ITTO20000945A1 - Dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema gps. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS"

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS (Global Positioning System) a bordo di un autoveicolo.

L'installazione di dispositivi ricevitori di segnali di posizione GPS a bordo di autoveicoli si è diffusa in tempi recenti.

Tali dispositivi di ricezione comprendono tipicamente antenne a microstriscia, caratterizzate da un'estensione essenzialmente bidimensionale. Tali antenne a microstriscia vengono usualmente installate sul parabrezza o sulla plancia portastrumenti dell'autoveicolo.

L'installazione di antenne a microstriscia sul parabrezza è sconveniente negli autoveicoli che presentano un parabrezza fortemente inclinato. Tale inclinazione si traduce infatti in una perdita di guadagno in ricezione.

L'installazione dell'antenna a microstriscia sulla plancia portastrumenti può presentare inconvenienti quale una riduzione del guadagno, e dunque un abbassamento del livello del segnale utile, quando il veicolo marcia in discesa, tale perdita di guadagno essendo dovuta dall'effetto schermante del tetto dell'abitacolo.

Uno scopo della presente invenzione è dunque di proporre un nuovo dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS a bordo di un autoveicolo, che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra delineati delle soluzioni secondo la tecnica anteriore.

Un ulteriore scopo dell'invenzione è di suggerire l'impiego, per la ricezione di segnali di posizione GPS, di un nuovo e conveniente tipo di antenna.

E' ancora un ulteriore scopo dell'invenzione proporre modi convenienti di realizzazione di una siffatta antenna.

Questi ed altri scopi vengono realizzati secondo l'invenzione con il dispositivo le cui caratteristiche sono definite nelle rivendicazioni che seguono .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione appariranno dalla descrizione dettagliata che segue, effettuata a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista in prospettiva, in parte sezionata, di un dispositivo per la ricezione di segnali di posizione GPS a bordo di un autoveicolo secondo l'invenzione;

la figura 2 è una vista prospettica di un primo modo di realizzazione di un'antenna ad elica quadrifilare secondo l'invenzione;

la figura 3 è una vista prospettica parziale che mostra la parte inferiore dell'antenna illustrata nella figura 2;

la figura 4 è una vista prospettica, in parte sezionata, di un altro modo di realizzazione di un'antenna ad elica quadrifilare secondo l'invenzione;

la figura 5 è una vista prospettica, in parte sezionata ed esplosa, che mostra la porzione superiore dell'antenna secondo la figura 4;

la figura 6 è una vista prospettica parziale, che mostra porzione inferiore dell'antenna della figura 4 ; e

la figura 7 è una vista prospettica esplosa di un ulteriore modo di realizzazione di un'antenna ad elica quadrifilare secondo l'invenzione.

Con riferimento alla figura 1, un dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS a bordo di un autoveicolo comprende un'antenna A montata all'interno di uno specchio retrovisore esterno M di un autoveicolo (non illustrato) .

L 'antenna A è convenientemente un'antenna ad elica, ed in particolare un'antenna ad elica quadrifilare. Alcuni modi specifici di realizzazione di una tale antenna verranno ulteriormente descritti, in maggior dettaglio, nel seguito.

Una tale antenna presenta una forma generale essenzialmente cilindrica, con un'altezza o lunghezza i cui valori cadono nell'intorno del quarto della lunghezza d'onda. I segnali di posizione secondo il sistema GPS presentano una frequenza prossima a 1,5 GHz, e l'antenna A ha dunque un'altezza il cui valore è nell'intorno di 5 cm. Tale altezza rende l'antenna A idonea ad essere montata all'interno di un specchio retrovisore esterno dell'autoveicolo, come è mostrato nella figura 1, dietro l'elemento riflettente R.

Il collegamento dell'antenna A a circuiti di rivelazione, amplificazione, decodifica e trattamento è realizzabile a mezzo di una linea L, ad esempio in cavo coassiale, che convenientemente si estende all'interno del braccio B dello specchio M.

L'ubicazione dell'antenna A in uno specchio retrovisore esterno M presenta numerosi vantaggi. In primo luogo l'antenna A non risente apprezzabilmente dell'effetto schermante esercitato in certe condizioni dal tetto dell'abitacolo.

L'impiego di un'antenna ad elica, ed in particolare di un'antenna ad elica quadrifilare, risulta inoltre estremamente vantaggioso in quanto tale antenna, presentando un diagramma che è essenzialmente una cardiode di rotazione, ha buone caratteristiche di ricezione nell'emisfero superiore, senza richiedere alcun piano di massa.

