Brevet FR2433838A1 — publié le 19800314

L'invention est du domaine des hyperfréquences, c'est-à-dire des fréquences au-delà de 10 GHz, et concerne un guide d'ondes flexible constitué d'un tube, dont les dimensions intérieures correspondent aux modes et aux fréquences de propagation désirés. Les guides d'ondes souples sont utilisés dans les systèmes radar ou faisceaux hertziens.pour relier aisément des sous-ensembles en guides d'ondes rigides, et pour compenser des désaxages de tels sous-ensembles. Un tel guide flexible possède de préférence la même section intérieure que les brides des sous-ensembles auxquels il est relié, ceci, en vue d'éviter des changements de mode de propagation. Le guide flexible peut donc avoir une section circulaire, rectangulaire ou même elliptique. La flexibilité doit être telle que ce guide peut relier des sous-ensembles, dont les axes peuvent être décalés, ou présenter entre eux des angles pouvant atteindre 45 et plus, ou encore, dont les sections à raccorder peuvent présenter un écart angulaire d'une dizaine de degrés et plus.Les guides flexibles doivent donc pouvoir être courbés selon deux axes orthogonaux et vrillés autour de leur axe. On connait des guides flexibles, qui sont constitués d'un tube corrugé dont la section intérieure correspond au mode de propagation désiré. Souvent, ce tube est fabriqué à partir d'une bande métallique ondulée, qui est mise en forme sur un mandrin. La fabrication de ces guides est coûteuse et conduit à des guides assez fragiles et peu vrillables. Une autre solution a été suggérée, elle utilise un guide métallique de parois minces, qui est rempli totalement d'un diélectrique plastique de faible perte. Cette réalisation n'a, malgré tout, pas encore conduit à une réalisation industrielle intéressante, car la flexibilité est médiocre, l'atténuation est élevée et des défauts du diélectrique causent des réflexions importantes. En variante, on a proposé de peindre une barre en plastique extérieurement d'une peinture d'argent conductrice pour remplacer le guide mince extérieur. Cette peinture a cependant tendance à se décoller lorsqu'on soumet le guide à une flexion ou un vrillage. Enfin, on a proposé de constituer le guide d'un filet métallique, soutenu extérieurement par une couche de caoutchouc pour éviter l'effondrement des parois lors de la flexion. De tels guides permettent une courbure, lorsqu'un sens des mailles du filet est parallèle à l'axe du tube ; mais dans ce cas, le tube n'est pas vrillable. On peut, par contre, obtenir un guide vrillable mais non pliable en courbe, lorsqu'on dispose les mailles du filet dans un sens diagonal. L'invention remédie aux inconvénients des guides flexibles antérieurs en proposant un guide flexible, de fabrication peu coûteuse, permettant une courbure serrée et un vrillage notable, même pour une faible longueur du tube, et présentant en outre une bonne conductibilité thermique. Ce but est atteint par le guide d'ondes tel que spécifié dans la revendication 1. Des caractéristiques d'exemples préférés de l'invention sont spécifiées dans les revendications 2 à 13. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide de trois exemples de réalisation et des dessins. La figure 1 représente en coupe axiale un guide d'onde flexible selon l'invention. La figure 2 montre une coupe transversale du guide selon la figure 1. La figure 3 représente une variante de très grande flexibilité en coupe axiale. La figure 4 représente une autre variante suivant l'invention. Le guide représenté sur les figures 1 et 2 est un guide travaillant entre 33 et 50 GHz, et propageant le mode fondamental TE10 rectangulaire. Ce guide possède les dimensions intérieures 5,69 sur 2,845 mm. Sa longueur est de 80 mm, et il comporte à ses deux extrémités des brides I et 2 pour la jonction aux ensembles rigides associés. Entre chaque bride et le tube 3 proprement dit, il y a une région 4 et 5 respectivement, de grande épaisseur, ce qui permet de limiter la flexion ou torsion au tube 3. Le guide avec ses brides est fabriqué dans un moule cylindrique, comportant un noyau définissant les dimensions intérieures du guide. Les dimensions extérieures sont obtenues par usinage après frittage du corps moulé ou directement de moulage. Comme matériau de moulage, on utilise un matériau plastique, par exemple du PTFE (polytétrafluoréthylène) chargé de paillettes d'argent en quantité importante, par exemple de 50 à 90% d'argent en poids. Le mélange de flocons de PTFE et de paillettes d'argent est introduit dans le moule autour du