Dispositivo de pared flexible multimembrana para filtros y multiplexores con tecnología termocompensada.

Dispositivo de pared flexible para componente de filtro o de OMUX con tecnología termocompensada adaptadapara servir como cubierta que puede cerrar una cavidad resonante,

dicha pared está constituida por al menos dosmembranas flexibles distintas (10, 11, 12) apiladas directamente unas sobre otras, y dichas membranas flexibles(10, 11, 12) presentando, cada una, una zona central (C), una zona intermedia (I) y una zona periférica (P)enfrentadas, caracterizado porque las diferentes membranas flexibles (10, 11, 12) están acopladas térmica ymecánicamente sobre la zona central (C) y sobre la zona periférica (P); y no acopladas sobre la zona intermedia (I).

Dispositivo de pared flexible multimembrana para filtros y multiplexores con tecnología termocompensada La presente invención se refiere a los resonadores de microondas que se utilizan por lo general en el campo de las telecomunicaciones terrestres o espaciales.

Esta se refiere a un dispositivo de pared flexible para filtros microondas con cavidad resonante, equipados con un dispositivo mecánico de compensación de la temperatura.

Esta invención ofrece una solución al problema de las tensiones termomecánicas encontradas en las partes flexibles sometidas a deformación por temperatura de los filtros y de los multiplexores, del tipo conocido denominado OMUX (por Output Multiplexer en inglés) , con cavidad resonante de tecnología termocompensada y de gran potencia.

El documento US 4 488 132 describe un dispositivo con cavidad resonante compensada térmicamente.

De manera general, en la descripción siguiente y en las reivindicaciones, se denomina tecnología termocompensada a cualquier tecnología cuyo objetivo es deformar por temperatura una cavidad resonante de tal modo que se compense la variación de volumen de dicha cavidad resonante, dicha variación de volumen estando inducida por unos cambios de temperatura, de tal modo que se mantenga la frecuencia de resonancia de la cavidad en el valor deseado. Este valor está por lo general predefinido en unas condiciones de temperatura ambiente entorno a los 20 ºC.

Se recuerda que un resonador de microondas es un circuito electromagnético sintonizado para dejar pasar una energía a una frecuencia de resonancia precisa. Los resonadores de microondas se pueden utilizar para realizar filtros con el fin de desechar las frecuencias de una señal que se encuentre fuera de la anchura de banda del filtro.

Un resonador se presenta en forma de una estructura que forma una cavidad resonante cuyas dimensiones están definidas para obtener la frecuencia de resonancia deseada.

De este modo cualquier cambio en las dimensiones de la cavidad al introducir un cambio de volumen de esta última provoca un desfase de su frecuencia de resonancia y, como consecuencia, un cambio de sus propiedades eléctricas.

Los cambios de dimensiones de una cavidad resonante se pueden derivar de dilataciones o de contracciones de las paredes de la cavidad provocadas por cambios de temperatura, más importantes cuanto más elevado es el coeficiente de dilatación térmica que tiene el material, y/o cuanto mayor es la variación de temperatura.

Se conocen varias técnicas de termocompensación.

Esas técnicas residen la mayoría de las veces en la asociación de piezas que entran en la estructura de la propia cavidad y que están constituidas por materiales con un coeficiente de dilatación térmica diferente, siendo una de las tasas mucho más baja que la otra. Las piezas están dispuestas de tal modo que se generen unos cambios de temperatura relativos entre estas utilizando el efecto del diferencial termoelástico. Acopladas a una pared flexible, estas provocan una deformación en el sentido de una reducción de volumen cuando la temperatura aumenta, o de un aumento de volumen cuando la temperatura disminuye.

De manera clásica, se utiliza un primer material con un coeficiente de dilatación térmica muy baja como el Invar™. El segundo material utilizado es por lo general el aluminio, material que tiene un coeficiente de dilatación térmica más elevada que el Invar y que presenta, además de una baja densidad, una conductividad térmica elevada, haciéndolo especialmente apto para las aplicaciones espaciales.

Basándose en ese mismo principio de utilización de dos materiales con un coeficiente de dilatación térmica diferente, existen diferentes dispositivos de compensación externos a la cavidad, cuya función es la de deformar una pared flexible.

Algunos de esos dispositivos de compensación de temperatura se describen, por ejemplo, en las solicitudes de patente EP 1187247 y EP 1655802.

Con la finalidad de hacer frente a las limitaciones cada vez mayores para la organización de cargas útiles de satélite, se han desarrollado unas estructuras verticales de canales, es decir que presentan, por ejemplo, unas cavidades de entrada y de salida superpuestas. Esas estructuras son especialmente desfavorables desde el punto de vista del control térmico del canal.

Ahora bien, en un entorno caliente, es decir a unas temperaturas del orden de 85 ºC en el campo de las aplicaciones espaciales, y ante unos niveles de potencia disipada cada vez más elevados, es decir por encima de 100 W disipados en un filtro de OMUX, las técnicas compensadas pueden presentar algunas limitaciones de uso.

En efecto, para satisfacer las necesidades de compensación, es decir unas deformaciones más allá de 200

micrómetros de cambio en el centro de la cubierta, conviene hacer la cubierta lo suficientemente flexible y adaptada a la deformación como para mantener el material en su rango elástico.

La flexibilidad se puede obtener en el caso de una cubierta circular al aumentar la distancia entre la parte circular rígida en el centro y la parte circular rígida exterior, o también al reducir el espesor de la membrana.

En ambos casos, esto tiene como efecto hacer que la cubierta sea más resistiva térmicamente, y por consiguiente aumentar en gran medida los gradientes térmicos locales, es decir en el lugar mismo de la pared flexible.

