IT202200023589A1 - Transmitting device, especially for low-power wireless sensors and even more especially for use in IoT systems, with high compactness. - Google Patents
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Description
?Dispositivo trasmittente, in particolare per sensori wireless a bassa potenza e ancora pi? in particolare per l?impiego in sistemi IoT, ad elevata compattezza?. ?Transmitting device, especially for low-power wireless sensors and even more especially for use in IoT systems, with high compactness?.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Il presente trovato ha come oggetto un dispositivo trasmittente dotato di antenna, in particolare per sensori wireless a bassa potenza e ancora pi? in particolare per l?impiego in sistemi IoT, nonch? un metodo per realizzare tale dispositivo. The present invention relates to a transmitting device equipped with an antenna, in particular for low-power wireless sensors and even more particularly for use in IoT systems, as well as a method for realizing such a device.
Oggigiorno, ? sempre pi? sentita l?esigenza di avere a disposizione dispositivi elettronici trasmittenti o ricetrasmittenti di piccole dimensioni, in particolare da impiegare all?interno di sistemi IoS (Internet of Things). Nowadays, there is an ever-increasing need for small electronic transmitting or transceiver devices, especially for use within IoS (Internet of Things) systems.
I sistemi IoS, infatti, richiedono spesso l?impiego di sensori (ad esempio di pressione, di temperatura, di posizione) wireless, o altri dispositivi wireless, a basso consumo e di piccole dimensioni che siano in grado di monitorare in maniera continuativa uno o pi? parametri e di inviare segnali elettromagnetici indicativi delle rilevazioni a dispositivi remoti. In fact, IoT systems often require the use of wireless sensors (e.g. pressure, temperature, position), or other low-consumption, small-sized wireless devices that are able to continuously monitor one or more parameters and send electromagnetic signals indicating the findings to remote devices.
Usualmente, questi dispositivi trasmittenti comprendono un circuito stampato (PCB) sul quale ? installato un chip che genera il segnale elettromagnetico da trasmettere e/o che ? atto a ricevere il segnale. La diffusione e/o la ricezione del segnale avvengono attraverso un?antenna collegata al chip. L?intero dispositivo ? generalmente incluso in una piccola scatola di plastica. Typically, these transmitting devices comprise a printed circuit board (PCB) on which is installed a chip that generates the electromagnetic signal to be transmitted and/or that is capable of receiving the signal. The diffusion and/or reception of the signal occurs through an antenna connected to the chip. The entire device is generally included in a small plastic box.
Altre caratteristiche dei dispositivi ricetrasmittenti utilizzati nei sistemi IoT sono la bassissima potenza e la trasmissione di segnale su bande sub-GHz. Other features of transceiver devices used in IoT systems are very low power and signal transmission in sub-GHz bands.
Per quanto riguarda le antenne utilizzate in questo tipo di dispositivi, ? possibile fare una semplificazione suddividendo le antenne in due tipologie: As for the antennas used in this type of device, it is possible to simplify by dividing the antennas into two types:
- le antenne a mezza onda (a volte definite "elettriche"), che hanno un?estensione sostanzialmente pari alla met? della lunghezza d?onda del segnale, - half-wave antennas (sometimes called "electric"), which have an extension essentially equal to half the wavelength of the signal,
- e le antenne a quarto d?onda (a volte definite "magnetiche") che hanno un?estensione sostanzialmente pari ad un quarto della lunghezza d?onda del segnale. - and quarter-wave antennas (sometimes called "magnetic") which have an extension essentially equal to a quarter of the wavelength of the signal.
Le antenne a quarto d'onda sono le pi? diffuse in questo tipo di applicazione e necessitano di una ?terra?, ovvero una parte dell?antenna posta a terra (o ?ground elettrico?). La forma base di un'antenna a quarto d'onda ? l'"antenna GP" (Ground Plane Antenna), dove la "terra" ? costituita dai quattro radiali. Quarter-wave antennas are the most common in this type of application and require a "ground", that is, a part of the antenna placed on the ground (or "electrical ground"). The basic form of a quarter-wave antenna is the "GP antenna" (Ground Plane Antenna), where the "ground" is made up of the four radials.
Nelle applicazioni Iot, le antenne a quarto d?onda sono usualmente realizzate come una "traccia" stampata sul circuito stampato; in alternativa sono note anche antenne elicoidali e antenne ceramiche. In IoT applications, quarter-wave antennas are usually realized as a "trace" printed on the printed circuit board; alternatively, helical antennas and ceramic antennas are also known.
La lunghezza richiesta ad un?antenna a quarto d?onda limita la possibile miniaturizzazione del dispositivo ricetrasmittente. Ad esempio, considerato un segnale da emettere alla frequenza di 434 MHz, la lunghezza d'onda ? di circa 69 cm e il quarto d'onda ? di circa 17 cm: in questo caso, per poter efficacemente irradiare il segnale, allo stato dell?arte, la dimensione dell'involucro contenente l?elettronica non pu? essere inferiore a circa 5-10 cm. The length required for a quarter-wave antenna limits the possible miniaturization of the transceiver device. For example, considering a signal to be emitted at a frequency of 434 MHz, the wavelength is approximately 69 cm and the quarter wavelength is approximately 17 cm: in this case, in order to effectively radiate the signal, in the state of the art, the size of the casing containing the electronics cannot be less than approximately 5-10 cm.
