Brevet FR2077327A1 — publié le 19711022

i 2077327 La présente invention se rapporte aux câbles coaxiau^c à fentes de fuite et, plus particulièrement, elle concerne un tel câble coaxial à large bande passante, utilisable notamment dans un système de liaison avec des véhicules en mouvement. 5 De grands progrès ont été récemment faits dans les systè mes de liaison de ce type. En général, un tel système comporte une ligne de transmission en circuit ouvert posée le long de la voie suivie par les véhicules et dans laquelle se propage une onde qui radie partiellement dans l'espace environnant, de telles lignes 10 jouant ainsi un rôle important dans les systèmes de liaison avec des véhicules en mouvement. Parmi les divers types de lignes de transmission en circuit ouvert, celle du type constitué par un câble coaxial à fentes de fuite peut être considérée comme étant la mieux appropriée à cet 15 effet. Un câble coaxial à fentes de fuite de type classique, dont un exemple est donné par la figure 1 des dessins joints, porte en général une succession de fentes toutes de même forme et disposées suivant une seule et même périodicité. La bande des fréquences 20 d'émission d'un tel câble coaxial à fentes est si étroite que des liaisons sur diverses longueurs d'onde ne peuvent être réalisées. Or, les liaisons avec des véhicules en circulation exigent la transmission d'informations de plus en plus nombreuses et la réalisation de câbles coaxiaux à fentes de fuite pouvant émettre sur une large 25 bande de fréquences devient une nécessité impérative. Un câble coaxial à fentes de fuite se caractérise en ce qu'il porte sur son conducteur extérieur une série de fentes par lesquelles une partie de l'énergie de l'onde électromagnétique qui se propage dans le câble fuit par ces fentes et crée des champs 30 électromagnétiques uniformes dans l'espace environnant à condition que la configuration et la disposition de ces fentes soient convenables . En conséquence, la présente invention a pour objet la réalisation d'un câble coaxial à fentes de fuite capable de radier sur 35 une large bande de fréquences. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, description faite à titre purement explicatif et nullement limitatif et avec référence aux dessins joints dans lesquels : 40 La figure 1 représente un câble coaxial à fentes de fuite } 71 02338 2 2077327 de type antérieur à l'invention. La figure 2 est un schéma représentant le système de coordonnées cylindriques utilisé dans la description de l'invention. La figure 3 est un graphique utilisé dans la description 5 de l'invention, et Les figures 4, 5> 6, 7> 8 et 9 représentent divers modes de réalisation du câble de l'invention. Ainsi qu'on le voit sur la figure 1, les câbles coaxiaux à fentes de fuite et de conception antérieure comportent typique-10 ment une succession de fentes disposées suivant une seule et même périodicité. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le conducteur intérieur du câble coaxial, la référence 2 son conducteur extérieur et les références 3-^» 3g» ••• désignent lesdites fentes successives. Ces fentes 31}.52, ... sont uniformément espacées, de sorte que 15 l'intensité du champ électromagnétique créé par le câble dans l'espace environnant est donnée par la formule (l) ci-dessous : oo oo P (Amn.cos mcp + Bmn . sin m Cf )Hm(2) ( JT^r) 20 n=-eo m=-o© • exp (-J(3z - J2 7T nz/p) (l) dans laquelle r, *P et z sont les coordonnées cylindriques définies par la figure 2, H îTn-r) est une fonction de Hanked de deu- i 0TTI^ . / xième espèce et du m ordre, o n est la constante de propaga-25 tion de l'harmonique n de l'onde de transmission, p est le pas des fentes (c'est-à-dire la distance qui sépare deux fentes successives) et A.. et B- sont certaines constantes. mn mn , ième On sait qu il existe aussi pour la n constante de propagation t dans une disposition des fentes semblables à celles 30 de la figure 1 la relation ci-après : // = k2 " (P + 2TT n/p)2 = (2TT/X f - (2 K/ X g + 2 H n/p)2 (2) dans laquelle k et |3 sont respectivement les constantes de propa-35 gation dans le vide et dans le guide d'ondes constitué par le câble, et A et Xg sont respectivement les longueurs d'ondes dans le vide et dans ledit guide d'ondes. Lorsque le terme ifn2 de l'équation (2) est positif, la radiation de l'harmonique n peut être prédominante. Inversement, 40 si le terme . ^f^2 est négatif, cette harmonique provoque la forma- 71 02338 3 2077327 tion d'une onde stationnaire qui n'existe qu'au voisinage du câble. Une telle onde stationnaire ne peut pas jouer un rôle important dans le couplage du câble avec l'antenne d'un véhicule. Par conséquent, il est nécessaire que le terme if^ soit au moins 5 supérieur