Brevet FR2088390A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne les lignes de transmission et en particulier les lignes de transmission souples. I1 y a des applications où il est nécessaire d'utiliser des lignes de transmission souples pour convoyer les signaux hyperfréquences (de l'ordre de plusieurs gigahertz) entre deux positions qui ne sont pas nécessairement fixées l'une par rapport à l'autre. Quand ces lignes de transmission sont utilisées dans 1' équipement de communication et/ou de surveillance à fréquence radio de bord d'un sous-marin immergé, il est nécessaire pour la ligne de transmission d'être non seulement souple mais d'avoir également une faible perte d'énergie (faible atténuation) à la fréquence de fonctionnement et de supporter encore la pression afin de ne pas avoir ses parois affaissées ou déformées. Les guides d'ondes souples classiques propageant le mode dominant TE 10 présentent une durée de vie limitée au cours de la flexion par suite des procédés de fabrication et des matériaux utilisés. Dans les applications où une flexion répétée sur des montages de poulies est nécessaire, le guide d'ondes souple classique est impratiquable par suite de sa faible durée de vie. De même,ces guides d'ondes souples creux classiques ont leurs parois qui s'affaissent dans un milieu ambiant à haute pression. La grosseur d'un câble coaxial utilisable est limitée, aux hyperfréquences, par suite de l'exigence de suppression de la propagation des modes autres que le mode TEM. Ceci place une limite inférieure sur l'atténuation et une limite supérieure sur la capacité de manipulation de puissance du câble coaxial pour une fréquence spécifique, Ainsi, le câble coaxial a une atténuation supérieure à celle d'un guide d'ondes à la fréquence de fonctionnement et,en conséquence, ne peut pas manipuler une puissance aussi élevée que dans un guide d'ondes. La présente invention a pour objet de proposer un câble de guide d'ondes souple qui fonctionne dans un milieu ambiant à haute pression sans affaissement des parois du guide d'ondes et sans déformation de la section transversale, ce qui détériorerait les caractéristiques électriques souhaitées, qui présente une atténuation s'approchant de celle d'un guide d'ondes et qui,en conséquence, peut manipuler une puissance élevée,par exemple de l'ordre de plusieurs centaines de watts. Selon une caractéristique de l'invention, le cable de guide d'ondes souple, capable de fonctionner dans un milieu ambiant à haute pression, est caractérisé en ce qu'il comporte un noyau diélectrique à faible perte, souple, solide, et un élément de guide d'ondes souple entourant de manière serrée le noyau. Selon une autre caractéristique de l'invention, un manchon souple à l'épreuve de la pression et de l'eau entoure de manière étanche et serrée 1' élément de guide d'ondes mentionné précédemment autour du noyau diélectrique mentionné ci-dessus. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, une couche de barrage souple,inerte,entoure de manière étanche et serrée l'élément mentionné ci-dessus, et le manchon souple à l'épreuve de la pression et de l'eau entoure de manière étanche et serrée ladite couche. D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente en perspective un exemple de réalisation d'un câble de guide d'ondes souple selon l'invention. La figure 2 représente en section transversale une variante du câble des figures 1 et 3. La figure 3 est une vue en perspective d'un autre exemple de réalisation d'un câble de guide d'ondes souple selon l'invention. La figure 4 est une vue en coupe d'un transducteur utilisé pour coupler les signaux hyperfréquences au câble de la présente invention. La figure 5 est une vue en coupe prise selon la ligne A-A de la figure 4. En se référant à la figure 1, il y est représenté un câble de guide d'ondes souple selon l'invention comportant un noyau diélectrique souple solide 1 à faible perte d'énergie (faible atténuation) et un élément de guide d'ondes souple 2 entourant le noyau 1, en contact régulier serré avec lui, guipé ou "surlié" L'élément 2 peut être entouré de manière étanche et serrée ou bien enveloppé par