MX2007004984A - Aislante polimerico termicamente conductor para dispositivo rf coaxial y metodo de fabricacion. - Google Patents

Abstract

Un aislante que soporta un conductor interior dentro del conductor exterior de un dispositivo coaxial formado a partir de una porción de una composición polimérica térmicamente conductora con una conductividad térmica de por lo menos 4 W/m-K. La porción tiene un tamaño con un diámetro exterior en contacto con el conductor exterior y una perforación central coaxial que soporta a través de la misma al conductor interior. Se pueden formar cavidades en la porción para coincidencia dieléctrica y/o para propósitos de conservación de material. El aislante puede fabricarse de manera rentable por medio de moldeado por inyección.

Description

AISLANTE POLIMERICO TERMICAMENTE CONDUCTOR PARA DISPOSITIVO RF COAXIAL Y METODO DE FABRICACION CAMPO DE LA INVENCION La invención se relaciona de manera general con mejoras en las capacidades de manejo de potencia de dispositivos RF en línea para uso con cables coaxiales. Más particularmente, la invención se relaciona con métodos y aparatos para mejorar la disipación de calor en estos dispositivos por medio de uno o varios aislantes térmicamente conductores. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Existe una escalada en la cantidad de potencia, tales como capas exteriores de sistema, que los dispositivos de RF coaxiales tales como los conectores RF y los dispositivos de descarga se requiere que manejen, lo cual a su vez incrementa el calor generado en dichos dispositivos. En particular, un elemento de bloque DC o una desviación en T aplicada al conductor interno de un dispositivo coaxial en línea generará niveles de calor significativos que, si no se disipan, pueden dañar o destruir el dispositivo. Los polímeros térmicamente conductores incorporan, por ejemplo, un material de relleno cerámico para crear un polímero con una característica de conductividad térmica muy aumentada.

Los disipadores térmicos, recintos y sobremoldeados que aplican polímeros térmicamente conductores ha sido formados de manera REF.:181198 rentable por medio de moldeado por inyección para mejorar las características de disipación de calor para componentes eléctricos y/o para módulos de circuito eléctrico. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar un aparato que corrija las deficiencias en la técnica anterior. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Las figuras anexas, las cuales se incorporan y constituyen una parte de esta especificación, ilustran modalidades de la invención y, junto con una descripción general de la invención proporcionada en lo anterior y la descripción detallada de las modalidades que se proporcionan en lo siguiente, sirve para explicar los principios de la invención . La figura 1 es una vista isométrica de un aislante ejemplar, térmicamente conductor, de acuerdo con la invención.

La figura 2 es una vista en sección de la figura 3 a lo largo de la línea A-A. La figura 3 es una vista esquemática lateral de la figura 1. La figura 4 es una vista isométrica de una modalidad alternativa de un aislante térmicamente conductor, de acuerdo con la invención. La figura 5 es una vista en sección de la figura 6 a lo largo de la línea A-A.

