Brevet FR2376502A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne les atténuateurs et plus précisément ceux qui sont destinés à l'énergie à haute fréquence et qui ont une puissance relativement élevée. Bien que le problème de la dissipation d'énergie à haute fréquence de niveau relativement élevé, jusqutà un niveau permettant un traitement sur par des dispositifs tels que les coupleurs directionnels et analogues, se soit présenté depuis de nombreuses années, il n'existe de façon générale dans le commerce que des atténuateurs de puissance à haute fréquence capables de dissiper en toute sécurité une puissance moyenne de l'ordre de 20 W à des fréquences relativement élevées (dans la plage des fréquences exprimées en gigahertz). I1 est donc évident qu' un atténuateur peu encombrant et de forte puissance, capable de fonctionner sur une large plage de fréquences, constitue un progrès important dans la technique. L'invention concerne un atténuateur coaxial perfectionné qui permet la résolution du problème précité. Elle concerne aussi un atténuateur coaxial relativement peu encombrant, léger et efficace, capable de dissiper en toute sécurité de 11 énergie à haute fréquence à un niveau relativement élevé. Elle concerne aussi un atténuateur coaxial qui assure l'adaptation de l'impédance du système de la ligne de transmission dans lequel il est utilisé. Elle concerne aussi un atténuateur coaxial à haute fréquence de grande- puissance comprenant un système efficace de refroidissement par eau ou par air. Elle concerne aussi un atténuateur de puissance élevée à haute fréquence, ayant une atténuation relativement élevée dans un volume relativement petit, et comprenant une section étanche au vide de ligne de transmission de type coaxial. Plus précisément, l'invention concerne un atténuateur coaxial qui, dans un mode de réalisation, comprend un tronçon prédéterminé d!une ligne coaxialede transmission ayant des conducteurs interne et externe et destinée à la propagation d'énergie électromagnétique; L'invention concerne aussi un dispositif atténuateur placé dans la ligne de transmission, en contact thermique relativement bon avec la paroi interne du conducteur externe, et dans une position telle qu'il peut réagir à l'énergie électromagnétique qui se propage dans la ligne de transm-ssion. Le dispositif atténuataur peut comprendre plusieurs éléments llongés, ayant un coefficient de transmission de chaleur relativement élevé, placés symétriquement dans le guide entre les conducteurs interne et externe, la matière elle-meme Esuvant avoir une caractéristlque de perte d'énergie à haute fréquence relativement élevée, ou pouvant porter un revêtement d'une matière de ce type, déposé ou appliqué sur les éléments. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux ae la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une perspective d'un atténuateur coaxial selon l'invention la figure 2 représente sous forme agrandie l'atténua teur de Ue a figure 1, en coupe partielle par un plan longitudinal axial la figure 3 est une coupe de l'atténuateur de la figure 2; la figure 4 est une perspective indiquant la direction de coupe utilisée lors de la réalisation d'un barreau anisotrope de nitrure de bore pyrolitique utilisé dans un mode de réalisation de l'invention;; la figure 5 est une cce d'un atténuateur coaxial selon un autre mode de réalisatIon de l'invention la figure o est me perspective d'un mode de réalisation d'atténuateur selon l''nventior, refroidi par air la figure 7 est une perspective d'un atténuateur selon l'invention, refroidi par de l'eau ; et la figure 8 est une coupe d'un atténuateur coaxial selon un autre mode de réalisation de l'invention. On se réfère aux dessins et plus précIsément aux figures 1 à 3 qui représentent un atténuateur coaxial 11 d'énergie à haute fréquence et de forte puissance, ayant un boîtier allongé 13 et un connecteur coaxial classique 15 à chaque extrémité. Le boîtier 13 fait partie d'une ligne coaxiale 14 de transmissIon à haute fréquence et comprend un conducteur tubulaire externe 17 et un conducteur interne 19 placés coaxialement. Le rapport du diamètre externe du conducteur interne 19 au diamètre interne du conducteur externe 17 est choisi de manière classique afin que la ligne coaxiale de transmission ait l'impédance voulue. Dans de nombreuses applications, cette impédance Zo est égale à 50 ohms. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le conduc teur interne 19 est supporté et maintenu dans l'alignement axial par un isolateur 21 placé à chacune des extrémités 23, comme indiqué clairement sur la figure 2. Chaque isolateur est lui-nême supporté axialement dans chaque connecteur 15 par un organe tubulaire externe 25 de contact ayant une bride annulaire 27 à une extrémité interne 29 et une partie annulaire 31 de dia mètre légèrement plus grand à l'autre extrémité. Le conducteur interne 19 peut être formé par une tige pleine ou par un organe tubulaire creux, et ses extrémités constituent des contacts centraux pour chacun des connecteurs 15.Dans une varialte, le conducteur central peut être raccourci et peut avoir un trou axial à chaque extrémités les trous permettent l'introduction se contacts centraux tronconiques classiques de connecteur séparés. On se réfère maintenant plus en détail à la coupe agrandie de la figure 3 qui indique que l'atténuateur selcn l'invention comprend un dispositif atténuateur 33 qui est en contac thermique relativement bon avec la paroi interne 34 du conducteur externe ?7 et qui occupe une position dans laquelle il peut réagir à l'énergie électromagnétique qui se propage le long du tronçon de ligne 14. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le dispositif 33 d'atténuation comporte trois organes allongés 35 de support placés symétriquement autour du conducteur interne ou central 19, et dépassant radialement comme indiqué sur le dessin. 