Dispositivo de protección contra el rayo de un receptor de antena y avión que lo incluye.

Dispositivo (25) de protección de un receptor (20) de antena (15) contra el rayo,

caracterizado por incluir:

- un apantallamiento (40, 70) de un cable coaxial (35, 65) unido a la antena y

- un filtro paso alto montado en serie con este apantallamiento, adaptado para limitar la energía de baja frecuencia que circula por dicho cable coaxial, que incluye una capacidad (30, 50, 55) de al menos un nF y una inductancia inferior a un ohmio para la más baja frecuencia puesta en práctica por dicho receptor, estando determinada dicha capacidad a partir de al menos una capa de material conductor enterrada en un circuito impreso.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/067891.

Solicitante: European Aeronautic Defence and Space Company EADS France Airbus Group SAS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 37, BOULEVARD DE MONTMORENCY 75016 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: MEYER, MARC.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01H83/10 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01H INTERRUPTORES ELECTRICOS; RELES; SELECTORES; DISPOSITIVOS DE PROTECCION DE EMERGENCIA (cables de contacto H01B 7/10; pararrayos resistivos H01G 9/18; circuitos de protección, de seguridad H02H; conmutación por medios electrónicos sin cierre de contactos H03K 17/00). › H01H 83/00 Interruptores de protección, p. ej. disyuntores o relés de protección accionados por otras condiciones eléctricas anormales que no sean solamente las corrientes excesivas. › accionados por una tensión excesiva, p. ej. para protección contra los rayos.
  • H01Q1/28 H01 […] › H01Q ANTENAS (elementos radiantes o antenas para calentamiento por microondas H05B 6/72). › H01Q 1/00 Detalles de dispositivos asociados a las antenas (dispositivos para hacer variar la orientación de un diagrama direccional H01Q 3/00). › Adaptación para la utilización en o sobre aviones, misiles, satélites o globos.
  • H01Q1/50 H01Q 1/00 […] › Asociación estructural de antenas con conmutadores de tierra, dispositivos de bajada de antenas o pararrayos.

PDF original: ES-2535016_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de protección contra el rayo de un receptor de antena y avión que lo incluye

La presente invención se refiere a un dispositivo de protección contra el rayo de receptores de antenas en un avión y a un avión que lo incluye. La presente invención tiene particular aplicación en los aviones cuyo fuselaje incluye materiales aislantes eléctricos, especialmente materiales compuestos.

El fuselaje de un avión lleva Instaladas numerosas antenas. Sin embargo, la generalización del empleo de materiales compuestos para la concepción del fuselaje conlleva numerosas dificultades en cuanto a conducción eléctrica. En concreto, entre el soporte metálico de una antena que permite fijarla al fuselaje y el panel de material compuesto en el que va fijado este soporte aparece una considerable resistencia de contacto. El orden de magnitud de estas resistencias es la decena de megaohmios. Esta resistencia tan elevada provoca una circulación de corriente por el coaxial unido a la antena, cuando se produce un impacto de rayo, del orden de 15 kA para un impacto de rayo de 2 kA, lo cual es demasiado restrictivo para los conectores.

Se ha contemplado unir el soporte de cada antena a las metalizaciones de las armazones circundantes por mediación de tiras o "strlps" metálicas. Esta solución limita a 3 kA la corriente derivada por el coaxial. Sin embargo, esta solución tiene limites, en particular:

- en cuanto a restricciones de Instalación y

- precisa de una metalización de las armazones, mientras que en determinadas partes de los aviones que son portadoras de antenas está previsto no tenerla, lo cual requiere considerables longitudes de tiras para llevar la conexión a una metalización distante.

La presente invención está orientada a subsanar estos inconvenientes.

