ES2334038T3 - Sistema de compensacion en temperatura regulable para resonador de microondas. - Google Patents
Sistema de compensacion en temperatura regulable para resonador de microondas. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo que comprende un resonador de microondas provisto de al menos una cavidad (10) con una frecuencia de resonancia predefinida, comprendiendo el dispositivo igualmente un sistema de compensación en temperatura (20) realizado en un material con coeficiente de dilatación térmica muy bajo con relación al del material con el cual se realiza la cavidad, comprendiendo el indicado sistema de compensación en temperatura (20) una estructura que permite contra reaccionar a los efectos inducidos sobre el resonador por variaciones de temperatura de forma que la frecuencia de resonancia de la cavidad permanezca comprendida dentro de un margen predeterminado, incluyendo la cavidad (10) una pared cilíndrica que presenta un eje longitudinal (A) y dos extremos opuestos de los cuales uno es obturado por una caperuza (113) deformable y el sistema de compensación en temperatura está acoplado con el resonador con el fin de ejercer fuerzas sobre la caperuza de la cavidad, según un eje correspondiente al eje longitudinal (A) de la cavidad, caracterizado porque el sistema de compensación en temperatura (20) comprende dos barras (21, 22) constituidas por un material que tiene un coeficiente de dilatación térmica muy bajo, estando estas barras dispuestas de forma diametralmente opuesta alrededor de la cavidad y de un lado a otro de la base de la caperuza (112) y estando acopladas entre si por encima de esta base por medio de un estribo (30), presentando la cavidad dos alerones (115, 116) en cada uno de los cuales se fija una de las barras.
Description
Sistema de compensación en temperatura regulable
para resonador de microondas.
La invención se refiere a los resonadores de
microondas que se utilizan generalmente en el ámbito de las
comunicaciones terrestres o espaciales.
Se recuerda que un resonador de microondas es un
circuito electromagnético sintonizado para dejar pasar una energía
con una frecuencia de resonancia precisa.
Los resonadores de microondas pueden ser
utilizados para realizar filtros con el fin de rechazar las
frecuencias de una señal que se encuentra fuera de la banda pasante
del filtro.
Un resonador se presenta en forma de una
estructura que forma una cavidad llamada cavidad resonante cuyas
dimensiones están definidas para obtener la frecuencia de resonancia
deseada.
Así cualquier cambio en las dimensiones de la
cavidad que introduce un cambio de volumen de esta última provoca
un desplazamiento de su frecuencia de resonancia y por consiguiente
un cambio de la banda pasante del filtro.
Los cambios de dimensiones de una cavidad
resonante pueden ser producidos por dilataciones o contracciones de
las paredes de la cavidad provocadas por cambios de temperaturas,
tanto más importantes cuando el material tiene un coeficiente de
dilatación térmica elevado.
Varias técnicas son conocidas para compensar la
variación de volumen de una cavidad, inducida por los cambios de
temperaturas con el fin de mantener la frecuencia de resonancia en
el valor predefinido en condiciones de temperatura normales
(temperatura ambiente en torno a los 20ºC).
Estas técnicas se basan lo más a menudo en la
utilización de piezas que entran en la estructura de la cavidad
propiamente dicha y que están constituidas por materiales con
coeficiente de dilatación térmica diferente, siendo uno de estos
coeficientes mucho más bajo que el otro. Las piezas están dispuestas
de forma que las tensiones de dilatación entren en oposición
provocando una deformación de la cavidad en el sentido de una
reducción del volumen cuando aumenta la temperatura.
De forma clásica, se utiliza un primer material
con coeficiente de dilatación térmica muy bajo tal como el Invar®.
El segundo material utilizado es generalmente aluminio, material que
tiene un coeficiente de dilatación térmica más elevado que el Invar
pero que por el contrario presenta, además de su baja densidad y
por consiguiente su ligereza, un poder de disipación térmica
elevado, haciéndolo particularmente apto para las aplicaciones
espaciales.
Basándose en este mismo principio de utilización
de dos materiales con coeficiente de dilatación térmica diferente,
existen igualmente dispositivos de compensación externos a la
cavidad. Se podrá hacer referencia para más detalle, a la
descripción de un dispositivo de compensación en temperatura
realizada por ejemplo en la solicitud de patente EP 1.187.247 del
28 de Agosto de 2001.
El inconveniente de estas diferentes soluciones
reside en el hecho de que cada dispositivo de compensación en
temperatura debe tener dimensiones adaptadas a la longitud de la
cavidad resonante con el cual se asocia o del cual forma parte.
Dispositivos de compensación en temperatura deben ser realizados con
dimensiones adaptadas a cada cavidad de longitud diferente.
La presente invención permite resolver este
problema proponiendo un sistema adaptado tanto a cavidades de
idéntica longitud como a cavidades de longitudes diferentes.