Le antenne ad elica quadrifilare hanno sinora trovato prevalentemente impiego come antenne per satelliti (si veda ad esempio AMSAT Newsletter, marzo 1975).

Come risulterà più chiaramente dal seguito, l'antenna ad elica quadrifilare per l'utilizzo secondo l'invenzione comprende preferibilmente due loop bifilari ad elica da mezzo giro (half turn), disposti a 90° fra loro, intorno ad un medesimo asse longitudinale. Tali loop possono essere formati da conduttori elettrici semplici. In alternativa, un primo loop può essere formato da un conduttore elettrico semplice, e l'altro loop ad elica può essere formato per metà da un conduttore elettrico semplice, e per metà da uno spezzone di una linea di trasmissione comprendente una coppia di conduttori paralleli. Tale spezzone di linea di trasmissione può essere semplicemente uno spezzone di cavo coassiale .

In un primo modo di realizzazione illustrato nella figura 2, l'antenna A comprende una struttura di supporto includente un elemento tubolare cilindrico 1 formato da un materiale dielettrico, la cui parete reca i lati elicoidali dei suddetti loop.

In particolare, nell'esempio di realizzazione mostrato nella figura 2, nella superficie cilindrica interna la dell'elemento tubolare 1 sono realizzati due solchi elicoidali 2, 2', sfalsati fra loro di mezzo giro. In ciascuno di tali solchi sono alloggiate rispettive porzioni 3, 3' di un conduttore filare. In corrispondenza dell'estremità inferiore dell'elemento tubolare 1, le porzioni tubolari 3, 3' di tale conduttore sono interconnesse da un'ulteriore porzione diametrale 3" di tale conduttore filare. All'estremità opposta dell'elemento tubolare 1, le porzioni elicoidali 3, 3' del suddetto conduttore filare si raccordano con rispettive porzioni radiali contrapposte 3''', che si estendono in direzione dell'asse di tale elemento tubolare.

Il conduttore filare sopra descritto forma nel complesso, un primo loop ad elica da mezzo giro.

L'antenna A comprende un secondo loop ad elica bifilare da mezzo giro. Tale secondo loop è formato per metà da uno spezzone di un conduttore elettrico filare semplice, e per metà da uno spezzone di un cavo coassiale.

Nella superficie cilindrica esterna ìb dell'elemento tubolare 1 sono realizzati due solchi elicoidali 4, 4', sfalsati fra loro di mezzo giro e sfalsati di un quarto di giro rispetto ai solchi interni 2, 2'. Il passo dell'elica dei solchi 4, 4' è essenzialmente pari a quello dei solchi 2, 2'.

Nel solco 4 dell'elemento tubolare 1 è posizionata una porzione 5 di un elemento conduttore filare semplice, le cui estremità si raccordano con porzioni radiali 5', 5", dirette essenzialmente in senso ortogonale alle porzioni 3', 3''' del primo loop.

Nel solco 4' dell'elemento tubolare 1 si estende una porzione 6 di uno spezzone di cavo coassiale. Le estremità di tale porzione si prolungano in due porzioni radiali di cavo coassiale 6', 6" essenzialmente allineate con le corrispondenti porzioni 5', 5" dell'associato conduttore filare semplice .

All'estremità superiore dell'antenna A la porzione 5' di conduttore filare è interconnessa (ad esempio mediante saldatura) con una porzione di conduttore filare 3<,,, >e con l'anima della porzione di cavo coassiale 6'. La calza di tale porzione di cavo coassiale 6‘ è invece connessa all ' altra .porzione di conduttore filare 3' ' ' .

In corrispondenza dell'estremità inferiore dell'elemento tubolare 1, la porzione di conduttore filare 5" è connessa, ad esempio mediante saldatura, alla calza della porzione di cavo coassiale 6", e quest'ultima si prolunga in una porzione di cavo coassiale 7 che rappresenta la linea di collegamento dell'antenna A ai circuiti di trattamento dei segnali captati.

Nella figura 3 è montata una parte inferiore di un'antenna A realizzata secondo una variante di attuazione. In tale variante l'elemento tubolare cilindrico 1 ha l'estremità inferiore chiusa da una parete di fondo le, per cui esso presenta nel complesso essenzialmente una forma a guisa di bicchiere. La parete di fondo le sulla sua faccia interna presenta un solco 8, essenzialmente diametrale, che si raccorda con i solchi 2, 2' della parete cilindrica dell'elemento tubolare 1, ed in cui è alloggiata la porzione 3" del conduttore filare che forma il suddetto primo loop.

