ES2630162T3

ES2630162T3 - Blindaje

Info

Publication number: ES2630162T3
Application number: ES09768416.1T
Authority: ES
Inventors: Adrian Rowe
Original assignee: BAE Systems PLC
Current assignee: BAE Systems PLC
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2017-08-18
Anticipated expiration: 2029-12-08
Also published as: EP2374340B1; US20110241932A1; WO2010067106A1; EP2374340A1; US9125294B2; AU2009326201B2; DK2374340T3; AU2009326201A1

Abstract

Conjunto de blindaje de tarjeta de circuito impreso que comprende un blindaje (100) (100') y una tarjeta de circuito impreso, comprendiendo el blindaje: una superficie de estanqueidad (120) configurada para cooperar con y poder conectarse a una zona de estanqueidad de una tarjeta de circuito impreso; y una superficie de blindaje (110), sustancialmente paralela a, aunque desplazada de, la superficie de estanqueidad para definir de ese modo una cubierta para recibir al menos parte de la tarjeta de circuito impreso, comprendiendo la superficie de blindaje redes de perforaciones (130) formadas a través de la misma, estando configurada cada red de perforaciones para que se corresponda con una posición de uno de los componentes electrónicos montados en la tarjeta de circuito impreso; de manera que la superficie de blindaje comprende una entrada definida por la red de perforaciones configurada para permitir la entrada de fluido de refrigeración y una salida configurada para permitir la salida de fluido de refrigeración.

Description

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Blindaje

DESCRIPCION

La presente invencion se refiere al campo de los dispositivos de blindaje, en particular a un blindaje para proteger componentes electricos de una instalacion de radar.

Las unidades de emision / recepcion (TRU) de una instalacion de radar en fase utilizan amplificadores de alta potencia junto con otros componentes electricos generadores de calor. En consecuencia, la temperatura de las TRU aumenta en funcionamiento, lo que puede ser perjudicial para el rendimiento y la vida util de las mismas. Por tanto, la refrigeracion de las TRU es fundamental. Tambien es deseable minimizar el consumo de energia de la instalacion de radar en fase de manera que el calor generado por la misma se reduzca en correspondencia.

En los sistemas convencionales, las unidades se limpian con aire de refrigeracion para reducir la temperatura del entorno de funcionamiento de los componentes electricos de manera que se pueda conseguir una buena transferencia de calor a partir de los mismos. Sin embargo, se requiere un flujo de aire significativo para efectuar un nivel deseado de refrigeracion. La generacion de este flujo de aire requiere una cantidad significativa de energia y contribuye ademas a la generacion de calor. El documento US-A-5 442521 describe un conjunto de tarjeta de circuito impreso que incluye un alojamiento de blindaje con las aberturas proporcionando ventilacion para el volumen interior del alojamiento. Es deseable mejorar la refrigeracion de los componentes electricos implicados minimizando al mismo tiempo cualquier aumento de generacion de calor.

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invencion proporciona un blindaje de tarjeta de circuito impreso de acuerdo con la reivindicacion 1. La introduccion de un blindaje proporciona una mejor proteccion mecanica / fisica de componentes electronicos situados en la tarjeta de circuito impreso (TCI). Sin embargo, se esperaria que tal blindaje inhibiera el flujo de aire alrededor de los componentes y, por tanto, inhibiera su refrigeracion. Mediante la provision de un blindaje perforado que esta, en consecuencia, particularmente configurado para lograr la refrigeracion de los componentes electronicos, se puede conseguir una funcionalidad polivalente, incluyendo blindaje y refrigeracion.

Ademas, mediante la provision del blindaje en combinacion con la tarjeta de circuito impreso, se mejora la rigidez y, por tanto, el soporte de la TCI al instalar el blindaje. En particular, el blindaje proporciona proteccion durante la manipulacion de la TCI permaneciendo ligero de peso y, por tanto, minimiza el peso de carga estructural sobre una estructura de la instalacion de radar.

El desplazamiento entre la superficie de blindaje y la superficie de estanqueidad se puede seleccionar dependiendo de la altura del componente electronico. Puede proporcionarse una segunda superficie de blindaje que tiene un segundo desplazamiento. El segundo desplazamiento puede seleccionarse dependiendo de la altura de un segundo componente electronico montado en la tarjeta de circuito impreso.