La invención propuesta permite además proponer
un sistema de compensación en temperatura que confiere al resonador
una alta estabilidad en temperatura obtenida por el dispositivo de
regulación del indicado sistema.
La presente invención tiene por objeto un
dispositivo que comprende un resonador de microondas provisto de al
menos una cavidad con una frecuencia de resonancia predefinida,
comprendiendo el dispositivo igualmente un sistema de compensación
en temperatura realizado en un material con coeficiente de
dilatación térmica muy bajo con relación al del material con el
cual se realiza la cavidad principalmente caracterizado porque el
sistema de compensación en temperatura comprende una estructura que
permite contra reaccionar a los efectos inducidos en el resonador
mediante variaciones de temperatura de forma que la frecuencia de
resonancia de la cavidad permanezca comprendida dentro de un margen
predeterminado, caracterizándose igualmente este dispositivo porque
comprende un dispositivo de regulación de la compensación en
temperatura apto para modificar el volumen de la cavidad para
regular el valor de la frecuencia de resonancia a su valor
predefinido. El sistema de regulación permite realizar una
corrección del volumen de la cavidad aumentándolo o disminuyéndolo
cuando la compensación no es suficiente con el fin de obtener una
cavidad cuya frecuencia de resonancia corresponda a la frecuencia
de resonancia
predefinida.
predefinida.
Según otra característica, el sistema de
compensación en temperatura y el dispositivo de regulación de la
compensación en temperatura se acoplan entre ellos y con el
resonador con el fin de ejercer fuerzas sobre la caperuza de la
cavidad, según un eje correspondiente al eje longitudinal de la
cavidad, comprendiendo esta última una pared cilíndrica que
presenta un eje longitudinal y dos extremos opuestos de los cuales
uno está obturado por la caperuza deformable.
Según un modo de realización preferido, la
caperuza comprende una base que obtura un extremo de la cavidad y
un vástago contiguo a la base y que se extiende fuera de la cavidad
según el eje longitudinal de este última, de forma que el
dispositivo de regulación de la compensación esté dispuesto
alrededor de este vástago, estando este dispositivo constituido por
un elemento constitutivo del sistema de compensación en
temperatura, realizándose el indicado elemento en un material con
coeficiente de dilatación térmica muy bajo.
Ventajosamente, el dispositivo de regulación de
la compensación se realiza por medio de un tornillo de eje hueco
por el interior del cual pasa el vástago de la caperuza,
comprendiendo el tornillo un roscado en su pared externa.
Según otra característica, el sistema de
compensación en temperatura comprende dos barras constituidas en un
material que tiene un coeficiente de dilatación térmica muy bajo,
estando estas barras dispuestas de forma diametralmente opuesta
alrededor de la cavidad y la cavidad presenta dos alerones sobre
cada uno de los cuales se fija una de las barras.
Las barras se encuentran a uno y otro lado de la
base de la caperuza y están acoplados entre si por encima de esta
base por medio de un estribo provisto de un paso roscado para el
tornillo de eje hueco y el vástago de la caperuza que atraviesa el
tornillo.
El dispositivo de regulación de la compensación
comprende una contra tuerca roscada por encima del estribo
alrededor del tornillo.
Según otra característica, la pared que forma la
cavidad del resonador y sus alerones se realiza en aluminio y el
tornillo de regulación de la compensación se realiza en Invar.
Otras particularidades y ventajas de la
invención aparecerán claramente con la lectura de la descripción
que se da a continuación y que se facilita a título de ejemplo
ilustrativo y no limitativo y con respecto a las figuras en
las
cuales:
cuales:
- La figura 1 representa el esquema de una vista
en sección de un dispositivo según un modo preferido de realización
de la presente invención;
- La figura 2 representa un esquema de conjunto
de un dispositivo con dos cavidades resonantes;
- La figura 3 representa una vista por encima
del tornillo de regulación de la compensación en temperatura.
El dispositivo 1 ilustrado en la figura 1
comprende al menos un resonador de microondas 10, un sistema de
compensación en temperatura 20 para este resonador y un dispositivo
de regulación de la compensación 40. Según una realización
preferida, el sistema de compensación en temperatura comprende el
dispositivo de regulación de la compensación 40.
Así el sistema de compensación 20 permite
compensar las variaciones de volumen de la cavidad del resonador
inducidas por un aumento de temperatura modificando el volumen de
esta cavidad con el fin de que la frecuencia de resonancia de la
cavidad permanezca comprendido en una horquilla predeterminada.
El sistema de regulación permite realizar una
corrección del volumen de la cavidad aumentándolo o disminuyéndolo
cuando la compensación no es suficiente con el fin de obtener una
cavidad cuya frecuencia de resonancia corresponda a la frecuencia
de resonancia predefinida, es decir la frecuencia de resonancia de
la cavidad en un funcionamiento en condiciones normales de
temperatura.
