Brevet FR2034853A1 — publié le 19701218

-70 08787 ---2034853 La présente invention est relative =%^.]avgi5.id.e -d'ondes pour transmettre' 1*énergie élec t romagn ét'iqtte,ondes . ét&nt constitué d'un conducteur hélicoïdal bobiné., serré, dont les spires voisines sont isolées électriquement l'une de-l'autre. 5 La propagation de l'énergie des micro-ondes sous la for me d'ondes TEq^ dans des guides d'ondes circulaires convient de manière idéale pour la transmission, à longue distance de signaux a bande large, car la caractéristique, d'atténuation de ce mode de transmission, contrairement à celle de tous les autres modes, di-10 minue lorsque la fréquence augmente. Cependant, ce procédé de transmission présente cette', difficulté que le mode TEq-^ ne constitue pas le mode dominant supporté dans un guide d'ondes circulaire et, par suite, de l'énergie peut être perdue dans d'autres modes également susceptibles de transmission dans ce guide. Dans un guide 15 d'ondes idéal parfaitement rectiligne, uniforme et conducteur, la propagation des ondes TEq^ n'est pas perturbée, mais de légères imperfections du guide et, notamment, la courbure de l'axe du guide d'ondes peuvent exciter des ondes d'autres modes et entraîner de sérieuses pertes. Ces pertes sont attribuées principale-20; ment au fait que l'inflexion du guide produit u,n couplage entre le mode TEq-^ désiré et les autres modes de. transmission, principalement les modes TMn ,TE -, 1 et TE-^ • Reconnaissant que le couplage entre ces modes peut être comparé au couplage entre les ondes progressives de lignes de 25 transmission couplées en ce sens qu'un échange d'énergie aura lieu entre les ondes, lorsqu'elles se déplacent'conjointement avec la même vitesse de phase de propagation, la technique antérieure a mis en oeuvre un grand nombre de dispositifs pour négocier des coudes dans les guides d'ondes. Ainsi, la vitesse de phase du mode 30 TM-^2 (qui est normalement égale à celle du mode TEQ^)est- modifiée relativement à celle du mode TEq-^ pour augmenter les différences relatives entre leurs constantes de propagation et pour réduire le couplage effectif entre elles. Des divers dispositifs de la technique antérieure opérant 35 suivant ce principe, l'un des plus pratiques est le guide d'ondes hélicoïdal tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 81+8 696, accordé à S.E. Miller le 19 août 1958. En substance, le guide d'ondes est constitué d'un élément allongé de matériau conducteur isolé, tel qu'un fil métallique émaillé, enroulé 40 en hélice circulaire. L'hélice est typiquemént recouverte d'un ma- 70 08787 •. 2034853 " * - V - . V' t.-# tériau à perte électrique et entourée/d'une chemise de protection externe, telle qu'un tube d'acier, pour la protéger des influen-" ces mécaniques et électriques"externes. Lorsque le diamètre intérieur de lrhélice est supérieur à 1,22 fois la longueur d'onde 5 ' spatiale libre de l'onde de fréquence la plus basse à propager et "que l'espacement entré les centres de spires voisines de l'hélice est inférieur à 0,25 fois la longueur d'oncle de l'onde de fréquence la plus élevée à propager, l'hélice propagera cas fréquences selon le mode TEq^ électrique circulaire. Comme cela est 10 bien connu'dans la technique, les modes TM^ indésirés produisent des courants de paroi principalement longitudinaux et sont sérieusement affectés par la séparation isolée entre les spires voisines de l'hélice. Par ailleurs, le mode électrique circulaire produit des courants périphériques oui ne sont pas perturbés 15 de manière appréciable par la structure hélicoïdale. En outre, "les courants longitudinaux des modes Tî'l^ indésirés sont forcés de s'écouler à travers le matériau à perte électrique, ce qui entraîne une atténuation accrue de ces modes. Le. champ du mode électrique circulaire, par ailleurs, ne pénètre pas a travers 20 l'espace compris entre les conducteurs voisins dans la matière à perte électrique (pourvu que le diamètre du fil conducteur soit comparable ou supérieur à l'espacement entre les spires voisines) du fait que les deux