Inoltre, l'antenna a quarto d'onda ? efficace solo quando le dimensioni del circuito stampato (elettronica, batteria, ecc.) sono tali da garantire una "Terra" efficiente. Se il trasmettitore e l'antenna sono tutti all'interno di una scatola di piccole dimensioni, la mancanza di terra riduce drasticamente l'efficienza di radiazione e l'intensit? del segnale inviato al ricevitore a livelli tali da ridurre l'affidabilit? del collegamento radio. Furthermore, the quarter-wave antenna is only effective when the size of the circuit board (electronics, battery, etc.) is such that it provides an efficient "Ground". If the transmitter and antenna are all inside a small box, the lack of ground drastically reduces the radiation efficiency and the intensity of the signal sent to the receiver to levels that reduce the reliability of the radio link.
Le antenne a mezza lunghezza d'onda sono costituite in pratica da un dipolo, senza necessit? di avere un riferimento a terra. Half-wavelength antennas are essentially a dipole, with no need for a ground reference.
Le antenne a mezz?onda, per?, non sono molto semplici e pratiche da usare perch? richiedono un'uscita "bilanciata" dal trasmettitore. Inoltre, come gi? accennato, le antenne a mezz?onda devono avere una lunghezza doppia rispetto alle antenne a quarto d?onda e quindi la miniaturizzazione ? ancora pi? difficoltosa. Half-wave antennas, however, are not very simple and practical to use because they require a "balanced" output from the transmitter. Also, as already mentioned, half-wave antennas must be twice as long as quarter-wave antennas and therefore miniaturization is even more difficult.
Anche le antenne a mezz?onda possono essere realizzate come un filo o una traccia stampata sul circuito stampato. Half-wave antennas can also be made as a wire or a trace printed on the circuit board.
Un particolare tipo di antenne, che possono essere realizzata sia a mezz?onda sia a quarto d?onda, sono le cosiddette antenne ?patch?, note anche come antenne a microstriscia rettangolare, che sono costituite da un singolo patch metallico sospeso su un piano di massa e da un substrato dielettrico disposto tra il piano di massa e il patch metallico; l'insieme dell'antenna ? generalmente contenuto in una copertura di plastica che protegge l'antenna da eventuali danni. Sono utilizzate in varie applicazioni in quanto hanno una struttura compatta e leggera, un basso profilo, una geometria conformabile alle superfici e infine sono facilmente interfacciabili con la rete di alimentazione del segnale (che pu? comprendere amplificatori, filtri e/o divisori di potenza). Gli svantaggi di queste antenne includono un'efficienza medio-bassa (a causa dei materiali a basso costo), una banda operativa intrinsecamente stretta (a causa del funzionamento di tipo risonante) e la possibilit? non remota di eccitare onde superficiali nel substrato, che sono fonti di radiazioni spurie. A particular type of antenna, which can be made either half-wave or quarter-wave, are the so-called "patch" antennas, also known as rectangular microstrip antennas, which consist of a single metal patch suspended on a ground plane and a dielectric substrate arranged between the ground plane and the metal patch; the antenna assembly is generally contained in a plastic cover that protects the antenna from damage. They are used in various applications because they have a compact and lightweight structure, a low profile, a geometry that conforms to surfaces and finally they are easily interfaced with the signal power supply network (which may include amplifiers, filters and/or power dividers). The disadvantages of these antennas include a medium-low efficiency (due to the low-cost materials), an intrinsically narrow operating band (due to the resonant operation) and the not remote possibility of exciting surface waves in the substrate, which are sources of spurious radiation.
Sono note antenne patch realizzate a quarto d?onda, quindi con una lunghezza pari a 1/4 della lunghezza d'onda, in cui il patch metallico radiante ? cortocircuitato sul piano di massa, come le antenne PIFA (Planar Inverted F-Antennas). There are known patch antennas made in quarter-wavelength, therefore with a length equal to 1/4 of the wavelength, in which the radiating metal patch is short-circuited on the ground plane, such as PIFA antennas (Planar Inverted F-Antennas).
In sintesi, quindi, allo stato dell?arte, ? sentita l?esigenza di sviluppare dispositivi trasmittenti del tipo sopra descritto, in particolare per l?applicazione in sistemi IoT, che abbiano dimensioni complessive ridotte pur mantenendo sufficiente efficacia nella diffusione del segnale. In summary, therefore, in the state of the art, there is a need to develop transmitting devices of the type described above, in particular for application in IoT systems, which have small overall dimensions while maintaining sufficient effectiveness in signal diffusion.
Compito precipuo del presente trovato ? quello di realizzare dispositivo trasmittente, in particolare per sensori wireless a bassa potenza e ancora pi? in particolare per l?impiego in sistemi IoT, in grado di risolvere i problemi e superare i limiti dell?arte nota sopra esposti. The main task of the present invention is to provide a transmitting device, in particular for low-power wireless sensors and even more particularly for use in IoT systems, capable of solving the problems and overcoming the limitations of the prior art described above.
Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato ? quello di realizzare un dispositivo trasmittente, del tipo sopra menzionato, che abbia dimensioni complessive ridotte pur mantenendo sufficiente efficacia nella diffusione del segnale. Within the scope of this task, an object of the present invention is to provide a transmitting device, of the type mentioned above, which has small overall dimensions while maintaining sufficient effectiveness in signal diffusion.
