Brevet FR2265210A1 — publié le 19751017

T'invention est relative à un dispositif pour la trans mission-radioélectrique en haute fréquence de signaux de commande pour valves à semi-conducteurs commandées, en particulier des thyristors, dans un convertisseur statique pour hautes tensions, où il est prévu un émetteur à haute fréquence équipé d'une antenne d'émission pour le rayonnement d'ondes électromagnétiques qui sont modulées par au moins une fréquence de modulation qui est fonction des signaux de commande et où il est prévu, pour les valves à semi-conducteurs, des dispositifs d'amorçage avec récepteurs à haute fréquence, antennes de ré réception et démodulateurs comportant des redresseurs et accordés à la fréquence de modulation. Lorsque, dans un tel dispositif, la valve à semiconducteurs commandée est utilisée dans un convertisseur pour haute tension, on risque de voir se produire, coté réception, des décharges dues aux différences de potentiel élevées entre les diverses valves à semi-conducteurs ou entre une valve à semi-conducteurs et la masse ou la terre.Ces décharges sont favorisées par des éléments métalliques présentant des pointes et des areites vives.l'antenne de réception est particulièrement susceptible de constituer le point de départ de décharges (effet corona), antenne qui peut être notamment une antenne dipôle.On est donc obligé de laisser une distance de sécurité considérable entre les différentes antennes de réception,Plus les dimensions hors tout des antennes de réception sont importantes,plus la distance qui les sépare doit bure grande. Or, dans un tel dispositif comportant plusieurs valves à semi-conducteurs, on cherche d'autre part, pour des raisons d'encombrement, à disposer les récepteurs à haute fréquence et leurs antennes de réception aussi près que possible les uns des autres. Ceci exige que les différents récepteurs à haute fréquence et leurs antennes de réception possèdent des dimensions hors tout réduites. D'une manière générale, les dimensions hors tout du récepteur à haute fréquence et de son circuit d'amorçage peuvent etre réduites grace à 11 emploi de composants électriquesminiaturisés.l'invention vise, en plus, à indiquer des mesures gracie auxquelles on peur réaliser, coté réception à haute fréquence, une disposition aussi compacte que possible des récepteurs à haute fréquence0 Elle vise plus particulièrement à réduire les dimensions hors tout des différentes antennes de réception0 Suivant l'invention, ce résultat est atteint par le fait que l'émetteur à haute fréquence et son antenne démission sont conçus en vue de ltémission d'un rayonnement haute fréquence à polarisation circulaire, et que l'antenne de réception récepteur à haute fréquence est réalisée sur la forme d'une antenne de réception pour rayonnement haute fréquence à polarisation circulaire. L'invention est basée sur la considération qu'une antenne pour un rayonnement haute fréquence à polarisation circirculaire possède des dimensions hors tout moindres et exige un moindre encombrement qu'une antenne dipôle. Les dimensions hors tout et la conformation des deux antennes à haute fréquence devront Qtre adaptées en vue de la haute fréquence et des exigences de la concentration. en faisceau. Une solution favorable consiste à établir l'antenne de réception du récepteur à haute fréquence sous la forme d'une antenne métallique en hélice. Une telle antenne en hélice est également connue sous la dénomination "antenne hélicoSdale" dans le domaine de la technique de la haute fréquence0 Afin de protéger l'antenne en hélice (antenne hélicol- dale)conbre les déformations mécaniques, il est avantageux de la noyer dans.un matériau diélectrique. Cette forme de réalisation offre l'avantage important d'empêcher efficacement la formation d'une effluve, et donc d'une décharge, en particulier à la pointe de cette antenne, décharge qui pourrait se produire au niveau de l'antenne de réception meme en raison du potentiel élevé de la valve à semi-conducteur correspondante. Le matériau diélectrique,dans lequel l'antenne en hélice est noyée peut etre en particulier une matière plastique. Ce matériau offre l'avantage de pouvoir être coulé et façonné aisement.Plus particulièrement, on peut utiliser à titre de matériau diélectrique