Brevet FR2472849A1 — publié le 19810703

L'invention concerne un câble coaxial souple à partie courbe fixe et a, plus particulière- ment, trait à un câble coaxial avec partie courbe dans lequel des signaux haute fréquence peuvent être trans- mis sans que les caractéristiques des signaux soient affectées. Les câbles coaxiaux pour la transmis- sion des ondes électromagnétiques haute fréquence, par exemple des ondes se situant entre 1 et 40 GHz, peuvent être souples ou non. Les câbles coaxiaux sou- ples se composent d'un conducteur central, d'un iso- lant diélectrique, d'un conducteur extérieur ou tresse, et d'une gaine, ces éléments étant montés concentri- quement. Lorsqu'on désire améliorer les caractéristi- ques aux fréquences élevées de ces câbles, on utilise un diélectrique à faible constante diélectrique, un conducteur à conductivité élevée et une tresse de structure stable constituée, par exemple, par un dou- ble tressage et/ou par une bande métallique enroulée. Les câbles coaxiaux non-souples sont rigides ou semi- rigides et sont constitués par des matériaux de quali- té, notamment le conducteur extérieur qui est fait généralement d'un tube de cuivre. Les câbles coaxiaux ne sont pas seule- ment utilisés sous une forme droite, et ils peuvent être courbés sous un certain angle, en certains en- droits, selon leur destination et l'espace dont on dispose. Au niveau d'un coude, les câbles coaxiaux haute fréquence soulèvent divers problèmes mécaniques et électriques. Ces problèmes sont contradictoires selon qu'il s'agit de câbles souples ou non-souples. Les câbles souples sont faciles à courber, mais insta- bles au niveau des coudes car la partie courbée n'est pas stabilisée et donc instable électriquement. Par exemple, lorsqu'un câble coaxial souple est courbé à moins de 900, il se produit une réflexion des signaux au niveau du conde, et ces signaux se dégradent dans le temps. En conséquence, lorsque le coude doit se situer près du connecteur avec'un petit angle et un faible rayon de courbure, on ne recourbe généralement pas le câble, mais on utilise un connecteur coudé, par exemple un connecteur à angle droit. Lorsque le câble doit être coudé en son milieu, on raccorde deux parties de câble par un adaptateur coudé sous l'angle souhai- té. Mais, les connecteurs et adaptateurs coudés sont plus chers que les connecteurs et adaptateurs droits, et leurs caractéristiques électriques sont mêmes plus mauvaises. Leur utilisation entraîne des défauts dans le système de transmission, notamment pour les ondes haute fréquence se situant dans la gamme 10-18 GHz. Il est donc mieux de choisir un connecteur dont la struc- ture est aussi simple que possible, ou de modifier le câblage environnant pour supprimer le besoin d'un con- necteur. Il y a toutefois une limite aux modifications que l'on peut apporter au câblage environnant. Il se révèle donc un besoin de définir un procédé permettant de courber un câble coaxial sou- ple sans affecter ses propriétés électriques ou entrai- ner la formation de réflexions dans le coude, en pré- servant les performances du câble d'origine pendant une longue période d'utilisation. L'invention se propose de répondre à ce besoin. Pour ce qui est des câbles coaxiaux non- souples, toute partie courbe de ces cAbles est stable mécaniquement et électriquement puisque le conducteur extérieur est constitué par un tube métallique. Il est toutefois nécessaire d'avoir une grande expérience et de disposer d'outils spéciaux pour courber uniformé- ment des câbles rigides ou semi-rigides sur un petit angle et avec un faible rayon de courbure. C'est là une opération fort différente de celle qui consiste à courber des câbles souples. L'invention permet de former, sur un câble coaxial souple destiné à la transmission de si- gnaux électriques, un coude rigide sous l'angle souhai- té et avec le rayon de courbure souhaité. Le coude est fixé par un matériau durcisseur. Le câble comporte au moins un conducteur central, un matériau diélectrique entourant le conducteur central, au moins un conduc- teur extérieur entourant le matériau diélectrique, et une gaîne entourant le conducteur extérieur, le coude rigide étant formé par un matériau durcisseur appliqué sur le conducteur extérieur coudé et dépouillé de la gaine. Il est recommandé d'utiliser comme matériau dur- cisseur de la soudure et une colle à base de résine. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: - figures IA et lB, des exempls de câbles souples classiques en coupe transversale, - figures 2A et 2B, des câbles coaxiaux dépouillés de leur gaîne extérieure, - figures 3A et 3B, les câbles de la figu- re 2 formant un coude au niveau de leur partie dénudée, - figures 4A à 4E, une illustration d'un exemple de procédé de montage d'un connecteur sur le câble coudé conforme à l'invention, - figure 5, un autre exemple de montage de connecteur, - figures 6.A. et 6B, des courbes de perte par insertion et de rapport d'amplitudes de tensions d'ondes stationnaires mesurés sur un câble coaxial cou- dé et conforme à l'invention, - figures 7A? et 7?B les mêmes courbes pour un câble coaxial terminé par un connecteur à angle droit classique, figures 8A et 8B, les mêmes mesures pour une variante de câble coaxial coudé et conforme à l'invention. L'invention concerne donc un câble coa- xial souple dont une partie est coudée en formant un coude rigide sur un angle donné, avec un rayon de cour- bure donné, en un emplacement donné. La transmission de signaux haute fréquence au niveau du coude se fait sans dégradation des caractéristiques du câble. Pour obtenir ce câble coudé conforme à l'invention, on dénu- de la gaine extérieure du câble à l'emplacement souhai- té, et on applique un matériau durcisseur sur la partie coudée pour former un coude rigide ayant l'angle et le rayon de courbure souhaités. Le matériau durcisseur est, de préférences de la soudure ou une colle à base de ré- sine. On expliquera maintenant l'invention en se référant aux dessins annexés. Les câbles coaxiaux souples représentés figures lA et 1B, en coupe transver- sale, comportent un conducteur central 1, un isolant diélectrique 2, un conducteur extérieur 3 (3a, 3b), et une gaîne extérieure 4. Le matériau des conducteurs central et extérieur est choisi dans le groupe des métaux à bonne conductibilité électrique tels que le cuivre, les allia- ges de cuivre, les aciers revêtus de cuivre ou les aciers revêtus d'étain ou d'argent. Le conducteur cen- tral peut être plein ou à brins torsadés et, selon le cas, le conducteur extérieur peut être constitué par une seule couche comme représenté figure lA ou par deux ou plusieurs couches comme représenté figure 1B. La couche unique qui constitue le conducteur 3 peut être faite d'une tresse, d'une enveloppe ou d'une bande enroulée; les couches qui constituent le conducteur 3a, 3b peu- vent consister en une combinaison de tresse, enveloppe et bande enroulée. Par exemple, la couche intérieure 3a peut consister en un ruban de cuivre revêtu d'argent et enroulé en hélice, et la couche 3b peut consister en une tresse fine de fils de cuivre revêtus d'argent, les deux couches formant un conducteur extérieur dont les propriétés électriques sont excellentes. On peut aussi utiliser un matériau plastique électroconducteur pour la couche extérieure 3b. L'isolant diélectrique 2, entre les con- 1Q ducteurs central et extérieur$ est un matériau plasti- que. Pour donner au câble de bonnes caractéristiques de transmission à fréquence élevée et des propriétés électriques stables, on choisit comme matériau diélec- trique les polyoléfines (polyéthylène par exemple) et les résines au fluorure (PifE, MEPs PFAt ETPE et PVDF). Ces matériaux à base de résine forment un corps plein ou poreux autour du conducteur central. Pour la trans- mission de signaux à fréquence élevée, l'isolant diélec- trique 2 est poreux afin que sa constante diélectrique soit faible. Parmi les matériaux diélectriques poreux à faible constante diélectrique, le polytétrafluoroéthy- lène expansé (PTFE) - tel qu'obtenu par le procédé décrit dans le brevet japonais publié JPP Sho 51-18991 - est, sous beaucoup de rapports (constante diélectrique, résistance à la chaleur, etc...), le matériau qui con- vient le mieux pour les câbles coaxiaux haute fréquence. Le procédé de fabrication de ce matériau expansé con- siste brièvement à préparer une forme à partir d'un mé- lange de poudre fine de PTFE avec un lubrifiant liquide, à éliminer ce lubrifiant, à étirer dans certaines con- ditions la forme à température élevée inférieure à 327 0, à chauffer le produit étiré à une température légèrement inférieure ou supérieure à 3270C tout en maintenant le produit étiré. Le matériau de la gaine 4 est choisi par- mi les plastiques n'affectant pas les caractéristiques