CN102884678A - 天线接收器防雷保护装置和包括该装置的飞机 - Google Patents

Abstract

天线接收器的防雷保护装置（25）包括与天线连接的同轴电缆（35、65）的屏蔽套（40、70）和与该屏蔽套串联安装的高通滤波器，该高通滤波器适于限制在所述同轴电缆上流动的低频能量，对于所述接收器所使用的最低频率，所述高通滤波器包括电容器（30、50、55）和低于1欧姆的电感，所述电容器由至少一埋置在印刷电路中的导体材料层形成。在一些实施方式中，电容器由包括至少两个接地面（50、55）的印刷电路（30）形成，每个接地面与同轴电缆的一连接器（80、85）的地线连接。例如，印刷电路包括至少一夹置在两个导体材料层之间的强渗透性材料层。

Description

天线接收器防雷保护装置和包括该装置的飞机

技术领域

本发明涉及飞机中的天线接收器的防雷保护装置和包括该装置的飞机。本发明特别应用于机身包括电绝缘材料、尤其是复合材料的飞机。

背景技术

飞机机身上安装有许多天线。但是，对于机身设计而言复合材料使用的普及就导电方面导致许多困难。特别地，可以将天线固定至机身的天线金属支座与该支座固定在其上的复合板之间显示出具有很大接触电阻。这些电阻的数量级为十来兆欧。雷击产生时，该非常高的电阻导致电流在与天线连接的同轴电缆上流动，对于200KA（千安培）的雷击，所述电流约为15KA，这对于连接器太具约束性。

已经考虑通过金属的缆绳或“条带”使每个天线的支座与附近框架的金属镀层连接。该解决方法把通过同轴电缆分流的电流限制在3KA。但是，该解决方法特别是在以下方面具有局限性：

—安装约束方面；和

—该解决方法需要框架的金属镀层，而考虑的是，在飞机的带有天线的某些部分中并没有金属镀层，这就需要大长度的缆绳以与远距离的金属镀层相连接。

发明内容

本发明的目的在于弥补这些缺陷。

为此，根据第一方面，本发明的目的在于天线接收器的防雷保护装置，其特征在于，该装置包括：

—与天线连接的同轴电缆的屏蔽套，以及

—与该屏蔽套串联安装的高通滤波器，该高通滤波器适于限制在所述同轴电缆上流动的低频能量，对于由所述接收器使用的最低频率，高通滤波器包括低于1欧姆的电感与电容为至少1nF的电容器，所述电容器由至少一埋置在印刷电路中的导体材料层形成。

因此，电容器在天线的频率范围内具有足够小的阻抗，以便不引入不希望的驻波率，并且电容器支持大于1KV（千伏）的电压水平。

要注意的是，电容器在低频时对应高阻抗和在高频时对应低阻抗，尤其是在30MHz（兆赫兹）至1GHz（吉赫兹）的运行范围中。借助分立元件实现的电容器难以同时满足这两种要求，因为接受这些电压的元件体积比较大并因此在这些频率具有强电感性能，这将引起不可忽视的驻波率（TOS）。同样，具有弱电感性能的CMS型微型电容器不能接受高电压水平。例如，引起3nH（纳亨利）电感（元件固有电感，其加于由通路引起的电感）的电容在100MHz具有2欧姆的阻抗（CMS元件）。对于引起对接受要求电压的电容应是最小的10nH电感的电容，在100MHz得到6欧姆和在300MHz得到18欧姆。这些值对应不希望的驻波的引入。