Un altro scopo del trovato consiste nel mettere a disposizione un dispositivo trasmittente, del tipo sopra menzionato, che sia facile da realizzare ed economicamente competitivo. Another aim of the invention is to provide a transmitting device, of the type mentioned above, which is easy to produce and economically competitive.
Un ulteriore scopo del trovato consiste nel realizzare un dispositivo trasmittente, del tipo sopra menzionato, che sia altamente versatile e/o abbia prestazione competitive rispetto all?arte nota. A further aim of the invention is to provide a transmitting device, of the type mentioned above, which is highly versatile and/or has competitive performance compared to the prior art.
Non ultimo scopo del trovato ? quello di mettere a disposizione una valida alternativa alla tecnica nota. Not least, the aim of the invention is to provide a valid alternative to the known art.
Il compito sopra esposto, nonch? gli scopi accennati ed altri che meglio appariranno in seguito, vengono raggiunti da un dispositivo trasmittente secondo la rivendicazione 1. The above mentioned task, as well as the aims mentioned and others which will become clearer later, are achieved by a transmitting device according to claim 1.
Questo compito e questi ed altri scopi sono altres? raggiunti da un metodo secondo la rivendicazione 12. This task and these and other objects are also achieved by a method according to claim 12.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente dalla descrizione di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un dispositivo trasmittente, illustrate a titolo indicativo e non limitativo con l'ausilio degli allegati disegni in cui: Further features and advantages will become more apparent from the description of some preferred, but not exclusive, embodiments of a transmitting device, illustrated for indicative and non-limitative purposes with the aid of the attached drawings in which:
la figura 1 ? una vista prospettica, in forma schematica, di una prima forma di realizzazione del dispositivo trasmittente, secondo il trovato, in cui l?elemento di copertura superiore ? reso trasparente per rendere visibile i componenti interni; Figure 1 is a perspective view, in schematic form, of a first embodiment of the transmitting device, according to the invention, in which the upper covering element is made transparent to make the internal components visible;
la figura 2 ? una vista in pianta del dispositivo di figura 1, sempre con l?elemento di copertura invisibile; Figure 2 is a plan view of the device in Figure 1, again with the invisible covering element;
la figura 3 ? una vista in sezione, lungo un piano verticale di mezzeria, del dispositivo di figura 1; Figure 3 is a sectional view, along a vertical mid-plane, of the device of Figure 1;
la figura 4 ? una vista prospettica, in forma schematica, di una seconda forma di realizzazione del dispositivo trasmittente, secondo il trovato, in cui l?elemento di copertura superiore ? reso trasparente per rendere visibile i componenti interni; Figure 4 is a perspective view, in schematic form, of a second embodiment of the transmitting device, according to the invention, in which the upper covering element is made transparent to make the internal components visible;
la figura 5 ? una vista in pianta del dispositivo di figura 4, sempre con l?elemento di copertura invisibile; Figure 5 is a plan view of the device in Figure 4, again with the invisible covering element;
la figura 6 ? uno schema a blocchi che illustra una possibile particolare forma di realizzazione della parte elettronica del dispositivo trasmittente. Figure 6 is a block diagram illustrating a possible particular embodiment of the electronic part of the transmitting device.
Le due forme di realizzazione illustrate (la prima nelle figure 1-3 e la seconda nelle figure 4-5) differiscono solo per l?antenna. The two embodiments illustrated (the first in figures 1-3 and the second in figures 4-5) differ only in the antenna.
Nello schema a blocchi di figura 6 l?antenna indicata coi numeri 4A,4B, pu? essere una qualsiasi antenna secondo il trovato, ad esempio come quella illustrata nelle figure 1-3 e oppure nelle figure 4-5. In the block diagram of figure 6, the antenna indicated by the numbers 4A,4B, can be any antenna according to the invention, for example like the one illustrated in figures 1-3 and or in figures 4-5.
Con riferimento alle figure citate, il dispositivo trasmittente, indicato globalmente con il numero di riferimento 1 o 10 a seconda della forma di realizzazione, ? destinato in particolare ad essere parte di un sensore wireless a bassa potenza e ancora pi? in particolare per l?impiego in sistemi IoT. With reference to the figures cited, the transmitting device, indicated globally with the reference number 1 or 10 depending on the embodiment, is intended in particular to be part of a low-power wireless sensor and even more particularly for use in IoT systems.
Il dispositivo 1, 10 ? ?trasmittente? nel senso che ? adatto almeno ad emettere, ed eventualmente anche a ricevere, un segnale elettromagnetico, preferibilmente un segnale radio, ancor pi? preferibilmente un segnale di frequenza inferiore al GHz. Il dispositivo trasmittente pu? quindi opzionalmente essere un dispositivo ricetrasmittente. The device 1, 10 is ?transmitting? in the sense that it is suitable for at least emitting, and possibly also receiving, an electromagnetic signal, preferably a radio signal, even more preferably a signal with a frequency lower than GHz. The transmitting device may therefore optionally be a transceiver device.
Il dispositivo trasmittente 1, 10, comprendente una scheda di circuito stampato 2 (PCB) sulla quale ? installato almeno un chip 3 configurato per almeno generare ed emettere un segnale elettromagnetico, il quale chip 3 ? connesso ad un?antenna 4A, 4B; 40A, 40B per la diffusione del segnale. The transmitting device 1, 10, comprising a printed circuit board 2 (PCB) on which is installed at least one chip 3 configured to at least generate and emit an electromagnetic signal, which chip 3 is connected to an antenna 4A, 4B; 40A, 40B for the diffusion of the signal.
