IT201800010632A1 - Dispositivo elettronico divisore di potenza per segnali in radiofrequenza e sistema elettronico di trasmissione e ricezione di segnali elettromagnetici comprendente tale dispositivo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

[001] La presente invenzione trova collocazione nel settore tecnico dei dispositivi elettronici per la trasmissione di segnali in radiofrequenza ed ha per oggetto un dispositivo elettronico divisore di potenza per segnali in radiofrequenza.

[002] Inoltre, un ulteriore oggetto dell’invenzione riguarda un sistema elettronico per la trasmissione e la ricezione di segnali elettromagnetici che utilizza questo dispositivo elettronico divisore di potenza.

[003] Come noto, nel settore tecnico della radiofrequenza è spesso richiesto di realizzare dispositivi elettronici che presentano una impedenza predeterminata scelta in modo da stabilire una condizione di massimo trasferimento di potenza del segnale rispetto agli apparati posizionati a valle.

[004] In una notevole varietà di applicazioni è richiesto di dividere il segnale elettromagnetico proveniente da un singolo ingresso (o da una singola linea) in una moltitudine di segnali atti ad alimentare rispettivi apparati attivi o passivi (ad esempio antenne, amplificatori, adattatori etc.).

[005] Come richiesto dalla nota teoria della radiofrequenza, per assicurare il massimo trasferimento di potenza del segnale durante tutta la cascata degli apparati è opportuno mantenere la condizione di adattamento di impedenza tra tutte le uscite di un apparato a monte e gli ingressi degli apparati a valle.

[006] In generale, le impedenze caratteristiche più frequentemente utilizzate nel settore della radiofrequenza sono generalmente inferiori tra 10 Ohm e 300 Ohm.

[007] La tecnica nota mette a disposizione una moltitudine di dispositivi atti a dividere su più uscite un singolo segnale elettromagnetico mantenendo al contempo sostanzialmente costante ed adattata l’impedenza di tali uscite.

[008] Dispositivi di questo tipo sono ad esempio utilizzati nel settore del broadcasting televisivo per dividere segnali audio/video digitali (es. DVB-S) e vengono anche impieganti nel settore delle comunicazioni per dividere i segnali utilizzati nella telefonia mobile che ricadono all’interno della banda GSM o UMTS.

[009] Ai giorni nostri riveste una particolare rilevanza il settore della trasmissione e ricezione dei dati mediante tecnologia WiFi la quale utilizza prevalentemente segnali in radiofrequenza con banda compresa tra i 2.4GHz e 5GHz.

[0010] I recenti sviluppi in questo campo hanno portato alla realizzazioni di sistemi di antenna, c.d. apparati smart, in grado di variare il loro comportamento in frequenza in funzione delle condizioni di lavoro o di specifiche esigenze tecniche imposte dal sistema a monte o a valle.

[0011] In particolare, sono noti apparati WiFi dotati di una pluralità di antenne destinate ad essere attivate/disattivate in maniera selettiva così da modificare il diagramma di radiazione complessivo dell’apparato rispetto a determinate frequenze del segnale elettromagnetico trasmesso o ricevuto.

[0012] Questi sistemi di antenna sono provvisti di un circuito elettronico di controllo configurato per alimentare selettivamente una o più antenne dello stesso tipo e progettate per irradiare e ricevere segnali elettromagnetici di frequenza (e relativa lunghezza d’onda) compresa in una banda predefinita.

[0013] Ad esempio è possibile predisporre un gruppo formato da due o più antenne (uguali tra loro o simili) le quali possono essere attivate singolarmente mantenendo le restanti antenne disattivate oppure possono essere attivate più antenne simultaneamente.

[0014] L’attivazione selettiva delle antenne (secondo questa modalità smart) consentirà di variare sensibilmente il diagramma di irradiazione complessivo dell’apparato ad esempio passando da un diagramma di tipo direzionale ad uno di tipo omnidirezionale.

[0015] Per alimentare selettivamente le antenne con un segnale elettromagnetico di lunghezza d’onda appropriata si utilizzano spesso dispositivi divisori di potenza del tipo sopra descritto i quali permettono di effettuare un adattamento in potenza tra l’ingresso del segnale e le varie antenne.

[0016] Tuttavia, in questo genere di applicazioni il principale inconveniente di questa soluzione consiste nel fatto che i dispositivi divisori sono progettati per attivare le uscite in maniera tra loro mutuamente esclusiva.

[0017] In altre parole, questi dispositivi consentono di attivare una sola uscita alla volta mentre, nello stesso frangente temporale, tutte le restanti uscite rimangono interdette.

[0018] Questa limitazione introdotta dai dispositivi divisori di potenza rende particolarmente complessa la progettazione dei sistemi di antenna di tipo smart che utilizzano una pluralità di antenne.

[0019] In particolare la progettazione dei sistemi di antenna smart risulta essere piuttosto complessa in quanto è necessario utilizzare una pluralità di dispositivi divisori di potenza connessi tra loro in modo tale da consentire l’attivazione multipla delle antenne.

[0020] Di conseguenza che il costo di tali sistemi smart risente negativamente della complessità progettuale introdotta dalle limitazioni intrinseche a cui sono soggetti i singoli divisori di potenza.

[0021] Un ulteriore inconveniente di questa soluzione risiede nel fatto che la flessibilità complessiva dei sistemi di antenna che utilizzano i divisori di potenza sopra descritti è piuttosto limitata e tale da non soddisfare tutte le richieste di versatilità ed efficienza richieste dal mercato.

[0022] Non ultimo inconveniente di tale soluzione è rappresentato dal fatto che i sistemi di antenna smart provvisti di tali dispositivi divisori di potenza presentano ingombri relativamente elevati che rendono difficile la miniaturizzazione dei circuiti.

[0023] La presente invenzione intende superare gli invenienti sopra citati mettendo a disposizione un dispositivo elettronico divisore di potenza per segnali in radiofrequenza.

[0024] In particolare, lo scopo principale di questa invenzione è quello di mettere a disposizione un dispositivo elettronico divisore di potenza che consente di mantenere attivate o disattivate nel medesimo istante di tempo una o più uscite simultaneamente.

