ES2199703T3 - Dispositivo que actua como filtro antiparasitos y descargador de corrientes. - Google Patents

Abstract

Instalación de pararrayos y filtro antiparasitario (1) en un conductor coaxial para la transferencia de señales de alta frecuencia, comprendiendo una caja (2) con dos conectadores (7, 8), en que la caja (2) forma un conductor exterior (4) unido con una masa, un conductor interior (3) que pasa a través de la caja (2) y una conexión de cortocircuito (5, 6) entre el conductor interior (3) y la caja (2), caracterizada por el hecho de que la conexión de cortocircuito consta de dos conductores de cortocircuito (5,6), que están dispuestos aproximadamente paralelos al conductor interior (3), de manera que un extremo (10,11) de cada uno de ambos conductores de cortocircuito (5, 6) están unidos con el conductor interior (3) en dos zonas (12,13) dispuestas separadas una de otra, mientras que los otros dos extremos (14,15) de ambos conductores de cortocircuito (5,6) están orientados uno hacia al otro y unidos con la caja (2) a través de elementos de conexión (16,17).

Description

Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes.

El invento hace referencia a un dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes en una línea coaxial, empleado para transmitir señales de alta frecuencia, y que comprende una carcasa con dos conectores -de modo que la carcasa forma un conductor exterior conectado a masa-, un conductor interior que atraviesa la carcasa y un circuito derivado entre el conductor interior y la carcasa.

Los dispositivos antiparásitos y descargadores de este tipo son conocidos; se emplean para proteger módulos, aparatos o equipos conectados eléctricamente -por ejemplo líneas coaxiales en instalaciones de telecomunicación- frente a impulsos electromagnéticos, sobretensiones y/o corrientes de rayo. Los impulsos electromagnéticos de origen antropogénico pueden ser generados por motores, alternadores, fuentes de alimentación o, por ejemplo, en relación con fenómenos nucleares; por otro lado, los impulsos de origen natural pueden derivarse, por ejemplo, de impactos de rayo directos o indirectos. Los circuitos de protección conocidos se suelen situar en el lado de entrada de los módulos, aparatos o equipos; los sistemas, en ese caso, pueden basarse en la descarga o en la reflexión de los impulsos.

En la patente EP-938.166 se describe un descargador de impulsos electromagnéticos de este tipo. Dicho descargador presenta una carcasa que sirve como conductor exterior y que está conectada a masa. En una primera parte de la carcasa, que posee la misma dirección que el eje de entrada de un cable coaxial, se ha introducido un conductor interior. En la segunda parte de la misma, perpendicular a la primera, se encuentra un conductor de derivación \lambda/4, el cual conecta el conductor interior con la carcasa. Este diseño en T ya conocido garantiza, llevando a cabo las configuraciones y disposiciones geométricas ya conocidas, una muy buena protección de los aparatos, módulos o equipos conectados. Los descargadores de impulsos electromagnéticos de este tipo deben cumplir con las normas internacionales; por ejemplo, deben satisfacer los requisitos establecidos por la norma IEC. A pesar del buen funcionamiento general de dichos descargadores, éstos presentan la desventaja de que -a través del conductor interior- transmiten un impulso residual, y por tanto una energía residual, a los módulos, aparatos o equipos conectados. Otro inconveniente consiste en que la parte perpendicular de la carcasa -que acoge en su interior el conductor \lambda/4- es, en proporción, bastante grande, y obliga a que el diseño general del descargador sea demasiado voluminoso. A menudo, el montaje de los descargadores de este tipo plantea dificultades importantes debido a las restricciones que impone la parte perpendicular, que dista \lambda/4, y que obliga a que las piezas que lo rodean mantengan la correspondiente distancia con dicha parte. Esta peculiar forma constructiva del descargador impide asimismo cubrirlo con un tubo retráctil para evitar influencias del entorno, así que en la práctica se envuelve con bandas anticorrosivas, lo que eleva los costes.

El documento FR-A-2092319 presenta un dispositivo según el concepto general de la reivindicación 1.