Con ?installato? si intende operativamente accoppiato o integrato con una qualsiasi tecnica nota. L?almeno un chip ? preferibilmente realizzato con una tecnica di realizzazione di componenti integrati, come la nota tecnica di impacchettamento di componenti integrati all?interno dello stesso materiale di packaging (tecnica nota come ?embedded component in packaging?) basata sull?uso di manifattura additiva 3D (?additive 3D technology? or ?additive manufacturing?), oppure, alternativamente, impiegando una o pi? tecniche tradizionali di integrazione dei componenti nel substrato (carrier) come la tecnologia System In Package. By ?installed? we mean operationally coupled or integrated with any known technique. The at least one chip is preferably made with an integrated component manufacturing technique, such as the well-known technique of packaging integrated components within the same packaging material (a technique known as ?embedded component in packaging?) based on the use of 3D additive manufacturing (?additive 3D technology? or ?additive manufacturing?), or, alternatively, using one or more traditional techniques of integration of components into the substrate (carrier) such as System In Package technology.
Con ?chip? si intende qui indicare un qualsiasi dispositivo elettronico atto ad essere installato su una scheda PCB. I chip 3 possono essere pi? di uno e connessi tra loro per formare un unico dispositivo elettronico di generazione del segnale al quale ? connessa l?antenna 4A, 4B; 40A, 40B. Per semplicit? nella descrizione e nelle allegate rivendicazioni, con ?chip 3? si indicher? un insieme dei componenti elettronici, eventualmente integrati in un?unica struttura, atti a generare il segnale. The term "chip" here refers to any electronic device suitable for installation on a PCB board. There may be more than one chip 3 and they may be connected to each other to form a single electronic device for generating the signal to which the antenna 4A, 4B; 40A, 40B is connected. For simplicity in the description and in the attached claims, the term "chip 3" refers to a set of electronic components, possibly integrated into a single structure, suitable for generating the signal.
Un esempio particolarmente vantaggioso dell?insieme di componenti elettronici ? illustrato nello schema a blocchi di figura 6. In questa particolare e non limitativa forma di realizzazione, l?almeno un chip 3, inteso qui nel suo complesso come dispositivo elettronico di generazione del segnale, comprende un microcontrollore 15 e un generatore di impulsi 33 che ? collegato a tale microcontrollore 15. Il microcontrollore 15 ? configurato per ricevere almeno un segnale di rilevamento rappresentativo di almeno un valore di misura e per controllare il generatore di impulsi 33 in modo che generi almeno un segnale PPM comprendente informazioni corrispondenti a tale almeno un valore di misura. A particularly advantageous example of the set of electronic components is illustrated in the block diagram of figure 6. In this particular and non-limiting embodiment, the at least one chip 3, understood here as a whole as an electronic signal generation device, comprises a microcontroller 15 and a pulse generator 33 which is connected to such microcontroller 15. The microcontroller 15 is configured to receive at least one sensing signal representative of at least one measurement value and to control the pulse generator 33 so that it generates at least one PPM signal comprising information corresponding to such at least one measurement value.
I segnali PPM sono segnali a impulsi ("impulsi PPM") e sono di per s? di tipo noto e sono il risultato di una modulazione PPM di una portante a radiofrequenza ("RF"). Nel caso della presente invenzione, la portante RF ? preferibilmente selezionata in una delle bande libere per i dispositivi short-range, ad esempio ISM. PPM signals are pulsed signals ("PPM pulses") and are per se of known type and are the result of a PPM modulation of a radio frequency ("RF") carrier. In the case of the present invention, the RF carrier is preferably selected in one of the bands free for short-range devices, e.g. ISM.
L?antenna 4A, 4B, che ? collegata all?uscita del generatore di impulsi 33, ? configurata per la trasmissione radio del segnale PPM. The antenna 4A, 4B, which is connected to the output of the pulse generator 33, is configured for radio transmission of the PPM signal.
Sempre in questa particolare forma di realizzazione, il generatore di impulsi 33 comprende un oscillatore 35 e un amplificatore di potenza 34 (quest?ultimo avente con un ingresso collegato all?oscillatore 35) che ha la funzione di amplificare gli impulsi RF in uscita dall?oscillatore 35 e di emettere il segnale PPM. Vantaggiosamente, tale segnale viene emesso in base ad un'attivazione selettiva dell?oscillatore 35 e dell?amplificatore di potenza 34 da parte di rispettivi segnali di attivazione generati dal microcontrollore 15. In pratica, il microcontrollore 15, per ogni impulso PPM del segnale PPM da generare, attiva prima solo l?oscillatore 35 per un primo periodo di tempo e, poi, attiva anche l?amplificatore 34 per un secondo periodo di tempo successivo a detto primo periodo di tempo. Vale a dire che l'oscillatore 35 e l?amplificatore di potenza 34 vengono attivati in modo che l'oscillatore 35 venga attivato prima dell'attivazione dell'amplificatore di potenza 34 e venga disattivato contemporaneamente a, oppure dopo, la disattivazione dell'amplificatore di potenza 34 stesso. Also in this particular embodiment, the pulse generator 33 comprises an oscillator 35 and a power amplifier 34 (the latter having an input connected to the oscillator 35) which has the function of amplifying the RF pulses output from the oscillator 35 and of emitting the PPM signal. Advantageously, this signal is emitted based on a selective activation of the oscillator 35 and of the power amplifier 34 by respective activation signals generated by the microcontroller 15. In practice, the microcontroller 15, for each PPM pulse of the PPM signal to be generated, first activates only the oscillator 35 for a first period of time and then also activates the amplifier 34 for a second period of time following said first period of time. That is, oscillator 35 and power amplifier 34 are activated so that oscillator 35 is activated before power amplifier 34 is activated and is deactivated simultaneously with, or after, power amplifier 34 is deactivated.
