Brevet FR2278174A1 — publié le 19760206

La présente invention se rapporte â une ligne de transmission elec trique ouverte, fonctionnant en particulier en bande L (0,5 à 2 GHz) et pré sentant de très faibles pertes. Des lignes analogues peuvent être construites pour des fréquences plus élevées (jusqu'a 12 GHz). On connatt déjà des lignes ouvertes à faibles pertes, fonctionnant en particulier dans la bande L. Les deux principales sont - la ligne en Y étudiée par l'équipe japonaise de T. NAKAHARA et présentant des pertes minimales de l'ordre de 15 dB/km à 850 NHz, - la ligne de GOUBAU étudiée par l'équipe a ricaine de R.G. FITZGERREL, L.L. HAIDLE et J.K. PARTCH, cette ligne étant constituée d'un tube de cuivre entouré d'une enveloppe de polyéthylène et présentant des pertes de tordre de 10 dBlkr a 750 MHz Ces lignes connues présentent l'une et l'autre des inconvénients importants La ligne en Y présente des pertes relativement iwportantes qui augmentent rapide en avec la fréquence. Le sode de propagation de la ligne de GOUMU est un mode de révolution rendant cette ligne sensible à tout élue en situé dans le do aine d'encorbrexent du champ électromagnétique, ce qui fait que l'emploi de dispositifs de fixation de la ligne perturbe celle-ci. La présente invention a donc pour but de réaliser une ligne de transmission ouverte très faibles pertes à large bande passante et pouvant en particulier recevoir un dispositif de fixation n'augientant pratiquesent pas ses pertes propres. Un autre but de la présente invention est de réaliser une ligne ouverte rigide d'un faible prix de revient. Selon la présente invention, on arrive aux buts précités en réa lisant une ligne à anneaux se composant d'anneaux conducteurs pratiquement identiques et pratiquement parallèles entre eux, régulièrement espacés, dont les axes sont confondus ou parallèles entre eux, ces anneaux peuvent être fixés sur une ou plusieurs tiges communes rectilignes ou courbées selon un rayon de courbure très élevé, de préférence égal à de nombreuses fois l'es pacagent entre deux anneaux successifs, ou bien peuvent être fixés sur des supports individuels. Ces anneaux doivent être refermés sur eux-mêzes, leur forme et leur section droite doivent présenter le moins d'aspérités possible, et sont de préférence circulaires, elliptiques ou ovales. Le plan des anneaux peut être perpendiculaire aux tiges de fixation ou bien peut faire un angle quelconque avec ces tiges, mais dans tous les cas les anneaux sont pratique ent parallèles entre eux et les centres doivent être pratiquerent alignés. Le matériau constituant les anneaux doit au moins être conducteur sur sa surface extérieure, et le matériau constituant les tiges peut être conducteur ou non et assurer de préférence une bonne rigidité à la ligne. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée d'un mode de réalisation pris conne exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en perspective d'une section de ligne à anneaux selon la présente invention, - la figure 2 est le diagranne de la variation de l'encombrement du champ en fonction de la fréquence d'une ligne réalisée selon la présente invention, - la figure 3 est le diagranne de variation de l'atténuation en fonction de la fréquence de la même ligne que celle prise pour la figure 2, - la figure 4 est la caractéristique de dispersion de la même ligne que celle ayant servi à établir les figures 2 et 3. La ligne de la présente invention se compose, cbme on le voit sur la figure 1, d'anneaux 1 régulièrement espaces d'une distance H, que l'on appellera période spatiale de la structure périodique de la ligne, le diamètre extérieur de ces anneaux identiques étant D. Ces anneaux sont fixés sur une tige support 2, et ont tous un axe connut 3. La ligne ayant servi à établir les figures 2, 3 et 4 presente les caractéristiques suivantes : tige et anneaux en AGST4, anneaux de diamètre extérieur 40 ma, de diamètre intérieur 30 n et ayant une section carrée de 5 x 5 , espacés d'une période H = 28 mn. Tige d'épaisseur et de largeur égale à 5 n et comportant 24 anneaux. La figure 2 montre que l'encombrement 2d du champ de la ligne, d étant la distance à l'axe 3 de la ligne au-delà de laquelle le champ est négligeable par rapport à celui mesuré au voisinage inédiat de la ligne, décroit d'une façon hyperbolique en fonction de la fréquence depuis une valeur pratiquement égale à deux mètres pour 1,7 GNz jusqu'à 0,25 mètre pour 2,5 0Hz. Par contre, on voit sur la figure 3 que l'atténuation tige de cette ligne augmente hyperboliquement depuis environ 4 dB/km pour 1,7 0Hz jusqu' environ 80 dB/km pour 2,5 GHz, mais dépasse b peine 10 dB/km pour 2 0Hz. Sur la figure 4, qui montre le diagramme de la caractéristique de dispersion de la ligne étudiée ci-dessus, on a représenté la droite vp - c pour laquelle la vitesse de phase est égale à celle de la lumière. On a désigne par A la zone se trouvant gauche de la droite v p c, et par B la zone se trouvant à droite de cette droite vp = c. Les ordonnées représentant la fréquence en 0Hz et les abscisses, le déphasage ssH par période H de la ligne, } étant la constante de propagation des ondes électromagnétiques sur la ligne ; on a tracé la verticale C dont l'abscisse est Tr et qui représente la fréquence d'arrêt de la bande passante. On a trac5 deux courbes D et E correspondant respectivement à la caractéristique de dispersion du mode hybride dipolaire EH11 et à un mode fondamental avec une tige 2 de support des anneaux 1, mode pour lequel on constate une tendance à la symétrie circulaire, c'est-à-dire un mode dont la valeur du champ électromagnétique présente, dans un plan parallèle aux anneaux 1, une symétrie par