根据一些特别特征，电容器由包括两个接地面的印刷电路形成，每个接地面与一同轴电缆连接器的地线连接。

根据一些特别特征，印刷电路包括至少一夹置在两个导体材料层之间的强渗透性材料层。

根据一些特别特征，印刷电路包括串联安装的多个夹置在导体材料层之间的高电容率材料层。

因此，将电压约束分配在不同层上。另外，该串联电容构型将接收器中的电流约束转换为电容器端子上的电压约束。

根据一些特别特征，分开电容器的板片的材料的相对电容率大于4。

根据一些特别特征，电容器在其板片之间的厚度大于4微米。

根据一些特别特征，电容器板片的面积大于1平方厘米。

根据一些特别特征，所述电容器集成在同轴电缆的连接器内。

根据一些特别特征，所述电容器集成在所述同轴电缆中。

根据第二方面，本发明的目的在于包括至少一天线和至少一如上面简要陈述的天线接收器的防雷保护装置的飞机。

该飞机的优点、目的和特别特征与如上面简要陈述的本发明的目标装置的优点、目的和特别特征类似，这里对其不再重复。

附图说明

从通过参照附图以完全非限定性的和解释的目的进行的接下来的描述中，突显出本发明的其它的优点、目的和特征，其中：

—图1示意性地表示本发明对象飞机的特殊实施方式，该飞机包括多个本发明对象防雷保护装置，

—图2示意性地表示本发明对象防雷保护装置的特殊实施方式，以及

—图3至8表示阻抗随频率变化的曲线图。

具体实施方式

作为前提要注意的是，这些图不是按比例的。

在图1中观察到飞机10，该飞机包括天线15、天线信号接收器20和防雷保护装置25。

飞机10是任意类型的：民用的或军用的、有人驾驶的或无人驾驶的。在一些优选实施方式中，飞机10具有包括电绝缘材料尤其是复合材料的机身。天线15是已知类型的。由于它们的形状和它们的定位，这些天线尤其易遭受雷击。天线信号接收器20是已知类型的。它们与航空电子设备和/或与通讯设备（未示出）相连接。每个防雷保护装置25电力地插置在一天线15与一天线信号接收器20之间。图2上表示防雷保护装置25的一特殊实施方式。

在图2所示的特殊实施方式中，防雷保护装置25建立在印刷电路或PCB（“Printed Circuit Board（印刷电路板）”的缩写）30的基础上。

在图2中观察到天线信号输入的同轴电缆35，该同轴电缆35包括导体外屏蔽套40和与天线15连接的芯线45。该电缆35通过连接器85与印刷电路30连接。在印刷电路30的另一侧，连接器80将印刷电路30与天线信号输出的同轴电缆65连接，同轴电缆65的另一端与天线信号接收器20连接。同轴电缆65具有导体外屏蔽套70和芯线75。

印刷电路30包括是铜层的两个接地面50和55。连接器80和85的地线借助通道（vias）即金属化孔眼，分别地与接地面55和50电连接。

如此得到将电容器集成到印刷电路中，同时保持同轴结构，这样可以避免与电容器串联安装的电感器并可以保持天线与它的接收器之间的特征阻抗。为了信号自天线或向天线的良好传输，将根据接受的驻波率选择足够的电容值。

印刷电路包括夹置在两个铜层之间的强渗透性材料层，例如“C-ply（埋入式电容材料）”（注册商标）型，其相对电容率εr大于4，优选大约等于16。印刷电路在接地面之间的厚度e大于4微米、优选在8至16微米之间。

注意的是，在其它实施方式中，电容器由串联安装的多个夹置在导电面之间的高电容率材料层形成，以便使电压约束分配在不同层上。

在这点上要注意的是，串联电容器的这种构型把接收器中的电流约束转换为电容器端子上的电压约束。

因此，印刷电路30充当天线15与它的接收器20之间的界面。

要提醒的是，电容器的电容C按照以下公式计算：

C=ε_r.ε₀.S/e

在该公式中：

ε₀为真空电容率（1/36.π.10⁹），以及

S为板片面积，在此为接地面的面积。

对于厚度e=16微米，得到该材料每cm²的接地面大约为1nF（纳法）的电容，即对于100cm²面积的印刷电路，电容为100nF。

在100MHz（兆赫兹），阻抗为Z=15.10^-3欧姆

在300MHz，阻抗为Z=5.10^-3欧姆。

对于10nF（10cm²的面积）

在100MHz，阻抗为Z=150.10^-3欧姆

在300MHz，阻抗为Z=50.10^-3欧姆

对于1nF（1cm²的面积）

在300MHz，阻抗为Z=500.10^-3欧姆

优选地，板片面积大于1cm²，电容大于1nF.