conducteurs voisins agissent comme un guide d'ondes au-delà de la coupure. Par suite de la différence de 25 réactance et d'atténuation, la vitesse de phase du mode dans un tel guide d'ondes est notablement différente de celle du mode TE0i et l'énergie transférée entre les deux modes dans un coude est sensiblement réduite. Cependant, la fabrication de l'hélice constitue une 30 difficulté dans le cas des guides d'ondes hélicoïdaux. De manière caractéristique, l'hélice est formée en enroulant un brin unique et mince de fil métallique émaillé sur un mandrin meulé avec précision de plusieurs centimètres de diamètre et d'environ 6 m de long. Comme le fil n'a, de manière.caractéristique, oue 3 5 quelques centièmes de millimètre de diamètre, il est manifeste 'qu'il s'avère difficile de produire les centaines ou même les milliers de kilomètres de guides d'ondes oui peuvent être nécessaires pour un réseau de communications à guides d'ondes. Par exemple, ces fils'minces" de matériau conducteur possèdent une 40 faible résistance à la traction et peuvent aisément se briser 70 08787 3 2034853 lors!-u *ils sont enroulés sous traction. En outre, lorsque l*on utilise des fréquences supérieures, les fils deviennent encore plus minces„ Ces problèmes sont résolus selon la présente invention à l'aide d'un conducteur hélicoïdal constitué au moins d'une 5 bande conductrice déposée sur un ruban diélectriquer la combinaison ainsi formée étant enroulée sous une forme sensiblement hélicoïdale . Pour empêcher une perte importante dans le mode TEq^. due à un rayonnement à travers l'hélice ainsi qu'à une pénétrait} tion dans la couche à perte électrique, les bandes conductrices doivent être plus épaisses que celles qui sont ordinairement constituées par des techniques de circuits imprimés classicues* Comme expliqué précédemment, les couches conductrices doivent avoir une épaisseur comparable ou supérieure à l'espacement en-15 tre des bandes voisines afin d'empêcher une perte dans le mode TE01. Cependant, l'espacement minimum toléré est limité par la nécessité de maintenir basse la capacité entre les bandes voisines. Par suite, dans des guides d'ondes prévus pour la gamme millimétrique, l'épaisseur des conducteurs doit être de l'ordre 20 d'un dixième de millimètre environ, tandis oue les techniques de circuits imprimés classiques sont typiquement limitées à des conducteurs de l'ordre de deux centièmes de millimètre environ. Pour pallier ce problème, on peut avantageusement utiliser une double hélice réalisée en imprimant des séries de pai-25 res de bandes conductrices minces sur les côtés opposés d'un ruban diélectrique à faible perte. La nature de la présente invention et ses diverses caractéristiques apparaîtront plus complètement en considérant les formes de réalisation décrites ci-dessous en détail en se rap-30 portant aux dessins ci-annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un ruban à circuit imprimé utilisable dans la fabrication d'un guide d'ondes hélicoïdal selon la présente inventionr et - la figure 2 est une vue en coupe transversale par-35 tielle d'un guide d'ondes hélicoïdal typique selon l'invention. On se réfère à présent aux dessins dans leseuels la figure 1 est une vue en perpective d'un ruban à circuit imprimé utilisable dans la fabrication d'un guide d'ondes hélicoïdal selon la présente invention» Cette figure montre une série de minces 40 bandes 10 de matériau conducteur tel que du cuivre disposées sur 70 08787 4 2034853 les côtés parallèles et opposés d'un ruban diélectrique à faible perte flexible tel qu'un ruban de mylar. Les bandes conductrices sfétendent à peu près sur la même surface en travers du diélectrique. Comme dans la technique antérieure, l'espacement d'un 5 centre à l'autre B entre les bandes conductrices voisines 10 est moind-re qu'un quart de langueur d'onde » En ce qui concerne les ondes millimétriques, cet espacement est typiquement de l'ordre d'un dixième de millimètre. L'espacement S entre les bords des bandes voisines est déterminé par la capacité désirée et est ty-10 piquement de