une résine époxy. Dans le cas le plus simple, le matériau diélectrique dans lequel l'antienne en hélice est noyée peub être conformé en un corps cylindrique, symétrique par rapport-à l'antenne. Â cet égard, i3 y a lieu de veiller à ce que la distance entre l'antenne en hélice et toutes las surfaces limites extérieures de ce corps soient choisies de façon qu'une effluve ne puisse pas s 'établir. Un captage de sortie particulièrement efficace de l'énergie haute fréquence reçue peut Qtre réalisé par une disposition consistant à terminer l'antenne en hélice par une plaque de base métallique et à réaliser électriquement à cette plaque de base le conducteur extérieur du table de raccordemew* qui relie l'antenne en hélice au récepteur à haute fréquence correspondant. Comparativement à l'utilisation d'autres antennes, notamment d'antennes dipôles, l'invention offre l'avantage rassurer, côté réception, une économie de frais et de matériaux. Le réflecteur, sous la forme d'un miroir creux, souvent utilisé dans le cas d'antennes dipôles peut être omis, étant donné qu'une antenne pour rayonnement à polarisation circulaire, en particulier une antenne en hélice possède déjà par elle-m & e une bonne directivité. I)e plus un trajet de transmission à haute fréquence pour rayonnement a' polarisation circulaire est moins sensible à certaines perturbations qu'un trajet de transmission pour rayonnement à polarisation linéaire Des exemples de réalisation de l'invention sont illustrés par le dessin annexé, sur lequel:: la figure 1 est un montage schématique d'un dispositif pour la transmission radioélectrique des signaux de commande vers les circuits de commande de plusieurs valves à semi-conducteurs d'un convertisseur statique,et la figure 2 représente, en coupe, une antenne de réception particulièrement favorable, destiné à un rayonnement à-polarisation circulaire Suivant la figure 1, il est prévu deux valves à semi-- conducteurs commandées 2a et 2b, branchées en série entre elles, ainsi que deux autres valves à semi-conducteurs commandées 5a et 5b, également branchées en série entre elles.Les valves à semiconducteurs 2a et 2b, 5a et 5b sont supposées être des composants d'un convertisseur statique à valves à semi-conducteurs, en particulier des thyristors, en montage en- pont triphasé.Chacune des paires de valves à semi-conducteurs 2a, 9b et Sa, 5b appartient à une branche différente du convertisseur statique.Chacune de ces branches possède d'une manière générale plus de deux valves à eonducteurs 2a,2b ou 5a, 5b, le convertisseur statique étant prévu pour une tension élevée. En-particulier, il peut s'agir d'un convertisseur statique pour la transmission de courant continu à haute tension. Un émetteur de signaux de commande, nor représentérfournit des signaux de commande, en une sucession et à une fréquence préfixée, pour toutes les branches du convertisseur statique.Seuls les signaux de commande p2 et p5 ont été marqués sur la figure 1, ces signaux servant à l'amorçage radioélectrique des valves à semiconducteurs 2a, 2b et 5a, 5b. La transmission des signaux de commande p2, p5 aux circuits de commande des valves à semi-conducteurs 2a, 2b et 5a, Sb est effectuée à tour de rôle au moyen d'un trajet de transmission à haute fréquence. On considèrera d'abord l'amour çage commun des valves à semi-conducteurs 2a,2b, qui appartiennent à la m8me branche dans le convertisseur statique. Ainsi qu'on le voit sur la figure 1, le signal de commande p2 pour les valves à semi-conducteurs 2a, 2b est envoyé dans un émetteur à haute fréquence 10, équipé d'une antenne d'émission 9 et d'un réflecteur 9r. L'émetteur à haute fréquence 10 émet.un signal~de sortie à polarisation circulaire, dont la fréquence porteuse fO est de 2,45 GHz-, par exemple. Le signal de commande p2, appliqué à l'entrée de modulation, effectue à cet endroit une modulation d'amplitude. Lorsque le signal de commande p2 n1 est pas égal à zéro, la fréquence porteuse fO est modulée en amplitude par une fréquence de modulation f2 de 10 W2z, par exemple.L'antenne d'émission 9 rayonne alors un signal de transmission 11 qui contient, à côté de la fréquence porteuse fO, les fréquences (fO +f2). Le signal de transmission 11 est rayonné par l'antenne d'émission 9 en un faisceau