El sistema de compensación en temperatura y de
regulación propuesto según la invención permite así mantener la
frecuencia de resonancia de un resonador a pesar de las variaciones
de temperaturas al cual puede someterse y eso, incluso si las
cavidades de los resonadores tienen longitudes ligeramente
diferentes (del orden del mm o de algunos mm).
En todos los casos, este sistema confiere al
resonador una alta estabilidad en temperatura gracias al
dispositivo de regulación.
El resonador 10 ilustrado en la figura 1 se
presenta en forma de una cavidad cilíndrica 11 provista de un fondo
111 que puede acoplarse a otra cavidad (representada en la figura 2)
y una caperuza 112. La caperuza 112 tiene una base cilíndrica 113
fijada a la cavidad, prolongándose por un vástago 114 de diámetro
más pequeño, estando este vástago situado en el eje longitudinal de
la cavidad 11.
La cavidad 11 presenta en su pared exterior dos
alerones diametralmente opuestos 115 y 116, que se extienden
sustancialmente sobre las tres cuartas partes de su altura tomados
por su parte elevada es decir en dirección a la caperuza.
Sobre estos alerones se fijan respectivamente
por su extremo bajo 210 y 220 barras 21 y 22 constituidas en un
material con coeficiente de dilatación térmica muy bajo. Las barras
se extienden a uno y otro lado de la base de la caperuza 113
paralelamente a su eje longitudinal es decir a su vástago 114.
Las dos barras se fijan por su extremo elevado a
un estribo 30 que presenta una parte 32, encajando el extremo de
las barras 21 y 22 y una parte transversal 33 que se extiende entre
las barras y que presenta un paso 34 para el vástago 114 de la
caperuza, enmarcando así este último a través del elemento de ajuste
40 del vástago constitutivo del sistema de compensación en
temperatura. Este elemento 40 se realiza en un material con
coeficiente de dilatación térmica muy bajo. El conjunto de estos
elementos permite obtener una compensación en temperatura.
Así, las barras se posicionan a uno y otro lado
del plano de la base 113 de la caperuza, el cual es tomado como
plano de referencia con relación a las deformaciones que puede
experimentar la caperuza bajo el efecto del sistema de compensación
en temperatura y del sistema de regulación de esta compensación.
El dispositivo de regulación de la compensación
en temperatura comprende el elemento de ajuste 40. Este elemento 40
se realiza con este fin en forma de un tornillo 40 que presenta un
eje hueco de diámetro adaptado al diámetro del vástago 114 de forma
que sea colocado alrededor del vástago. El tornillo penetra en el
paso 34 roscado del estribo 30. El tornillo 40 se rosca sobre su
pared exterior, su pared interna es lisa. El vástago 114 es liso,
el montaje entre el vástago 114 y el tornillo 40 es deslizante, la
unión entre los dos elementos se realiza por pinzamiento
(adherencia) del tornillo 40 sobre el vástago 114 con la ayuda de
los tornillos 62 y 63 alojados en la cabeza 41 del tornillo.
El tornillo 40 puede así ser montado o bajado
alrededor del vástago 114. Una contra tuerca 50 se sitúa por encima
del paso previsto en el estribo 30 para fijar la posición del
tornillo cuando este último se regula.
La cabeza 41 del tornillo 40 es ranurada y forma
varias partes que presentan una elasticidad que cuando las mismas
se aprietan provocan un pinzamiento del vástago 114. Con este fin,
la cabeza 41 del tornillo comprende dos alojamientos diametralmente
opuestos con relación al eje del vástago 114 para el paso de los dos
tornillos 62 y 63 dispuestos en oposición con el fin de asegurar el
apriete de las partes de esta cabeza alrededor del vástago 114.
Las barras 21, 22 y el tornillo 40 son de un
material con coeficiente de dilatación térmica muy bajo como por
ejemplo el Invar®.
El resonador 10 a saber la cavidad 11, sus
alerones 115, 116 y la caperuza 112 están hechos de un material que
presenta un poder de disipación térmica elevado como por ejemplo el
aluminio pero con coeficientes de dilatación térmica superior al de
las barras 21 y 22 y del tornillo 40.
El sistema de compensación en temperatura
comprende las dos barras unidas con la cavidad e igualmente con la
caperuza por medio del estribo y del tornillo.
La posición del tornillo 40 se regula por
mediciones de frecuencia de resonancia realizadas en condiciones
reales de funcionamiento del resonador, es decir después de haber
sometido el resonador a temperaturas en las cuales será llevado a
funcionar.
