ITMI20070611A1

ITMI20070611A1 - Sistema riscaldante per antenne a microonde montate a bordo di locomotori ferroviari

Info

Publication number: ITMI20070611A1
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Giorgi
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2007-03-27
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2008-09-28
Also published as: WO2008118681A1

Description

Descrizione

"Sistema riscaldante per antenne a microonde montate a bordo di locomotori ferroviari"

Scopo della presente invenzione è di fornire un sistema riscaldante per antenne a microonde GETS da montare su locomotori ferroviari.

CAMPO DI APPLICAZIONE

La RT si applica al sistema SSC(Sistema Supporto alla Condotta).

Descrizione

Il ricevitore cui si riferisce la presente invenzione è un sistema elettronico di ricezione facente parte di un sistema di comunicazione Terra-Bordo per ripetizione di segnali nel campo ferroviario.

La Frequenza di lavoro della portante del sistema è generalmente nella banda ISM (Industriale, Scientifico, Medicale) 5.725- 5.825 GHz, Tale ricevitore è l'elemento che è istallato a bordo del locomotore.

Coi sistemi di questo tipo esiste un grosso problema costituito dalla formazione e deposito di strati di neve e ghiaccio sull'antenna ricevente.

Alla frequenza di lavoro nella banda ISM 5.725- 5.825 GHz depositi di ghiaccio e neve sul radomo del ricevitore creano una alterazione di tutte le proprietà elettromagnetiche dell'antenna: deformazione del diagramma di radiazione, elevata riduzione del guadagno e disadattamento .

Per migliorare l'affidabilità del sistema di comunicazione è dunque necessario un sistema riscaldante che agisca come:

- sistema di disgelo; sciogliendo, una volta attivato, il ghiaccio o la neve depositati sopra il radomo

- sistema di anti-ghiaccio: mantenendo pre-riscaldato il radomo del ricevitore in modo da evitare l'attecchimento della neve o del ghiaccio.

Tale sistema deve mantenere inalterate il più possibile le caratteristiche elettromagnetiche dell'antenna e le caratteristiche tecniche del prodotto: economia e facilità di installazione.

Si deve definire quindi un criterio di accettazione rispetto all'intrusìvità del sistema di disgelo. Un criterio significativo può ad esempio essere quello riportato nella tabella 1, nella quale sono evidenziate le caratteristiche dell'antenna ricevente e in cui è evidenziato che la variazione dei lobi non deve essere superiore a ± 5° del fascio a 3dB per i piani E,H del diagramma di radiazione.

Tabella 1

Le caratteristiche meccaniche, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, del ricevitore sono le seguenti:

<♦>Dimensioni (mm): 206 {Φmax) x 47 (h)

* Peso (Kg): 0.6 circa

Il ricevitore è costituito da una antenna a patch integrata su circuito stampato con la relativa elettronica di ricezione. Questo sistema è alloggiato in un contenitore plastico (radomo o cupola) che ha la proprietà di essere permeabile alle onde elettromagnetiche .

Il ricevitore viene installato a bordo dei locomotori in posizione inclinata rispetto alla perpendicolare, preferibilmente ma non necessariamente, di 45° rispetto alla perpendicolare.

Gli elementi fondamentali dell'antenna del ricevitore per la corretta funzionalità del sistema di comunicazione Terra-Bordo sono:

* il diagramma di radiazione

* il guadagno di antenna

■ l'impedenza caratteristica dell'antenna.

Il sistema riscaldante per antenna di ricezione della presente invenzione è descrìtto qui di seguito, a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli allegati disegni nei quali:

le figure 1 e 1A mostrano rispettivamente il ricevitore in vista assonometria frontale e posteriore, secondo la presente invenzione;

la figura 2 mostra la disposizione inclinata nella posizione dì montaggio del ricevitore, secondo la presente invenzione;

la Figura 3 rappresenta il diagramma di radiazione del ricevitore; e

le Figure 4 e 4A mostrano l'intercapedine riscaldata in sezione verticale e in vista dall'alto. Il sistema riscaldante proposto a intercapedine riscaldata, permette di riscaldare in modo omogeneo tutta la superficie esterna del radomo direttamente antistante all'antenna a patch senza alterare i suoi lobi, il suo guadagno e il suo adattamento e senza surriscaldare la parte elettronica del ricevitore.

Il sistema si basa sulla creazione, all'interno della parete superiore 1 del radomo, di una intercapedine 2 di aria riscaldata,

A titolo esemplificativo ma non limitativo, la suddetta intercapedine 2 risulta isolata dall'esterno dalla parete superiore 1 del radomo - preferibilmente costituita da Imm materiale plastico - e separata dal vano interno, che alloggia la scheda elettronica 3 contenente l'antenna e il circuito elettronico, da uno spessore 4 di materiale plastico - preferibilmente di 3 mm - come illustrato in figure 4 e 4A.