Sulla faccia esterna, la parete di fondo le dell'elemento tubolare 1 presenta due solchi in cui si estendono le porzioni 5" e 6 " del conduttore filare e, rispettivamente, del cavo coassiale, che formano il secondo loop.

Nella figura 4 è mostrato un ulteriore modo di realizzazione di un'antenna A secondo l'invenzione in cui i due suddetti loop ad elica sono formati con piste metalliche, realizzate ad esempio con la tecnica dei circuiti stampati, anziché con conduttori filari.

La struttura di supporto dell'antenna A della figura 4 comprende anch'essa un elemento tubolare cilindrico 1, la cui estremità inferiore è chiusa da una parete di fondo le, così come mostrato nella figura 6, analogamente alla realizzazione precedentemente descritta con riferimento alla figura 3.

L'estremità superiore dell'elemento tubolare cilindrico 1 è richiusa da un disco ld di materiale dielettrico, così come si vede nelle figure 4 e 5.

Un primo loop bifilare ad elica è integralmente formato da piste metalliche applicate all'elemento tubolare 1, alla sua parete di fondo le e al disco ld. In particolare, tale primo loop comprende due piste 103, 103 ' con andamento ad elica, applicate alla superficie interna la dell'elemento tubolare 1 e sfalsate fra loro di mezzo giro. Le estremità inferiori di tali piste sono raccordate da una pista diametrale 103" applicata sulla faccia interna della parete di fondo le dell’elemento tubolare 1 (si veda in particolare la figura 6).

Le estremità superiori delle piste ad elica 103, 103’ sono collegate con le estremità di due piste radiali 103''' applicate al disco ld (figure 4 e 5). Il collegamento fra le piste 103, 103' e le piste 103 ' <, >' è convenientemente stabilizzato a mezzo di saldatura.

Il secondo loop dell'antenna A delle figure da 4 a 6 è, come si è detto in precedenza, realizzato in parte con piste metalliche portate dalla struttura 1, ld, ed in parte da uno spezzone di cavo coassiale parimenti portato da tale struttura.

In particolare, tale secondo loop comprende una pista elicoidale 105 applicata alla superficie cilindrica esterna lb dell'elemento tubolare 1. Tale pista è sfalsata di un quarto di giro rispetto alle piste 103, 103'.

L'estremità superiore della pista elicoidale 105 si prolunga in un tratto di pista radiale 105a applicato sulla faccia anulare terminale superiore dell'elemento tubolare 1, che si collega a sua volta con una pista radiale 105' applicata sulla faccia superiore del disco ld. Tale pista radiale 105' si congiunge con una delle piste 103' ' ' al centro del disco ld. In particolare, la pista 105' può essere realizzata in un sol pezzo con tale pista 103'''.

La connessione fra la porzione 105a e la pista radiale 105 del disco ld è convenientemente stabilizzata a mezzo di una saldatura.

L'estremità inferiore della pista elicoidale 105 si prolunga in una pista radiale 105" applicata sulla faccia esterna della parete di fondo le dell'elemento di supporto 1 (figure 4 e 6).

Il suddetto secondo loop dell'antenna secondo le figure da 4 a 6 si completa con uno spezzone di cavo coassiale, una cui porzione 6' si estende in un solco radiale 9 del disco ld, ed in un corrispondente intaglio 10 dell'estremità superiore dell'elemento tubolare 1 (figura 5). Tale porzione di estremità 6' del cavo coassiale ha l'anima saldata alla zona in cui la pista 105' si congiunge con una delle piste 103''' e la calza esterna collegata all'altra pista 103'''. Il suddetto spezzone di cavo coassiale comprende una porzione intermedia 6 che è alloggiata in un solco 4' realizzato nella superficie cilindrica esterna lb dell'elemento tubolare cilindrico 1 (figura 6), e che inferiormente si prolunga in un tratto radiale 6" alloggiato in un corrispondente solco realizzato nella faccia esterna della parete di fondo le. Al centro di tale faccia della parete di fondo la calza del cavo coassiale è collegata, ad esempio mediante saldatura, alla pista conduttrice 105".

In un'ulteriore variante di realizzazione, non illustrata nei disegni, lo spezzone di cavo coassiale dell'antenna secondo le figure da 4 a 6 può essere sostituito da una linea di trasmissione ad impedenza controllata, comprendente due piste metalliche parallele applicate alle superfici interna ed esterna del disco superiore ld, della parete cilindrica dell'elemento tubolare 1 e della parete di fondo le di tale elemento tubolare.