rapport à l'axe 3 de ces anneaux, mais a une valeur nulle sur la tige 2 de support. Pour l'exemple de réalisation choisi, la courbe D est prati quement confondue avec la droite vp = c jusqu'à une fréquence d'environ 2 GHz, et en diverge vers une asymptote ayant une ordonnée d'environ 2,8 0Hz. La courbe E quitte très rapidement la droite vp = c aux environs de 0,3 GHz, pour se diriger vers une asymptote horizontale d'ordonnée égale à environ 1,35 0Hz. La ligne, qui fonctionnera de préférence en mode dipolaire, c'est-à-dire selon la courbe D, pourra fonctionner dans toute la zone comprise entre les courbes D, E et la verticale C, car au-dessus de la courbe D et dans la zone B, on aura des odes d'ordres supérieurs et en-dessous à partir de la courbe E, le -ode à tendance circulaire est excité, la zone se trouvant sous la courbe E étant caractérisée par l'absence d'un champ de rayonnement, et n'est donc pas intéressante pour de nombreuses applications où l'on cherche justement à obtenir un champ de rayonnement (radar, couplage ...) Ainsi, pour une atténuation donnée ou une fréquence donnée, on peut déterminer les paramètres de la ligne selon l'invention en appli quant la regle de l'homothétie bien connue (paramètres géométriques inver sement proportionnels à la fréquence). On notera que l'on peut alimenter cette ligne à l'aide d'une transition à partir d'un guide d'ondes classiques, et que l'on peut coupler cette ligne à une ligne identique avec de faibles pertes de 'couplage. La longueur minimale du coupleur doit être égale au quart de longueur d'onde de l'onde électro magnétique guidée. Etant donné que la ligne de l'invention fonctionnera de préférence en mode dipolaire, et de préférence avec une tige 2 de support, on pourra fixer cette tige sur des supports qui devront être placés dans le plan de symétrie de la ligne passant par cette tige, la tige et les supports pou vant être métalliques ou diélectriques, étant donné qu'il n'y a pas de lignes de champ électromagnétique dans la zone dudit plan de symétrie délimitée par ladite tige et ne contenant pas les anneaux. Etant donné que l'on connaît, d'après la figure 2, l'encombrement du champ électromagnétique, on peut entourer celle-ci d'un blindage métallique se trouvant en dehors des limites du champ électromagnétique de la ligne. La ligne peut être aussi entourée par un tube diélectrique protecteur. On notera que les anneaux de la ligne ayant servi à établir les figures 2 à 4 ont une section carrée. On a choisi une telle section uniquement pour des raisons de simplicité de fabrication et de prix de revient, car ces anneaux ont été simplement découpés dans un tube métallique disponible dans le commerce. I1 serait bien sûr préférable de réaliser des anneaux à section circulaire, ce qui améliorerait la caractéristique d'atténuation obtenue. Toutefois, même avec une telle section carrée, on constate que les caractéristiques d'atténuation de la ligne sont nettement meilleures que celles des lignes de l'art antérieur. On notera également qu'une ligne réalisée avec deux tiges de support dont les points de fixation sont diamétralement opposes sur chaque anneau, et avec les mêmes paramètres que ceux de la ligne ayant servi à établir les figures 2 à 4, a une caractéristique de dispersion identique à la courbe D de la figure 4. Par contre, le mode fondamental représenté par la courbe E a sa fréquence d'arrêt égale pratiquement au double de celle de la figure 4. C'est donc une ligne entrant dans le cadre de la présente invention REVENDICATIONS 1. Ligne de transmission électrique ouverte, fonctionnant ac une fréquence comprise entre 0,5 et 12 GHz, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'anneaux conducteurs pratiquement identiques régulièrement espacés, les centres d'au moins trois anneaux successifs étant pratiquement alignés. 2. Ligne ouverte selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les anneaux sont refermés sur eux-mbmes et ont une forme présentant le moins d'aspérités possible, de préférence circulaire elliptique ou ovale. 3. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que les anneaux ont une section présentant le moins d'aspérités'possible, de préférence circulaire, elliptique ou ovale. 4. Ligne ouverte selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que tous les anneaux sont parallèles entre eux et ont un axe commun. 5. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les axes des anneaux sont parallèles entre eux. 6. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les anneaux sont fixés sur une ou plusieurs tiges rectilignes. 7. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que deux anneaux successifs sont presque parallèles entre eux. 8. Ligne ouverte selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les anneaux sont fixés sur une ou plusieurs tiges courbées selon un rayon de courbure très élevé, de préférence égal à de nombreuses fois l'espacement entre deux anneaux successifs. 9. Ligne ouverte selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le plan des anneaux est perpendiculaire aux tiges de fixation. 10. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le matériau constituant les anneaux est conducteur sur sa surface extérieure. 11. Ligne ouverte selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la période spatiale des anneaux et leurs dimensions sont déterminées par une règle d'homothétie bien connue à partir de la courbe de dispersion d'une ligne ayant des paramètres arbitraires, pour un fonctionnement en deçà de la fréquence d'arret du mode hybride dipolaire EH11, et au-delà de la fréquence d'arret du mode fondamental présentant une tendance à la symétrie circulaire.