[0025] In altre parole, il dispositivo oggetto del presente trovato consente l’attivazione multipla e indipendente di più uscite nello stesso istante di tempo.

[0026] In particolare, un dispositivo elettronico divisore di potenza di un segnale in radiofrequenza oggetto del presente trovato che presenta N uscite sarà atto a consente l’attivazione delle uscite secondo le seguenti combinazioni:

[0027] Un ulteriore scopo della presente invenzione è quella di mettere a disposizione un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico che consenta la realizzazione di apparati o di sistemi che presentano una elevata flessibilità per adattarsi con facilità ai vari usi per i quali gli stessi sono progettati.

[0028] Ancora, ulteriore scopo della presente invenzione è quella di mettere a disposizione un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico che sia relativamente economico e che consenta di essere realizzato in maniera particolarmente semplice e veloce.

[0029] Uno scopo non secondario della presente invenzione mettere a disposizione un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico che permetta di stabilire un adattamento di impedenza (ed un trasferimento della massima potenza del segnale) con i dispositivi che sono collegati a valle dello stesso.

[0030] Non ultimo scopo della presente invenzione è quella di mettere a disposizione un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico che sia particolarmente compatto e leggero e che possa essere utilizzato in sistemi o apparati dalle dimensioni particolarmente ridotte.

[0031] Questi scopi sono raggiunti da un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico in accordo alla rivendicazione 1.

[0032] Altri scopi che saranno meglio descritti nel seguito sono conseguiti da un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico in accordo con le rivendicazioni dipendenti dalla 1 alla 12.

[0033] E’ inoltre previsto un sistema elettronico di trasmissione e ricezione di segnali elettromagnetici in accordo con la rivendicazione 13.

[0034] I vantaggi e le caratteristiche della presente invenzione emergeranno chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata di alcune configurazioni preferite ma non limitative di un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico con particolare riferimento ai seguenti disegni:

- le Figure dalla 1 alla 6 rappresentano schemi circuitali semplificati di rispettive configurazioni di un dispositivo elettronico divisore di potenza per segnali in radiofrequenza secondo il trovato;

- le Figure dalla 7A alla 7C illustrano rispettivi schemi circuitali semplificati di alcuni circuiti illustrati nelle Figure 1- 6 ai quali è stato applicato un elemento atto a ridurre i fenomeni armonici provocati dal passaggio del segnale in radiofrequenza;

- la Figura 8 rappresenta un primo esempio di implementazione di un dispositivo elettronico divisore di potenza del tipo illustrato negli schemi di Figura 1 – 6;

- la Figura 9 è una vista ingrandita di un particolare di Figura 8A;

- la Figura 10 rappresenta una vista schematica di un sistema di trasmissione e ricezione di un segnale elettromagnetico provvisto di un dispositivo elettronico divisore di potenza secondo il trovato;

- la Figure dalla 11A alla 11D rappresentano i diagrammi di irradiazione associati a rispettivi modi di funzionamento delle antenne del sistema di Figura 10.

[0035] La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo elettronico per la divisione di potenza di un segnale elettromagnetico, indicato globalmente nelle Figure con il numero di riferimento 1.

[0036] I circuiti elettronici divisori di potenza sono utilizzati in molte tipologie di applicazioni per trasferire un segnale elettrico da una porta di ingresso ad una o più porte di uscita.

[0037] I divisori di potenza oggetto del presente trovato sono configurati per operare con un segnale elettromagnetico S di lunghezza d’onda λ predeterminata, generalmente scelta all’interno della banda delle radiofrequenze.

[0038] In particolare, i segnali S utilizzati nei divisori di potenza 1 illustrati nelle Figure potranno presentare una lunghezza d’onda λ compresa tra 1mm e 1Km o, in alternativa, una frequenza f compresa tra 300KHz e 300GHz.

[0039] I dispositivi divisori di potenza 1 descritti nel seguito sono in grado di dividere un segnale SIN applicato all’ingresso IN ed avente forma, lunghezza d’onda λ e potenza P predeterminate in uno o più segnali di uscita SOUT della stessa forma e lunghezza d’onda ma di diversa potenza P’.

[0040] Nella gran parte dei casi i dispositivi divisori di potenza 1 sono di tipo passivo, ossia la potenza P’ del segnale di uscita SOUT è inferiore alla potenza P del segnale di ingresso SIN.

[0041] Non è tuttavia escluso che il dispositivo 1 oggetto del presente trovato possa essere di tipo attivo ossia consenta di ottenere in uscita un segnale SOUT con potenza P’ maggiore della potenza P associata al segnale SIN di ingresso.

[0042] In questo caso, quindi, il dispositivo 1 comprenderà al suo interno uno o più stadi di amplificazione RF la cui progettazione non sarà trattata nel seguito della presente descrizione in quanto la progettazione tali circuiti è ben nota da tempo nel settore elettronico.

[0043] Altra cosa nota da tempo nel settore della radiofrequenza consiste nel realizzare l’adattamento di impedenza della cascata di apparati destinati a trattare un segnale elettromagnetico.

[0044] Con l’espressione “adattamento di impedenza” si intende la capacità di una catena di circuiti elettronici di realizzare il massimo trasferimento di potenza associato ad segnale S che si propaga da uno stadio più a monte verso uno o più stadi a valle.

[0045] Come noto, indicando ZN l’impedenza di uscita dello stadio N (a monte) e con ZN+1 l’impedenza di ingresso dello stadio N+1 (a valle), il massimo trasferimento di potenza del segnale si ottiene quando i moduli di tali impedenze soddisfano la seguente uguaglianza:

|ZN| = |ZN+1|

[0046] Inoltre, nella gran parte dei casi, l’impedenza della catena di dispositivi deve essere adattata a quella caratteristica del carico che può essere, ad esempio, una antenna, una linea di trasmissione, un cavo coassiale etc.

