Brevet FR2043807A1 — publié le 19710219

La présente invention concerne les lignes coaxiales utilisées pour les courants électriques de fréquence élevée Une ligne coaxiale comprend un conducteur intérieur transportant normalement un signal de fréquence élevée et un conducteur extérieur qui entoure le premier et qui est normalement mis à la masse. II est parfois nécessaire d'appliquer un signal continu au conducteur intérieur. On doit prendre des précautions pour qu 'il n'y ait pas de perte aux fréquences élevées, par absorption ou reflexion par exemple.Des "éléments lignes d'alimentation" dits plus loin éléments d'alimentation, de ce type sont utilisés par exemple pour réaliser des mesures dans la zone des hyperfréquences ou pour amener des tensions d'alimentation pour des dispositifs électroniques par l'intermédiaire du conducteur intérieur des lignes de transmission coaxiales ou en tant que retour de signaux continus Les dispositifs de ce type utilisant des inductances sont déjà connus. L'alimentation de signaux continus par l'intermédiaire de résistance ohmique est possible mais provoque cependant des pertes élevées. Dans certains "éléments d'alimentation" -en signaux continus que l'on trouve dans le commerce, l'inductance se présente sous la forme d'un conducteur hélicoïdal partant radialement à partir du conducteur intérieur et passant par une ouverture appropriée du conducteur extérieur. La gamme de fréquences de cette réalisée tion est cependant limitée. Il a été démontré que l'utilisation d'une spirale plate produit un meilleur résultat. Les spirales plates disposées concentriquement par rapport au conducteur intérieur d'une ligne coaxiale sont déjà connues. Plusieurs réalisations de lignes de transmission coaxiales utilisent dns spirales plates pour supporter du point de vue mécanique le conducteur intérieur dans le conducteur extérieur. Ces lignes ne peuvent etre utilisées que pour des fréquences discrètes. Dans une réalisation connue la spirale plate est disposée afin de fournir intentionnellement certaines capacités modifiant la fréquence de résonnance caractéristique afin de lui donner une valeur non nuisible. Un objet de cette invention est de réaliser wun élément d'alimentation" en signaux continus fournissant par des réflexions faibles, une transmission des fréquences élevées dans une bande plus grande-que celle qu'il était possi ble d'avoir Jusqu'à présent. "L'élément d'alimentation" selon cette invention est très fiable car il peut entre réalisé avec une stabilité mécanique élevée. Il est particulièrement résistant aux chocs et aux vibrations. En utilisant les technologies modernes 1l'élément d'alimentation" en si- gnaux continus de l'invention peut hêtre réalisée pour un bas prix. wu'élément d'alimentation" en signaux continus pour ligne coaxiale de cette invention est munie d'une spirale inductive. La spirale est disposée dans un plan perpendiculaire à l'axe de la ligne coaxiale. L'extrémité intérieure de la spirale est connectée au conducteur intérieur de la ligne coaxiale et l'extrémité extérieure passe normalement à travers le conducteur extérieur duquel elle est isolée. D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préférée de celle-c-ix La figure 1 représente un diagramme de l'élément d'alimentation de l'invention. La figure 2 représente schématiquement l'élément d'alimentation en signaux continus classique que l'on trouve dans le commerce. La figure 3 représente schématiquement un "élément d'alimentation" en signaux continus conforme à l'invention. La figure 4 représente la spirale inductive utilisée dans la réalisation préférée décrite. La figure 5 représente une vue en coupe agrandie ds la réalisation préférée de l'invention La figure 6 représente un graphique montrant le facteur de réflexion en fonction de la fréquence. La figure I représente de façon générale le diagramme d'un "élément d'alimentation"de signaux continus. Une ligne fonctionnant aux fréquencesélevées comprenant un conducteur 1-2 et un conducteur 3-4 est à alimenter par un signal continu. Le