Brevet FR2069871A1 — publié le 19710910

la présente invention concerne les dispositifs de charge dis-sipative utilisés sur les générateurs à haute fréquence et plus particulièrement les charges apériodiques de type coaxial constituant des antennes fictives pour les émetteurs radioélectriques de grande puissance. les caractéristiques essentielles requises pour de telles charges sont ; - une apériodicitê suffisante afin que leur impédance nominale soit respectée avec une précision suffisante dans la gamme de fréquences du ou des générateurs auxquels elles doivent être associées , - une "bonne tenue à la puissance maximale de ces générateurs, qui peut être très importante (plusieurs centaines de Ici/), ce qui impose de prévoir la circulation d'un fluide de refroidissement. - des conditions d'emploi pratiques et» en particulier, un encombrement aussi réduit que possible compte ténu des plus basses fréquences ue fonctionnement. Il est connu de réaliser de telles charges à l'aide d'une résistance b couche minee. constituant l'âme d'une structure eoa~ xiale. Un choix judicieux des caractéristiques permet d'obtenir aisément une bonne apériodicité, mais l'énergie étant dissipée dans le faible volume de la couche mince, celle-ci présente une grande fragilité et, malgré un. dispositif de refroidissement par circulation d'un fluide, elle ne peut dissiper des puissances importantes sans présenter des dimensions prohibitives. Un autre procédé connu de réalisation consiste à dissiper l'énergie dans le fluide de refroidissement, généralement de lr eau, en l'utilisant comme diélectrique de la structure coaxxale de la char;_:cv. On obtient ainsi une bonne dissipation de la chaleur dans un volume important et constamment renouvelable. De telles charges présentent la plupart des caractéristiques recherchées, mais la grande valeur -de la constante diélectrique de l'eau ne permet généralement d'atteindre que des valeurs d'impé- BAD ORIGINAL 69 40100 2069871 2 dance inférieures à celles des impédances de sortie habituelles des générateurs. On y remédie, par exemple, en interposant un transformateur d'adaptation, mais ceci entraîne une réduction de bande et des 5 complications qui en limitent l'intérêt, ou en faisant- croître progressivement la proportion volumique d'eau le long de la charge, ce qui permet de réaliser directement l'impédance souhaitée, mais une grande partie de la puissance dissipée se trouve concentrée dans un faible volume et l'on perd ainsi une bonne partie 10 des avantages de cette solution. L'objet de la présente invention est de pallier cet inconvénient. Selon l'invention, le dispositif de charge dissipative apériodique à lignes comportant un élément de base rempli d'un liquide diélectrique à pertes et comprenant un conducteur exté-15 rieur et un conducteur intérieur, le conducteur extérieur ayant une extrémité ouverte et une extrémité fermée, est caractérisé en ce que ledit élément de base, ci-après désigné élément terminal, est précédé du côté de l'extrémité ouverte de son conducteur extérieur, de n éléments de base du même type, ci-après désignés 20 éléments complémentaires, n étant supérieur ou égal à 1, les conducteurs intérieurs desdits (n + 1) éléments de base étant juxtaposés, les conducteurs extérieurs de deux éléments adjacents étant simplement accolés si leurs extrémités fermées sont face à face, et, dans le cas contraire, réunis à travers un joint en 25 matériau transparent pour l'énergie à dissiper et étanche pour ledit liquide, chaque élément complémentaire étant entouré, coa-xialement, d'un conducteur périphérique, chacun desdits conducteurs périphériques étant relié électriquement aux conducteurs périphériques adjacents, l'extrémité ouverte du conducteur exté-.30 rieur dudit élément terminal étant reliée à l'extrémité du conducteur périphérique adjacent, l'ensemble desdits conducteurs périphériques et desdits éléments complémentaires constituant respectivement les conducteurs extérieur et intérieur dudit dispositif de charge, dont les extrémités opposées audit élément 35 terminal constituent l'entrée dudit dispositif, les sections BAD ORIGMt 69 40100 2069871 3 desdits conducteurs périphériques étant prédéterminées de manière que l'impédance caractéristique à l'entrée dudit dispositif soit égale à la somme des impédanceB caractéristiques de chacun desdits éléments de base. 5 l'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description et des dessins joints sur lesquels : La figure 1 montre, en coupe schématique, une charge selon l'art connu, constituant l'élément de base du dispositif de char-10 ge selon l'invention, La figure 2 montre, en coupe schématique, un exemple de char--ge, selon