à zéro pour que soit obtenu un couplage satisfaisant entre le câble coaxial et l'antenne du véhicule. De plus, non seulement la condition ^fn2 > 0 doit être remplie, mais encore cet te condition doit être satisfaite par une onde de fuite et une seu le. La raison en est que si deux ondes composantes satisfont si-10 multanément à la relation ^ > 0, il s'ensuit l'établissement de battements du fait que la constante de phase suivant l'axe des z, qui est pour chacune d'elles (pz = p + 2 Tt n/p) sont différentes l'une de l'autre du fait que n est différent, de sorte qu'il se produit dans l'intensité du couplage de fortes fluctuations qui 15 gênent considérablement la liaison. Lorsque les conditions nécessaires pour un bon couplage, et qui viennent d'être indiquées, sont remplies, le pas p des fentes doit, d'après la relation (2), satisfaire à la condition ci-après s (1/V + l)/2 + 1,avec ( V > I ) O) 20 dans laquelle JJ est le rapport de la longueur de l'onde de trans mission dans le guide d'ondes à la longueur de cette onde dans le vide. La relation (3) correspond au cas où seule l'harmonique -1 25 constitue l'onde de fuite. Du fait que V est en général très voisin de l'unité, le rapport 7i/p se situe entre 1 et 2. Si A/p est voisin de 1, la constante de propagation (celle de l'harmonique qui suit immédiatement celle pour laquelle n = -l) prend une valeur réelle, et la condition nécessaire ne peut pas 30 être satisfaite. En conséquence, la valeur de ^/p doit être com prise entre 1,5 et 2. En d'autres termes, les limites de la bande de fréquences efficaces sont données par l'expression ci-après : 2p % 1•5p 35 dans laquelle C est la vitesse de la lumière dans le vide. Le but fondamental de la présente invention est l'élargissement de la bande des fréquences efficaces des câbles de commun! cation coaxiaux à fentes de fuite. Le câble de l'invention se caractérise en ce que ses fentes sont disposées suivant une double 40 périodicité. C'est-à-dire que l'intensité et la phase de l'onde 71 02338 4 2077327 émise par la J^-eme fente sont calculées de façon à satisfaire la relation ci-après : = [ A.cos 2 7Tzi/p + B) e.^"J pZi^ (5) 5 dans laquelle z^ = -ê .pQ (pQ étant l'intervalle entre fentes consécutives), et A et B sont des constantes arbitraires. La relation (5) signifie que l'intensité de la radiation émise par chacune des fentes du câble varie sinusoïdalement le long de celui-ci. "î pntp \f Dans ce cas, la n constante de propagation peut 10 prendre les valeurs suivantes : ^n2 + = (2 TT/a )2 - (2 "«V * g + 2 IX /p + 2 7Wpo)2>V 30 15 ïn2 - = (2 TC/ * )2 - (2 TT/ ^ g - 2 TT/p + 2 TTn/po)2 f (6) ^n2 » (2 TC/A )2 - (2 TT/^ g + 2 TTn/po)2 ^ dans lesquelles p représente la période de répétition de l'arrangement des fentes, pQ est la distance entre centres de fentes consécutives et ïn2 +, et ^n2 sont les carrés des valeurs 20 prises par la constante de propagation du fait de la périodicité faible p . o Lorsque les conditions requises pour obtenir la fuite d'une et d'une seule composante de l'onde transmise sont recherchées à l'aide des relations (6), les points représentatifs de ces 25 conditions se situent dans la zone hachurée du graphique de la figure 3. En d'autres termes, pour que soient réalisées les conditions d'un bon couplage à l'aide de fentes disposées suivant une double périodicité, conditions qui sont indiquées par la relation (5)j le rapport ^/p doit satisfaire aux relations suivantes : \/P - 1 3/p0 > 1/V + 1 + a/p (8) D'après la relation (7) ci-dessus, 1 intervalle permis 35 pour A /p est plus large que celui imposé par la relation (3). En d'autres termes, le rapport ^/p peut prendre toute valeur arbitraire dans l'intervalle 0 - 2 du fait que V est sensiblement égal à l'unité. Si pQ est suffisamment petit par rapport à p, la condition (8) est satisfaite. On voit donc que l'invention permet 40 d'obtenir des radiations sur une large bande de fréquences. 71 02338 5 2077327 La figure 4 représente un mode de réalisation du câble de l'invention. Dans cette figure, les références 4^, 4g, ... désignent les fentes du câble. Toutes ces fentes sont rectllignes et ont la même longueur, la même périodicité faible pQ et la même 5 périodicité large p. Dans cette double périodicité, l'angle que fait chacune des fentes avec l'axe du câble varie par incréments d'une fente à l'autre en vue de réaliser la répartition sinusoïdale de l'intensité de l'onde émise,comme l'indique la relation (5). On sait que l'intensité de l'onde émise par une fente varie en 10 fonction de son obliquité sur l'axe du câble, une fente parallèle à cet axe ne radiant aucune énergie. Sur la figure 4, les références 4g, 4^ et 4^ désignent les fentes qui émettent la demi-période