l'ordre de deux centièmes de millimètre. L'épaisseur T des bandes peut être choisie dans l'optique d'une fabrication commode. Avantageusement, les bandes sont fabriquées par des techniques de circuits imprimés et l'épaisseur est de l'ordre de 2 à 3 microns. L'épaisseur T' du ruban diélectrique 11 est com-15 parable ou supérieure à l'espacement S, mais moindre que la demi-longueur d'onde de l'onde de fréquence la plus élevée à propager. Pour un guide d'ondes millimétriques, cette épaisseur peut être de l'ordre de 0,08 mm. La longueur L du ruban diélectrique est déterminée par l'angle d'inclinaison maximum toléré dans le 20 guide d'ondesbélicoxdal» De manière caractéristique, cette longueur peut être au moins suffisante pour que le guide d'ondes puisse contenir deux ou trois bandes conductrices. Comme mentionné précédemment, ce ruban à circuit imprimé peut être commodément fabriqué en utilisant des techni-25 quesds circuits imprimés afin de produire les bandes conduct^ -ces. I^ ruban peut ensuite être enroulé sous la forme d'ur guide d'ondes hélicoïdal en utilisant à peu près les mêmes procédés que ceux utilisés dans la technique antérieure où le ruban était remplacé par un brin unique de fil métallique. Comme le 30 ruban est plus solide qu'un brin de fil métallique mince unique, sa rupture est moins probable; et comme le ruban porte plus d'une bande conductrice, le nombre de spires requis pour produire une longueur d'hélice donnée est réduit proportionnellement. En outre, comme on utilise des conducteurs bien plus minces, on éco-35 nomise le matériau dont ils sont constitués. La figure 2 est une vue partiellement en coupe transversale d'un guide d'ondes hélicoïdal typique conçu selon la présente invention. Le guide d'ondes comprend une hélice 20 de ruban à circuit imprimé, comme décrit dans la figure 1, une cou-40 che à perte électrique 21, c'est-à-dire, t^rpiquement un matériau Q8787 5 2034853 de r&sistivité de lTordre de un o.hm-.centimètre,. entourant l'hélice 20 et collée à cette dernière, et une chemise de protection externe 22 pour protéger l'hélice vis-à-vis des influences mécaniques et électriques externes. Les bandes conductrices forment un guide d'ondes hélicoïdal. En outre, une énergie de mode TE0i faible ou nulle se propage à travers les espaces compris entre les bandes conductrices voisines. Les bandes de diamètre interne et les bandes de diamètre externe voisines se comportent comme un guide d'ondes entourant l'espace qu'elles enserrent. Ainsi, aussi longtemps que l'épaisseur T est comparable ou supérieure à l'espacement S, l'énergie de mode TEq^ "verra" lfespace ■ entre les bandes voisines sous la forme, d'un guide d'ondes au-delà de la coupure. Dans tous les cas, il est bien entendu que les agencements décrits ci-dessus n'illustrent qu'un petit nombre des nombreuses formes de réalisations spécifiques possibles qui peuvent représenter des applications des principes selon l'invention. De nombreux autres agencements diversifiés peuvent aisément être envisagés conformément à ces principes par les spécialistes, sans sortir du cadre de l'invention. . 70 08787 6 .... ,2034853 REVENDICATIONS. 1.- Guide d'ondes pour la transmission de l'énergie électromagnétique, constitué d'un conducteur hélicoïdal enroulé serré, dont les spires voisines sont isolées l'une de l'autre élec- 5 triquement, ce guide étant caractérisé en ce que le conducteur hélicoïdal comprend au moins une bande conductrice déposée sur un ruban diélectrique, la combinaison ainsi formée étant enroulée sous une forme sensiblement hélicoïdale. 2.- Guide d'ondes selon la revendication 1, caracté-10 risé en ce que des bandes conductrices sont déposées sur les surfaces opposées du ruban diélectrique. 3.- Guide d'ondes .selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'épaisseur du ruban diélectriaue est moindre mip la dpmi-l•ngueur d'onde de l'onde de fréquence la plus élevée à 15 transmettre. 4«- Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande conductrice enroulée en hélice est entourée par une chemise à perte électrique.