El objeto del presente invento es, por tanto, lograr un dispositivo que actúe como filtro antiparásitos y descargador de corrientes en el que se reduzcan considerablemente los pulsos y energías residuales, en el que la carcasa no presente una pieza que deba instalarse en perpendicular y en el que el conjunto del montaje sea compacto y simétrico respecto a un eje central.

Dicho objeto se alcanza mediante las características definidas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1. Otras configuraciones ventajosas del invento quedan definidas por las características señaladas en las reivindicaciones dependientes.

En el dispositivo según el invento, los ejes longitudinales del conductor interior y del circuito derivado -en el tramo entre el conductor interior y la carcasa- son aproximadamente paralelos. Al mismo tiempo, ambos ejes longitudinales mencionados son paralelos al eje longitudinal del dispositivo, es decir, de la carcasa. Todas las piezas fundamentales del dispositivo se sitúan alrededor del eje longitudinal de la carcasa de tal modo que ésta pueda ser concéntrica respecto a dicho eje. Esta configuración conlleva un diseño cilíndrico y compacto del dispositivo; las salidas y entradas para los cables, es decir, para los correspondientes conectores, se sitúan por tanto sobre un mismo eje, que coincide con el eje longitudinal de la carcasa. Pueden obtenerse más ventajas situando dos conductores de derivación en direcciones opuestas, formando un circuito derivado entre los conductores interior y exterior. Si se derivan a masa los impulsos de corriente -originados por un rayo o por otro fenómeno electromagnético- mediante dichos conductores de derivación, se eliminan parcialmente las tensiones originadas por efecto inductivo. En consecuencia, los pulsos y las energías residuales que actúan a la salida del dispositivo se ven reducidos considerablemente. Las mediciones llevadas a cabo para comparar la efectividad del invento con la del dispositivo tradicional -con un descargador perpendicular que dista \lambda/4- en el mismo rango de potencias, mostraron que, por ejemplo, la solución según el invento permite reducir los pulsos de tensión residual a una cuarta parte y la energía residual a una treintava. Dichos factores de reducción pueden variar significativamente en función de la forma y el material de cada pieza. Pero, en cualquier caso, se alcanza una considerable reducción de los pulsos y la energía residuales.

Otras ventajas de la solución según el invento se desprenden del hecho de que ambos conductores de derivación no presentan la longitud usual de los descargadores \lambda/4: en efecto, la longitud geométrica de los conductores de derivación puede reducirse gracias a la configuración propuesta por el invento y a la situación de las zonas de conexión entre el conductor interior y ambos conductores de derivación (en sus extremos exteriores). Así pues, se montan los denominados conductores de derivación \lambda/4 prolongados eléctricamente. En un circuito equivalente, cada conductor de derivación presenta un condensador y una inductancia conectados en paralelo. Dicha configuración genera un amplio campo de acción del aparato, por ejemplo para señales de frecuencias altas de entre 1,7 y 2,5 GHz. No obstante, puede adaptarse el aparato para otros intervalos de frecuencia, sin más que modificar los condensadores y las inductancias en el conductor interior y en los conductores de derivación. Añadiendo un filtro de paso alto en el conductor interior, concretamente en el lado donde se conecta al aparato, pueden reducirse todavía más las energías residuales. La significativa reducción del pulso residual -conseguida mediante la solución según el invento- permite prescindir de los circuitos de protección, necesarios en otras soluciones conocidas.

La solución según el invento también permite
-además del diseño compacto y concéntrico- instalar elementos adicionales descargadores de impulsos entre los extremos de los conductores de derivación y la carcasa. Dichos elementos adicionales pueden ser, por ejemplo, descargadores de gas, varistores o diodos, y están desacoplados a la frecuencia de trabajo del dispositivo. Esta configuración permite transmitir tensiones de alimentación. De este modo, el dispositivo puede emplearse para desacoplar los correspondientes elementos descargadores de impulsos en el rango de las radiofrecuencias sin empeorar el comportamiento de intermodulación.