El numero, la separacion, la distribucion y / o la magnitud de las perforaciones en las redes pueden configurarse cada uno en funcion de una capacidad de generacion de calor del componente electronico o de cada componente electronico.

Mediante la personalizacion de la distancia de la superficie de blindaje desde componentes particulares a refrigerar, se pueden controlar cuidadosamente las caracteristicas de una incidencia de chorro, formado durante el funcionamiento del dispositivo. Este control se potencia adicionalmente mediante la seleccion del numero de perforaciones, el patron de las perforaciones, el diametro de las perforaciones y / o la densidad de las perforaciones de tal manera que se consiga un nivel optimo de disipacion de calor.

Ademas de proporcionar proteccion fisica / mecanica, el blindaje puede estar configurado para servir como una pantalla de interferencias de radiofrecuencia y / o el blindaje puede configurarse para servir como una pantalla de interferencias electromagneticas.

El blindaje puede comprender un material metalico tal como aluminio y / o un material metalizado tal como un material compuesto, un material ceramico o un material plastico con un revestimiento metalizado. El blindaje puede fabricarse mediante formacion superplastica. En consecuencia, se logra un dispositivo muy ligero.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invencion proporciona una unidad de emision / recepcion (TRU) para una instalacion de radar que comprende:

una tarjeta de circuito impreso (TCI) que comprende un elemento de antena que tiene asociado un dipolo; y

un blindaje del tipo mencionado anteriormente, estando el blindaje conectado de manera estanca a la TCI, de manera que la TRU comprende una entrada definida por la red de perforaciones configurada para permitir la entrada de fluido refrigerante y una salida configurada para permitir la salida de fluido refrigerante.

La tarjeta de circuito impreso puede comprender una pluralidad de elementos de antena y cada elemento puede tener asociado un dipolo. La tRu puede comprender una pluralidad de entradas, cada entrada puede estar asociada

con un elemento de antena correspondiente. La TRU puede comprender una pluralidad de salidas, cada salida puede estar asociada con un elemento de antena correspondiente.

De acuerdo con un tercer aspecto, la presente invencion proporciona una instalacion de radar que comprende: un alojamiento de antena;

5 una placa delantera de red montada dentro del alojamiento de antena, comprendiendo la placa una pluralidad de aberturas a traves de la misma;

un primer colector configurado para recibir fluido refrigerante;

una unidad de emision / recepcion del tipo mencionado anteriormente, montada sobre y conectada de manera estanca a una superficie de la placa delantera de red, sobresaliendo el o cada dipolo de la TRU a traves de una 10 abertura correspondiente, estando la entrada o cada entrada de la TRU en comunicacion de fluido con el primer colector y estando la o cada salida de la TRU coposicionada con una abertura correspondiente.

La presente invencion se describira ahora con mas detalle, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompanan, en los que:

La figura 1 representa una instalacion de radar;

15 La figura 2 representa una unidad de emision / recepcion (TRU);

La figura 3 representa un blindaje para la unidad ilustrada en la figura 2;

La figura 4 representa una seccion transversal tomada a traves de X-X en la figura 2;

La figura 5 representa una vista de un modulo tomado en la vista Y representada en la figura 2; y

La figura 6 representa una seccion transversal tomada a traves de Z-Z en la figura 4.

20 La figura 1 ilustra una instalacion de radar que comprende una estructura de soporte 20 que puede estar montada, por ejemplo, sobre la cubierta o la cabeza de mastil de un barco. Una estructura de antena 30 esta montada encima de la estructura de soporte 20 mediante un mecanismo de cojinete 45. El mecanismo de cojinete 45 permite que la estructura de antena 30 gire libremente alrededor de un eje vertical 50 con respecto a la estructura de soporte 20. La estructura de antena 30 comprende un alojamiento de antena 35 junto con uno o mas radomos 40. El radomo 40 o 25 cada uno de los mismos esta hecho de un material no metalico tal como fibra de vidrio y, por tanto, es transparente a

las senales de RF mientras que el material del alojamiento 35 es sustancialmente opaco a tales senales.