Así cuando la cavidad tiende a alargarse bajo
los efectos de un aumento de la temperatura, las barras y el
tornillo ejercen tensiones que aseguran presiones en el eje de la
caperuza que provocan una deformación de esta última.
La frecuencia de resonancia permanece
comprendida en una horquilla predeterminada de valores. Se procede
entonces a la regulación de la compensación atornillando o
desatornillando el tornillo 40 con el fin de llevar la frecuencia
de resonancia al valor predefinido.
El dispositivo de regulación 40 ofrece una
latitud de proximidades +/-10% sobre la compensación nominal
ejercida por los barras y el tornillo, obteniéndose esta latitud
ajustando la posición del tornillo.
La figura 2 ilustra una vista de conjunto de un
dispositivo según la invención. En este ejemplo el resonador
comprende dos cavidades resonantes que se acoplan y llevan
respectivamente las referencias 10 y 90. Cada cavidad resonante
está equipada con un sistema de compensación en temperatura 20 y por
un dispositivo de regulación de la compensación 40 conforme a la
presente invención. La entrada de señal es visible en la cavidad 90
y lleva la referencia 91. Los tornillos de apriete 62, 63 del
vástago 114 son visibles en esta figura y en la figura 3.
La figura 3 permite ilustrar la conformación de
la cabeza 41 del tornillo 40 de regulación de la compensación.
Claims (8)
1. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad (10) con una frecuencia
de resonancia predefinida, comprendiendo el dispositivo igualmente
un sistema de compensación en temperatura (20) realizado en un
material con coeficiente de dilatación térmica muy bajo con relación
al del material con el cual se realiza la cavidad, comprendiendo el
indicado sistema de compensación en temperatura (20) una estructura
que permite contra reaccionar a los efectos inducidos sobre el
resonador por variaciones de temperatura de forma que la frecuencia
de resonancia de la cavidad permanezca comprendida dentro de un
margen predeterminado, incluyendo la cavidad (10) una pared
cilíndrica que presenta un eje longitudinal (A) y dos extremos
opuestos de los cuales uno es obturado por una caperuza (113)
deformable y el sistema de compensación en temperatura está
acoplado con el resonador con el fin de ejercer fuerzas sobre la
caperuza de la cavidad, según un eje correspondiente al eje
longitudinal (A) de la cavidad, caracterizado porque el
sistema de compensación en temperatura (20) comprende dos barras
(21, 22) constituidas por un material que tiene un coeficiente de
dilatación térmica muy bajo, estando estas barras dispuestas de
forma diametralmente opuesta alrededor de la cavidad y de un lado a
otro de la base de la caperuza (112) y estando acopladas entre si
por encima de esta base por medio de un estribo (30), presentando
la cavidad dos alerones (115, 116) en cada uno de los cuales se
fija una de las barras.
2. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
1, caracterizado porque comprende además un dispositivo de
regulación de la compensación (40) en temperatura apto para
corregir el volumen de la cavidad para regular el valor de la
frecuencia de resonancia a su valor predefinido cuando la
compensación no es suficiente, acoplándose entre si el sistema de
compensación en temperatura y el dispositivo de regulación de la
compensación en temperatura y acoplándose con el resonador con el
fin de ejercer fuerzas sobre la caperuza de la cavidad, según un
eje correspondiente al eje longitudinal (A) de la cavidad.
3. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
2, caracterizado porque la caperuza comprende una base (112)
que obtura un extremo de la cavidad y un vástago (114) contiguo a
la base y que se extiende fuera de la cavidad según el eje
longitudinal de esta última, estando el dispositivo de regulación
de la compensación dispuesto alrededor de este vástago y estando
constituido por un elemento (40) constitutivo del sistema de
compensación en temperatura (20).
4. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
3, caracterizado porque el dispositivo de regulación de la
compensación (40) se realiza por medio de un tornillo de eje hueco
por el interior del cual pasa el vástago (114) de la caperuza,
estando hecho el tornillo en un material con coeficiente de
dilatación térmica muy bajo e incluyendo un roscado (60) sobre su
pared externa.
5. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
4, caracterizado porque el estribo (30) está provisto de un
paso roscado (34) para el tornillo de eje hueco (40) y el vástago
(114) de la caperuza que atraviesa el tornillo.
6. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
5, caracterizado porque el dispositivo de regulación de la
compensación (40) comprende una contra-tuerca (50)
roscada por encima del estribo (30) alrededor del tornillo (40).
7. Dispositivo que comprende un resonador de
micro-ondas provisto de al menos una cavidad según
la reivindicación 6, caracterizado porque la pared que forma
la cavidad del resonador y sus alerones se realiza en aluminio.
8. Dispositivo que comprende un resonador de
microondas provisto de al menos una cavidad según la reivindicación
4, caracterizado porque el tornillo de regulación de la
compensación se realiza en Invar.
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