de transmission du câble coaxial et convenant à l'ap- plication considérée. Si on utilise de la soudure comn- me matériau durcisseur, il est préférable que la gaine soit en résine à base de fluorure. Dans un exemple de réalisation conforme à l'invention, la gaine extérieure 4 est 8tée, sur généralement 1,5-3,5 cm, de la partie du cable qui doit être courbée, à l'aide d'une lame tranchante, pour dénuder le conducteur extérieur 5, soit à l'extré- mité du câble (figure 2A), soit sur la longueur du câble (figure 2B). On a référencé en 5 la partie dénu- dée. Le câble coaxial est alors courbé au niveau de la partie 5, sous l'angle souhaité et avec le rayon de courbure souhaité, comme illustré figures 3A et 5B. Lors de cette opération de cin;rage, il faut prendre soin de recourber uniformément la partie 5 afin que, dans la partie 5' obtenue, ne se forme aucun défaut de concentricité du conducteur central et de l'isolant diélectrique. Lorsque le câble doit être courbé sur un petit angle avec un faible rayon de courbure, on peut couper un certain nombre des brins de la couche exté- rieure 3b afin de couder le câble uniformément. Le coude formé, ainsi obtenu, est maintenu en place provi- soirement à l'aide de brides (non représentées). On applique ensuite un matériau durcis- seur 6 sur la partie coudée 5' du conducteur extérieur dénudé 5 avec les brides de maintien en place. On peut utiliser comme matériau durcisseur de la soudure ou des colles durcissantes du type époxy-, urea.", phénol-, et vinylacétate-. Le matériau durcisseur doit pouvoir être appliqué sur le conducteur extérieur et doit dur- cir pour former un revêtement rigide 6. La rigidité de ce revêtement doit être telle que la partie 5' du câble reste coudée en permanence et n'ait pas tendance à re- venir dans son état d'origine. Parmi les divers matériaux pouvant être utilisés, il est préférable de choisir la soudure. Lorsqu'on applique de la soudure sur le conducteur ex- térieur 3 dépouillé de la gaine extérieure 4, l'opéra- tion doit se faire avec beaucoup de soin de manière que la soudure en fusion pénètre bien dans la texture de - ce conducteur extérieur en remplissant les vides. On peut, par exemple, amener un fer à souder en contact avec la tresse conductrice afin qu'elle soit chauffée suffisamment pour absorber la soudure en fusion. Mais, pour qu'on puisse utiliser de la soudure, il faut que le matériau diélectrique et celui de la gaine extérieu- re soient fortement résistants à la chaleur, puisque la soudure - qui est un matériau métallique - doit être appliquée en la chauffant à température élevée. Cette remarque prend toute son importance lorsque la gaine extérieure 4 recouvre la partie coudée 5' (comme illustré figure 5), la soudure en fusion imprégnant cette partie coudée sous cette gaine extérieure par capillarité, à partir de la partie dénudée du conduc- teur extérieur 3 sur laquelle on applique la soudure fondue par apport de chaleur. Les résines au fluorocar- bone (PTFE, FEP, PFA, etc..) sont des résines résistant à la chaleur. Lorsque le câble est coudé à son extrémi- té, avec un connecteur fixé à cette extrémité, il est préférable de fixer d'abord ce connecteur et de le sou- der, puis de procéder à l'opération de cintrage. Autre- ment-dit, on découpe la gaine extérieure 4 à l'extrémi- té 5 du câble comme illustré figure 4A; on forme un embout de soudure durcie sur la petite partie 51 du conducteur 3 dénudé qui est nécessaire pour fixer le connecteur comme illustré figure 4B; on découpe au tour ou analogue l'extrémité de l'embout pour obtenir une coupe nette dans le conducteur extérieur et le diélectrique en laissant intact le conducteur central 1. Ce conducteur central sera ensuite utilisé comme broche centrale du connecteur comme illustré figure 4D. S'il est nécessaire, on peut donner une forme co- nique à l'extrémité libre du conducteur central. La monture 7 du connecteur 10 est alors soudée sur la partie restante de l'embout fait de soudure durcie (en 11) comme illustré figure 4D. L'écrou de raccorde- ment 9 est placé sur la monture avec interposition d'une bague 8 qui lui permet de tourner autour de la monture. On dispose alors d'un connecteur 10 dont la broche centrale, dans cet exemple, est constituée par le conducteur central 1 du câble. La partie dénudée du conducteur extérieur 3 qui se trouve entre l'arrière du connecteur et l'extrémité de