装置的非电感性能允许保持低于1欧姆的阻抗，这可以限制驻波率。

提出的结构允许在低频有足够的阻抗，以限制雷击电流而不干扰从天线向它的接收器传输的功能信号，考虑功能信号在300MHz。

在没有同轴电缆下，以100pF（皮法）的电容，获得图3示出的从来源看的阻抗。同样地，以100nF的电容，获得图4示出的从来源看的阻抗。

通过将具有50.6欧姆阻抗的1m的同轴电缆插在电容器的两侧，以100pF的电容，得到图5所示的阻抗。在该情况下，电容值太小，因为其在100MHz周围太有影响力了。

通过将具有50.6欧姆阻抗的1m的同轴电缆插在电容器的两侧，以100nF的电容，得到图6所示的阻抗。

图7更确切地表示在300MHz频率周围的图6曲线。

电缆的特征阻抗为50.6欧姆，这相当于34.08dBOhm。以所述电容值，阻抗变化最大为+/-0.1dBOhm，这相当于1欧姆，即特征阻抗的2%。

该变化是由电缆不完全为50欧姆的事实造成的：实际上，如果去掉过滤电容，则得到图8所示的阻抗。

100MHz之后的振荡是由这样的事实造成的：电缆不是在任何频率都完全保持50欧姆的阻抗。因此，在装置25的过滤电容存在时观察到的振荡不是过滤电容所导致的。

在描述的实施方式中，装置25形成与同轴电缆的屏蔽套串联安装的高通滤波器，所述高通滤波器适于限制在同轴电缆上流动的低频能量。对于天线信号接收器所使用的在此为30MHz的最低频率，其包括低于1欧姆的电感和至少1nF的电容。因此，装置25在天线的频率范围内具有足够低的阻抗，以不引起不希望的驻波率。另外，装置25支持大于1KV（千伏）的电压水平。

Claims (10)

1.天线（15）的接收器（20）的防雷保护装置（25），其特征在于，所述防雷保护装置包括：

—与所述天线连接的同轴电缆（35、65）的屏蔽套（40、70），以及

—与所述屏蔽套串联安装的高通滤波器，所述高通滤波器适于限制在所述同轴电缆上流动的低频能量，对于所述接收器所使用的最低频率，所述高通滤波器具有低于1欧姆的电感和至少1nF的电容器（30、50、55），所述电容器由至少一埋置在印刷电路中的导体材料层形成。

2.如权利要求1所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述电容器（30、50、55）由包括两个接地面（50、55）的印刷电路（30）形成，每个接地面与同轴电缆（35、65）的一连接器（80、85）的地线相连接。

3.如权利要求1或2所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述印刷电路（30）包括至少一夹置在两个导体材料层之间的强渗透性材料层。

4.如权利要求1至3中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述印刷电路（30）包括串联安装的多个夹置在导体材料层之间的高电容率材料层。

5.如权利要求1至4中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述电容器集成在所述同轴电缆的连接器中。

6.如权利要求1至5中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述电容器集成在所述同轴电缆中。

7.如权利要求1至6中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，分开所述电容器（30、50、55）的板片的材料的相对电容率大于4。

8.如权利要求1至7中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述电容器在它的板片（50、55）之间的厚度大于4微米。

9.如权利要求1至8中任一项所述的天线的接收器的防雷保护装置（25），其特征在于，所述电容器的板片（50、55）的面积大于1平方厘米。

10.飞机（10），其包括至少一天线（15）和至少一根据权利要求1至9中任一项所述的天线的接收器（20）的防雷保护装置（25）。

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