A tal efecto, la presente invención, de acuerdo con un primer aspecto, está orientada a un dispositivo de protección contra el rayo de un receptor de antena, caracterizado por incluir:

- un apantallamiento de un cable coaxial unido a la antena y

- un filtro paso alto montado en serie con este apantallamiento adaptado para limitar la energía de baja frecuencia que circula por dicho cable coaxial, que Incluye una capacidad de al menos un nF y una inductancia inferior a un ohmio para la más baja frecuencia puesta en práctica por dicho receptor, estando determinada dicha capacidad a partir de al menos una capa de material conductor enterrada en un circuito impreso.

La capacidad presenta así una impedancia suficientemente pequeña en el dominio de frecuencia de la antena para no introducir una relación de onda estacionaria indeseable, y soporta niveles de tensión superiores a 1 kV.

Se hace notar que una capacidad se corresponde con una alta impedancia a bajas frecuencias y con una pequeña impedancia a altas frecuencias. En especial, en el dominio funcional que va de 3 MHz a 1 GHz. Una capacidad realizada con el concurso de un componente discreto difícilmente puede dar respuesta a estos dos requerimientos simultáneamente, pues los componentes que aceptan estas tensiones son relativamente voluminosos y, de este modo, tienen un comportamiento altamente inductivo en esas frecuencias, lo cual introduciría una relación de onda estacionaria (ROE) nada desdeñable. Del mismo modo, una capacidad miniatura del tipo CMS que tiene un comportamiento escasamente inductivo no puede aceptar niveles de tensión elevados. Por ejemplo, una capacidad que introduce una inductancia (inductancia intrínseca al componente sumada a la introducida por el encaminamiento) de 3 nH representa una impedancia de dos ohmios a 1 MHz (componente CMS). Para una capacidad que introduce una inductancia de 1 nH, que debería ser un mínimo para una capacidad que acepte las tensiones requeridas, se obtienen seis ohmios a 1 MHz y 18 ohmios a 3 MHz. Estos valores corresponden a una introducción de onda estacionaria indeseable.

Según unas características particulares, la capacidad está determinada por un circuito impreso que incluye dos planos de masa unidos, cada uno de ellos, a la masa de un conectar de cable coaxial.

Según unas características particulares, el circuito impreso incluye al menos una capa de material de alta permeabilidad interpuesta entre dos capas de material conductor.

Según unas características particulares, el circuito impreso incluye varias capas de material de alta permitividad interpuestas entre capas de material conductor, montadas en serie.

Así se reparte la solicitación de tensión sobre las diferentes capas. Además, esta configuración de capacidades en serie transforma la solicitación de corriente en el receptor en una solicitación de tensión en bornes de la capacidad.

Según unas características particulares, la permitividad relativa del material que separa las armaduras de la capacidad es superior a cuatro.

Según unas características particulares, el espesor de la capacidad entre sus armaduras es superior a cuatro mlcrómetros.

Según unas características particulares, la superficie de las armaduras de la capacidad es superior a un centímetro cuadrado.

Según unas características particulares, dicha capacidad se integra en un conectar del cable coaxial.

Según unas características particulares, dicha capacidad se integra en dicho cable coaxial.

Según un segundo aspecto, la presente invención está orientada a un avión que incluye al menos una antena y al

menos un dispositivo de protección contra el rayo de un receptor de una referida antena tal y como se ha expuesto

de manera sucinta anteriormente.

No se reseñarán en este punto las ventajas, objetivos y características particulares de este avión, por ser similares a los del dispositivo objeto de la presente invención, tal y como se ha expuesto de manera sucinta anteriormente.

Otras ventajas, objetivos y características de la presente Invención se desprenderán de la descripción subsiguiente, llevada a cabo, con una finalidad explicativa y en absoluto limitativa, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

La figura 1 representa, esquemáticamente, una forma particular de realización de un avión objeto de la presente Invención, que incluye una pluralidad de dispositivos de protección contra el rayo objeto de la presente invención,

la figura 2 representa, esquemáticamente, una forma particular de realización de un dispositivo de protección contra el rayo objeto de la presente invención y

las figuras 3 a 8 representan curvas de impedancia en función de frecuencias.