La estructura de antena 30 comprende un conjunto de antena 60. En esta realizacion, el conjunto de antena 60 comprende dos caras de red 70, cada una alineada con un radomo correspondiente 40 y definiendo una camara 65 entre cada cara de red 70 y un radomo correspondiente 40. Cada cara de red 70 comprende un numero de 30 elementos de antena 75 uniformemente distribuidos a traves de la cara de red. La figura 2 ilustra una unidad de emision / recepcion (TRU) 80 que comprende cuatro elementos de antena 75. Cada elemento de antena 75 comprende un numero de componentes electronicos que incluyen un amplificador de alta potencia, un procesador de nucleo, un filtro y un componente duplexor junto con un dipolo 90. La TRU esta dispuesta de tal manera que el dipolo 90 de cada elemento de antena 75 sobresale a traves de una placa delantera de red 95 mientras que el resto 35 de la TRU 80 esta situada detras de la placa 90. Cada elemento de antena 75 representa una trayectoria de emision

/ recepcion diferente.

La figura 3a ilustra un blindaje 100 para usar en combinacion con la TRU 80 de la figura 2. El blindaje 100, en esta realizacion, esta hecho de aluminio y se fabrica mediante formacion superplastica. El blindaje 100 puede hacerse de un material alternativo, ligero, que se puede formar facilmente en geometrias complejas. Se utilizan materiales 40 ligeros para asegurar que el peso asociado a cada TRU 80 pueda mantenerse al minimo. El material debe ser electricamente conductor y por ello los materiales metalicos o metalizados se consideran adecuados.

El perfil del blindaje 100 se puede ver en la figura 3b. El blindaje 100 esta dividido en cuatro zonas 110, cada una de las cuales sirve como superficie de blindaje que tiene canales 120, cada uno de los cuales representa una superficie de estanqueidad, formados entre medias. Cuando el blindaje 100 esta colocado adyacente a, "instalado con 45 respecto a", la TRU 80 de la figura 2, cada canal 120 forma un sello con una superficie correspondiente de la TRU 80 para aislar la trayectoria de emision / recepcion de cada elemento de antena 75 desde la trayectoria de emision / recepcion de elementos de antena adyacentes. La formacion de canales 120 sirve ademas para reforzar el blindaje 100 ya que actuan como nervios. En consecuencia, el blindaje 100 inhibe la flexion de la TRU 80 ademas de proporcionar una barrera fisica o blindaje. Cada (refuerzo; blindaje, etc) sirve para proteger contra danos mecanicos 50 a los componentes electronicos de la TRU 80.

Durante el montaje, un blindaje 100 se conecta a cada unidad de emision / recepcion 80. Si la TRU 80 comprende componentes en ambos lados, se puede fijar un segundo blindaje 100’ con forma adecuada en el lado opuesto de la TRU 80.

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Redes de perforaciones 130 estan formadas a traves del espesor del blindaje 100 en las zonas 110. Cada red de perforaciones 130 esta situada de manera que se corresponda con uno de los componentes electronicos montados en la unidad 80 de emision / recepcion. En la practica, un fluido refrigerante pasa a traves de las perforaciones 130 para efectuar la refrigeracion de los componentes electronicos de la TRU 80. Al proporcionarse una red de perforaciones 130, se puede refrigerar un area superficial elevada con una cantidad relativamente pequena de fluido refrigerante incidente. Se consiguen excelentes coeficientes de transferencia de calor para un caudal de fluido refrigerante dado, m.

Ademas de la proteccion fisica de los componentes electronicos, el blindaje 100 actua como una pantalla RF y una pantalla EMC. En consecuencia, el diametro de cualesquiera perforaciones 130 debe mantenerse en un minimo para evitar fugas y mejorar las propiedades de apantallamiento del blindaje 100. Ademas, el blindaje 100 comprende un material conductor (por ejemplo, un material metalico o metalizado) para mejorar la funcionalidad de apantallamiento RF y EMC. El blindaje esta configurado para ser suficientemente rigido, de manera que se proporciona una interfaz solida a la cual, en la practica, se puede fijar una junta EMC para inhibir fugas de RF y EMC entre el blindaje 100 y la TRU 80.

La figura 4 ilustra un modulo de emision / recepcion 140 que comprende un alojamiento de modulo 150. Cada modulo de emision / recepcion 140 comprende cuatro TRU 80. Cada TRU 80 esta desplazada de una TRU adyacente, como se ilustra, para conseguir una configuracion escalonada, por lo que los elementos de antena 75 no estan alineados directamente entre si. La figura 4 representa la imagen tomada en una seccion transversal X-X, representada en la figura 2. La figura 5 representa una imagen correspondiente cuando se ve desde ‘Y’, tambien representada en la figura 2.