In tale modo di realizzazione, così come nella realizzazione precedentemente descritta con riferimento alle figure da 4 a 6, le varie piste conduttrici possono essere eventualmente realizzate non direttamente sulla struttura 1, ld, le, ma su substrati di supporto flessibili, quali film plastici, che vengono poi applicati a tale struttura di supporto.

Nella figura 7 è mostrata un'ulteriore variante di realizzazione. Anche in tale figura, a parti ed elementi già descritti sono stati attribuiti nuovamente gli stessi numeri di riferimento.

Nella variante secondo la figura 7 l'antenna A comprende una struttura di supporto includente un elemento tubolare cilindrico 1 di materiale dielettrico che reca un loop elicoidale bifilare realizzato in parte con uno spezzone di cavo coassiale (le cui porzioni sono indicate con 6', 6, 6") ed in parte con un conduttore filare semplice {le cui porzioni sono indicate con 5', 5, 5"). Tale loop è essenzialmente identico al corrispondente loop della versione secondo la figura 2.

Nell'antenna secondo la figura 7 il secondo loop elicoidale bifilare è realizzato su un cilindro 101 di materiale dielettrico, disposto all'interno dell'elemento tubolare 1. Il loop portato da tale cilindro 101 è formato con un conduttore filare semplice, le cui successive porzioni sono, così come per la variante secondo la figura 2, indicate con 3’’', 3, 3", 3', 3' ' ' . Le porzioni elicoidali di tale conduttore filare si estendono in solchi elicoidali 102, 102' corrispondentemente realizzati nella superficie laterale del cilindro 101. Le porzioni radiali 3''' e la porzione diametrale 3" di tale loop si estendono in corrispondenti solchi realizzati nelle superfici piane di estremità di detto cilindro.

Le modalità di interconnessione dei due loop sopra descritti sono le stesse dell'antenna secondo la figura 2.

In un'ulteriore variante di realizzazione, non illustrata nei disegni, la struttura di supporto dell'antenna A comprende, così come nella versione secondo la figura 7, un elemento tubolare ed un cilindro posizionato all'interno di tale elemento tubolare. I due loop elicoidali bifilari sono peraltro realizzati con piste metalliche applicate alle superfici di tale elemento tubolare e dell'associato cilindro, analogamente alla versione sopra descritta con riferimento alle figure da 4 a 6.

Tale variante, così come la variante secondo la figura 7, presenta il vantaggio di una maggior praticità di realizzazione dei due loop in quanto per la loro predisposizione occorre operare prevalentemente sulle superfici esterne degli elementi costituenti la struttura di supporto dell'antenna.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

in particolare, in tutte le realizzazioni precedentemente descritte i due loop dell'antenna quadrifilare ad elica possono essere realizzati con conduttori semplici, di tipo filare o del tipo realizzato con piste conduttrici. In tal caso nell'antenna non risulterebbe più realizzata la trasformazione bilanciato-sbilanciato. Le antenne così realizzate debbono pertanto essere alimentate con un opportuno dispositivo esterno che realizzi l'azione di un cosiddetto balun ed assicuri l'alimentazione dei due loop elicoidali con la necessaria variazione di fase.

Inoltre, secondo ulteriori varianti di realizzazione non illustrate, l'elemento tubolare cilindrico e/o l'eventuale associato cilindro possono eesere sovrastampati sugli elementi costituenti i due loop elicoidali bifilari.

