazione (13) accoppiata al primo gruppo di antenne (11) ed operabile per selezionare un sottoinsieme dei primi segnali a radiofrequenza ricevuti dai primi elementi di antenna; • una seconda rete di commutazione (14) accoppiata al secondo gruppo di antenne (12) ed operabile per selezionare un sottoinsieme dei secondi segnali a radiofrequenza ricevuti dai secondi elementi di antenna; ed • una singola rete di combinazione (15) che à ̈ accoppiata alla prima (13) ed alla seconda (14) rete di commutazione per ricevere, come segnali di ingresso, i primi e secondi segnali a radiofrequenza selezionati, rispettivamente, da detta prima rete di commutazione (13) e da detta seconda rete di commutazione (14), ed à ̈ operabile per pesare i segnali di ingresso e per combinare i segnali di ingresso pesati nel singolo segnale a radiofrequenza di uscita (R).
8. 8. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 7, comprendente inoltre un’unità di controllo (18) che à ̈ accoppiata alla prima (13) ed alla seconda (14) rete di commutazione ed alla singola rete di combinazione (15) per controllare la selezione eseguita da detta prima (13) e detta seconda (14) rete di commutazione e la pesatura eseguita da detta singola rete di combinazione (15) sulla base di uno o più indicatore/i di prestazione radio basato/i su uno o più singoli segnale/i a radiofrequenza di uscita precedentemente fornito/i (R).
9. 9. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 6, in cui il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza comprende: • una prima rete di commutazione (43) accoppiata al primo gruppo di antenne (41) ed operabile per selezionare un sottoinsieme dei primi segnali a radiofrequenza ricevuti dai primi elementi di antenna; • una prima rete di combinazione (45) accoppiata alla prima rete di commutazione (43) per ricevere, come primi segnali di ingresso, i primi segnali a radiofrequenza selezionati da detta prima rete di commutazione (43), ed operabile per pesare i primi segnali di ingresso e per combinare i primi segnali di ingresso pesati nel primo segnale a radiofrequenza di uscita (Y); • una seconda rete di commutazione (44) accoppiata al secondo gruppo di antenne (42) ed operabile per selezionare un sottoinsieme dei secondi segnali a radiofrequenza ricevuti dai secondi elementi di antenna; ed • una seconda rete di combinazione (46) accoppiata alla seconda rete di commutazione (44) per ricevere, come secondi segnali di ingresso, i secondi segnali a radiofrequenza selezionati da detta seconda rete di commutazione (44), ed operabile per pesare i secondi segnali di ingresso e per combinare i secondi segnali di ingresso pesati nel secondo segnale a radiofrequenza di uscita (Z).
10. 10. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 6, in cui il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza comprende: • una rete di commutazione (121) accoppiata al primo gruppo di antenne (62) ed operabile per selezionare uno dei primi segnali a radiofrequenza ricevuti dai primi elementi di antenna (63) e per fornire detto primo segnale a radiofrequenza selezionato come il primo segnale a radiofrequenza di uscita (Y); ed • una rete di combinazione (123) accoppiata al secondo gruppo di antenne (65) per ricevere, come segnali di ingresso, i secondi segnali a radiofrequenza ricevuti dai secondi elementi di antenna (66), ed operabile per pesare i segnali di ingresso e per combinare i segnali di ingresso pesati nel secondo segnale a radiofrequenza di uscita (Z).
11. 11. Il dispositivo di antenna secondo la rivendicazione 9 o 10, comprendente inoltre un’unità di controllo (50, 126) che à ̈ accoppiata alla/e rete/i di commutazione (43, 44, 121) ed alla/e rete/i di combinazione (45, 46, 123) per controllare la selezione eseguita da detta/e rete/i di combinazione (43, 44, 121) e la pesatura eseguita da detta/e rete/i di combinazione (45, 46, 123) sulla base di uno o più indicatore/i di prestazione radio basato/i su uno o più primo/i segnale/i a radiofrequenza di uscita precedentemente fornito/i (Y) e su uno o più secondo/i segnale/i a radiofrequenza di uscita precedentemente fornito/i (Z).
12. 12. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione 7-11, in cui ciascuna rete di combinazione (15, 45, 46, 123) Ã ̈ configurata per pesare i rispettivi segnali di ingresso applicando un corrispondente sfasamento a ciascun rispettivo segnale di ingresso.
13. 13. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 12, in cui gli sfasamenti sono applicati per mezzo di una pluralità di linee di ritardo selettivamente commutate (21, 31).
14. 14. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione precedente, comprendente inoltre un contenitore di antenna (61) che alloggia il gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza; ed in cui il primo gruppo di antenne (62) ed il secondo gruppo di antenne (65) sono disposti sul contenitore di antenna (61) in modo tale da ricevere, rispettivamente, i primi ed i secondi segnali a radiofrequenza.
15. 15. Il dispositivo di antenna della rivendicazione 14, in cui almeno uno dei due gruppi di antenne comprende una pluralità di elementi di antenna disposti sul contenitore di antenna (61) in modo tale che una distanza tra ciascuna coppia di elementi di antenna adiacenti sia inferiore a, o uguale a, metà di una lunghezza d’onda operativa del dispositivo di antenna.
16. 16. Il dispositivo di antenna secondo la rivendicazione 14 o 15, in cui il secondo gruppo di antenne (65) à ̈ montato in modo ruotabile sul contenitore di antenna (61) ed à ̈ azionabile per essere ruotato in modo tale da ricevere i secondi segnali a radiofrequenza quando il dispositivo di antenna (60) à ̈ acceso, o quando à ̈ in corso una comunicazione.
17. 17. Il dispositivo di antenna secondo qualsiasi rivendicazione 14-16, in cui il contenitore di antenna (61) ha una forma cilindrica, ed in cui il primo gruppo di antenne (62) Ã ̈ disposto su una prima base (61a) del contenitore di antenna (61) ed il secondo gruppo di antenne (65) Ã ̈ disposto o su una seconda base (61b), o su una superficie laterale (61c), del contenitore di antenna (61).
18. 18. Dispositivo di comunicazione (140) comprendente il dispositivo di antenna (10, 40, 60, 141) rivendicato in qualsiasi rivendicazione precedente.
19. 19. Dispositivo di comunicazione (140) comprendente: • il dispositivo di antenna (10, 40, 60, 141) rivendicato in qualsiasi rivendicazione 6-17; ed • almeno un gruppo di ricezione accoppiato al gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza per ricevere ed elaborare il/i segnale/i a radiofrequenza di uscita.
20. 20. Dispositivo di comunicazione (140) comprendente: • il dispositivo di antenna (10, 40, 60, 141) rivendicato nella rivendicazione 8 o 11; ed • almeno un gruppo di ricezione che à ̈ accoppiato al gruppo di gestione di segnali a radiofrequenza per ricevere ed elaborare il/i segnale/i a radiofrequenza di uscita, à ̈ configurato per determinare lo/gli indicatore/i di prestazione radio sulla base del/i segnale/i a radiofrequenza di uscita elaborato/i, ed à ̈ accoppiato all’unità di controllo (18, 50, 126) per fornire a questa lo/gli indicatore/i di prestazione radio determinato/i.