un manchon souple 3 à l'épreuve de la pression et de l'eau. L'expression "surlié" utilisée ici exprime "enrouler du fil de manière serrée autour de quelque chose", soit,dans le cas considéré,autour du noyau 1. Le câble de guide d'ondes souple de la figure 1 est réalise, de la meme manière qu'un câble coaxial rempli de diélectrique dont le conducteur central est enlevé et qui, par suite, combine la souplesse de la construction d'un-câble coaxial avec les caractéristiques à faible perte d'un guide d'ondes. Le diamètre intérieur, c'est-à-dire le diamètre du noyau 1 du câble de guide d'ondes souple, est choisi pour propager le mode TE 11 tout en supprimant la propagation des modes d'ordre supérieur. Le mode TEM ne se propage pas par suite de l'absence d'un conducteur central. En utilisant le cible de guide d'ondes de la présente invention, une dimension physique plus grande est possible avec une réduction correspondante en atténuation par suite de la résistance électrique réduite et de l'absence d'un conducteur central de petit diamètre. La réduction en atténuation par unité de longueur et I'élimination du conducteur central à faible perte permet une augmenstation correspondante de la capacité de manipulation de puissance du câble de la présente invention. Le noyau 1 est un matériau diélectrique extrudé qui est souple et à faible perte électrique , tel que le polyéthylène ou bien le polytetrafluoréthylène (teflon). Un filament de verre peut également être utilisé dans la fabrication du noyau si cela est désiré. Le noyau 1 doit être exempt de tous vides qui pourraient entraSner un affaissement dans un milieu ambiant à-haute pression. L'élément 2 réalise un guide d'ondes souple et est formé par un métal à haute conductivité, tel que le cuivre recouvert d'argent, sous la forme de fils ou de rubans minces. Les fils ou rubans sont guipés ou "surliés", en une ou plusieurs couches sur le noyau 1.L'angle d'enroulement de la tresse ou de la surliure serait approximativement de 45 . Le recouvrement du noyau 1 doit approximativement atteindre 100%, L'élément 2 doit être serré sur le noyau 1 avec un minimum de vide et d'irrégularité le long de la surface qui est en contact avec le noyau 1. L'élément 2 réalise un écran vis-à-vis des radiations et également un trajet conducteur à faible perte pour la propagation des signaux. Le manchon 3 est étanche à l'eau et à l'épreuve de la pression et peut astre composé de néoprène, d'uréthane, de vinyle ou d'un matériau semblable qui est disposé de telle sorte sur l'élément 2, qu'il maintient l'élément 2 confortablement sur le noyau 1. Comme cela est indiqué sur la figure 1, la forme de la section transversale du câble du guide d'ondes est circulaire. Toutefois, la forme de la section transversale du guide d'ondes peut être élliptique si cela est souhaitable, comme cela est illustré sur la figure 2. L'avantage d'une section transversale elliptique, telle que celle représentée sur la figure 2, est de remédier aux problèmes connexes à la rotation de polarisation dans un câble de guide d'ondes à section transversale circulaire, comme cela est expliqué en référence avec les figures 4 et 5.Toutefois, il y a une limitation imposée sur les pressions hydrauliques admissibles à laquelle le câble à section transversale elliptique est exposé. Selon les enseignements de la présente invention, le câble de guide d'ondes est particulièrement approprié pour des applications immergées, telles que sur un sous-marin. Le noyau diélectrique solide 1 permet un fonctionnement sous des pressions extrêmes sans détérioration de l'intégrité des structures du câble. On a découvert que certains des matériaux pour le manchon 3 peuvent contaminer le noyau à faible caractéristique de perte à travers -l'élément 2, ou bien peuvent dégrader les caractéristiques de conductivité de l'élément 2 au cours de la fabrication. Une telle contamination et/ou dégradation augmenterait l'atténuation du câble et,par suite,réduirait les possibilités de manipulation de puissance. Cette contamination et/ou dégradation peut être évitée, comme cela est illustré sur la figure 3, en disposant une couche de barrage