[0047] In generale i carichi più comuni utilizzati nel settore della radiofrequenza presentano una impedenza caratteristica Z0 scelta tra i seguenti valori: 50 Ohm, 75 Ohm, 93 Ohm.

[0048] Nella realizzazione dei circuiti in radiofrequenza è risaputo che il valore dell’impedenza associata agli ingressi e/o alle uscite dipende da molti fattori di tipo elettrico e geometrico che riguardano la scelta e la disposizione dei componenti o lo sviluppo dei percorsi all’interno dei quali si propaga il segnale elettromagnetico S.

[0049] In particolare, il valore dell’impedenza presenta all’ingresso o all’uscita del circuito è variabile in funzione dell’andamento dell’impedenza associata ai componenti elettronici montati sul circuito, della larghezza e della lunghezza delle piste di collegamento (o dei cavi), dei materiali utilizzati etc.

[0050] Tuttavia, nel caso specifico è naturale supporre che l’esperto del ramo, costituito da un progettista di circuiti elettronici ed in radiofrequenza, sia in grado di applicare le note tecniche teorico/pratiche atte a consentire la realizzazione di un circuito divisore di potenza avente rispettive impedenze di ingresso e di uscita pari ad un valore caratteristico predeterminato.

[0051] Le Figure dalla 1 alla 7C rappresentano schemi circuitali semplificati del dispositivo elettronico divisore di potenza 1 secondo il trovato mentre le Figure 8 e 9 rappresentano una possibile forma di realizzazione pratica di tale circuito.

[0052] Nelle Figure dalla 1 alla 7C l’adattamento di impedenza degli ingressi/uscite al valore caratteristico di progetto è visivamente rappresentato con un rettangolo nero indicato con il numero di riferimento 2.

[0053] Questo rettangolo 2 rappresenta in forma schematica un trasformatore di impedenza realizzato mediante componenti discreti e/o distribuiti lungo il circuito ed avente la finalità di associare un valore caratteristico dell’impedenza Z0 in corrispondenza degli ingressi IN e delle uscite OUT del dispositivo 1.

[0054] Il dispositivo elettronico divisore di potenza 1 secondo il trovato comprende uno o più ingressi IN1, IN2, IN3, IN4 destinati ad essere alimentati con un segnale elettromagnetico SIN di lunghezza d’onda λ predeterminata ed almeno due uscite OUT1, OUT2, OUT3, le quali sono collegate al medesimo ingresso IN1 (o IN2, o IN3, o IN4).

[0055] Nella rappresentazione esemplificativa visibile nelle Figure dalla 1 alla 7C è illustrato un dispositivo divisore di potenza 1 avente un singolo ingresso IN1 e tre uscite OUT1, OUT2, OUT3.

[0056] Questa configurazione è tuttavia esemplificativa in quanto ad un singolo ingresso può essere associato un diverso numero di uscite anche se quest’ultime saranno sempre al minimo pari a due.

[0057] Inoltre, come ben visibile nel circuito di Figura 8 e 9, è possibile che il dispositivo presenti più ingressi (in questo caso quattro) ad ognuno dei quali è associato un gruppo predeterminato di uscite (nel caso specifico pari a tre).

[0058] E’ inoltre possibile definire un rispettivo percorso elettrico 3 atto a collegare ogni singola uscita OUT1, OUT2, OUT3 al corrispondente ingresso IN1.

[0059] Come meglio illustrato negli schemi di Figura dalla 1 alla 7C, i percorsi elettrici 3 potranno comprendere un punto di connessione comune 4 elettricamente connesso al corrispondente ingresso IN1.

[0060] Pertanto, i percorsi elettrici 3 potranno comprendere un primo tratto comune 5 avente estremità connesse all’ingresso IN1 e al punto comune 4 ed una pluralità di diramazioni 6 ciascuna delle quali presenta estremità collegate, rispettivamente, al punto comune 4 e alla corrispondente uscita OUT1, OUT2, OUT3.

[0061] Il dispositivo 1 comprende inoltre mezzi 7 per la variazione selettiva dell’impedenza elettrica Z associata ad ognuno dei percorsi elettrici 3 durante il passaggio del segnale elettromagnetico S.

[0062] In particolare, questi mezzi 7 consentono di variare l’impedenza Z associata ad ogni singola uscita OUT1, OUT2, OUT3 e sono configurati per variare questa grandezza esclusivamente tra due valori discreti e distinti, uno inferiore ZMIN e l’altro superiore ZMAX.

[0063] Questi mezzi 7 sono quindi configurati per portare l’impedenza Z associata ad una corrispondente uscita solo al valore inferiore ZMIN o al valore superiore ZMAX mentre non consentono di fissarla a valori intermedi compresi tra l’inferiore ZMIN ed il superiore ZMAX.

[0064] Tali mezzi 7 consentono di variare il valore dell’impedenza Z associata alle rispettive uscite OUT1, OUT2, OUT3 in maniera indipendente, in particolare la variazione istantanea dell’impedenza Z associata ad una singola uscita OUT1 non comporterà alcuna variazione del valore dell’impedenza Z associata nello stesso istante alle restanti uscite OUT2, OUT3.

[0065] Opportunamente, il valore inferiore discreto ZMIN dell’impedenza che può essere associata ad ogni singola uscita OUT1, OUT2, OUT3 potrà essere sostanzialmente uguale a quello caratteristico del carico Z0 così da soddisfare con lo stesso la condizione di massimo trasferimento di potenza.

[0066] Ad esempio, come già descritto in precedenza il valore inferiore dell’impedenza ZMIN potrà essere pari a 50 Ohm, 75 Ohm o 93 Ohm.

[0067] Preferibilmente, il valore superiore ZMAX dell’impedenza sarà notevolmente maggiore del valore inferiore ZMIN ed in particolare potrà essere un multiplo di quest’ultimo.

[0068] Questa situazione potrà quindi essere espresso con la seguente formula:

ZMAX ≥ M * ZMIN

dove M è un numero intero superiore a 100 e preferibilmente non inferiore di 1000.