l'invention, constituée de deux éléments de base. La figure 3 est une variante de la figure 2. La figure 4 est une extension à quatre éléments de base de 15 la charge représentée figure 2. La figure 5 est une extension à quatre éléments de base de la charge représentée figure 3. La figure 6 est une variante de la figure 1. Sur la figure 1 un câble coaxial d'alimentation 0 comporte 20 un conducteur intérieur 1 et un conducteur extérieur 2 respectivement prolongés par les conducteurs intérieur 5 et extérieur 4 de la charge, ce dernier étant fermé par un disque 6 relié en 10 au conducteur 5. L'ensemble constitue une ligne coaxiale 7 remplie d'un liqui-25 de diélectrique à pertes, par exemple de l'eau, dont l'étanchéité vis à vis du câble G est assurée par une fenêtre 3 en matériau transparent a l'énergie haute fréquence. La ligne 7 constitue une impédance de charge essentiellement résistive et bien connue, où l'énergie est dissipée dans de l'eau 30 La longueur de cette charge est définie de manière que, pour toutes fréquences de la bande à transmettre, l'onde réfléchie sur le disque 6 parvienne en 3 suffisamment affaiblie pour respecter un taux d'ondes stationnaires maximal imposé par le dispositif avec lequel elle est associée. 69 40100 2069871 ■* Il est possible de diminuer le taux d'ondes stationnaires, pour une longueur donnée, en substituant au court circuit 10 une résistance absorbant une partie de l'énergie qui peut être captée en ce point, ou même la totalité, si la valeur de cette résistance 5 atteint.celle de l'impédance caractéristique de la ligne. L'élément ainsi constitué est un tronçon de ligne coaxiale, ouvert à une extrémité et fermée à l'autre, qui sert de base à la constitution des résistances de charge selon l'invention. L'impédance caractéristique obtenue est faible, et même en 10 donnant un diamètre réduit au conducteur 5 (ce en quoi on est vite limité par les possibilités de réalisation du conducteur intérieur) elle reste très inférieure aux impédances généralement souhaitées. Sur la figure 2, le conducteur intérieur 12 est commun à deux éléments de base selon la figure 1, dont les conducteurs cy-15 lindriques extérieurs 11 et 22 de 'même diamètre et de même longueur, ont leurs extrémités voisines ouvertes séparées par un joint cylindrique 9, en matériau transparent aux ondes radioélec-triques et étanche à l'eau, et les extrémités opposées court-circuit é es au conducteur intérieur 12 par les disques respectifs 20 15 et 16. La ligne coaxiale 8 ainsi formée peut être le siège d'une circulation d'eau transmise à l'aide des orifices 13 et 14 du court-circuit 15, le retour s'effectuant par le conducteur 12* Cette ligne 8 est alimentée par un câble d'alimentation D représenté par son conducteur intérieur 27, arrêté au court-circuit 16, 25 et son conducteur extérieur 21 dont le prolongement rejoint, en un décrochement constitué d'une couronne circulaire 23» l'extrémité ouverte du conducteur 11. L'impédance de la charge, vue du câble D, est le double de . l'impédance caractéristique commune des deux éléments constituant 30 la ligne 8. lin effet, un courant supposé exister à un instant donné, le long du conducteur 21, dans la direction des flèches a, se propagera successivement dans les directions des flèches b, (le long de 11), c (le long de 12) , d (le long de la face intérieure de 35 22), e (le long de la face extérieure de 22) , c'est à dire, 69 40100 2069871 5 qu'au point de vue impédance, les deux éléments de base constitutifs sont mis en série vis à vis du câble D dont les dimensions sont déterminées en conséquence, l'énergie transmise par le câble sera dissipée dans l'eau circulant dans la cavité 8, mais un 5 fonctionnement correct ne sera toutefois assuré que si la longueur des éléments de base, c'est à dire des conducteurs correspondants II et 22, est suffisante pour que l'énergie réfléchie par leurs court-circuits respectifs 15 et 16,soient suffisamment atténuée, en considération de la qualité d'adaptation désirée. 