L'elemento riscaldante 5 può essere costituito da un filo metallico con sezione ad esempio di tipo circolare o da una serpentina con estensione dei fili in senso ortogonale alla polarizzazione del campo elettrico generato dall'antenna. Tali configurazioni non interagiscono in modo significativo con l'antenna.

L'elemento riscaldante 5 una volta attivato cede il proprio calore sia alla plastica circostante, che però presenta una elevata resistenza termica, sia all'aria contenuta nella intercapedine 2. L'aria riscaldata in prossimità dell'elemento riscaldante 5, essendo il ricevitore inclinato, tende a salire verso l'alto; si viene cosi a creare una mìcro-turbolenza che favorisce lo scambio di calore per convezione.

Il calore tende quindi a seguire il percorso con minore resistenza termica che è quello composto dall'aria nella intercapedine 2 e dalla parete superiore 1 del radomo, mentre trova una alta resistenza termica verso il vano interno dove è alloggiata la scheda 3, a causa dello spessore 4 della plastica che agisce da coibentante. Una possibile evoluzione prevede un sistema di convezione forzata.

L'elemento riscaldante 5 è controllato elettronicamente da un convenzionale sistema a microprocessore 6 che esegue una misura della sua resistenza e quindi della sua temperatura nonché della temperatura della superficie interna della parete superiore 1 dell'intercapedine 2. In questo modo evita che l'elemento riscaldante 5 si scaldi a temperature non sostenibili dalla plastica circostante e che la temperatura del radomo scenda sotto una soglia prefissata (anti-ghiaccio) .

La maggior parte degli altri sistemi riscaldanti verrebbero necessariamente a trovarsi come ostacoli nella zona di campo vicino dell'antenna e non potrebbero quindi non interagire con le proprietà elettromagnetiche dell'antenna.

I sistemi del tipo comportanti flussi forzati di aria calda o vapore acqueo, non influirebbero sull'antenna ma sarebbero di difficile installazione a bordo del locomotore e questo comporterebbe maggiori tempi e costi del *commission" o messa in esercizio del sistema.

II sistema a intercapedine riscaldata della presente invenzione risulta quindi vantaggioso anche da un punto di vista economico perché risulta integrato nel ricevitore stesso.

Da quanto descritto, appare evidente che i concetti inventivi espressi non sono limitati all'esempio applicativo illustrato, ma possono essere vantaggiosamente adattati ad altre analoghe applicazioni.

Il campo di impiego dell'invenzione non è limitato agli esempi riportati nella precedente descrizione.

La presente invenzione è pertanto suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate, mentre i dettagli tecnici potranno variare a seconda delle esigenze.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema riscaldante per antenna ricevente a patch integrata su un circuito stampato con relativa elettronica di ricezione a microonde GETS alloggiati entro un radomo o corpo a cupola di materiale plastico permeabile alle onde elettromagnetiche, caratterizzato dal fatto che, all'interno della parete superiore del radomo, è creata una intercapedine di aria riscaldata da una resistenza elettrica che cede il proprio calore sìa al materiale plastico circostante, che però presenta una elevata resistenza termica, sia all'aria contenuta nella intercapedine.
2. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta intercapedine risulta isolata dall'esterno dallo spessore sottile in materiale plastico della parete esterna del radomo ed è separata dal vano interno, che alloggia una scheda elettronica contenente l'antenna e il circuito elettronico, da uno strato di materiale plastico di spessore limitato.
3. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l'elemento riscaldante è costituito da una re sistenza elettrica a filo metallico con una congrua forma geometrica, ad esempio di tipo circolare.
4. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l'elemento riscaldante è costituito da una serpentina con estensione dei fili in senso ortogonale alla polarizzazione del campo elettrico generato dall'antenna.
5. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il ricevitore è inclinato rispetto alla perpendicolare, per cui l'aria riscaldata in prossimità dell'elemento riscaldante tende a salire verso l'alto seguendo il percorso con minore resistenza termica venendosi così a creare una micro-turbolenza che favorisce lo scambio dì calore per convezione, mentre trova una alta resistenza termica verso il vano interno dove è alloggiata la scheda a causa dello spessore del plastica che agisce da coibentante.
6 . Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il ricevitore è inclinato rispetto alla perpendicolare preferibilmente di 45°.
7. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'elemento riscaldante è controllato elettronicamente da un sistema a microprocessore che esegue una misura della sua resistenza e quindi della sua temperatura e della temperatura della superficie interna della parete esterna dell'intercapedine.
8. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'elemento riscaldante è controllato elettronicamente in modo che il filo non si scaldi a temperature non sostenibili dalla plastica e che la temperatura del radomo non scenda sotto una soglia prefissata.
9. Sistema riscaldante per antenna ricevente secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nell'intercapedine è previsto un sistema di convezione forzata per una più ed dell'aria data.