[0069] In questo modo, nella condizione di massimo valore dell’impedenza ZMAX i mezzi di variazione dell’impedenza 7 sono configurati per simulare una situazione sostanzialmente ideale di impedenza infinita.

[0070] Quando una o più uscite OUT1, OUT2, OUT3 si trovano nello stato di impedenza massima (ZMAX) la corrente che scorre nel corrispondente percorso elettrico 3 sarà sostanzialmente nulla.

[0071] Quando si verifica questa condizione il segnale S applicato all’ingresso IN1 non può propagarsi alla corrispondente uscita OUT1, OUT2, OUT3 in quanto il valore elevato dell’impedenza ZMAX consente di fatto di simulare un percorso elettrico 3 aperto.

[0072] La corrente elettrica che si genera per effetto dell’applicazione all’ingresso IN1 del segnale elettromagnetico S scorrerà quindi esclusivamente lungo i percorsi 3 che presentano un valore di impedenza pari al minimo ZMIN, (se presenti).

[0073] Opportunamente, i mezzi 7 per la variazione selettiva dell’impedenza sono atti ad associare il valore superiore dell’impedenza ZMAX nello stesso istante ad una singola uscita alla volta, ad alcune uscite oppure a tutte le uscite.

[0074] Di conseguenza, i mezzi 7 per la variazione dell’impedenza sono quindi atti a promuovere, nello stesso istante di tempo, l’interdizione selettiva (circuito aperto) di uno, di alcuni o di tutti i percorsi elettrici 3.

[0075] Preferibilmente, come sarà meglio chiarito nel seguito, i mezzi 7 per la variazione selettiva dell’impedenza potranno essere configurati per portare il valore dell’impedenza associata ad una o più uscite OUT1, OUT2, OUT3 al valore superiore ZMAX attraverso una modificazione del comportamento elettromagnetico di tali percorsi 3.

[0076] In questa particolare condizione i mezzi di variazione dell’impedenza 7 sono atti a riprodurre il comportamento elettromagnetico che presenterebbe il rispettivo percorso elettrico 3 nel caso in un tratto (fittizio) di linea di trasmissione venisse inserito in corrispondenza del punto comune 5.

[0077] I mezzi per la variazione dell’impedenza 7 potranno ad esempio essere configurati per riprodurre il comportamento di uno stub a quarto d’onda (λ/4) applicato in corrispondenza del punto comune 5.

[0078] In particolare, questi mezzi sono atti a simulare uno stub a quarto d’onda rispetto alla lunghezza d’onda λ del segnale elettromagnetico S applicato all’ingresso IN1 del dispositivo.

[0079] Come meglio illustrato nelle Figure dalla 1 alla 7C, i mezzi per la variazione selettiva dell’impedenza potranno riprodurre l’effetto di uno stub a quarto d’onda attraverso l’utilizzo di un condensatore 8 e di un elemento commutatore 9.

[0080] In particolare, il condensatore 8 potrà essere collegato in parallelo rispetto al punto comune 4 mentre l’elemento commutatore 9 sarà atto a promuovere il collegamento selettivo del punto comune 4 rispettivamente al condensatore 8 o alla data uscita OUT1, OUT2, OUT3.

[0081] Questa condizione è rappresentata nello schema generale di Figura 1 in cui l’elemento commutatore 9 è stato schematizzato con una coppia di contatti 10 complementari (quando uno dei due è aperto l’altro è chiuso, e viceversa) i quali sono associati alla corrispondente uscita OUT1, OUT2, OUT3 e al condensatore 8.

[0082] In questo modo i mezzi di variazione dell’impedenza 7 potranno selettivamente controllare lo stato delle singole coppie di contatti 10 in modo da promuovere il collegamento selettivo del punto comune 4 all’uscita OUT1, OUT2, OUT3 o al condensatore 8.

[0083] Quando il contatto 10 associato all’uscita OUT1, OUT2, OUT3 è chiuso (e quello associato al condensatore è aperto) l’impedenza associata al percorso elettrico 3 è pari al valore inferiore ZMIN.

[0084] Quando il contatto 10 associato al condensatore 8 è chiuso (e quello associato al condensatore 9 è aperto) il percorso elettrico 3 tra l’ingresso IN1 e l’uscita OUT1, OUT2, OUT3 viene sostanzialmente interdetto e l’impedenza presenta il valore superiore ZMAX.

[0085] Come già accennato in precedenza, per instaurare la condizione di impedenza massima ZMAX il condensatore selettivamente collegato al punto comune dovrà presentare un valore di capacità C predeterminato scelto in modo da riprodurre il comportamento di uno stub a quarto d’ona.

[0086] Ad esempio, dai calcoli effettuati durante le simulazione teoriche circuitali effettuate su un dispositivo divisore di potenza secondo il trovato la capacità C del condensatore 8 potrà essere compresa tra 0,2pF e 100nF.

[0087] In Figura 2 è illustrata una evoluzione del dispositivo rappresentato in Figura 1.

[0088] In questo caso l’elemento commutatore 9 è costituito da un circuito SPDT (single pole, double throw) atto a collegare in maniera mutualmente esclusiva il punto comune 4 al condensatore 8 o all’uscita OUT1, OUT2, OUT3.

[0089] Il circuito SPDT comprende una pluralità di transistor realizzati con tecnologia MOS e pertanto presenta correnti di polarizzazione particolarmente basse che riducono notevolmente il consumo di potenza statica del dispositivo 1.

[0090] Inoltre, la tecnologia MOS presenta una bassa distorsione armonica e questo consente di realizzare in dispositivo divisore di potenza 1 con una ridotta generazione di componenti armoniche spurie che potrebbero disturbare il segnale elettromagnetico in radiofrequenza S.

[0091] In questo caso il valore della capacità C del condensatore 8 è calcolato in modo tale da compensare il carico reattivo parassita introdotto dal circuito SPDT così da simulare il comportamento di uno stub a quarto d’onda quando il condensatore 8 è connesso al punto comune 4.

[0092] A titolo esemplificativo in questa configurazione del dispositivo 1 potrà essere utilizzato come l’elemento SPDT il circuito integrato SKY13370 prodotto dalla Skyworks Solutions Inc.