10 LTatténuation linéique des éléments de ligne étant croissan te avec la fréquence, c'est pour la fréquence d'utilisation la plus basse que leur coefficient de reflexion sera le plus grand. Une amélioration importante de l'adaptation sera obtenue en donnant aux deux éléments constitutifs une différence de longueur 15 égale au quart de longueur d'onde de propagation dans un élément à cette fréquence minimale, il en résultera une mise en opposition des tensions réfléchies à l'entrée de chacun d'eux. Une variante de la résistance de charge ci-dessus peut être réalisée avec une disposition différente des deux éléments de ba-20 se constitutifs. Sur la figure 3, un conducteur intérieur 112 est commun à un premier élément de base, dont le conducteur cylindrique extérieur III et le court-circuit 115 sont identiques aux éléments correspondants 11 et 15 de la figure 2? et à un second élément, dont la 25 position est inversée par rapport à son correspondant de la figure 2, le court-circuit 215 étant placé en regard de l'extrémité ouverte du conducteur 111 dont il est séparé par un joint 109 identique à 9 (figure 2). L'extrémité ouverte du conducteur 211 est séparée, à l'aide d'un joint 209 identique à 109, du plan de court-30 circuit 28 terminant le conducteur intérieur 122 d'un câble coa-xial d1alimentation E. Une ligne 108 est ainsi formée qui peut être le siège d'une circulation d'eau jusqu'au court-circuit 28 à condition de prévoir dans le court-circuit 215 des ouvertures, de préférence radiales, 69 40100 2069871 6 pour conserver la séparation électrique entre les éléments. Les entrées d'eau sont représentées respectivement en 113 et 114, le retour pouvant s'effectuer par le conducteur intérieur 112. Le conducteur extérieur 121 du câble E est raccordé à l'ex-5 trémité ouverte du conducteur 111, à travers un conducteur cylindrique périphérique 26, entourant coaxialement le conducteur 211, et deux décrochements constitués des couronnes circulaires 25 et 24. Les conducteurs 211 et 26 constituent un tronçon de ligne 10 coaxiale, leur rayon est choisi pour que l'impédance caractéristique soit égale à celle d'un des éléments de la ligne 108. L'ensemble de la charge présente donc, au niveau du joint 209, une impédance égale à la somme des impédances de cette ligne et d'un élément mis en série radialement. 15 Oe mode de réalisation présente évidemment des possibilités de compensation analogues à celles de la réalisation précédente. Une compensation complémentaire est réalisable en jouant sur les caractéristiques du tronçon de ligne constitué par les conducteurs 211 et 26. 20 II est possible de grouper un nombre d'éléments de base supé rieurs à 2. Sur la figure 4, on retrouve, à droite de la droite AAQ la charge représentée figure 2, ses éléments étant affectés des mêmes chiffres repères que précédemment. A gauche de la droite AAQ 25 un câble coaxial d'alimentation F présente un conducteur intérieur 43, relié à la ligne 8 à travers une ligne identique 48, et un conducteur1 extérieur 44 relié cm conducteur périphérique 21 à travers un conducteur identique 45 et une discontinuité 46, en forme de couronne circulaire. La ligne coaxiale 48 comprend un conduc-30 teur intérieur 47, deux conducteurs extérieurs 42 et 41 et un joint 49, identiques aux éléments respectifs 12, 22, 11 et 9 de la ligne 8. A l'impédance présentée en AAq , entre les conducteurs 21 et 22, qui est le double de celle des éléments de base, s'ajoute la BAD ORIGINAL 69 40100 2069871 7 somme dés deux autres éléments de base de la cavité 48, portant l'impédance entre les conducteurs 43 et 44 à quatre fois l'impédance de l'élément de base. D'une manière générale, l'impédance globale obtenue par la 5 mise en série de 1T couples d'éléments de base d'impédance R est 2 NR. la même extension à un nombre quelconque d'éléments peut être obtenue avec la charge décrite figure 3. Sur la figure 5 on retrouve, à droite de la droite BBQ,la 10 charge de la figure 3 dont les éléments sont affectés des mêmes repères, A gauche de la droite BBQ , -un câble coaxial G-, a son conducteur intérieur 53 relié au conducteur 112 à travers deux éléments de base 51 et 52 identiques à ceux de la ligne 108 et son conducteur extérieur 54 relié au décrochement 24 à travers 15 les conducteurs périphériques 55 et 56 et les décrochements 57 et 58. En suivant l'évolution de l'impédance depuis le court circuit terminal 115 vers l'autre extrémité de la charge, on constate que l'impédance présente au niveau d'un conducteur cylindrique péri-20 phérique quelconque est égale à celle présente au niveau du conducteur précédent augmentée de R, impédance d'un élément de base; D'une manière générale, l'impédance globale obtenue par la mise en série de n éléments de base est donc nR. Il est à remarquer que les moyens de compensation décrits à 25 l'occasion des figures 2 et 3 s'appliquent dans leur généralité. Dans les exemples décrits ci-dessus, les conducteurs utilisés sont cylindriques et coaxiaux, ce qui correspond à un mode de réalisation habituel. Il est évidemment possible d'utiliser des conducteurs dont les axes seraient non confondus mais parallè-30 les, le calcul de l'impédance caractéristique correspondante est bien connu. Il en est de même en ce qui concerne la section des conducteurs, qui peut présenter d'autres formes géométriques que le cercle. Il n'est pas non plus nécessaire que tous les éléments de li-35 gnes coaxiales aient la même impédance, il suffit de déterminer en conséquence les dimensions des conducteurs. 