La figura 5 ilustra la placa delantera de red 95 que tiene aberturas rectangulares 160 formadas en la misma. Los dipolos 90, procedentes de cada elemento de antena 75 correspondiente, sobresalen a traves de aberturas 160 y hasta la camara 65 formada entre la placa delantera de red 95 y el radomo 40.

Se proporciona una serie de modulos 140 adyacentes entre si y, juntos, forman una subred. Una serie de subredes forman la cara de red 70 de la instalacion de antena 10.

Volviendo a la figura 1, el conjunto de red 60 comprende dos caras de red 70 diametralmente opuestas entre si y que forman un colector 170 entre ellas. En esta realizacion, se proporciona un ventilador 180 en una entrada al colector 170 para permitir que el fluido sea forzado al interior del colector 170 y, de ese modo, elevar la presion en su interior. Alternativamente, podria suministrarse gas a alta presion directamente al colector 170.

En la realizacion anterior, cada componente electronico tiene una profundidad similar entre si y, por tanto, unas zonas 110 son sustancialmente planas y estan separadas de una superficie del componente una distancia, d. Sin embargo, si los componentes electronicos varian en profundidad, el perfil de la zona 110 se configura en consecuencia para adaptarse a esta variacion y mantener la separacion, d, entre el blindaje 100 y cada componente o ciertos componentes. Tal perfil se ilustra en el blindaje mostrado en la figura 6.

En la practica, y con referencia a las figuras 1 y 6, se hace que el ventilador 180 gire, empujando de ese modo fluido refrigerante, por ejemplo, aire, al interior del colector 170, obligando asi a elevarse la presion que hay en el colector 170. Como el, o cada, blindaje 100, 100’ esta conectado de manera estanca a la correspondiente tRu 80, la unica via de fluido disponible para el fluido refrigerante es a traves de perforaciones 130. En virtud de la diferencia de presion a traves del blindaje 100, 100’, el fluido que pasa a traves de las perforaciones 130 es lanzado a chorro en una direccion sustancialmente perpendicular al blindaje 100, 100’. Cada chorro incide sobre los componentes electronicos situados en la TRU 80 adyacentes a las perforaciones 130 para efectuar su refrigeracion. El numero, la separacion y el diametro de las perforaciones 130 se pueden variar para generar un nivel adecuado de refrigeracion para el componente particular al que va dirigido. Ademas, se selecciona la distancia, d, entre cada zona 110 del blindaje 100, 100’ y los componentes electronicos situados en la TRU 80 para definir la longitud de impacto mas eficaz para los chorros que inciden sobre la misma.

Tal como se describe anteriormente, la refrigeracion forzada produce coeficientes de transferencia de calor muy elevados para un caudal de fluido refrigerante dado, m. El caudal global, m, se regula disenando las perforaciones 130 de manera adecuada en relacion a la presion que se puede conseguir en el colector de alta presion 170. Preferiblemente, se consiguen chorros de aproximadamente entre 20 y 30 metros por segundo.

La refrigeracion de los componentes electronicos se efectua de ese modo y el fluido refrigerante pasa despues a traves de aberturas rectangulares 160 y hacia el interior de la camara 65 a traves de la placa delantera de red 95. Posteriormente, el fluido refrigerante desciende a traves de la estructura 20 y vuelve al ventilador 180 de la unidad de aire acondicionado, como se representa en la figura 1.

Aunque la refrigeracion es fundamental, los ventiladores 180 del tipo utilizado aqui consumen un nivel significativo de energia. La energia del ventilador aumenta con la cubicacion del caudal. Al mantenerse el flujo de aire en un minimo mediante el uso de la refrigeracion forzada y, en particular, mediante el diseno cuidadoso de las perforaciones 130, en lo que se refiere al diametro, distribucion (es decir, numero de, separacion entre y patron

particular de perforaciones) junto con la separacion, d, entre blindaje 100, 100’ y TRU 80, se puede minimizar el uso de energia y la consiguiente generacion de calor.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Conjunto de blindaje de tarjeta de circuito impreso que comprende un blindaje (100) (100’) y una tarjeta de circuito impreso, comprendiendo el blindaje:

una superficie de estanqueidad (120) configurada para cooperar con y poder conectarse a una zona de estanqueidad de una tarjeta de circuito impreso; y

una superficie de blindaje (110), sustancialmente paralela a, aunque desplazada de, la superficie de estanqueidad para definir de ese modo una cubierta para recibir al menos parte de la tarjeta de circuito impreso, comprendiendo la superficie de blindaje redes de perforaciones (130) formadas a traves de la misma, estando configurada cada red de perforaciones para que se corresponda con una posicion de uno de los componentes electronicos montados en la tarjeta de circuito impreso;

de manera que la superficie de blindaje comprende una entrada definida por la red de perforaciones configurada para permitir la entrada de fluido de refrigeracion y una salida configurada para permitir la salida de fluido de refrigeracion.
2. Conjunto de blindaje segun la reivindicacion 1, en el que el desplazamiento entre la superficie de blindaje (110) y la superficie de estanqueidad (120) se selecciona en funcion de la altura del componente electronico.
3. Conjunto de blindaje segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, que comprende una segunda superficie de blindaje que tiene un segundo desplazamiento, seleccionandose el segundo desplazamiento en funcion de la altura de un segundo componente electronico montado en la tarjeta de circuito impreso.
4. Conjunto de blindaje segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno del grupo de numero, separacion, distribucion y magnitud de las perforaciones (130) en las redes se configura en funcion de una capacidad de generacion de calor del componente electronico.
5. Conjunto de blindaje segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el blindaje (100) (100’) esta configurado para servir como una pantalla de interferencias de radiofrecuencia.
6. Conjunto de blindaje segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el blindaje (100) (100’) esta configurado para servir como una pantalla de interferencias electromagneticas.
7. Conjunto de blindaje segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el blindaje (100) (100’) comprende un material metalico.
8. Conjunto de blindaje segun la reivindicacion 7, en el que el blindaje (100) (100’) comprende aluminio.
9. Conjunto de blindaje segun la reivindicacion 7, en el que el blindaje (100) (100’) comprende un material metalizado.
10. Conjunto de blindaje segun la reivindicacion 9, en el que el blindaje (100) (100’) comprende uno del grupo de un material compuesto, un material ceramico y un material plastico.
11. Conjunto de blindaje segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el blindaje (100) (100’) se fabrica mediante formacion superplastica.
12. Unidad de emision / recepcion (TRU) (80) para una instalacion de radar que comprende:

una tarjeta de circuito impreso (TCI) que comprende un elemento de antena (75) que tiene asociado un dipolo (90); y

un blindaje (100) (100’) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, estando el blindaje conectado de manera estanca a la TCI, de manera que la TRU comprende una entrada definida por las redes de perforaciones, configurada para permitir la entrada de fluido refrigerante y una salida configurada para permitir la salida del fluido refrigerante.
13. Unidad de emision / recepcion (80) segun la reivindicacion 12, en la que la tarjeta de circuito impreso comprende una pluralidad de elementos de antena (75), teniendo cada uno un dipolo (90) asociado al mismo.
14. Unidad de emision / recepcion (80) segun la reivindicacion 13, en la que la TRU comprende una pluralidad de entradas, estando cada entrada asociada con un elemento de antena correspondiente (75).
15. Unidad de emision / recepcion (80) segun la reivindicacion 13 o la reivindicacion 14, en la que la TRU comprende una pluralidad de salidas, estando cada salida asociada con un elemento de antena correspondiente (75).
16. Instalacion de radar (10) que comprende: un alojamiento de antena (35);

una placa delantera de red (95), montada dentro del alojamiento de antena, comprendiendo la placa una pluralidad de aberturas (160) a traves de la misma;

un primer colector (170) configurado para recibir fluido refrigerante;

una unidad de emision / recepcion (80) segun cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, montada sobre y 5 conectada de manera estanca a una superficie de la placa delantera de red, sobresaliendo el o cada dipolo (90) de la TRU a traves de una abertura correspondiente, estando la entrada o cada entrada de la TRU en comunicacion de fluido con el primer colector y estando la o cada salida de la TRU coposicionada con una abertura correspondiente.