[0093] Nelle Figure dalla 3 alla 5 è illustrata una forma di realizzazione alternativa del dispositivo rispetto a quanto schematizzato nello schema di Figura 2.

[0094] In questo caso l’elemento commutatore è realizzato mediante uno o più diodi 11.

[0095] Ad esempio, nel circuito di Figura 3 l’elemento commutatore 9 è composto da una coppia di diodi 11 disposti all’interno di un unico componente (o package).

[0096] I diodi 11 sono collegati in parallelo e presentano il catodo 12 connesso al punto comune 4.

[0097] Inoltre, un diodo 11 della coppia è collegato in serie all’uscita OUT1, OUT2, OUT3 mentre l’altro diodo 11 della stessa coppia è connesso in serie al condensatore 8 per definire con quest’ultimo, nello stato di conduzione, uno stub a quarto d’onda.

[0098] Anche In questo caso il valore della capacità C del condensatore 8 è calcolato in modo tale da compensare il carico reattivo parassita introdotto dal diodo 11 in fase di conduzione.

[0099] Ad esempio, è possibile utilizzare il circuito integrato SMP1345-004 prodotto dalla Skyworks Solutions Inc. il quale implementa al suo interno una coppia di diodi 11 secondo lo schema illustrato in Figura 3.

[00100] La Figura 4 illustra una forma di realizzazione alternativa del dispositivo elettronico divisore di potenza 1 secondo il trovato.

[00101] La differenza di questa versione rispetto al circuito illustrato in Figura 3 consiste nel fatto che i diodi 11 sono di tipo discreto.

[00102] Ad esempio, un possibile diodo 11 utilizzabile in questo circuito è rappresentato dal componente SMP1345-040 prodotto dalla Skyworks Solutions Inc.

[00103] L’utilizzo dei diodi discreti 11 può essere preferito rispetto all’uso dei componenti integrati nel caso in cui sia preferibile realizzare un dispositivo 1 che minimizza le perdite di potenza grazie ad una riduzione degli effetti parassiti.

[00104] I componenti integrati, infatti, presentano solitamente una maggiore perdita dovuta al layout interno dei componenti.

[00105] La Figura 5 illustra schematicamente una differente configurazione del dispositivo 1 la quale utilizza un singolo diodo 11 (e non una coppia come invece richiesto nelle configurazioni illustrate nelle Figure dalla 2 alla 4).

[00106] In questo caso l’uscita OUT1, OUT2, OUT3 è costantemente connessa al punto comune 4 mentre il diodo 11 è collegato in parallelo rispetto al punto in comune 4 e presenta l’anodo 13 rivolto verso il condensatore 8.

[00107] Quando il diodo 11 è in interdizione il segnale S presente all’ingresso IN1 si propaga direttamente all’uscita OUT1, OUT2, OUT3 e quindi l’impedenza associata a quest’ultima presenta il valore inferiore ZMIN.

[00108] Tuttavia, quando il diodo 11 è nello stato di conduzione si genera un percorso conduttivo in serie con il condensatore 8 e l’insieme dei due componenti genera una modificazione del comportamento elettromagnetico del percorso 3 in corrispondenza del punto comune 4 simulando di fatto l’inserimento di uno stub a quarto d’onda.

[00109] In questa condizione l’impedenza associata alle uscite uscita OUT1, OUT2, OUT3 presenta il valore superiore ZMAX.

[00110] Rispetto agli schemi di Figura 3 e 4, la configurazione di Figura 5 riduce il numero di componenti totali, è meno complessa e consente di eliminare le perdite introdotte dalla presenza del canale intrinseco del diodo 11 collegato in serie all’uscita OUT1, OUT2, OUT3.

[00111] Per ridurre i fenomeni armonici causati dalla presenza dei diodi 11 è possibile applicare sugli stessi una polarizzazione inversa di entità predeterminata durante lo stato di interdizione.

[00112] Nella configurazione visibile in Figura 6, in corrispondenza del punto comune 4 è applicato un potenziale positivo continuo e fisso (ad esempio pari a 1,5V) mentre un potenziale di pilotaggio (anch’esso continuo ma variabile) è applicato dell’anodo 13 di ogni diodo 11.

[00113] Il potenziale fisso è di conseguenza applicato anche al catodo 12 del diodo 11 mentre il potenziale di pilotaggio può assumere due valori, rispettivamente basso e alto, i quali sono inferiore o superiore rispetto al potenziale costante applicato nel punto comune.

[00114] Ad esempio il potenziale basso può essere prossimo a 0V mentre il potenziale alto può essere prossimo a 3,3V.

[00115] Quando il potenziale di pilotaggio è alto il diodo 11 si trova nello stadio di conduzione mentre quando il potenziale di pilotaggio è basso il diodo 11 si trova nello stadio di interdizione.

[00116] Tuttavia, in quest’ultima condizione il diodo 11 si trova contropolarizzato con un potenziale di -1,5V. Di conseguenza il diodo 11 si trova ampiamente in fase di interdizione e come noto in questa regione di funzionamento la curva della capacità parassita associata al componente presenta un andamento sostanzialmente lineare.

[00117] Pertanto, mantenendo il diodo 11 nella regione inversa è possibile prevederne il comportamento in frequenza con maggiore precisione ed efficacia in quanto la sostanziale linearità della capacità parassita riduce la possibilità di generare segnali armonici spuri che potrebbero causare la distorsione del segnale elettromagnetico S.

[00118] Inoltre, per ridurre ulteriormente la distorsione armonica è possibile utilizzare circuiti di filtraggio ben noti nello stato dell’arte come filtri a spilli.

[00119] Questi filtri consentono di scaricare a massa tutte le componenti armoniche presenti all’interno di una banda di funzionamento predefinita così da impedirne la loro irradiazione nell’ambiente.