'les organes 35 sont réalisés afin qu'ils soient maintenus par rétreinte dans le conducteur coaxial externe 17, et ils peuvent Être formés de toute matière diélectrique mais de préférence d'une matière ayant une conductibilité thermique relativement élevée, un faible coefficient de dilatation thermique et une faible tangente des pertes. Une telle matière est par exemple du nitrure de bore d'un type pyrolytique. Cependant, on peut aussi utiliser des matières à base de diamant, d'oxyde de béryllium et d'alumine. Dans le cas du nitrure de bore, il s'agit d'une matière polycristalline ayant une orientation importante des cristallites et ayant des propriétés thermiques et mécaniques anisotropes. Etant donné l'orientation des cristallites, on constate qu'on obtient les meilleurs résultats dans l'application considérée lorsque l'axe longitudinal des organes 55 se trouve dans la direc- tion a comme indiqué sur la figure 4. En outre, le dispositif 33 d'atténuation comprend une matière 37 présentant des pertes relativement élevées, placée par revetement ou fixée d'une autre manière aux faces externes des organes 35 de support. Une telle matière qui a des pertes élevées est le carbure de titane. Cependant, d'autres matières telles que le carbone, l'oxyde de béryllium poreux et imprégné d'une matière ayant des pertes et d'autres matières à base de carbure conviennent. En fait, lorsque les organes 35 de support sont poreux, la matière 37 présentant des pertes peut etre imprégnée sous pression par exemple. Lors du fonctionnement, l'énergie à haute fréquence couplée à l'atténuateur 11 par l'un des connecteurs 15 se propage le long de la ligne t4 de transmission et réagit avec la matière 37 qui absorbe l'énergie. L'énergie absorbée est alors transmise sous forme de chaleur par les organes allongés 35 de support au conducteur externe 1.5 et la chaleur est alors extraite par la structure de l'atténuateur par l'intermédiaire d'un dispositif convenable décrit dans la suite. Le mode de réalisation décrit en référence aux figures I à 3 est-bien adapté à l'évacuation de puissances faibles et modérées à haute fréquence. Cependant, dans le cas de puissances relativement importantes, de l'ordre de 1000 W ou plus par exemple, le mode de réalisation représenté sur la figure 5 peut être avantageusement utilisé. Dans ce cas, des joints céramiques classiques 39 pour câbles coaxiaux sont montés à demeure dans les organes tubulaires externes 25 de contact près des brides 27. Dans ce cas, les isolateurs 21 sont racccurcis afin qu'ils permettent le logement de la largeur des joints céramiques.En outre, la dissipation thermique du dispositif peut être fortement accrue par montage du boîtier 13 soit dans la structure 41 refroidie par de l'air, représentée sur la figure 6, soit dans la structure 43 refroidie par de 1' eau, représentée sur la figure 7, par exemple. Les dessins des structures à ailette refroidies par de l'air ou refroidies par de l'eau sont bien connus dans la technique et on ne les décrit pas en détail. Bien que, dans un mode de réalisation très avantageux, le dispositif 33 d'atténuation comporte trois organes allongés de nitrure de bore, il faut noter que d'autres arrangements peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention. Par exemple, deux organes de nitrure de bore ou ayant des caractéristiques analogues peuvent être utilisés sous forme de la matière qui présente les pertes, et pour l'extraction de la chaleur de l'intérieur de la ligne de transmission.La figure 8 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif 33' d'atténuation comprend deux éléments 45 placés de part et d'autre et ayant des faces internes et externes 47 et 49 d'extrémité qui correspondent intimement à la courbure des organes associés de la ligne coaxiale 14' de transmission. Evidemment, il est aussi évident que la puissance qui peut être dissIpée dans chaque mode de réalisation dépend de façon importante de la longueur du dispositif d'atténuation placé dans la ligne de transmission et non uniquement de la matière utilisée ou du nombre d'éléments d'atténuation. On constate que les atténuateurs selon l'invention permettent l'atténuation de puissances à haute fréquence importantes de 1000 W et plus, suivant la longueur de refroidissement, et peuvent fonctionner sur une grande largeur de bande, correspondant à plusieurs octaves jusqu a au moins 18 G:Hz. Ainsi, l'utilisation de charges ou de coupleurs directionnels coaxiaux à faible dissipation d'énergie est possible en coopération avec. un atténuateur de puissance élevée, du type décrit précédemment, et même, aucun coupleur directionnel peut être utilisé. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Atténuateur coaxial, caractérisé en ce qu'il comprend un tronçon de longueur prédeter-née d'une ligne coaxiale de transmission, destiné à propager ae 11 énergie électromagnétique et comprenant un conducteur interne et un conducteur externe, et un dispositif d'atténuation placé dans la ligne de transmission et en contact thermique relativement bon avec la paroi interne du conducteur externe, dans une position permettant la réaction avec l'énergie électromagnétique qui se propage dans la ligne de transmission. 2. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'atténuation est au contact du conducteur interne. 3. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'atténuation comprend plusieurs éléments ayant un coefficient relativement élevé de conductibilité thermique, placés symétriquement dans la ligne de transmission entre les conducteurs interne et externe, et en contact thermique relativement bon avec les parois internes du conducteur externe. 4. Atténuateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits éléments sont revetus d'une matière ayant une caractéristique de perte relativement élevée aux longueurs d'ondes de l'énergie électromagnétique. 5. Atténuateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits éléments sont sous forme de barreaux allonges. 6. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les barreaux sont formés de nitrure de bore pyrolytique anisotrope découpés dans la direction a. 7. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les barreaux sont revêtues de carbure de titane. 8. Atténuateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne coaxiale de transmission est une ligne sous vide et comporte des joints d'étanchéité à ses deux extrémités. 9. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que deux des barreaux sont placés dans un guide d'onde coaxial, de part et d'autre du conducteur interne. 10. Atténuateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que trois barreaux sont placés symétriquement dans le guide d'onde coaxial.