signal est supposé se propager en direction de 2 et être bloqué de la connexion I par la capacité de blocage 8-. Le signal continu est alimenté par l'intermédiaire de l'inductance 7-à partir du point de connexion 5. Afin de séparer totalement la source de signaux continus du signal de fréquence élevée se propageant dans la ligne on utilise une capacité 9 qui court-circuite les connexions des signaux continus 5 et-6. La figure 2 représente un circuit d-'alimentation de signaux continus classiques pour ligne coaxiale que l'on trouve actuellement dans le commerce. Le conducteur intérieurl1-12 de la ligne coaxiale est bloqué pourle courant continu par la capacité la. Le courant continu se propage depuis le connecteur 15 par l'intermédiaire de l'élément capacitif 19 et de ltinductance 17 qui est connectée à la partie 12 du conducteur intérieure Le conducteur intérieur 11-12 est- 'supporte à l'intérieur du conducteur-extérieur 1a par des isolants non représentés. --L'inductnce 17 se présente sous la-forme d'une bobine hélicùldale don-t-les axes dépassent orthogonalement les axes-du conducteur intéfieur 1-1-12. Pour obtenir l'inductance nécessaire le conducteur extérieur 13 doit avoir une saillie 16 dans lequelle est logée la bobine hélicoidale 17. Il est apparent d'après ce montage qu'il n'est pas approprié pour les fréquences très élevées puisque de nombreuses résonnances se produi sent dans cette région. Le -montage représenté sur la figure 3 évite ces difficultés. Par opposition à la réalisation de la figure 2 l'inductance se présente sous la formed'une spirale plate-27 qui est dans un plan perpendiculaire à la direction du conducteur--intérieur 21-22. Avec ce montage, l'espace à l'intérieur du conducteur extérieur 23 est suffisant pour-contenir l'inductance nécessaire. De plus le conducteur-extérieur est plus lisse -que dans le montage de la figure 2 présentant une saillie 16 qui perturbe l'impédance de la Ligne. L'ex- trémité-e.xtérieure de la spirale 27 est connectée pour les fréquences-élevées au conducteur extérieur 23 par l'intermédiaire de la capacité 29. Pour les signaux continus elle est reliée au connecteur 25. La. capacité-de. blocage 28 sépare le conducteur intérieur du point de vue continu. Les résonnances caractéristiques de la spirale inductive peuvent être supprimées en prenant des mesures déjà connues. Par exemple le conducteur métallique qui constitue la spirale 27 peut être constitué d'un matériau très conducteur tel que le cuivre, l'argent ou l'or qui est recouvert d'une couche de matériau peu conducteur tel le nickel. Puisque les courants de fréquence élevée à cause de l'effet de peau sont concentrés sur la surface du conducteur, un tel conducteur présente une résistance relativement élevée pour ces courants et ainsi atténue les résonnances caractéristiques de l'inducteur.On obtient le même effet si toute la spirale 27 est réalisée de matériau peu conducteur où d'un matériau ferro magnétique ou est revêtue d'un matériau de ce typez Ces mesures peuvent.aussi améliorer la structure de la figure 2, -cependant une telle réalisation est difficile à obtenir. Dans ce qui ca suivre on va décrire und rélisation préférée. La--figure 4 représente la spirale inductive. Elle se présente sous la, forme d'une couche métallique disposée sur. un substrat -31 de tétrafluoréthy.- lène qui est connu sous le nom de "Téflon". Cette couche métallique qui est déposée: d'une manière connue, comme par exemple par évaporation à travers un masque ou- pat évaporation suivie d'un décapage, comprend un anneau intérieur 33 qui sert à contacter le conducteur. intérieur 21-22-(figure 33.. Elle comprend aussi des enroulements--en- spirale 34 et l'anneau extérieuer 35-au moyen duquel est réalisée le capacité de découplage 29 (figure 3). On peut obtenir unebon ne isolation du conducteur extérieur par le bord non métallisé 36. Le contact en.continu est ré,alisé.