parallèle ou - comme indiqué sur le dessin - dans le sens radial vers les valves à semi-conducteurs 2a, 2b. A une certaine distance de l'antenne d'émission 9 se trouvent des récepteurs à haute~fréquence 12a, 12b qui sont affectés respectivement aux valves à semi-conducteurs 2a,2b. Leurs antennes de réception-13a et 13b sont constituées en antennes de réception pour un rayonnement à haute fréquence et à polarisation circulaire et sont orientées vers l'antenne d'émission 9, de sorte que le signal d'émission 1l peut être reçu avec une intensité maximale. Les récepteurs à haute fréquence 12a, 12b possèdent la meme structure.Ils contiennent chacun un démodulateur dont le signal de sortie est appliqué - éventuellement par l'entremise d'un multivi brateur et/ou d'un montage d'amorçage, par exemple suivant le brevet RFA 1.538.099 - au circuit de commande Jde la valve à semi-conducteurs 2a ou 2b correspondante. Le démodulateur est constitué ici par une combinaison d'un redresseur et d-'un filtre accordé à la fréquence de modulation f2 Il s'ensuit que les récepteurs à haute fréquence 12a, 12b agissent d'une manière sélective, de sorte que d'autres fréquences ne peuvent pas exercer des influences perturbatrices.Par conséquent, aussittt qu'un signalde commande p2 est présent à l'entrée de modulation de l'émetteur à haute fréquence 10, les deux valves à semi-conducteurs 2a et 2b q'amorcent. La transmission de ltinformation d'amorçage est effectué sans potentiel par le signal de transmission à haute fréquence 11. Ainsi grandes différences de potentiel entre émetteur à haute fréquence 10 et les valves à semi-conducteurs 2a, 2b n'exercent pas une action perturbatrices. D'autre part, il ressort de la figure 1 que l'émetteur à haute fréquence 10 est prévu, d'une part, pour ia transmission radioélectrique du signal de commande p2 aux circuits de commande des valves à semi-conducteurs 2a, 2b, mais d'autre part aussi pour la transmission de autre signal p5 aux circuits de commande des autres valves à semi-conducteurs 5a, 5b.Le signal de commande p5 est différent de zéro' à d'autres moments que le signal de commande p5o les valves à semi-conducteurs 5a, 5b sont donc appelées à s'a morcer à d'autres instants que les valves à semi-conducteurs 2a,2b Ainsi, ledit autre signal de commande p5 fait en sorte que,lorsqu'S est différent de zéro, la fréquence porteuse fO de l'émetteur à haute fréquence 10 soit modulée par une autre fréquence de modulation f5, qui peut être de 20 z par exemple. Le signal de transmission a alors la fréquence (f0 + f5). A chacune des valves-à semi-conducteurs 5a, 5b est également affecté un récepteur à haute fréquence 15a,15b muni des antennes de réception respectives 16as16b. Ces récepteurs à haute fréquence 15a, 15b ont la même structure que les récepteurs à haute fréquence 12a, 12b; ils sont également conçus en vue de la réception d'un rayonnement haute fréquence à polarisation circ- laire ,leurs démodulateurs étant toutefois accordés non pas à la fréquence de modulation f2, mais à la fréquence de modulation f5. Ces récepteurs ne transmettent donc un signal d'amorçage aux valves à semi- conducteurs 5a, 5b que lorsque le signal de transmission comporte une composante à fréquence de modulation 5. Le passage d'autres fréquences à travers le filtre est bloqué dans une large mesure, de sorte qu'un amorçage intempestif est pratiquement exclu. On a déjà indiqué que les valves à semi-conducteurs 2a, 2b et 5a, 5b constituent des composants d'un convertisseur statique pour haute tension, par exemple pour une tension de 1 MeV.Dans untel convertisseur statique on risque de voir, en raison.des grandes différences de potentiel, des décharges se produire entre les différentes valves à semi-conducteurs ou entre une des valves à semi-conducteurs et la masse ou la terre.Pour éliminer ce risque, il faut que toutes les valves à semi-conducteurs, ainsi que leurs câblages, soient séparés d'une distance de sécurité suffisante les unes des autres, de meme que de la masse et de la terre.1n outre, on doit veiller à ce que les divers composants ne présentent pas des pointes ou des are'tes trop vives, afin d'éviter des effets d'effluves . De telles effluves pourraient aussi se produire si les antennes de réception 13a, 13b et