noyau, puis fritté, cAest-à-dire, comprimé sous forte pression et haute température suivant un cycle thermique convenant au matériau plastique utilisé. La flexibilité dépend de la proportion d'argent dans le mélange elle décroit lorsqu'on augmente le taux d'argent. Par contre, la qualité d'accrochage d'une couche métallique 6, que l'on applique à la surface intérieure du tube, croît avec le taux d'argent. On a constaté que l'adhérence ou l'accrochage de la couche métallique 6 sur un corps en plastique en utilisant un plastique pur n'est pas suffisant, et que cette adhérence est nettement améliorée lorsqu'on utilise le plastique chargé d'argent, surtout, si on applique la couche métallique 6 selon le procéda qui suit a - On effectue d'abord un microbillage ou un ponçage léger de la surface intérieure du tube, ce qui conduit au dépolissement de la surface. b - Puis, on trempe le guide dans un bain mouillant. c - On procède ensuite au dépôt de germes métalliques sur la surface du guide en trempant ce dernier dans une solution de chlorure de palladium. d - On rince et dépose ensuite chimiquement une couche mince de cuivre e - On rince à nouveau et on trempe ensuite le guide dans un bain mouillant. f - On effectue ensuite un dépôt électrolytique de cuivre dans un bain acide pendant environ 15 minutes, en utilisant comme anode un fil de cuivre placé dans l'axe du guide. g - On procède enfin au dépôt d'une couche fine d'or pour éviter l'oxyda- tion du cuivre. On peut également à titre de variante passiver le cuivre en le trempant par exemple dans un bain d'acide acétique. L'échelle de la figure 2 est doublée par rapport à la figure 1, et l'épaisseur de la couche métallique 6 a été exagérée. En réalité, l'épaisseur totale de cette couche est de 2,5 microns au maximum. On peut toutefois dépasser cette épaisseur au voisinage des brides d'accès dans les régions 4 et 5 qui ne participent pas aux flexions et torsions. L'épaisseur de la paroi du tube 3 dépend de la flexibilité désirée. Si en flexion aussi bien qu'en torsion, on se limite à autoriser un angle maximum de 150 pour un guide de 80 mm de longueur, on peut choisir une épaisseur de paroi d'un millimètre environ. Si, par contre, la flexibilité doit dépasser ces limites, il faut choisir la variante selon la figure 3, qui se distingue d'abord de la forme de la figure 1 par une réduction notable de l'épaisseur du tube 3'. Pour éviter l'effondrement du tube 3' lors de la flexion ou torsion, on insère dans le tube une languette 7 constituée en un matériau plastique à faible pertes diélectriques par exemple un PTFE non chargé de densité 1, qui remplit l'espace intérieur du tube au moins dans la zone de faible épaisseur. Si une pressurisation de l'ensemble hyperfréquence est prévue, on perfore la languette 7 d'un canal 8 sur toute sa longueur. Il est évident que plus la longueur du guide est élevée, plus les angles de flexion et de torsion obtenus peuvent être élevés. En revenant sur la figure 2, on constate que l'épaisseur des parois du petit côté est légèrement plus faible que l'épaisseur des parois du grand côté (dans l'exemple, -1 mm par rapport à 1,2 ma). On constate également que les angles extérieurs et intérieurs du tube présentent un petit arrondi. Ceci a pour effet d'augmenter la flexibilité du tube et de faciliter le traitement électrolytique. Grâce à la couche 6, on obtient un guide de faible perte, meme pour la propagation du mode TE10 rectangulaire, qui exige une faible résistivité des parois. Il faut remarquer, que, du fait de l'effet de peau, la pénétration maximale de l'énergie est faible, et les courants hyperfréquence ne pénètrent pas dans la matière plastique. Le chargement en argent de cette matière a principalement pour but d'améliorer l'adhérence de la couche métallique il contribue également à l'obtention d'une bonne conductibilité thermique. Dans certains cas, la couche métallique 6 n'est pas nécessaire car la conductibilité du PTFE chargé suffit à elle seule. C'est le cas par exemple lorsque les fréquences transmises sont basses, ou lorsque les modes de propagation retenus sont tels que les courants dans les parois sont négligeables. La fabrication du guide selon l'invention est aisée, car on obtient un ensemble monobloc comportant déjà des brides d'accès. Le degré de torsion et de flexion peut être élevé, par exemple 150 pour la réalisation selon la figure 1, et davantage pour la réalisation de la figure 3. L'expérimentation a montré que la torsion est limitée à la zone centrale du guide lorsque la paroi du tube 3 