[00120] I circuiti di filtraggio, globalmente indicati con il numero di riferimento 14, possono essere direttamente elettricamente collegati ad ogni singola uscita OUT1, OUT2, OUT3 (Figura 7A), oppure al catodo 12 di un eventuale diodo 11 (Figura 7B) o, ancora, a monte delle uscite OUT1, OUT2, OUT3 ed in corrispondenza del punto comune 4 (Figura 7C).

[00121] Secondo un aspetto caratteristico del trovato, i mezzi di variazione dell’impedenza 7 sono configurati per mantenere il valore dell’impedenza associata a due o più percorsi 3 ad almeno il valore inferiore ZMIN.

[00122] In particolare, i mezzi di variazione dell’impedenza 7 consentono di mantenere selettivamente al valore inferiore ZMIN l’impedenza associata ad una singola uscita, o associata ad alcune uscite oppure associata a tutte le uscite.

[00123] Pertanto, un dispositivo 1 divisore di potenza di un segnale in radiofrequenza oggetto del presente trovato che presenta N uscite potrà mantenere l’impedenza al valore inferiore ZMIN secondo la seguente combinazione:

[00124] Prendendo come esempio il dispositivo illustrato nelle Figure dalla 1 alla 9, l’impedenza associata alle uscite OUT1, OUT2, OUT3 può variare secondo quanto riportato nella seguente tabella:

[00125] Le ultime quattro righe della tabella permettono di osservare la caratteristica peculiare dei mezzi di variazione dell’impedenza 7 nel dispositivo 1 oggetto del presente trovato.

[00126] Nelle ultime quattro righe l’impedenza associata a più uscite (OUT2, OUT3) – (OUT1, OUT3) - (OUT1, OUT2) – (OUT1, OUT2, OUT3) presenta simultaneamente il valore minimo ZMIN, cosa quest’ultima non possibile nei noti circuiti divisori di potenza nei quali solo una singola uscita alla volta può essere selettivamente adattata in potenza al rispettivo carico.

[00127] In Figura 8 ed in Figura 9 è rappresentata una possibile realizzazione reale del dispositivo divisore di potenza 1 secondo il trovato.

[00128] In questo caso è previsto un circuito stampato 15 sul quale sono previste quattro ingressi IN1, IN2, IN3, IN4 e sono dodici uscite OUT1,…, OUT12.

[00129] In questo esempio vengono utilizzate solo otto uscite tra le dodici disponibili ed in corrispondenza di queste uscite e dei quattro ingressi sono previsti dei connettori di tipo coassiale 16.

[00130] In maniera similare a quanto già descritto per gli schemi illustrati nelle Figure dalla 1 alla 7C, ad ogni ingresso IN1,..,IN4 sono collegate tre uscite (OUT1, OUT2, OUT3)

- (OUT4, OUT5, OUT6) - … - (OUT10, OUT11, OUT12) mediante rispettivi percorsi elettrici 3.

[00131] I percorsi elettrici 3 sono realizzati mediante piste di rame 17 ed ognuno di essi presenta un primo tratto comune 5 e rispettive diramazioni terminali 6 collegate alla corrispondenti uscite OUT1,…, OUT12.

[00132] In questo caso i mezzi di variazione dell’impedenza 7 comprendono, per ogni percorso, un circuito integrato SPDT, indicato con il numero di riferimento 18 e visibile in Figura 9) provvisto di un ingresso 19 e due uscite 20 ed atto a definire l’elemento commutatore 9.

[00133] Una delle uscite 20 del circuito integrato 18 è direttamente collegata all’uscita OUT1,…, OUT12 del dispositivo 1 (o al connettore di tipo coassiale 16) mentre l’altra uscita 20 del circuito integrato 18 è direttamente connessa ad un condensatore 8.

[00134] Come già ampiamente descritto in precedenza, i mezzi 7 per la variazione selettiva dell’impedenza associata alle uscite OUT1,…, OUT12 sono atti a controllare lo stato del circuito commutatore 18 (diodi, transistor, circuiti integrati, etc.) al fine di promuovere la connessione selettiva del condensatore 8 al corrispondente percorso elettrico 3.

[00135] Il dispositivo 1 può quindi comprendere una unità elettronica di controllo 21, visibile nella configurazione illustrata in Figura 8, la quale è operativamente collegata con l’elemento commutatore 9 in modo da promuovere la connessione elettrica selettiva del punto comune 4 ad un rispettivo condensatore 8 e/o ad una rispettiva uscita OUT1,…, OUT12 associati ai percorsi elettrici 3.

[00136] L’unità elettronica di controllo 21 sarà quindi configurata per controllare selettivamente lo stato dei diodi 11 mediante l’applicazione di un potenziate di conduzione/interdizione ai capi dei loro terminali 12, 13, oppure potrà essere configurata per alimentare opportunamente i circuiti integrati DPST eventualmente utilizzati nel dispositivo 1.

[00137] L’unità elettronica di controllo potrà essere utilizzata anche negli schemi circuitali illustrati in Figura dalla 1 alla 7B anche se in questi schemi tale componente è stata ommesso per facilitare la comprensione del funzionamento del dispositivo.

[00138] Una possibile applicazione del circuito divisore di potenza 1 sopra descritto può essere costituita dal sistema elettronico di trasmissione e di ricezione 22 di segnali elettromagnetici meglio schematizzato in Figura 10 e nelle Figure 11A - 11D.

[00139] I sistemi 22 di questo tipo comprendono almeno due antenne 23 e mezzi di alimentazione 24 atti a promuovere l’alimentazione di tali antenne 22 con un segnale S in radiofrequenza di lunghezza d’onda λ predeterminata.

[00140] Nella versione del sistema illustrata nelle Figure sono previste due coppie (o gruppi) di antenne 23. Le antenne 23 della prima coppia (indicata con il numero di riferimento 25) sono atte a trasmettere/ricevere un segnale con lunghezza d’onda λ1 mentre le antenne 23 della seconda coppia (indicata con il numero di riferimento 26) sono atte a trasmettere/ricevere un segnale di lunghezza d’onda λ2 < λ1.