Claims (25)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS a bordo di un autoveicolo, comprendente un'antenna (A); il dispositivo essendo caratterizzato dal fatto che l'antenna (A) è montata all'interno di uno specchio retrovisore esterno (M) dell'autoveicolo.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'antenna (A) è un'antenna ad elica.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'antenna (A) è un'antenna ad elica quadrifilare.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'antenna (A) comprende due loop ad elica da mezzo giro (3, 3', 3", 3'''; 5. 5', 5"; 6, 6', 6") disposti a 90° fra loro, intorno ad un medesimo asse longitudinale.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che entrambi detti loop ad elica sono formati da conduttori elettrici semplici.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che un primo loop ad elica (3, 3', 3", 3''') è formato da un conduttore elettrico semplice, e l'altro loop ad elica è formato per metà da un conduttore elettrico semplice {5, 5', 5") e per metà da uno spezzone di una linea di trasmissione {6, 6', 6") comprendente una coppia di conduttori paralleli.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto primo loop ad elica ha le estremità (3<, , ,>) collegate ciascuna ad un rispettivo conduttore di detta linea di trasmissione (6, 6’, 6") in corrispondenza di un'estremità (6 ' ) di tale linea di trasmissione.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui il conduttore semplice (5, 5', 5") che forma una metà di detto altro loop ha un'estremità (5') connessa all'estremità di un conduttore di detta linea di trasmissione (6'), e l’altra estremità (5") connessa all'estremità opposta dell'altro conduttore di detta linea di trasmissione (6, 6', 6").
9. 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzato dal fatto che detto spezzone di linea di trasmissione è uno spezzone di cavo coassiale.
10. 10. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 9, caratterizzato dal fatto che detta antenna (A) comprende una struttura di’supporto includente un elemento tubolare cilindrico (1) di materiale dielettrico, la cui parete reca i lati elicoidali (3, 3'; 5, 6) di detti loop.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui nelle superfici cilindriche esterna ed interna (lb, la) di detto elemento tubolare {1} sono realizzati solchi elicoidali (2, 2'; 4, 4') in cui si estendono i lati elicoidali di detti loop.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui detto elemento tubolare cilindrico (1) ha un'estremità chiusa da una parete di fondo (le) per cui esso presenta essenzialmente una forma a guisa di bicchiere; detta parete di fondo (le) presentando sulle due facce esterna ed interna rispettivi solchi in cui si estendono lati o rami rettilinei di detti loop.
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 in cui detti loop sono in parte costituiti da piste metalliche (103, 103', 103'\ 103''', 105, 105', 105") applicate alle superfici cilindriche interna ed esterna (la, lb) di detto elemento tubolare (1).
14. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 13, in cui detto elemento tubolare (1) ha un'estremità chiusa da una parete di fondo (le) per cui esso presenta essenzialmente una forma a guisa di bicchiere e detti loop sono in parte costituiti da piste metalliche (103", 105") applicate alle facce interna ed esterna di detta parete di fondo (le; figura 6).
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 e la rivendicazione 13 oppure 14, in cui detto spezzone di linea di trasmissione comprende due piste conduttrici parallele, applicate alla superficie cilindrica interna (la) e rispettivamente alla superficie cilindrica esterna (Ib) di detto elemento tubolare di supporto (1).
16. 16 . Dispositivo secondo le rivendicazioni 13 e 15, in cui detto spezzone di linea di trasmissione comprende inoltre due piste conduttrici parallele applicate alla faccia interna e rispettivamente alla faccia esterna di detta parete di fondo (le).
17. 17. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 14 a 16, in cui l’altra estremità dell'elemento tubolare (1) è richiusa da un disco (ld) di materiale dielettrico ed i suddetti loop sono in parte costituiti da piste metalliche (105<■>; 103'’') applicati a detto disco (ld).
18. 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, in cui detto spezzone di lìnee di trasmissione comprende inoltre due piste conduttrici parallele applicate alla faccia interna e rispettivamente alla faccia esterna di detto disco (ld).
19. 19. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 ed una delle rivendicazioni 13, 14 e 17, in cui detto spezzone di linea di trasmissione è uno spezzone di cavo coassiale che si estende in parte in un solco elicoidale dell'elemento tubolare di supporto (1).
20. 20. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 9, in cui detta antenna (A) comprende una struttura di supporto includente un elemento tubolare cilindrico (1) di materiale dielettrico, la cui parete reca i lati elicoidali (5, 6) di un loop, ed un cilindro (101), parimenti di materiale dielettrico, che è disposto all'interno di detto elemento tubolare (1) e che reca i lati elicoidali (3, 3') dell'altro loop.
21. 21. Dispositivo secondo la rivendicazione 20, in cui nella superficie cilindrica esterna (lb) dell’elemento tubolare (1) e rispettivamente del cilindro (101) sono realizzati rispettivi solchi elicoidali (4; 102, 102') in cui si estendono i lati elicoidali (5, 6; 3, 3') di detto primo e rispettivamente di detto secondo loop.
22. 22. Dispositivo secondo la rivendicazione 20, in cui detti loop sono in parte costituiti da piste conduttrici applicate alla superficie cilindrica esterna dell'elemento tubolare (1) e, rispettivamente, del cilindro interno (101).
23. 23. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui detto elemento tubolare cilindrico (1) è sovrastampato sui lati elicoidali di detti loop.
24. 24. Dispositivo secondo la rivendicazione 20., in cui detto elemento tubolare cilindrico (1) e l'associato cilindro (101) sono sovrastampati sui lati elicoidali del primo e rispettivamente del secondo loop.
25. 25. Dispositivo per la ricezione di segnali di posizione secondo il sistema GPS a bordo di un autoveicolo, sostanzialmente secondo quanto descritto ed illustrato, e per gli scopi specificati.