Brevet FR2111732A1 — publié le 19720609

La présente invention se rapporte à des lignes de transmission d'ondes de surface et à un équipement de propagation d'ondes incorporant ces lignes. Par "ligne de transmission d'ondes de surface, on entend, dans cette description, une ligne de transmission adaptée pour la propagation d'ondes électromagnétiques par adhérence de celles-ci à la surface de la ligne. De telles li- gnes sont tout à fait distinetes des guides d'ondes et des cibles coaxiaux dans lesquels les ondes électromagnétiques sont propagées en étant enfermées dans le guide ou le conducteur extérieur du c-- ble. Les lignes de transmission d'ondes de surface sont largement connues mais, jusqu'à présent, présentent l'inconvénient d'8ae onéreuses et difficiles à fabriquer. Une forme connue de ligne de transmission d'ondes de surface - la ligne du type Goubau - qui est constituée de longueurs de conducteur revêtues uniformément d'un diélectrique, fonctionne en vertu de la réactance de surface capacitive due au revêtement diélectrique. Ce revêtement introduit des pertes de polarisation électriques et la capacité de transport de hautes énergies à de très hautes fréquences est indésirablement limitée même si le matériau diélectrique de pertes diélectriques faibles - et en conséquence cher - est employé.Une forme connue de ligne de transmission d'ondes de surface est constituée d'une longueur de conducteur sur laquelle se trouvent un grand nombre d'éléments conducteurs annulaires espacés qui sont parallèles les uns aux autres et à travers lesquels les conducteurs passent en con- tact avec ces éléments et à angle droit de ceux-ci. Ceci est une construction onéreuse en elle-même et qui est difficile à fabriquer du fait que les éléments annulaires doivent être faits précisément à des dimensions prédéterminées et doivent être précisément espacés le long du conducteur conformément aux dimensions et à l'espacement déterminé par rapport à la fréquence de fonctionnement choisie. La présente invention cherche à prévoir des lignes de transmission d'ondes de surface perfectionnées qui soient relativement non onéreuses et faciles à fabriquer, qui aient des pertes relativement faibles, qui soient capables de transporter des énergies élevées à des fréquences s'étendant bien au-dessus de la gamme des micro-ondes, et qui ne nécessitent pas de matériau isolant (comme pour la ligne Goubau) en tant que partie essentielle de leur construction. Comme on le verra plus loin, la présente inven tion prévoit des lignes de transmission d'ondes de surface pertec- tionnées qui fonctionnent en vertu de la réactance de surface inductive. Selon la présente invention, une ligne de transmission d'ondes de surface est constituée d'une longueur de conducteur (d préférence du cuivre) qui est formée et conçue de façon à présenter une surface extérieure à rainures hélicordales. Une ligne de transmission d'ondes de surface selon la présente invention peut être rapidement fabriquée de façon avoir un degré sensible de flexibilité - en fait elle peut être constituée par une structure analogue au conducteur extérieur d'un câble coaxial flexible du type comportant un conducteur extérieur de forme enroulée hélicoidalement. Un autre avantage de la présente invention est que les lignes de transmission conformément à cette invention ont une impédance inhérente élevée. Les longueurs de ces lignes peuvent en con- séquence être facilement jointes bout à bout par exemple par un sim ple raccord métallique introduit dans deux extrémités de lignes ad- jacentes avec des vis sans tête ou analogues traversant les lignes et mordant ou entrant dans des évidements du raccord. Une forme d'équipement de transmission conformément à la présente invention comprend une longueur de ligne de transmission d'ondes de surface selon la présente invention, un émetteur adapté et agencé pour envoyer une onde de surface le long de cette ligne à partir d'une deseseihimS$set un récepteur adapté et agencé à l'autre extrémité de la ligne pour recevoir l'onde de surface propagée le long de celle-ci. De préférence, des moyens d'adaptation d'impédance non réfléchissants sont prévus aux deux extrémités de la ligne entre ces extrémités et l'émetteur ou le récepteur, suivant le cas. De tels moyens d'adaptation d'impédance peuvent être constitués chacun par une série d'éléments annulaires métalliques espacés dont les diamètres augmentent progressivement dans la direction de ltextrémi- té réceptrice de la ligne. De préférence, les séries d'éléments à chaque extrémité s'étendent axialement à l'intérieur d'un cornet rayonnant dirigé le long de la ligne. D'autres objets et avantages de la présente Invention apparattront à la lecture de la description suivante en relat40n avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 représente une forme de réalisation prérGréP de ligne de transmission d'ondes de surface conformément à la pré- sente invention ; et La figure 2 représente une manière d'incorporer la ligne de transmission de la figure 1 dans un équipement de propagation d'ondes conformément à la présente invention. Les mêmes références indiquent les mêmes parties dans les dessins. Comme le montre la figure 1, la référence 1 indique une longueur de conducteur flexible creux en cuivre ayant une surface extérieure 2 enroulée de manière hélicoidale. Pendant le fonctionnement, une onde de surface de fréquence convenable, si elle est envoyée à une extrémité du conducteur dans la direction de sa longueur, adhérera à la surface