[00141] Opportunamente, le antenne 23 di ogni gruppo 25, 26 sono reciprocamente distanziate con una distanza d1, d2 predeterminata variabile in funzione della lunghezza d’onda λ1, λ2 del segnale in radiofrequenza S atto ad essere trasmesso/ricevuto.

[00142] Ad esempio questa distanza d1, d2 potrà essere compresa tra una frazione della lunghezza d’onda compresa tra 0,1λx e 0,8λx e preferibilmente prossima a 0,5λx (dove λx indica la particolare lunghezza d’onda del segnale elettromagnetico trasmesso/ricevuto da quel particolare gruppo 25, 26 di antenne 23).

[00143] Le antenne 23 possono presentare, a parità di segnale di alimentazione, diagrammi di radiazioni simili tra loro oppure diversi. Inoltre, tali antenne 23 possono presentare polarizzazioni uguali o differenti tra loro.

[00144] Opportunamente, tutte le antenne 23 possono essere montate al di sopra di una superficie metallica 27 (o metallizzata).

[00145] Le antenne 23 possono essere monopoli o dipoli configurati per dimezzare la propria estensione elettrica efficace (che consiste nella metà della lunghezza d’onda alla frequenza di funzionamento) per effetto dell’immagine elettrica costituita dalla superficie metallica 27 sottostante.

[00146] Queste antenne 23 possono essere ancorate alla superficie metallica mediante saldatura, punzonatura, applicazione di rivetti e altri sistemi di connessione similari.

[00147] Preferibilmente, ogni antenna 23 è costituita da una coppia di elementi radianti (indicati nelle Figure con il numero di riferimento 23’) aventi forma sostanzialmente uguale tra loro ed una distanza reciproca d3 sostanzialmente pari a 0,2λx.

[00148] Ogni antenna 23 può inoltre prevedere uno o più elementi passivi (indicati nelle Figure con il numero di riferimento 23’’) interposto tra gli elementi radianti attivi 23’.

[00149] I mezzi di alimentazione 24 sono atti ad alimentare gli elementi radianti attivi 23’ di ogni antenna 23 mentre gli elementi passivi 23’’ non sono alimentati e la loro presenza è finalizzata a promuovere una modificazione prestabilita del diagramma di irradiazione associato ad ogni antenna 23.

[00150] Vantaggiosamente, i mezzi di alimentazione 24 sono atti a comprendere un dispositivo elettronico divisore di potenza per segnali elettromagnetici in radiofrequenza 1 del tipo sopra descritto.

[00151] In particolare, ogni uscita OUT1,…, OUT12 del dispositivo 1 può essere elettricamente collegata ad un corrispondente elemento radiante attivo 23’ di ogni antenna 23 per consentirne l’alimentazione indipendente con il rispettivo segnale elettromagnetico S di lunghezza d’onda λ predeterminata.

[00152] Quando l’uscita OUT1,…, OUT12 del dispositivo divisore di potenza 1 presenterà una impedenza pari al valore inferiore ZMIN il corrispondente elemento radiante attivo 23’ dell’antenna sarà effettivamente alimentato con il proprio segnale elettromagnetico S in condizioni di massimo trasferimento di potenza P.

[00153] Al contrario, quando l’uscita OUT1,…, OUT12 del dispositivo divisore di potenza 1 presenta un valore di impedenza pari al valore superiore ZMAX il corrispondente elemento radiante 23’ dell’antenna 23 sarà isolato dall’ingresso e pertanto si trova in condizione di inattività (non alimentato).

[00154] L’unita elettronica di controllo 21 sarà programmata per promuovere l’attivazione selettiva di ciascun elemento radiante attivo 23’ (e quindi di ciascun gruppo di antenne 23) in funzione delle richieste istantanee del sistema 22.

[00155] Variando di numero e la tipologia di elementi radianti attivi 23’ attivi in quel frangente temporale sarà quindi possibile modificare il diagramma di irradiazione del sistema 22 a quella data lunghezza d’onda λ.

[00156] Un esempio di questa flessibilità di funzionamento è illustrata nelle Figure dalla 11A alla 11D.

[00157] Le prime tre Figure si riferiscono ad uno stesso gruppo di antenne tre configurazioni di funzionamento diverse: in Figura 11A l’elemento radiante 23’ di sinistra è interdetto (passivo) mentre l’elemento radiante 23’ di destra è attivo (alimentato), nella Figura 11B l’elemento radiante di sinistra 23’ è attivo mentre quello di destra è interdetto ed infine nella configurazione di Figura 11C entrambi gli elementi radianti 23’ dell’antenna sono alimentati.

[00158] La linea continua visibile in queste figure ed indicata con il numero di riferimento 28 rappresenta i diagrammi di irradiazione associati alle configurazioni delle Figure dalla 11A – 11C.

[00159] La Figura 11D illustra una antenna 23 formata da tre elementi radianti 23’ e tre elementi passivi 23’’.

[00160] In questo caso con i numeri di riferimento 29 e 30 sono indicate le linee che rappresentano il diagramma di irradiazione associato all’attivazione, rispettivamente, di un singolo elemento radiante 23’ o di una coppia di elementi radianti 23’.

[00161] In generale, ciascun elemento radiante 23’ può essere classificato come una antenna sostanzialmente omnidirezionale ma il suo diagramma di irradiazione può subire molte modificazioni a seconda del numero di elementi attivi 23’ ad esso accoppiati che sono alimentati simultaneamente.

[00162] Secondo una ulteriore configurazione del trovato non illustrata nelle figure le antenne 23 possono essere montate sullo stesso supporto in cui è montata l’unità elettronica di controllo 21 o su supporti distinti da quest’ultimo.

[00163] In questo caso le antenne 23 sono disposte perifericamente all’unità elettronica di controllo 21 così da attorniarla parzialmente o totalmente.

[00164] Queste antenne 23 potrebbero essere collegate all’unità elettronica di controllo 21 mediante piste conduttive (nel caso in cui sono montate sul medesimo circuito stampato di quest’ultima) oppure mediante cavi di collegamento (se invece sono disposte su supporti diversi ed indipendenti dal circuito stampato principale su cui è montata l’unità elettronica di controllo 21).