69 40100 2069871 8 Il est possible «Rappliquer aux résistances de charge ci-dessus décrites les dispositions connues par ailleurs permettant d'accroître l'impédance caractéristique. Sur la figure 6, un élément de base est représenté, sur le-5 quel les mêmes chiffres repères que ceux de la figure 1 représentent les mêmes éléments. Le conducteur intérieur 5 y est remplacé par un conducteur 65, enroulé en forme d'hélice, ce qui a pour effet d'augmenter l'inductance linéique, donc l'impédance caractéristique de l'élément. 10 L'emploi éventuel d'un matériau métallique électriquement résistant permet également d'accroître cette impédance. Il résulte clairement de ce qui précède que les charges réalisées selon l'invention permettent d'atteindre des valeurs d'impédance usuelles (par exemple 50 Ohms) , dans un encombrement 15 très réduit, et pour une large gamme de fréquences. La réalisation est relativement simple, sans mise au point délicate, donc peu onéreuse. Enfin, le principe de l'élément de base utilisé en permet des réalisations adaptées à des puissances très élevées. 69 40100 2069871 9 REVENDICATIONS 1. Disxoositif de charge dissipative apériodique à lignes comportant un élément de base rempli d'un liquide diélectrique à pertes et comprenant un conducteur extérieur et un conducteur intérieur, le conducteur extérieur ayant une extrémité ouverte et une 5 extrémité fermée, caractérisé en ce que ledit élément de base, ci-après désigné élément terminal, est précédé du côté de l'extrémité ouverte de son conducteur extérieur, de n éléments de base du même type, ci-après désignés éléments complémentaires, n étant supérieur ou égal à 1, les conducteurs intérieurs desdits (n+t) 10 éléments de base étant juxtaposés, les conducteurs extérieurs de deux éléments adjacents étant simplement accolés si leurs extrémités fermées sont face à face, et, dans le cas contraire, réunis à travers un joint en matériau transparent pour l'énergie à dissiper et étanche pour ledit liquide, chaque élément complémentaire 15 étant entouré, coaxialement, dlun conducteur périphérique, chacun desdits conducteurs périphériques étant relié électriquement aux conducteurs périphériques adjacents, l'extrémité ouverte du conducteur extérieur dudit élément terminal étant reliée à l'extrémité du conducteur périphérique adjacent, l'ensemble desdits coa-20 ducteurs périphériques et desdits éléments complémentaires constituant respectivement les conducteurs extérieur et intérieur dudit dispositif de charge, dont les extrémités opposées audit élément terminal constituent l'entrée dudit dispositif, les sections desdits conducteurs périphériques étant prédéterminées de 25 manière que l'impédance caractéristique à l'entrée dudit dispositif soit égale à la somme des impédances caractéristiques de chacun desdits éléments de base. 2. Dispositif de charge selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conducteur intérieur de chaque élément de base est *30 relié électriquement à l'extréaité fermée de son conducteur extérieur. BAD ORK3ANÂ1* ^ 69 40100 10 2069871 3. Dispositif de charge selon la revendication 2 caractérisé en ce que la liaison électrique entre le conducteur intérieur et l'extrémité fermée du conducteur extérieur comporte un élément résistif. C 4. Dispositif de charge selon l'une des revendications 1,2 ou 3 caractérisé en ce que n+1 est un nombre pair, lesdits éléments étant associés par couple d'éléments dont les extrémités ouvertes de leur conducteurs extérieurs sont montées face à face et raccordées à travers ledit joint. 10 5. Dispositif de charge salon l'une des revendications 1,2 ou 3 caractérisé en ce que chacun desdits éléments complémentaires est monté de manière que l'extrémité fermée de son conducteur extérieur soit contigife, à travers ledit joint, avec celle ouverte de l'élément de base adjacent. 15 6. Dispositif de charge selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que les longueurs des éléments de base sont différentes afin de permettre une compensation entre les ondes réfléchies par chacun d'eux au niveau des extrémités fermées de leurs conducteurs extérieurs, 20 7. Dispositif de charge selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6 caractérisé en ce que lesdits éléments de base ont des impédances caractéristiques identiques et comportent des conducteurs extérieurs et intérieurs, cylindriques et coaxiaux» 8. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5 25 ou 6 caractérisé en ce que les conducteurs intérieurs des éléments sont montés en forme d'hélice. BAD ORIGINAL