Se hace constar, a título preliminar, que las figuras no están a escala.

En la figura 1, se observa un avión 1 que incluye antenas 15, receptores de señales de antena 2 y dispositivos de protección contra el rayo 25.

El avión 1 es de cualquier tipo, civil o militar, pilotado o no. En formas preferentes de realización, el avión 1 posee un fuselaje que incluye materiales aislantes eléctricos, especialmente materiales compuestos. Las antenas 15 son de las que se conocen. Debido a su forma y a su posicionamiento, estas están particularmente expuestas a los rayos. Los receptores de señales de antena 2 son de los que se conocen. Estos están unidos a equipos de aviónica y/o de comunicación (no representados). Cada dispositivo de protección contra el rayo 25 está intercalado eléctricamente entre una antena 15 y un receptor de señales de antena 2. En la figura 2 se ilustra una forma particular de realización de un dispositivo de protección contra el rayo 25.

En la forma particular de realización ilustrada en la figura 2, el dispositivo de protección contra el rayo 25 está basado en un circuito impreso, o PCB (acrónimo de "Printed Circuit Board") 3.

En la figura 2 se observa un cable coaxial de llegada de señales de antena 35 que incluye un apantallamiento externo conductor 4 y un alma 45 unida a una antena 15. Este cable 35 está unido al circuito impreso 3 por un conector 85. Por el otro lado del circuito impreso 3, un conectar 8 une el circuito impreso 3 a un cable coaxial 65 de salida de señales de antena, cuyo otro extremo está unido a un receptor de señales de antena 2. El cable coaxial 65 presenta un apantallamiento externo conductor 7 y un alma 75.

El circuito impreso 3 incluye dos planos de masa 5 y 55 que son capas de cobre. Las masas de los conectares 8 y 85 están unidas eléctricamente, respectivamente, a los planos de masa 55 y 5, por intermedio de agujeros de interconexión, es decir, orificios metalizados.

Se consigue de este modo la integración de una capacidad en el circuito impreso manteniendo una estructura coaxial, lo cual permite evitar una inductancia montada en serie con la capacidad... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo (25) de protección de un receptor (2) de antena (15) contra el rayo, caracterizado por incluir:

- un apantallamiento (4, 7) de un cable coaxial (35, 65) unido a la antena y

- un filtro paso alto montado en serie con este apantallamiento, adaptado para limitar la energía de baja frecuencia que circula por dicho cable coaxial, que incluye una capacidad (3, 5, 55) de al menos un nF y una inductancia inferior a un ohmio para la más baja frecuencia puesta en práctica por dicho receptor, estando determinada dicha capacidad a partir de al menos una capa de material conductor enterrada en un circuito impreso.

2. Dispositivo (25) según la reivindicación 1, caracterizado porque la capacidad (3, 5, 55) está determinada por un circuito impreso (3) que incluye dos planos de masa (5, 55) unidos, cada uno de ellos, a la masa de un conector(8, 85) de cable coaxial (35, 65).

3. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el circuito impreso (3) incluye al menos una capa de material de alta permeabilidad interpuesta entre dos capas de material conductor.

4. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el circuito impreso (3) incluye varias capas de material de alta permitividad interpuestas entre capas de material conductor, montadas en serie.

5. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha capacidad se integra en un conector del cable coaxial.

6. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que dicha capacidad se integra en dicho cable coaxial.

7. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la permitividad relativa del material que separa las armaduras de la capacidad (3, 5, 55) es superior a cuatro.

8. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que el espesor de la capacidad entre sus armaduras (5, 55) es superior a cuatro micrómetros.

9. Dispositivo (25) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la superficie de las armaduras (5, 55) de la capacidad es superior a un centímetro cuadrado.

1. Avión (1) que incluye al menos una antena (15) y al menos un dispositivo (25) de protección contra el rayo de un receptor (2) de una referida antena según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.


 

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