Il dispositivo di trasmissione 1 ? vantaggiosamente un dispositivo short-range alimentato da una sorgente di energia 20, ad esempio una batteria o una sorgente ad energy harvesting. The transmitting device 1 is advantageously a short-range device powered by an energy source 20, such as a battery or an energy harvesting source.
I segnali di rilevazione originano da mezzi di rilevazione 25 che sono collegati o collegabili al microcontrollore 15 e che sono adatti a rilevare una o pi? misure di una certa grandezza fisica (ad esempio una o pi? tra pressione, temperatura, accelerazione, vibrazione, tensione, ecc.) e a generare segnali di rilevazione corrispondenti ai valori di tali misure. I mezzi di rilevazione 25 possono consistere essenzialmente in almeno un trasduttore ("DM" nella figura) per ciascuna grandezza fisica da misurare. Il trasduttore DM pu? essere collegato a un opportuno ingresso del microcontrollore 15 e pu? essere un sensore selezionato dal gruppo comprendente, ad esempio, un sensore di pressione, un sensore di temperatura, un sensore di vibrazione, un accelerometro, un magnetometro, un estensimetro, un sensore induttivo, un rilevatore di tensione o di corrente, ecc. The detection signals originate from detection means 25 which are connected or connectable to the microcontroller 15 and which are adapted to detect one or more measurements of a certain physical quantity (for example one or more of pressure, temperature, acceleration, vibration, voltage, etc.) and to generate detection signals corresponding to the values of such measurements. The detection means 25 may essentially consist of at least one transducer ("DM" in the figure) for each physical quantity to be measured. The transducer DM may be connected to an appropriate input of the microcontroller 15 and may be a sensor selected from the group comprising, for example, a pressure sensor, a temperature sensor, a vibration sensor, an accelerometer, a magnetometer, a strain gauge, an inductive sensor, a voltage or current detector, etc.
I mezzi di rilevazione 25, cos? come un eventuale tag RFID 30 del dispositivo di trasmissione 1, possono essere eventualmente alimentati dallo stesso microcontrollore 15. The detection means 25, as well as a possible RFID tag 30 of the transmission device 1, can be optionally powered by the same microcontroller 15.
Il dispositivo trasmittente 1, 10 comprende inoltre un elemento di copertura 5 (preferibilmente in materiale plastico), quale ad esempio un coperchio, un guscio o una parete di copertura, che copre superiormente la scheda di circuito stampato 2 e quindi anche l?almeno un chip 3. The transmitting device 1, 10 further comprises a covering element 5 (preferably made of plastic material), such as a lid, a shell or a cover wall, which covers the printed circuit board 2 from above and therefore also the at least one chip 3.
Nelle forme di realizzazione preferite, l?elemento di copertura 5 ? parte di un corpo scatolare (preferibilmente tutto di materiale plastico) che include al suo interno il chip 3, la scheda PCB 2, l?antenna 4A, 4B; 40A, 40B e qualsiasi altro componente elettronico (ad esempio una batteria o altro dispositivo di alimentazione 20 compreso nel dispositivo 1, 10). In the preferred embodiments, the cover element 5 is part of a box-like body (preferably all made of plastic material) which includes within it the chip 3, the PCB board 2, the antenna 4A, 4B; 40A, 40B and any other electronic component (for example a battery or other power supply device 20 included in the device 1, 10).
L?antenna 4A, 4B; 40A, 40B comprende una prima porzione 4A; 40A stampata sulla scheda di circuito stampato 2, in modo da essere operativamente collegata al chip 3. The antenna 4A, 4B; 40A, 40B comprises a first portion 4A; 40A printed on the printed circuit board 2, so as to be operationally connected to the chip 3.
La prima porzione 4A; 40A pu? essere stampata sulla scheda con una delle tecniche note nel settore. The first portion 4A; 40A can be printed on the board with one of the techniques known in the industry.
Secondo il trovato, l?antenna 4A, 4B, 40A, 40A comprende anche una seconda porzione 4B 40B che ? stampata sull?elemento di copertura 5 cos? da essere posizionata al di sopra del chip 3, come evidente dalle figure. Con ?al di sopra? si intende dalla parte opposta rispetto alla scheda di circuito stampato 2, in modo che proiettando ortogonalmente la seconda porzione 4B; 40B di antenna sulla scheda di circuito stampato, tale proiezione ricade (almeno in parte e preferibilmente completamente) nell?area di scheda occupata dal chip 3. According to the invention, the antenna 4A, 4B, 40A, 40A also comprises a second portion 4B 40B which is printed on the covering element 5 so as to be positioned above the chip 3, as is evident from the figures. By "above" we mean on the opposite side with respect to the printed circuit board 2, so that by orthogonally projecting the second antenna portion 4B; 40B onto the printed circuit board, such projection falls (at least in part and preferably completely) in the area of the board occupied by the chip 3.