La figura 6 es una vista lateral de la figura 4. La figura 7 es una vista isométrica de otra modalidad alternativa de un aislante térmicamente conductor de acuerdo con la invención. La figura 8 es una vista de extremo isométrica de la figura 7. La figura 9 es un modelo térmico de un dispositivo RF coaxial que se muestra en una sección transversal isométrica, colorado en un gradiente entre rojo y azul que representa la temperatura desde calienta a frío. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los dispositivos coaxiales en línea utilizan aislantes para colocar elementos del conductor interior coaxialmente dentro del conductor exterior, sin acoplar eléctricamente los conductores interior y exterior. En la técnica anterior, el material aislante se selecciona en base principalmente en el valor dieléctrico, facilidad de fabricación y costo. Típicamente, los aislantes son politetrafluoroetileno (PTFE) , o poliéterimida (PEI) ambos con propiedades dieléctricas ventajosas pero que son relativamente no conductores térmicamente . El inventor ha reconocido que estos aislantes y cualquier espacio de aire encerrado entre el conductor interno y el conductor externo circundante genera una bolsa térmica aislada alrededor de una sección del conductor interior y cualquier dispositivo acoplado al conductor interior entre los mismos. En dispositivos de acuerdo con la invención, el efecto aislante térmico de los aislantes anteriores relativamente no conductores térmicamente puede reducirse de manera significativa por aplicación de una composición polimérica térmicamente conductora. La alta capacidad conductora térmica de estas composiciones de polímero funciona para crear una trayectoria de transferencia de calor conductora a través del aislante para transmitir calor alejándolo del conductor interno al conductor externo que opera como un disipador térmico eficaz a la atmósfera ambiente circundante. Al mejorar la disipación de calor del dispositivo, se pueden llevar a cabo mejoras en la capacidad de manejo de potencia de inicio. PTFE tiene una conductividad térmica de 1.7 W/mK; la conductividad térmica de PEI es de aproximadamente 0.9 W/mK. Para propósitos descriptivos, una composición polimérica térmicamente conductora tiene una característica de conductividad térmica de por lo menos 4 W/mK. Una composición de polímero térmicamente conductora se puede formar a partir de un polímero de base y un material de relleno térmicamente conductor. El polímero de base puede ser sulfuro de polifenileno (PPS, por sus siglas en inglés) , elastómero termoplástico (TPE, por sus siglas en inglés) , polipropileno (PP, por sus siglas en inglés) , ) , polímero de cristal líquido (LCP, por sus siglas en inglés) , o similar, y partículas de nitruro de boro, fibras de carbono o partículas cerámicas que se pueden utilizar como materiales de relleno térmicamente conductor. En una composición de polímero térmicamente conductor ejemplar, la composición de polímero térmicamente conductor incluye 30 a 60% de un polímero base, 25% a 50% de un primer material de relleno térmicamente conductor y 10 a 25% de un segundo material de relleno térmicamente conductor. Un ejemplo de una composición de polímero térmicamente conductor disponible comercialmente con propiedades dieléctricas adecuadas es CoolPoly™1 D5108 de Cool Polymers, Inc. de Warwick, RI, el cual tiene una propiedad de conductividad térmica significativamente mejorada de 10 W/mK. Una consideración de una aplicación de composición de polímero térmicamente conductor como un aislante coaxial es la ecualización de la constante dieléctrica del aislante resultante con la de la línea coaxial con la cual se pretende que se utilice. Por ejemplo, CoolPoly^ D5108 tiene una constante dieléctrica, medida a uno megahertzios , de 3.7, mientras que PTFE típicamente tiene una constante dieléctrica de aproximadamente 2. Para compensar la característica de constante dieléctrica aumentada de la composición de polímero térmicamente conductor, se debe ajustar el área en sección transversal del aislante 1. Por ejemplo, como se muestra en las figuras 1-8, un aislante 1 se puede formar con una pluralidad de receptáculos u otras cavidades 5 aplicadas para ajustar el área en sección transversal de una porción de una composición de polímero térmicamente conductor con un tamaño para hacer contacto con un conductor 15 exterior de la línea coaxial alrededor de la periferia 10 exterior y que tenga una perforación 20 central con un tamaño para hacer contacto con el conductor 25 interior. Como se muestra, por ejemplo en las figuras 7 y 8, las cavidades 5 se pueden formar en una forma en un sector de círculo, preferiblemente con cuatro cavidades 5, que generan una configuración de rayo distribuido de manera uniforme en el material remanente adaptable para separación en un molde de dos ejes durante la fabricación, por ejemplo, mediante moldeado por inyección. De manera alternativa, el aislante 10 se puede conformar en una forma cilindrica, por ejemplo, con cavidades en el extremo 30 frontal o en el extremo 35 trasero. Para mejorar las características de liberación de molde durante la fabricación vía moldeo por inyección, cada uno de los receptáculos o las cavidades se pueden formar abiertas a únicamente una cara del aislante 10. El inventor ha probado el dispositivo coaxial de desviación en T ABT-DFDM-DB de Andrew Corporation con aislantes de PTFE cilindricos sólidos, convencionales térmicamente no conductores en cada extremo. El dispositivo experimenta una falla térmica después de varios minutos de operación a 500W aproximadamente 883 MHz más una sobrecarga de 250 W a aproximadamente 1940 MHz . Cuando se utilizan únicamente los aislantes, se intercambian con los aislantes de la composición polimérica térmicamente conductora, específicamente el material térmicamente conductor CoolPoly" D5108, el dispositivo funciona en un estado estable a 117°C (244°F) bajo 160 adicionales que refleja una carga para un total de 910 W. Además, el análisis de modelado térmico de FEA se realiza en base en una carga térmica estable de 5 watts aplicada a una ruptura capacitiva 45 en el centro conductor de un dispositivo 40 de RF coaxial, el centro conductor soportado por aislantes 10 de una composición de polímero térmicamente conductora, de acuerdo con