En lo sucesivo, el invento se explicará más detalladamente a través de varias formas de realización -a modo de ejemplo- y las figuras asociadas a ellas. Dichas figuras muestran lo siguiente:

- En la figura 1 se muestra una sección longitudinal de un dispositivo según el invento;

- En la figura 2 se muestra una sección transversal según la línea I-I de la figura 1;

- En la figura 3 se muestra una sección transversal según la línea II-II de la figura 1;

- En la figura 4 se muestra un circuito equivalente para el dispositivo según la figura 1;

- En la figura 5 se muestra un circuito equivalente para un dispositivo según la figura 1 con un filtro de paso alto adicional;

- En la figura 6 se muestra un circuito equivalente según la figura 1 con un filtro de paso alto adicional, un elemento de descarga adicional y una fuente de alimentación de CC.

La figura 1 muestra una sección longitudinal de un dispositivo 1 que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes con conectores 7, 8 para cable coaxial a ambos lados. El cable coaxial, que no se representa, sirve, por ejemplo, como conexión entre una antena y un equipo emisor/receptor con aparatos similares. Los conectores 7, 8 son elementos conocidos y parcialmente normalizados que presentan elementos de conexión tanto en su lado de entrada 19 como en el de salida 18. Así, por un lado, puede conectarse el conductor interior del cable con el conductor interior 3 del dispositivo 1 -a través del elemento 21- y, por otro, puede conectarse el conductor exterior del cable con la carcasa 2 mediante una conexión mecánica 22. La carcasa 2 constituye así el conductor exterior 4 del dispositivo 1. Ambos elementos de conexión 21 se sitúan sobre el eje longitudinal 9 del dispositivo 1 -o de la carcasa 2- y se encuentran afianzados en la carcasa 2 mediante discos aislantes 23. La parte interior 24 de los elementos de conexión 21 es conductora y se encuentra conectada -enroscada o soldada, por ejemplo- a uno de los discos 25, 26. Dichos discos 25, 26 son de un material conductor -metálicos, en particular-, por ejemplo de latón, y se sitúan en la misma dirección que el eje longitudinal 9 de la carcasa 2 y separados una cierta distancia entre sí; los discos 25, 26 forman además puntos de conexión 12, 13 entre el conductor interior 3 y los dos conductores de derivación 5, 6. El conductor interior 3 es paralelo al eje longitudinal 9 de la carcasa 2 y guarda una distancia respecto a ésta. En el ejemplo representado, el conductor interior del dispositivo 1 está formado por los elementos de conexión 21, parte de los discos 25, 26 y el conductor interior 3. El conductor interior presenta, a lo largo de su longitud, distintas variaciones geométricas, por lo que se generan distintos valores de reactancia, es decir, se generan distintos valores de inductancia y capacidad. Ambos conductores de derivación 5, 6 son aproximadamente paralelos al eje longitudinal 9 de la carcasa 2 y guardan asimismo una cierta distancia respecto a ésta. Los extremos exteriores 10, 11 de ambos conductores de derivación 5, 6 poseen direcciones opuestas y están conectados eléctricamente con la carcasa 2 mediante una pieza de contacto 16. En el ejemplo representado, ambos conductores de derivación 5, 6 y la pieza de contacto 16 forman un sola pieza. Ambos conductores de derivación 5, 6 y las partes correspondientes de los discos 25, 26 forman un circuito derivado entre el conductor interior 3 y la carcasa 2. Ajustando las dimensiones geométricas de dichos elementos -existe un método ya conocido- y variando el dieléctrico 20 puede fijarse la anchura de la banda de frecuencias deseada para el funcionamiento del dispositivo. Con el fin de mejorar sus propiedades eléctricas, el conductor interior 3 y los conductores de derivación 5, 6 están rodeados, al menos parcialmente, por un cuerpo aislante 27. En ciertas zonas, ya sea entre la carcasa 2 y el conductor interior 3, o bien entre los conductores de derivación 5, 6 y los discos 25, 26, se tiene aire como dieléctrico. La carcasa 2 cuenta con una brida 28 y una unión roscada 29 para, por ejemplo, poderla colocar y fijar a la pared conductora de un aparato. La descarga de los impulsos, en ese caso, tiene lugar a través de dicha pared y la conexión equipotencial.