Questa soluzione permette di ridurre gli ingombri complessivi del dispositivo 1, 10 mantenendo una trasmissione di segnale altamente efficace. This solution allows to reduce the overall dimensions of the device 1, 10 while maintaining a highly efficient signal transmission.
Le due pozioni 4A, 4B; 40A, 40B dell?antenna sono entrambe parti della stessa antenna, vale a dire che cooperano per emettere lo stesso segnale, e quindi sono una la continuazione dell?altra o comunque sono entrambe operativamente collegate allo stesso chip 3. The two antenna positions 4A, 4B; 40A, 40B are both parts of the same antenna, that is, they cooperate to emit the same signal, and therefore they are a continuation of each other or in any case they are both operationally connected to the same chip 3.
Si noti che nella prima forma di realizzazione (figure 1-2) le due porzioni 4A, 4B sono formate da un unico filo o traccia senza soluzione di continuit?. Note that in the first embodiment (figures 1-2) the two portions 4A, 4B are formed by a single thread or trace without interruption.
La seconda porzione 4B, 40B pu? essere stampata sull?elemento di copertura con una delle note tecniche di stampa su un substrato isolante. The second portion 4B, 40B can be printed on the cover element with one of the known printing techniques on an insulating substrate.
In alcune forme di realizzazione particolarmente vantaggiose, tra cui quelle illustrate, la prima porzione 4A; 40A e la seconda porzione 4B; 40B hanno una forma frattale. In some particularly advantageous embodiments, including those illustrated, the first portion 4A; 40A and the second portion 4B; 40B have a fractal shape.
Secondo una soluzione ottimale, presente nelle due forme di realizzazione illustrate, tale forma frattale ? un frattale di tipo a curva di Von Koch, vale a dire un insieme di linee spezzate realizzata partendo da un segmento al quale ? tolto il terzo centrale sostituendolo con altri due segmenti lunghi come quello eliminato, e poi reiterando questo processo una o pi? volte. Nei particolari esempi illustrati questa forma frattale ? realizzata a partire da un quadrato lungo il perimetro del quale realizzate una serie di profili a stella, ciascuno presentante tre vertici che puntano vero l?esterno, alternati a insenature poligonali formate da cinque segmenti. According to an optimal solution, present in the two illustrated embodiments, this fractal shape is a Von Koch curve type fractal, that is, a set of broken lines created starting from a segment from which the central third is removed, replacing it with two other segments as long as the one eliminated, and then repeating this process one or more times. In the particular examples illustrated, this fractal shape is created starting from a square along the perimeter of which a series of star-shaped profiles are created, each presenting three vertices pointing outwards, alternating with polygonal inlets formed by five segments.
Preferibilmente, la prima porzione 4A, 40A e la seconda porzione 4B, 40B hanno lunghezza sostanzialmente uguale. Preferably, the first portion 4A, 40A and the second portion 4B, 40B have substantially equal length.
? utile a questo punto precisare che, nella presente descrizione e nelle allegate rivendicazioni, con ?lunghezza? dell?antenna o della porzione si intende la lunghezza, ovvero l?estensione lineare, del filo o traccia che forma tale antenna o porzione di antenna. It is useful to specify at this point that, in this description and in the attached claims, the term "length" of the antenna or portion means the length, or linear extension, of the wire or trace that forms the antenna or portion of the antenna.
Preferibilmente, la prima porzione 4A, 40A e la seconda porzione 4B, 40B hanno forma sostanzialmente uguale (che sia frattale o meno). Preferably, the first portion 4A, 40A and the second portion 4B, 40B have substantially the same shape (whether fractal or not).
Secondo una caratteristica opzionale e vantaggiosa, la proiezione in pianta della seconda porzione 4B, 40B ? completamente contenuta nel chip 3, vale a dire che la proiezione ortogonale della seconda porzione 4B, 40B sulla scheda 2 ricade completamente all?interno la proiezione ortogonale del chip 3 sulla stessa scheda 2, come illustrato nelle figure 2 e 5. According to an optional and advantageous feature, the plan projection of the second portion 4B, 40B is completely contained within the chip 3, that is, the orthogonal projection of the second portion 4B, 40B onto the board 2 falls completely within the orthogonal projection of the chip 3 onto the same board 2, as illustrated in Figures 2 and 5.
L?antenna 4A, 4B, 40A, 40B pu? essere realizzata a quarto d?onda (come nella prima forma di realizzazione delle figure 1-3) oppure a mezz?onda (come nella seconda forma di realizzazione delle figure 4 e 5). The antenna 4A, 4B, 40A, 40B can be made as a quarter wave (as in the first embodiment of figures 1-3) or as a half wave (as in the second embodiment of figures 4 and 5).
Nel primo caso, come nella prima forma di realizzazione, il chip 3 ? configurato per emettere un segnale con una predeterminata lunghezza d?onda e l?antenna 4A, 4B ha una lunghezza complessiva tale da essere a quarto d?onda rispetto al segnale emesso dal chip (cio? con lunghezza pari ad un quarto della lunghezza d?onda), cos? da essere un?antenna monopolare ad un quarto di lunghezza d?onda 4A, 4B. In the first case, as in the first embodiment, the chip 3 is configured to emit a signal with a predetermined wavelength and the antenna 4A, 4B has an overall length such that it is a quarter wavelength with respect to the signal emitted by the chip (i.e. with a length equal to a quarter of the wavelength), so as to be a quarter wavelength monopole antenna 4A, 4B.