-par la bande de contact 37. La figure 5 représente une vue-en coupe de l'élément d'alimenation" en continu -utilisant la spirale décrite précédemment. Les sections 41 et 42 du conducteur-intérieur sont séparées du point de -vue continu-par un-condensateur en céramique 48 qui est concentrique et. maintenu. dans un évidement de -la section 42. -Les deux embases du,-.condensateur sont.ssudées- aux sections 41 et 42. L'anneau intérieur 33 de la spirale inductive est aussi soudé au connecteur 42. L'anneau extérieur 35 de la spirale est isolé du conducteur extérieur 44 par un anneau d'isolement 49 par exemple en teflon ou en mylar. Il est isolé du conducteur extérieur 43 par une feuille de téflon 31. La bande conductrice 37 est soudée en 46 au connecteur 45. Les parties 43 et 44 du conducteur extérieur sont réalisées avec des rebords et fixées- ensembles par des vis 47. Dans la réalisation de la figure 5,; le conducteur intérieur a un-rétrécissement dû au condensateur 48. Cette restriction es-t -destinée à compenser le désaccord d'impédances qui résulterait de la constante diélectrique de la feuille de téflon. Si à cause du condensateur le rétrécissement doit être très étroit on peut insérer un anneau de conducteur ondulé. Il semble peu souhaitable de souder le condensateur 48 et l'anneau intérieur 33 aux sections de conducteur 41 et 42, l'évidement dans le conducteur 42 peut être réalisé suffisamment profond pour que le collier de ce conducteur pousse la feuille de téflon sur l'anneau intérieur 33 contre la partie-41. Dans ce cas l'évidement est rendu un peu plus profond et un ressort -ou autre élément approprié est placé derrière le condensateur pour compenser les tolérances d'usinage etc... Pour fabriquer la spirale selon la revendication 4, une feuille de téflon recouverte de cuivre disponible dans le commerce est utilisee et cette feuille a BD microns d'épaisseur et est recouverte par 35 microns de cuivre. La configuration de l-a figure 4 est produite au moyen d'une photogra,vùrb- Le diamètre du trou intérieur 32 est de 2,5 mm, le diamètre de l'anneau intérieur 33 est de 3 mu, le diamètre intérieur de l'anneau extérieur 35 qui est égal au diamètre intérieur du conducteur extérieur 43 et 44 est de 7mm. - Le spirale a neuf enroulements. Elle est recouverte par du nickel de 0,2 à 1 micron d'épaisseur. La résistance-en continu-est de 1 ohm environ. La spirale inductive 34 peut être encore un peu améliorée en recouvrant la feuille de téflon 31- d'-abord par une couche de- nickel ensuite par du cuivre et finalement -par--du nickel. L'atténuation due à- l'effet de peau à cause dunickel ferro-magnétique et peu conducteur sera améliorée ; Cette structure à trois couches est cependant couteuse.-De- plus, il existe un certain sffet de peau sur le côté rweflon du cuivre à cause de la constante diélectrique élevée du téflon. Le diamètre du conducteur intériur estde: 3 mm. L'anneau isolant 49 qui constitue le diélectrique de la capacité de découplage est de 50 microns d'épaisseur et est constitué d'une feuille de mylar,. Le diamètre extérieur- de l'anneau est de 10 mm. Les deux extrémités 41-43 et 42-44 respectivement de la ligne coaxiale se terminent par des connecteurs. L'impédance de la ligne coaxiale est 50 ohms. L'ensemble de ce mode de fabrication ntest bien sûr qu'un exemple-parmi ceux possibles. La figure 6 représente le facteur de réflexion en fonction de la fréquence transmise. La courbe A concerne un"ensemble" classique que l-'on trouve actuellement dans le commerce. La courbe B concerne un "ensemble d'alimentation" en continu comme décrit ci-dessus. Le facteur de réflexion T est limité aux fréquences basses par l'inductance de la spirale 34. Dans la réalisation de l'invention cette inductance a une valeur de 400 nH et produit une limite de fréquence inférieure à 200 D1z pour un facteur de réflexion T Pour les fréquences très élevées une bobine ne- constitue plus une inductance. Si la longueur d'onde correspondant à la fréquence devient comparable aux dimensions géométriques de la bobine il se produit de nombreux points de résonnances et l'impédance de la bobine reste faible-. En conséquence les réflexions seraient insupportables et par conséquent il est