En la figura 2 se muestra una sección transversal del dispositivo 1 a largo de la línea I-I de la figura 1. Puede reconocerse el disco 26, en el centro del cual se ha introducido la parte interior 24 del elemento de conexión 21, al que está conectado. El extremo exterior 11 del conductor de derivación 6 está desplazado hacia fuera y la zona 13 del conductor interior 3 también está conectada con el disco 26. El disco 26 está rodeado concéntricamente por la carcasa 2; entre el disco 26 y la carcasa 2 se encuentra el dieléctrico 20, que en la zona representada es aire.

En la figura 3 se representa otra sección transversal del dispositivo 1, en este caso a lo largo de la línea II-II de la figura 1. Pueden reconocerse el conductor interior 3 y el conductor de derivación 6, los cuales son aproximadamente paralelos entre sí y también al eje longitudinal 9. Tanto el conductor interior 3 como los conductores de derivación 5, 6 están rodeados por el dieléctrico 20, que en esta zona es el cuerpo aislante 27 que, por ejemplo, puede ser de teflón.

El dispositivo según el invento que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes, tal y como se representa en las figuras 1-3, presenta unas dimensiones compactas y mínimas. Esto permite empaquetar las líneas con una densidad elevada y sin necesidad de más elementos constructivos. La carcasa 2 -y por tanto el conjunto del dispositivo 1- puede ser cilíndrica, por lo que puede introducirse en orificios redondos; no es necesario introducir el dispositivo con una orientación específica. Las entradas de línea colindantes pueden disponerse juntas, sin que por ello interfieran entre sí los elementos individuales del dispositivo 1 y sin que se produzcan averías. Este tipo de diseño puede protegerse fácilmente del entorno mediante un tubo retráctil. Al mismo tiempo, el dispositivo 1 según el invento presenta pulsos y energías residuales muy reducidos. Por ejemplo, si se somete al dispositivo 1 que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes a una corriente normalizada con una forma de onda de 8/20 \mus, el pulso residual de tensión remanente es de alrededor de 16 V y aprox. 13 \muJ a 25 kA. Si se somete a un dispositivo común con un conductor de derivación perpendicular \lambda/4 a la misma prueba -y para el mismo intervalo de frecuencias-, el pulso de tensión residual es de 70 V y aprox. 430 \muJ a 25 kA. Además, el dispositivo 1 de ejemplo según el invento posee un intervalo de frecuencias de entre 1,7 y 2,5 GHz. Este ancho de banda permite su utilización en todo el rango del conector, que va desde 400 MHz hasta la frecuencia límite superior. El diámetro exterior de la carcasa 2 representada en el ejemplo es, con dicho conector, de 29 mm, mientras que la longitud total del dispositivo 1 -con los elementos de conexión 21- es de 72 mm. Dichas medidas variarán dependiendo del intervalo de utilización y de los conectores empleados, así como en función del intervalo de altas frecuencias que deba transmitirse.

La figura 4 muestra un circuito equivalente para el dispositivo 1 de altas frecuencias mostrado en la figura 1. El conductor interior 3 y el conductor exterior 4 se sitúan entre el lado de entrada 19 y el de salida 18. Ambos lados de salida y entrada 18, 19 se definen según la dirección del pulso, es decir, el lado de entrada 19 está dirigido, por ejemplo, hacia la antena, mientras que el de salida 18 hacia el aparato que debe protegerse. El circuito principal, que transcurre por el interior del conductor interior 3, engloba un condensador 30, una inductancia 32, un condensador 34, una inductancia 33 y otro condensador 31. Los valores de reactancia de dichos elementos son diversos. Cada conductor de derivación 5, 6 se representa en el circuito equivalente mediante una inductancia 35 y un condensador 36 conectados en paralelo. El conductor exterior 4 -y por tanto la carcasa 2- están conectados a masa.

En la figura 5 se ha representado el mismo circuito equivalente de la figura 4; no obstante, se ha añadido un condensador 37 antes de la salida 18 de la línea principal, es decir, del conductor interior 3. Dicho condensador 37 constituye -tal y como es sabido- un filtro de paso alto y sirve para reducir todavía más las energías residuales.