Opportunamente, in questo caso in cui l?antenna ? monopolare a quarto d?onda, la seconda porzione 4B forma un unico polo dell?antenna e la prima porzione 4A funge da terra. Si noti quindi che, in questo caso, solo la seconda porzione 4B ? direttamente collegata al chip 3 (tramite un?estremit? di connessione 14 dalla quale viene emesso il segnale, come output elettrico, dal chip 3), mentre le due porzioni sono collegate da un tratto di giunzione 42 che contribuisce anch?esso alla lunghezza totale dell?antenna. Conveniently, in this case where the antenna is a quarter-wave monopole, the second portion 4B forms a single pole of the antenna and the first portion 4A acts as ground. Note then that, in this case, only the second portion 4B is directly connected to the chip 3 (via a connection end 14 from which the signal is emitted, as an electrical output, from the chip 3), while the two portions are connected by a junction section 42 which also contributes to the total length of the antenna.
Ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 1-3, con il chip configurato per generare un segnale a circa 434 MHz, la lunghezza d'onda ? di circa 691 mm, il quarto d'onda ? di circa 173 mm, ciascuna delle due porzioni di antenna 4A, 4B ? lunga circa 86 mm, il tratto di giunzione 42 ? lungo circa 1 mm e quindi la lunghezza complessiva dell?antenna ? di 173-174 mm, e ciascuna delle due porzioni di forma frattale pu? essere contenuta in quadrato di 6 mm di lato. For example, in the embodiment illustrated in Figures 1-3, with the chip configured to generate a signal at approximately 434 MHz, the wavelength is approximately 691 mm, the quarter wavelength is approximately 173 mm, each of the two antenna portions 4A, 4B is approximately 86 mm long, the junction section 42 is approximately 1 mm long and therefore the overall length of the antenna is 173-174 mm, and each of the two fractal-shaped portions can be contained in a square of 6 mm on each side.
Nel secondo caso, come nella seconda forma di realizzazione illustrata, l?antenna 40A, 40B ha una lunghezza tale da essere a mezza lunghezza d?onda rispetto al segnale emesso dal chip 3 (vale a dire lunghezza sostanzialmente pari a met? della lunghezza d?onda) cos? da essere un?antenna a dipolo a mezza onda. In the second case, as in the second embodiment illustrated, the antenna 40A, 40B has a length such that it is half a wavelength with respect to the signal emitted by the chip 3 (i.e. a length substantially equal to half the wavelength) so as to be a half-wave dipole antenna.
Si noti quindi che, in questo caso, ciascuna delle porzioni 40A, 40 B ? direttamente collegata al chip 3 tramite un rispettivo connettore 41A, 41B (o estremit? di connessione). Il primo connettore 41A che connette il chip 3 alla prima porzione 40A ? collego a questa tramite un ramo di connessione 43A che contribuisce alla lunghezza totale dell?antenna. Note then that, in this case, each of the portions 40A, 40 B is directly connected to chip 3 via a respective connector 41A, 41B (or connection end). The first connector 41A that connects chip 3 to the first portion 40A is connected to this via a connection branch 43A that contributes to the total length of the antenna.
Nelle forme di realizzazione a mezza onda, la lunghezza l?antenna ? doppia rispetto a quelle a quarto d?onda: ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata nelle figure 4-5, con il chip 3 configurato per generare un segnale a circa 434 MHz, la lunghezza d'onda ? di circa 691 mm, la mezza lunghezza d'onda ? circa 346 mm, ciascuna delle due porzioni di antenna 40A, 40B ? lunga circa 172-173 mm, il ramo di connessione 43A ? lungo circa 1 mm e quindi la lunghezza complessiva dell?antenna ? di circa 346 mm, anche in questo caso ciascuna delle due porzioni di forma frattale pu? essere contenuta in quadrato di 6 mm di lato. In the half-wave embodiments, the length of the antenna is double that of the quarter-wave ones: for example, in the embodiment illustrated in figures 4-5, with the chip 3 configured to generate a signal at approximately 434 MHz, the wavelength is approximately 691 mm, the half-wavelength is approximately 346 mm, each of the two antenna portions 40A, 40B is approximately 172-173 mm long, the connection branch 43A is approximately 1 mm long and therefore the overall length of the antenna is approximately 346 mm, also in this case each of the two fractal-shaped portions can be contained in a square with a side of 6 mm.
In quest?ultimo caso l?ingombro ridotto si ottiene grazie al fatto che entrambe le porzioni 40A, 40B dell?antenna sono formate da una doppia linea, vale a dire che la traccia (o filo) ? stampata in modo che in ciascuna porzione 40A, 40B contorni due volte una stessa forma (in questo caso frattale), una internamente ed una esternamente, cos? da formare un ramo interno e uno esterno tra loro paralleli. In the latter case, the reduced size is achieved thanks to the fact that both portions 40A, 40B of the antenna are formed by a double line, that is, the trace (or wire) is printed in such a way that in each portion 40A, 40B it outlines the same shape (in this case fractal) twice, once internally and once externally, thus forming an internal and an external branch that are parallel to each other.