lSa, lSb étaient des antennes dipôles en un matériau métallique. Afin de permettre une disposition aussi compacte que possible des récepteurs à,haute fréquence 12,15 et des antennes de réception 13, 16 suivant la figure 2 sont conçues en vue de la réception d'un rayonnement à polarisation circulaire. Ainsi qu'on le voit sur la figure 2,l'antenne de réception ,désignée globalement par 20 comprend une hélice 21 en métal dont l'axe 22 est orienté vers l'antenne d'émission. Le signal de transmission à haute fréquence 1l vient frapper cette hélice 21 dans un sens axial.Plus l'hélice 21 possède de spires, meilleur est l'effet directif de l'antenne de réception 20. L'hélice 21 est raccordée au conducteur intérieur 23 d'un cible de raccordement coaxial 24, qui relie l'antenne en hélice 20 au récepteur à haute fréquence correspordant. Le conducteur extérieur 25 de ce cible de raccordement 24 est connecté électriquement à une plaque de base métallique 26. La plaque de base métallique 26 peu* être en cuivre par exemple . Elle est munie d'une ouverture 27 que traverse le conducteur intérieur 23. La plaque de base 26 obture l'extrémité inférieure de l'hélice 21. Elle permet un captage particulièrement efficace du rayonnement incident à haute fréquence. Elle peut servir d'autre part de plaque de support pour d'autres composants, par exemple pour le circuit d'amorçage correspondant. Suivant le figure 2, l'hélice 21 est complètement noyée dans un matériau diélectrique, en particulier dans une matière plastique telle qu'une résine époxy. Ce matériau est moulé sous la forme d'un corps cylindrique 28 dont l'axe coïncide avec ltaxe 5 de l'hélice 21. Lors de ltenrobage de l'hélice 21 par coulée, on veille à ce que la distance entre l'antenne hélicoidale , dJune part et la surface cylindrique extérieure, de même que les deux faces circulaires, d'autre part, ne soit pas inférieure à une distance de sécurité préddterminée. On a ainsi la garantie quten dépit des différences de -potentiel élevées, il ne s1 établira pas de décharges par effets d'effluves entre l'antenne de réception 20 et la masse ou autres composants. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la transmission radioélectrique en haute fréquence de signaux de commande pour valves à semiconducteurs commandées, en particulier des thyristors, dana convertisseur statique pour hautes tensions, où il est prévu un émetteur à haute fréquence équipé d'une antenne d'émission pour le rayonnement d'ondes électromagnétiques qui sont modulées par au moins une fréquence de modulation qui est fonc;;tion des s-ljrÜlü de commande et où il est prévu, pour les valves à semi-conducteur des dispositiCs d'amorçage avec récepteurs à haute fréquence, antennes de réception et démodulateurs comportant des redresseur et accordés à la fréquence de modulation, caractérisé en ce que l'émetteur à haute fréquence et son antenne d'émission sont conçus en vue de émission d'un rayonnement haute fréquence à polarisation circulaire, et en ce que les antennes de réception des récepteurs à haute fréquence sont des antennes de réception pour rayon- nement haute fréquence à polarisation circulaire. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que antenne de réception d'un récepteur à haute fréquence est realisé sous la forme d'une antenne métallique en hélice 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne en hélice est noyée dans un matériau diélec- trique. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau diélectrique consiste en une matière plas- tique. -5. Dispositif suivant la revendication 4r caractérisé en ce que la matière synthétique est une résine époxy. 6. Dispositif suivart-l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que l'antenne en hélice est noyée dans un corps cylindrique et en ce que la distance entre l'antenne en hé- lice et les surfaces limites de ce corps cylindrique n'est noble part inférieure à une distance de sécurité préf xée. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l'antenne en hélice se termine à son extrémité par une plaque de base métallique et en ce que le conducteur extérieur du c-ble de raccordement7 qui~relie l'antenne en hélice au récepteur à haute fréquence correspondant, est relié électriquement à cette plaque de base.