nécessaire d'atténuer les résonnances. La façon la plus simple de réaliser cela est d'introduire des pertes dans la bobine elle-même. Ceci est réalisé-par une réduction suffisante de la conductance dans la bobine. Cependant; il en résulte une résistance en continu trop élevée. Il est par conséquent plus souhaitable de produire des pertes par un dépôt de nickel.A cause de sa faible con ductivité ainsi que de son ferro-magnétisme le nickel produit des pertes par effet de peau élevées aux fréquences élevées. Naturellement on peut aussi utiliser d'autres matériaux par exemple l'or ou l'argent à la place du cuivre et du fer, du chrome etc.. à la place du nickel. La couche de couverture peut aussi être non conductrice mais magnétique, par exemple delta ferrite. On peut aussi utiliser avec de bons résultats une spirale en acier telle que celle utilisée. pour -le balancier des petites montres. L'homme de l'art peut apporter des modifications à l'invention décrite précédemment sans sortir du cadre de cette invention. Par exemple -il est évident que l'ensemble d'alimentation" en signaux continus s'utilise non seulement pour du courant continu pur mais aussi pour des courants alternatifs de fréquence faible. Il est aussi. évident que le condensateur de blocage 8, 16, 28 ou 48 peut être omis lorsque la ligne coaxiale ne doit pas être nécessairement bloquée en continu. Lorsqu'on utilise l'ensemble comme circuit de retour des signaux continus, l'extrémité extérieure de la spirale 35 sera connectée au conducteur extérieur 44 et l'anneau isolant 49 ainsi que le connecteur 45 et le 46 seront omis J enfin-la ligne coaxiale n'a pas à être de section circulaire mais peut avoir n'importe quelle-section Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préférée de -celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modlfications de forme ou de détail qu'il juge utiles sens pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1. Elémént d'alimentation en courant continu pour lignes coaxiales où la ligne d'alimentation consiste en une spirale conductrice inductive, caractérisé en ce que cette spirale se trouve dans un plan orthogonal à la ligne coaxiale et en ce que son extrémité interne est connectée conductivement au conducteur intérieur de la ligne coaxiale. 2. Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que la spirale conductrice est recouverte de matériau peu conducteur. 3. Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que la spirale conductrice est recouverte de matériau favorisant les pertes. 4. Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que la surface de la spirale conductrice est recouverte de matériau ferro-magnétique. 5 Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que ladite spirale conductrice est déposée en tant que couche métallique sur un substrat isolant. 6. Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que le conducteur extérieur a une connexion du type à collerette permettant l'insertion de la spirale plate de façon à isoler du point de vUe continu cette spirale conductrice du conducteur extérieur alors qu'elle est conductivement connectée au conducteur intérieur. 7. Dispositif selon la revendication 1/ caractérisé en ce que le conducteur intérieur est interrompu par un condensateur de blocage pour le courant continu. 6. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le condensateur de blocage est un condensateur en forme de disque qui est en connexion métallique avec les sections du conducteur intérieur. 9. Méthode de fabrication du dispositif conforme à une des revendications précédentes caractérisée en ce que l'on produise la spirale conductrice dans la surface conductrice d'une feuille isolante métallisée en utilisant un masque résistif sur la face conductrice et une opération de décapage. ID. Méthode conforme à la revendication 9 caractérisée en ce que l'on utilise une feuille isolante recouverte de trois couches conductrices, la première étant de conductivité faible, la seconde de conductivité élevée et la troisième de nouveau de conductivité faible.