Il funzionamento del dispositivo trasmittente 1, 10 ? del tutto simile a quello dei dispositivi trasmittenti noti. The operation of the transmitting device 1, 10 is entirely similar to that of known transmitting devices.
Forma oggetto del presente trovato anche un metodo per realizzare un dispositivo trasmittente 1, 10 del tipo precedentemente descritto, il quale metodo, nei suoi tratti essenziali, comprende i passi di: The present invention also relates to a method for making a transmitting device 1, 10 of the type previously described, which method, in its essential features, comprises the steps of:
- stampare una prima porzione 4A; 40A dell?antenna 4A, 4B; 40A, 40B sulla scheda di circuito stampato 2; - print a first portion 4A; 40A of the antenna 4A, 4B; 40A, 40B on the printed circuit board 2;
- stampare una seconda porzione 4B; 40B dell?antenna 4A, 4B; 40A, 40A sull?elemento di copertura 5 destinato a coprire la scheda 2 e il chip 3, cos? che tale seconda porzione 4B; 40B, dopo aver posizionato l?elemento di copertura 3 a copertura della scheda 2, risulta posizionata al di sopra del chip 3. - print a second portion 4B; 40B of the antenna 4A, 4B; 40A, 40A on the cover element 5 intended to cover the card 2 and the chip 3, so that this second portion 4B; 40B, after having positioned the cover element 3 to cover the card 2, is positioned above the chip 3.
Preferibilmente la prima 4A; 40A e la seconda 4B; 40B porzione di antenna sono stampate in modo tale da realizzare in dispositivo ricetrasmittente avente una o pi? caratteristiche delle forme di realizzazione preferite precedentemente descritte in dettaglio. Preferably the first 4A; 40A and the second 4B; 40B antenna portion are printed in such a way as to form a transceiver device having one or more features of the preferred embodiments previously described in detail.
Secondo una possibile soluzione particolarmente vantaggiosa, il chip 3 e la prima porzione 4A, 40A di antenna sono realizzati insieme alla scheda di circuito stampato 2 con la nota tecnica di impacchettamento di componenti integrati all?interno dello stesso materiale di packaging (tecnica nota come ?embedded component in packaging?) basata sull?uso di manifattura additiva 3D (?additive 3D technology? or ?additive manufacturing?), oppure, alternativamente, impiegando una pi? tecniche tradizionali di integrazione dei componenti nel substrato (carrier) come la tecnologia System In Package. According to a possible particularly advantageous solution, the chip 3 and the first antenna portion 4A, 40A are manufactured together with the printed circuit board 2 with the well-known technique of packaging integrated components within the same packaging material (a technique known as "embedded component in packaging") based on the use of 3D additive manufacturing (additive 3D technology or "additive manufacturing"), or, alternatively, using more traditional techniques of integration of components into the substrate (carrier) such as the System In Package technology.
Si ? in pratica constatato come il dispositivo trasmittente, secondo il presente trovato, assolva il compito nonch? gli scopi prefissati in quanto ? realizzabile in dimensioni complessive ridotte pur mantenendo sufficiente efficacia nella diffusione del segnale. In practice, it has been found that the transmitting device, according to the present invention, fulfills the intended task and purposes since it can be made with reduced overall dimensions while maintaining sufficient effectiveness in signal diffusion.
Un altro vantaggio del dispositivo trasmittente, secondo il trovato, consiste nel fatto di essere facile da realizzare ed economicamente competitivo. Another advantage of the transmitting device, according to the invention, consists in the fact that it is easy to produce and economically competitive.
Un ulteriore vantaggio del dispositivo trasmittente, secondo il trovato, consiste nel fatto di essere altamente versatile e avere prestazione competitive rispetto all?arte nota. A further advantage of the transmitting device, according to the invention, consists in the fact that it is highly versatile and has competitive performance compared to the prior art.
Inoltre, il presente trovato mette a disposizione una valida alternativa alla tecnica nota. Furthermore, the present invention provides a valid alternative to the known art.
Il dispositivo trasmittente, e il metodo per realizzarlo, cos? concepiti sono suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. The transmitting device, and the method for making it, thus conceived are susceptible to numerous modifications and variations, all of which fall within the scope of the inventive concept.
Inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti. Furthermore, all details may be replaced by other technically equivalent elements.
Claims (13)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102022000023589A IT202200023589A1 (en) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | Transmitting device, especially for low-power wireless sensors and even more especially for use in IoT systems, with high compactness. |
| PCT/EP2023/081863 WO2024105086A1 (en) | 2022-11-16 | 2023-11-15 | Highly compact transmitting device, particularly for low-power wireless sensors and even more particularly for use in iot systems |
Applications Claiming Priority (1)
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ID=85122856
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| IT102022000023589A IT202200023589A1 (en) | 2022-11-16 | 2022-11-16 | Transmitting device, especially for low-power wireless sensors and even more especially for use in IoT systems, with high compactness. |
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| WO (1) | WO2024105086A1 (en) |
Cited By (1)
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| WO2024105086A1 (en) | 2022-11-16 | 2024-05-23 | STE Industries s.r.l. | Highly compact transmitting device, particularly for low-power wireless sensors and even more particularly for use in iot systems |
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- 2022-11-16 IT IT102022000023589A patent/IT202200023589A1/en unknown
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| WO2024105086A1 (en) | 2024-05-23 |
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