possède une épaisseur constante sur toute sa longueur. On peut obtenir un gradient de torsion sensiblement constant sur toute la longueur du tube lorsque l'on augmente légèrement l'épaisseur au centre par rapport aux extrémités. La figure 4 montre une telle variante, dans laquelle on a réutilisé les mêmes chiffres de référence pour des éléments de même fonction que sur la figure 1. La surépaisseur au centre du tube 3" a été exagérée pour des raisons de clarté. En ce qui concerne les caractéristiques électriques de ces guides, elles sont voisines de celles d'ure guide flexible corrugé. On a mesuré pour le guide selon la figure 1 des pertes de transmission inférieures à 0,4 dB et un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,10. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation cités cidessus. On peut utiliser d'autres méthodes de métallisation de la surface interne du tube, et d'autres métaux que le cuivre pour le dépôt de la couche interne, par exemple l'argent ou l'or. On peut également réaliser des guides selon l'invention avec une section circulaire ou elliptique. REVENDICATIONS 1/Guide d'ondes flexible pour hyperfréquences, constitué d'un tube dont les dimensions intérieures correspondent au mode et aux fréquences de propagation désirés, caractérisé par le fait que le guide est fait d'un matériau plastique chargé de paillettes d'un métal bon conducteur électrique. 2/ Guide d'onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface intérieure lisse du tube est couverte par une couche métallique (6). 3/ Guide d'ondes selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait qutil est constitué de polytétrafluoréthylène (PTFE) chargé d'au moins 50% en poids d'argent ou d'un alliage d'argent. 4/ Guide d'onde selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche métallique (6) est en cuivre. 5/ Guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la couche métallique comporte superficiellement une couche mince en or. 6/ Guide d'ondes selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le matériau du guide contient entre 60 et 80% en poids d'argent. 7/ Guide d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le guide ayant une section intérieure de forme rectangulaire, l'épaisseur des parois des grands côtés du tube (3) est plus grande que l'épaisseur des autres parois. 8/ Guide d'ondes selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les angles extérieurs du tube (3) sont arrondis. 9/ Guide d'onde selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en-ce que la section intérieure étant sensiblement rectangulaire, ses angles sont arrondis. 10/ Guide d'ondes selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la couche métallique (6) est plus épaisse au niveau des extrémités (1, 4 et 2, 5) du guide qu'à la partie médiane. 11/ Guide d'ondes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le tube (3') est rempli d'une languette (7) en PTFE nonchargé, d'une densité d'environ 1, ou d'un matériau similaire. 12/ Guide d'ondes selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la languette (7) est percée au centre d'un canal longitudinal (8) traversant totalement la languette. 13/ Guide d'onde suivant l'une des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'épaisseur des parois du tube (3) est plus grande à la partie médiane qu'aux extrémités. 14/ Procédé de fabrication d'un guide d'ondes selon l'une des revendications à 13, caractérisé par le fait qu'on insère dans un moule muni d'un noyau correspondant à la dimension intérieure du futur guide, un mélange de paillettes du matériau plastique et du métal bon conducteur, et que l'on soumet ce mélange à un frittage sous forte pression et cuisson, puis on dépose la couche métallique intérieure. 15/ Procédé de fabrication selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'on insère dans le tube une languette en matière plastique à faibles pertes diélectriques qui occupe le volume intérieur du guide, au moins dans la zone de faible épaisseur. 16/ Procédé selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le dépôt de la couche métallique intérieure est précédé d'un microbillage ou d'un ponçage léger de la surface intérieure, permettant de dépolir la surface. 17/ Procédé selon l'une des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que le dépôt de la couche métallique est composé d'une étape de dépôt chimique d'une couche mince suivie d'une étape de dépôt électrolytique dans un bain acide et éventuellement d'une étape finale de dépôt d'une couche superficielle d'or.