enroulée en raison de la variation physique régulière de la dimension de la section transvèrsale du conducteur et de la réactance inductive produite en conséquence. Pour donner des dimensions pratiques à titre d'exemple, le conducteur peut avoir un diamètre hors tout de 15,9 mm avec un filetage hélicoidal à départ unique ayant un pas de 6,78 mm, une profondeur de 2,3 mm et une largeur égale à la moitié du pas. Un conducteur avec ces dimensions - un tel conducteur est évidemment robuste mécaniquement - est capable de se comporter comme une ligne de transmission d'ondes de surface pour des fréquences de valeur très faible (près du continu)allant jusqu'à 20 Ghz. I1 est particulièrement convenable pour les fréquences de l'ordre de 1300 MHz. A cette fréquence, presque la totalité de l'énergie de l'onde électromagnétique semble être enfermée dans un cylindre imaginaire de60 cm de diamètre dans l'espace d'air entourant le conducteur. On a également.trouvé qu'il existait une atténuation remarquablement faible (de l'ordre de 1/4 dB par 30 mètres de longueur environ à 1300 Mhz); qu'il existe également une grande capacité de maintien d'énergie (énergie de pointe d'environ 2 1/2 MW à 1300 MHz) ; et qu'il existe une impédance élevée (environ 200 ohms). Ce dernier avantage facilite la connection des longueurs de conducteur bout à bout, par exemple par des raccords métalliques introduits et maintenus par des vis sans tête passant à travers ces longueurs. La figure 2 représente une longueur de conducteur qui, comme dans la figure 1, forme une ligne de transmission entre un émetteur 3- et un récepteur 4. L'émetteur 3 débite dans un câble d'entrée coaxial 5 à l'arrière d'un cornet conique 6. L'énergie est débitée depuis le câble 5 vers une extrémité du conducteur 1 à travers une structure 7 conique d'adaptation d'impédance et pé riodique qui est du type disque et tige connu en lui-même et qui adapte le cible coaxial 5 au conducteur 1. Un agencement d'adaptation d'impédance qui correspond à celui qu'on vient de décrire est prévu à l'extrémité réceptrice. I1 comprend une structure 8 du type disque et tige et un cornet 9. Le câble coaxial 10 mène au récepteur 4. Une protection contre les intempéries pour les structures 7 et 8 peut être fournie par des boucliers en fibre de verre (non représentés) sur les cornets. Comme cela apparaîtra, une ligne de transmission d'ondes de surface selon la présente invention est facile à réaliser et non onéreuse. Elle est également évidemment facile à monter ou à suspendre et peut être conçue de façon à avoir un degré élevé de flexibilité comme cela est nécessaire en pratique. Elle peut, par exemple être suspendue par des crochets à partir d'une caténaire de corde ou fil avec une isolation convenable sur les crochets si une corde isolante n'est pas utilisée, ou elle peut être portée depuis le sol sur des supports isolants. En ce qui concerne la flexibilité, il est particulièrement facile dans les cas normaux d'atteindre une flexibilité destinée à se conformer à des courbes d'environ 7,50 m de rayon. Alors que le diamètre préféré de la ligne est 15,9 mm, il serait possible en pratique d'utiliser des lignes de diamètre situé dans la gamme de 6 mm à 51 mm de diamètre. On notera que pour une fréquence donnée, l'atténuation augmente lorsque le diamètre hors tout diminue alors qu'une augmentation de la profondeur de rainure de l'hélice en tant que proportion du diamètre de la ligne augmente l'atténuation. L'appréciation de certaines des valeurs de mesures indiquées ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques. La présente invention ntest pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparattront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Ligne de transmission d'ondes de surface, caractérisée en ce qu'elle comprend une longueur de conducteur qui est formée et conçue de façon à présenter une surface extérieure rainurée de façon hélicoidale. 2 - Ligne de transmission d'ondes de surface selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur du conducteur est constituée de cuivre. 3 - Ligne de transmission d'ondes de surface selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur du conducteur est constituée par le conducteur extérieur d'un câble coaxial flexible du type ayant un conducteur extérieur de forme enroulée de manière hélicordale. 4 - Equipement de transmission comprenant une longueur de ligne de transmission d'ondes de surface selon l'une quelconque des revendieations 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur adapté et agencé pour envoyer une onde de surface le long de cette ligne depuis l'une de ses extrémités et un récepteur adapté et agencé à l'autre extrémité de cette ligne pour recevoir l'onde de surface propagée le long d'elle. 5 - Equipement de transmission selon la revendication 4, caractérisé en ce que des moyens d'adaptation d'impédance sensiblement non réfléchissants sont prévus aux deux extrémités de la ligne entre ces extrémités et l'émetteur ou le récepteur, selon le cas. 6 - Equipement de transmission selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation d'impédance sont constitués chacun par une série d'éléments annulaires métalliques espacés, dont le diamètre-augmente progressivement dans la direction de l'extrémité du récepteur de la ligne. 7 - Equipement de transmission selon la revendication 6, caractérisé en ce que les séries d'éléments à chaque extrémité s'étendent axialement à l'intérieur d'un cornet rayonnant dirigé le long de la ligne.