[00165] Anche in questo caso le antenne 23 posso presentare polarizzazioni/diagramma di radiazione uguale tra loro o differente.

[00166] La presente invenzione è realizzabile in altre varianti tutte rientranti nell’ambito delle caratteristiche inventive rivendicate e descritte; tali caratteristiche tecniche possono essere sostituite da diversi elementi tecnicamente equivalenti ed i materiali impiegati; le forme e le dimensioni del trovato possono essere qualsiasi purché compatibili con il suo uso.

[00167] I numeri ed i segni di riferimento inseriti nelle rivendicazioni e nella descrizione hanno il solo scopo di aumentare la chiarezza del testo e non devono essere considerati come elementi che limitano l’interpretazione tecnica degli oggetti o processi identificati dagli stessi.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un dispositivo elettronico (1) divisore di potenza per segnali in radiofrequenza, comprendente: - uno o più ingressi (IN1,…, IN4) destinati ad essere alimentati con un segnale elettromagnetico (S) in radiofrequenza di lunghezza d’onda (λ) predeterminata; - almeno due uscite (OUT1,…, OUT12) per detto segnale (S) in radiofrequenza ognuna delle quali è connessa al medesimo ingresso (IN1,…, IN4); - rispettivi percorsi elettrici (3) atti a collegare ogni uscita (OUT1,…, OUT12) al corrispondente ingresso (IN1,…, IN4); - mezzi (7) per la variazione selettiva dell’impedenza elettrica (Z) associata ad ognuno di detti percorsi elettrici (3) durante il passaggio attraverso quest’ultimi di detto segnale elettromagnetico (S); in cui detti mezzi per la variazione dell’impedenza (7) sono atti a variare l’impedenza associata a detti percorsi (3) in maniera discreta tra due valori predeterminati, rispettivamente inferiore (ZMIN) e superiore (ZMAX); caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la variazione dell’impedenza (7) sono atti a mantenere il valore dell’impedenza associata a due o più percorsi (3) simultaneamente ad almeno a detto valore inferiore (ZMIN).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la variazione selettiva dell’impedenza (7) sono configurati per mantenere l’impedenza associata ad uno o più percorsi (3) simultaneamente ad almeno detto valore superiore (ZMIN) e/o ad almeno detto valore superiore (ZMAX).
3. 3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che detti percorsi elettrici (3) presentano un punto in comune (4) elettricamente collegato a detto uno o più ingressi (IN1,…, IN4).
4. 4. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi per la variazione selettiva dell’impedenza (7) consentono di portare l’impedenza associata ad ogni percorso (3) a detto valore superiore (ZMAX) attraverso una modificazione del comportamento elettromagnetico di detti percorsi (3), detta modificazione essendo sostanzialmente equivalente a quella prodotta dall’inserimento in corrispondenza di detto punto comune (4) di un tratto di linea di trasmissione di lunghezza ed impedenza caratteristica predeterminata.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta modificazione selettiva del comportamento elettromagnetico di ogni percorso (3) è sostanzialmente equivalente a quella generata da uno stub applicato in corrispondenza di detto punto comune (4), detto stub essendo sostanzialmente del tipo a quarto d’onda rispetto alla lunghezza d’onda (λ) di detto segnale (S) in radiofrequenza.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che, per ogni percorso elettrico (3), detti mezzi per la variazione selettiva dell’impedenza (7) sono atti a riprodurre l’effetto detto stub a quarto d’onda mediante un condensatore (8) collegato in parallelo a detto punto comune (4) ed un elemento commutatore (9) atto a connettere selettivamente detto punto comune (4) a detto condensatore (8) o alla corrispondente uscita (OUT1,…, OUT12) di detto percorso (3).
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento commutatore (9) è realizzato mediante transistor.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento commutatore (9) è realizzato mediante diodi (11).
9. 9. Dispositivo secondo le rivendicazioni dalla 6 alla 8 caratterizzato dal fatto che detto elemento commutatore (9) è atto a connettere selettivamente detto punto comune (4) a detta uscita (OUT1,…, OUT12).
10. 10. Dispositivo secondo le rivendicazioni dalla 6 alla 9, caratterizzato dal fatto che detto elemento commutatore (9) può essere realizzato mediante componenti discreti e/o mediante componenti integrati.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 9 o 10, caratterizzato dal fatto che detto elemento commutatore (9) comprende due diodi (11) collegati tra loro in parallelo ed aventi il catodo (12) elettricamente connesso a detto punto comune (4), un diodo (11) di detta coppia essendo collegato in serie ad una corrispondente uscita (OUT1,…, OUT12) e l’altro diodo (11) di detta coppia essendo collegato in serie a detto condensatore (8) per definire con quest’ultimo detto stub a quarto d’onda.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto di comprendere una unità elettronica di controllo (21) connessa a detto elemento commutatore (9) per promuovere selettivamente la connessione elettrica di detto punto comune (4) ad un rispettivo condensatore (8) e/o ad un rispettiva uscita (OUT1,…, OUT12) di detti percorsi elettrici (OUT1,…, OUT12).
13. 13. Un sistema elettronico (22) di trasmissione e ricezione di segnali elettromagnetici, comprendente: - almeno due antenne (23); - mezzi di alimentazione (24) atti a promuovere l’alimentazione di dette antenne (23) con un segnale in radiofrequenza (S) di lunghezza d’onda (λ) predeterminata; in cui detta almeno due antenne (23) sono reciprocamente distanziate tra loro con una distanza (d1, d2) predeterminata, detta distanza (d1, d2) essendo variabile in funzione della lunghezza d’onda (λ) di detto segnale (S) in radiofrequenza; in cui detti mezzi di alimentazione (24) comprendono un dispositivo elettronico divisore di potenza (1) per segnali (S) in radiofrequenza del tipo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, detto dispositivo (1) essendo provvisto di almeno un ingresso (IN1,…, IN4) per detto segnale in radiofrequenza e di almeno due uscite (OUT1,…, OUT12) rispettivamente collegate a dette almeno due antenne (23).