Unos gradientes elevados pueden resultar especialmente desventajosos, por ejemplo con el empleo de aleaciones de aluminio con endurecimiento estructural, como el aluminio 6061, cuyas propiedades mecánicas pueden disminuir muy rápidamente en función de la temperatura y de la duración de la exposición a esta misma temperatura. Resulta, por lo tanto, conveniente limitar la temperatura y, por lo tanto, la resistencia térmica.

Por el contrario, para favorecer la disminución de los gradientes térmicos en la membrana, se puede aumentar el espesor de la parte flexible, o también reducir la distancia entre la parte rígida en el centro y la parte circular rígida exterior, pero entonces la flexibilidad de la cubierta disminuye y puede, como consecuencia, volverse incompatible con la necesidad de deformación para alcanzar la compensación precisa.

Una primera solución podría consistir en utilizar unos materiales térmicamente más conductores, pero por lo general estos son incompatibles en lo que se refiere a sus propiedades mecánicas, o incluso en lo que se refiere a sus propiedades termoelásticas en asociación con la estructura de la cavidad resonante de aluminio.

Para reducir los gradientes térmicos, la solución más evidente consiste en aumentar el espesor de las paredes de los filtros de OMUX, con el objetivo de favorecer el flujo térmico conducido hacia el sistema de control térmico de la carga útil del satélite.

Ahora bien, esta solución puede resultar excesiva para la competitividad del producto, en particular en las aplicaciones espaciales a causa del importante aumento de masa que se entonces se genera.

La presente invención permite resolver esas dificultades al proponer un sistema compatible de diferentes soluciones de compensación, y al permitir reducir de manera significativa el gradiente térmico de una cubierta flexible, y al afectar solo en algunos gramos a la masa del conjunto.

La presente invención aparece por lo tanto como complemento de las tecnologías actuales de termocompensación para filtros y OMUX con cavidades resonantes. Esta se refiere de manera más precisa a las cubiertas flexibles de OMUX termocompensados. La idea es optimizar la relación entre la resistencia térmica y la capacidad de deformación de dichas cubiertas.

De este modo, para obtener una resistencia térmica más baja de las cubiertas flexibles, manteniendo al mismo tiempo su capacidad de deformación, la invención propone un dispositivo de pared flexible multimebrana. Ese dispositivo también puede permitir reducir las tensiones mecánicas para una deformación dada, conservando al mismo tiempo una resistencia térmica equivalente, o incluso aumentar la deformación para un nivel de tensiones mecánicas y de resistencia térmica equivalentes, y por lo tanto mantener unos gradientes térmicos equivalentes para una potencia disipada dada.

Para ello, la invención tiene por objeto un dispositivo de pared flexible para componente de filtro o de multiplexor de salida con tecnología termocompensada , dicha pared comprendiendo al menos dos membranas flexibles distintas apiladas, y dichas membranas flexibles presentando, cada una, una zona central, una zona intermedia y una zona periférica enfrentadas, en las cuales dichas membranas flexibles... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de pared flexible para componente de filtro o de OMUX con tecnología termocompensada adaptada para servir como cubierta que puede cerrar una cavidad resonante, dicha pared está constituida por al menos dos membranas flexibles distintas (10, 11, 12) apiladas directamente unas sobre otras, y dichas membranas flexibles (10, 11, 12) presentando, cada una, una zona central (C) , una zona intermedia (I) y una zona periférica (P) enfrentadas, caracterizado porque las diferentes membranas flexibles (10, 11, 12) están acopladas térmica y mecánicamente sobre la zona central (C) y sobre la zona periférica (P) ; y no acopladas sobre la zona intermedia (I) .

2. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque dichas membranas flexibles (10, 11, 12) están adaptadas para deformarse de forma simultánea.

3. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas membranas flexibles (10, 11, 12) están constituidas por un material flexible, metálico o no metálico.

4. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas membranas flexibles (10, 11, 12) son de aluminio.

5. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas membranas flexibles (10, 11, 12) están constituidas por materiales distintos entre sí.

6. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada membrana flexible (10, 11, 12) está constituida por una asociación de materiales distintos.

7. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada membrana (10, 11, 12) está constituida por un material bimetálico.

8. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las diferentes membranas flexibles (10, 11, 12) están unidas de acuerdo con uno al menos de los siguientes procedimientos: atornillado; ajuste por compresión; soldadura; unión térmica; soldadura eléctrica.

9. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se puede obtener una deformación por temperatura de dicha pared flexible por medio de un dispositivo externo.

10. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque se puede obtener una deformación por temperatura de dicha pared flexible por medio de una deformación de una al menos de dichas membranas flexibles (10, 11, 12) .

11. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque una al menos de dichas membranas flexibles comprende un material bimetálico, dicho material bimetálico interviniendo en dicha deformación por temperatura de la pared flexible.

12. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pared flexible comprende exactamente dos membranas (10, 11, 10’, 11’) .

13. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha pared flexible comprende exactamente tres membranas (10, 11, 10’, 11’) .

14. Dispositivo de pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de dichas membranas flexibles (10, 11, 12) presenta un espesor comprendido entre dos y cuatro décimas de milímetros.

15. Filtro con tecnología termocompensada que comprende al menos una cavidad resonante cerrada por un dispositivo de cubierta flexible, caracterizado porque dicha cubierta flexible está constituida por una pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Filtro con tecnología termocompensada de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque comprende un pistón que coopera con dichas membranas (10, 11, 12) , de tal modo que permite una optimización del control del volumen de dicha cavidad resonante.

17. Multiplexor de salida con tecnología termocompensada que comprende al menos dos canales que comprenden, cada uno, una cavidad resonante cerrada por un dispositivo de cubierta flexible, caracterizado porque dicha cubierta flexible está constituida por una pared flexible de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14.