positive de la variation sinusoïdale de l'intensité de l'onde émise, les références 4g, 4^. et 4^ désignent les fentes qui émettent 15 la demi-période négative de cette variation et les références 4^, 4c et 4n désignent des fentes pour lesquelles cette intensité ne varie pas, ces fentes pour lesquelles 1 intensité de 1 onde émise est ainsi nulle pouvant être supprimées du fait qu'elles ne contribuent pas à l'émission de l'onde définie par la relation (5). La 20 figure 5 représente un autre mode de disposition des fentes du câble de l'invention dans laquelle les fentes qui ne radient aucune énergie ont été supprimées. La figure 6 représente un autre mode de réalisation de l'invention. Sur cette figure, les fentes 4^, 4-^, ... sont incli-25 nées au même angle par rapport à l'axe du câble mais leur longueur varie par incréments de l'une à l'autre en vue de réaliser la variation d'intensité de la radiation sinusoïdale définie par la relation (5). On sait que l'intensité de l'onde émise par une fente augmente en fonction de sa longueur. Sur la figure 6, les fentes 30 dont l'emplacement correspond à la variation nulle de l'onde émise telle que la définit la relation (5) ont été supprimées. La figure 7 représente un autre mode de réalisation de l'invention qui constitue une combinaison des deux modes de réalisation précédents. Dans ce mode de réalisation, les conditions 35 que doit remplir la répartition de l'intensité de l'onde émise et qui sont données par la relation (5) sont obtenues par une variation simultanée de la longueur des fentes et de leur inclinaison sur l'axe du câble. Comme dans les modes de réalisation précédents, les fentes qui ne radient pas d'énergie peuvent être supprimées. 40 Les figures 8 et 9 représentent deux autres modes de réa- 71 02338 6 2077327 lisation de l'invention dans lesquels les fentes du câble ont une forme différente. Ces fentes présentent, à titre d'exemple, un double coude, leur partie rectiligne centrale 5 pouvant ou non être oblique par rapport à l'axe du câble et leurs parties d'extré-5 mité coudées 6 pouvant ou non être parallèles à cet axe et contribuer à l'émission de l'onde de fuite. Dans ces deux modes de réalisation, le' principe de base de l'invention, qui est d'obtenir une répartition désirée de l'intensité de la radiation émise par chacune des fentes le long de"l'axe du câble est respecté. Sur les 10 figures 8 et 9, ce résultat est obtenu respectivement par une variation appropriée de la longueur des fentes et par une variation appropriée de leur inclinaison sur l'axe du câble. On voit donc que le principe de base de l'invention peut être appliqué pour toute structure de radiation désirée dans un câble coaxial à fentes 15 de fuite. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 71 02338 7 2077327 REVENDICATIONS 1 - Câble coaxial à fentes de fuite, caractérisé en ce que son conducteur extérieur porte une succession de fentes dont la forme et la disposition se reproduisent suivant une première 5 périodicité, les dimensions et les autres facteurs qui déterminent l'intensité de la radiation émise par chacune de ces fentes variant sinusoïdalement, mais par incréments, d'une fente à l'autre et suivant une deuxième périodicité. 2 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendica- 10 tion 1, caractérisé en ce que celles de ses fentes qui ne radient aucune énergie sont supprimées. 3 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'obliquité de ses fentes sur l'axe du câble est constante et en ce que la longueur de ces fentes va- 15 rie par incréments de l'une à l'autre. 4 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 3* caractérisé en ce que celles de ses fentes qui ne radient aucune énergie sont supprimées. 5 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendica- 20 tion 1, caractérisé en ce que toutes ses fentes ont la même longueur et en ce que l'obliquité de ces fentes sur son axe varie par incréments de l'une à l'autre. 6 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 5j caractérisé en ce que celles de ses fentes qui ne radient 25 aucune énergie sont supprimées. 7 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de ses fentes et leur obliquité sur son axe varient toutes deux par incréments d'une fente à l'autre. 30 8 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendica tion 7> caractérisé en ce que celles de ses fentes qui ne radient pas d'énergie sont supprimées. 9 ~ Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 1, caractérisé en ce que ses fentes sont en forme de lignes 35 coudées. 10 - Câble coaxial à fentes de fuite selon la revendication 9, caractérisé en ce que celles de ses fentes qui ne radient aucune énergie sont supprimées.