souple,inerte,4 entre l'élément 2 et le manchon 3. La couche 4 peut être composée de polyéthylène terephthalate (1ar ou similaire). En se référant aux figures 4 et -5, il est décrit un transducteur qui peut être utilisé pour coupler des signaux dans ou en dehors du câble de la présente invention qui peut comporter seulement un noyau 1 et un élément 2, comme le montre la figure 4.1e transducteur comporte un guide d'ondes circulaire 5 de section cônique comportant une section circulaire 6 et une section cônique 7. A l'intérieur de la section conique 7, il est disposé un élément diélectrique conique 8 qui est fiché dans le noyau 1, comme cela est indiqué en 9. Un anneau de retenue 10 est prévu pour maintenir l'élément 2 en contact avec la section 7. Une entrée coaxiale (ou sortie) 10 est prévue par l'insertion d'une sonde 11 dans la section 6 avec une plaque de court-circuit correct 12 et des broches de court-circuit 13 et 14 disposées de la Itme manière dans la section 6. Les variations de section du guide d'ondes dues à des tolérances de dimensions et leur fabrication provoquent une certaine conversion d'énergie du mode TE 11 souhaité dans le mode orthogonal TE 11 non souhaité. Le résultat final, après propagation à travers une longueur du câble de la présente invention, est une torsion dans le plan de propagation et/ou de conversion dans la propagation elliptique. Pour remédier à ceci, il est prévu dans le transducteur du câble,pour une rotation mécanique,une collerette 15 de rotation pour aligner l'axe de polarisation. De me%e, une seconde entrée coaxiale polarisée orthogonalement 16 comportant une sonde 17 est prévue dans le transducteur auquel une extrémité correcte est appliquée pour mettre fin aux composantes de polarisation non souhaitées qui peuvent provoquer des résonnances parasites et des rapports d'ondes stationnaires élevés dus aux réflexions dans le câble de guide d'ondes de la présente invention. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 10) Câble de guide d'ondes souple capable de fonctionner dans un milieu ambiant à haute pression, caractérisé en ce qu'il comporte : - un noyau solide souple diélectrique à faible perte ; - un élément de guide d'ondes souple entourant de manière étanche et serrée le noyau. 20) Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau est formé de matériau choisi parmi le groupe de matériaux comportant le polyéthylène, le polytetrafluoréthylène et un filament de verre. 30) Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément est en métal à haute conductivité. 40) Cable selon la revendication 3, caractérisé en ce que le métal comporte un fil ou un ruban mince en cuivre recouvert d'argent et en ce que ce fil ou ce ruban est guipé ou surlié sur le noyau pour former l'élément. 50) Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau et ltélément présentent une section transversale circulaire ou elliptique. 60) Cabale selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un manchon souple à l'épreuve de la pression et de liteau entourant de manière étanche et serrée 11 élément, le noyau, ltélément et le manchon ayant une section transversale circulaire ou elliptique, le manchon étant formé par un matériau choisi parmi le groupe de matériaux comprenant le néoprène, l'uréthane et le vinyle. 70) Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - une couche de barrage souple inerte entourant de manière étanche et serrée l'élément ; - un manchon souple à l'épreuve de l'eau et de la pression entourant de manière étanche et serrée la couche, le noyau, l'élément, la couche et le manchon ayant une section transversale circulaire ou elliptique. 80) Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche est formée de polyéthylène téréphthalate. 90) Câble selon la revendication 8, caractérisé en ce que - le noyau est formé d'un matériau choisi parmi le groupe de matériaux comportant le polyéthylène, le polytetrafluoréthylène et un filament de verre ; - l'élément est formé d'un métal à haute conductivité ; - le manchon est formé en un matériau choisi parmi le groupe de matériaux comportant le néoprène, l'uréthane et le vinyle.