En la figura 6 se muestra el circuito equivalente para un dispositivo según el invento 1 que cuenta con un alimentador de corriente continua 38. Además de los elementos ya descritos en las figuras 4 y 5, esta configuración presenta un elemento descargador de impulsos 39 y otro condensador 40. El elemento descargador de impulsos 39 -que puede tratarse de un descargador de gas, un varistor o un diodo- se conecta entre los lados de salida 14, 15 de los conductores de derivación 5, 6 y el conductor exterior 4, es decir, la carcasa 2. Dicho dispositivo descargador 39 se encuentra desacoplado en el intervalo de frecuencias de transmisión.

Los componentes equivalentes discretos representados en los circuitos equivalentes de las figuras 4, 5, 6 pueden ser elementos físicos reales o bien generarse mediante diferentes longitudes de cable e impedancias, tal y como se representa en el ejemplo según la figura 1.

Claims (11)

1. Dispositivo (1) que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes en una línea coaxial, empleado para transmitir señales de alta frecuencia, que comprende una carcasa (2) con dos conectores (7, 8) -de modo que la carcasa (2) forma un conductor exterior (4) conectado a masa-, un conductor interior (3) que atraviesa la carcasa (2) y un circuito derivado (5, 6) entre el conductor interior (3) y la carcasa (2), de modo que el circuito derivado está formado por dos conductores de derivación (5, 6), caracterizado por el hecho de que los conductores de derivación son aproximadamente paralelos al conductor interior (3), por el hecho de que los extremos (10, 11) de dichos conductores de derivación (5, 6) están conectados al conductor interior (3) en dos puntos (12, 13) separados entre sí, y por el hecho de que ambos extremos (14, 15) de los conductores de derivación (5, 6) poseen direcciones opuestas y están conectados a la carcasa (2) mediante elementos de conexión (16, 17).

2. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que cada conductor de derivación (5, 6) comprende un condensador (36) y una inductancia (35) que forman un circuito oscilante en paralelo.

3. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que en la zona de los puntos de conexión (12, 13), concretamente entre el conductor (3) y los conductores de derivación (5, 6), se sitúa un conductor (30, 31), y por el hecho de que el conductor interior (3) presenta otro condensador (34) y al menos una inductancia (32, 33) entre ambos puntos de conexión (12, 13).

4. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 3, caracterizado por el hecho de que en el lado de salida (18) del conductor interior (3) se prevé un filtro de paso alto (37).

5. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 4, caracterizado por el hecho de que entre los dos extremos con direcciones opuestas (14, 15) de los conductores de derivación (5, 6) y la carcasa (2) se conecta un condensador (40) y, en paralelo a éste, un elemento adicional descargador de impulsos (39).

6. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 5, caracterizado por el hecho de que entre el conductor interior (3) y los conductores de derivación (5, 6), por un lado, y el conductor interior y la carcasa (2), por otro, se encuentra un dieléctrico (20).

7. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 6, caracterizado por el hecho de que, a excepción de los elementos de conexión (16, 17), todos los elementos funcionales del dispositivo situados entre los conductores de derivación (5, 6) y la carcasa (2) son concéntricos respecto al eje longitudinal (9) del dispositivo (1) o bien paralelos a él.

8. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 7, caracterizado por el hecho de que los conductores de derivación (5, 6) son conductores \lambda/4 prolongados eléctricamente.

9. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 8, caracterizado por el hecho de que los distintos tramos de los conductores de derivación (5, 6) y de los elementos de conexión (25, 26) determinan el ancho de banda y el intervalo de frecuencias de la transmisión de alta frecuencia.

10. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según una de las la reivindicaciones de la 1 a la 9, caracterizado por el hecho de que los distintos tramos del conductor interior (3) y del dieléctrico (20) determinan las características del ancho de banda de la transmisión de alta frecuencia.

11. Dispositivo que actúa como filtro antiparásitos y descargador de corrientes según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que el elemento descargador de impulsos (39) es un descargador de gas o un varistor o un diodo, y por el hecho de que sobre el elemento descargador de impulsos (39) y el condensador (40) se encuentra un alimentador de corriente continua.