la invención. La figura 9 muestra los resultados de análisis de modelo térmico FEA, con un gradiente de color de rojo a azul, el rojo representa el área más caliente. Las indicaciones con letra se aplican a áreas representativas del modelo y a la escala de temperatura correspondiente para facilidad de revisión. El calor no disipado en el área 50 central puede haber sido acumulada y, por ejemplo, funde el elemento aislante de la ruptura 45 capacitiva o de alguna otra manera destruye térmicamente al dispositivo de acuerdo con las pruebas físicas en dispositivos coaxiales aislantes PTFE comunes, descritos en la presente en lo anterior. En contraste, la figura 9 ilustra un perfil térmico de estado estable en el cual el área 50 central ylo la ruptura 45 capacitiva nunca excede los límites de calor de los materiales 40 del dispositivo RF coaxial. Una persona experta en la técnica apreciará que un aislante 10 de acuerdo con la presente invención se puede aplicar a cualquier dispositivo 40 RF coaxial en donde se desee disipación mejorada de calor y por lo tanto una mayor capacidad de potencia. Por ejemplo, la presente invención se puede aplicar como un aislante 1 de soporte en porciones coaxiales de antenas y en dispositivos coaxiales en línea tales como supresores de descarga, filtros, tes de desviación, tapas de señal, rupturas de DC, conectores o similares. Debido a la disipación de calor y por lo tanto al manejo de energía el cual mejora de manera notable, el tamaño total de los dispositivos se puede reducir, lo que reduce adicionalmente los costos de material, el peso del dispositivo en general y los requerimientos de espacio de instalación. Tabla de Partes donde, la descripción precedente se haga referencia relaciones, números enteros, componentes o módulos que tengan equivalentes conocidos, entonces dichos equivalentes se incorporan en la presente como si se establecieran individualmente . Aunque la presente invención se ha ilustrado por la descripción de las modalidades de la misma y aunque las modalidades se han descrito con detalle considerable, no es la intención del solicitante restringir o limitar de manera alguna el alcance de las reivindicaciones anexas a dicho detalle. Las ventajas y modificaciones adicionales aparecerán con facilidad para aquellos expertos en la técnica. Por lo tanto, la invención en sus aspectos más amplios no se limita a los detalles específicos, aparatos representativos, métodos y ejemplos ilustrativos que se muestran y describen. En consecuencia, pueden existir desviaciones de dichos detalles sin apartarse del espíritu o alcance del concepto inventivo general de los solicitantes. Además, debe apreciarse que pueden realizarse mejoras y/o modificaciones a la misma sin por esto apartarse del alcance o espíritu de la presente invención, como se define en las presentes reivindicaciones. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (20)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un aislante que soporta un conductor interior dentro del conductor exterior de un dispositivo coaxial, caracterizado porque comprende : una porción de composición polimérica térmicamente conductora con una conductividad térmica de por lo menos 4 W/m-K; la porción tiene un tamaño con un diámetro exterior en contacto con el conductor exterior y una perforación coaxial central que soporta a través de la misma al conductor interior.
2. 2. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además una pluralidad de cavidades que se forman en el diámetro exterior.
3. 3. El aislante de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la pluralidad de cavidades son cada una de tamaño igual .
4. 4. El aislante de conformidad con la reivindicación 2 , caracterizado porque la pluralidad de cavidades es cuatro.
5. 5. El aislante de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la pluralidad de cavidades son cada una, de una forma generalmente en un sector de circulo .
6. 6. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además una pluralidad de cavidades que se proporcionan en el lado frontal y en el lado trasero del aislante .
7. 7. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque incluye además por lo menos una cavidad que se proporciona en uno del lado frontal y el lado trasero del aislante.
8. 8. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición polimérica térmicamente conductora tiene una constante dieléctrica, medida a uno megahertzios de menos de 4.
9. 9. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la conductividad térmica es de por lo menos 10 W/m-K.
10. 10. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el aislante es cilindrico.
11. 11. El aislante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la porción es una porción integral unitaria .
12. 12. Un método para fabricar un aislante para sostener un conductor interno dentro de un conductor externo de uno de un dispositivo coaxial, caracterizado porque comprende las etapas de: formar una porción de una composición polimérica térmicamente conductora con una conductividad térmica de por lo menos 4 W/m-K; la porción tiene un tamaño con un diámetro exterior en contacto con el conductor exterior y una perforación central coaxial en contacto con el conductor interior .
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción se forma vía moldeado por inyección .
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción es cilindrica.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque incluye además formar una pluralidad de cavidades en la porción.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque las cavidades están distribuidas para separación de un molde de dos ejes durante la formación vía moldeado por inyección.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque las cavidades están distribuidas uniformemente alrededor de la porción.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la composición de polímero térmicamente conductor tiene una conductividad térmica de por lo menos 10 W/m-K.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 12 , caracterizado porque el valor dieléctrico de la composición polimérica térmicamente conductora, medida a uno megahertzios es menor de 4.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la porción está formada como una porción integral unitaria.