la gaine extérieure 4 est alors courbée en respectant l'angle et le rayon de - courbure souhaités pour former le coude 5'. Le coude ' est chauffé pour que la soudure en fusion imprègne le conducteur extérieur au niveau de ce coude. Lorsque la soudure est refroidie, le coude 5' a pris de façon permanente la forme qui lui a été fixée, comme illustré figure 4E. On pourrait envisager de former d'abord un revêtement durci de soudure sur toute la longueur de la partie dénudée du conducteur extérieur 3, le c&- ble étant coudé après avoir procédé aux opérations il- lustrées figures 4C et 4D. Mais, dans ce cas, étant donné la présence d'un revêtement de soudure durcie sur le conducteur extérieur 3, il est peu probable que le conducteur central, l'isolant diélectrique et ce con- ducteur extérieur restent concentriques pendant l'opéra- tion de cintrage. Les caractéristiques électriques peu- vent être fortement affectées notamment au niveau du connecteur si le conducteur central 1 sert de broche centrale pour ce conducteur. Donc, on doit d'abord former un embout de soudure durcie sur le conducteur extérieur dénudé, et cet embout doit avoir la longueur minimum lui permettant de résister à une opération au tour sans être déformé. Après montage du connecteur et cintrage du câble, le coude dénudé est chauffé et im- prégné lentement de soudure. Selon une variante illustrée figure 5, la gaine extérieure à l'extrémité du câble est coupée sur une longueur plus petite que précédemment, mais légère-. ment plus grande que la longueur de la monture 7. La partie dénudée du conducteur extérieur est insérée dans la monture 7 du connecteur. La partie de câble qui se trouve derrière la monture, y compris la gaine exté- rieure, est courbée pour former le coude 5e de la figuré 5. Dans cet état, la monture et la partie de câble con- sidérée sont chauffées, par exemple, en amenant un fer à souder chaud en contact avec le bord libre de la mon- ture. Pendant ce temps, de la soudure en fusion 6 est appliquée sur la partie de conducteur extérieur 3 lais- sée libre entre l'arrière de la monture et l'extrémité de la gaine extérieure, de manière qu'elle imprègne par capillarité le conducteur extérieur qui se trouve sous cette gaine au niveau du coude 5'. Pendant cette opéra- tion, la monture 7 du connecteur 10 se trouve soudée au cînducteur extérieur, et le coude 5' est rendu ensuite rigide par solidification de la soudure ayant pénétré sous la gaine 4. Outre la soudure, on peut utiliser des colles du commerce à base de résine comme matériau dur- cisseur. Leur application ne pose pas de problèmes par- ticuliers, ni leurs réactions avec les matériaux cons- tituant l'isolant diélectrique et la gaine. On doit seu- lement veiller à ce qu'elles soient appliquées de ma- nière à obtenir un coude 5' suffisamment rigide. Il est recommandé de revêtir le coude durci d'une couche de protection formée, par exemple, par un ruban enroulé ou par un tube rétractable à la chaleur. Dans un câble coaxial souple à coude for- mé par application d'un matériau durcisseur, conformé- ment à l'invention, les signaux haute fréquence sont transmis sans atténuation, ni réflexion. Les exemples qui suivent ne sont données qu'à titre illustratif. - EXEIPLE I - un câble coaxial souple d'impédance ohms se compose: - d'un conducteur central de 0,912 mm de diamètre extérieur, en fil de cuivre recuit recouvert d'argent, - d'un diélectrique 2 en polytétrafluoro- éthylène poreux expansé, de constante diélectrique 1,54, - d'un conducteur extérieur 3 formé d'une couche intérieure 3a en clinquant de cuivre enroulé re- vêtu d'argent, et d'une couche extérieure 3b en tresse de cuivre revêtue d'argent de 3,55 mm, - d'une gaine extérieure 4 en FEP extrudé. Un connecteur mâle 10 (normes MIL-C- 39012/92) est monté à l'extrémité du câble selon la pro- cédure illustrée sur les figures 4. La partie de câble qui se trouve derrière le connecteur est coudée à 90 avec un rayon de courbure de 20 mm (rayon intérieur), com- me illustré figure 4E. Le coude 5' est chauffé pour im- prégner la partie dénudée du conducteur extérieur 3 de soudure en fusion qui, ensuite solidifiée, fixe défini- tivement la forme de ce coude. De dispositif obtenu, le câble ayant I m de long, est essayé à l'aide d'un réflectomètre Time Domain Reflectometer l'impulsion ayant un temps de mon- tée de 35 Ps pour ne pas altérer l'impédance caracté- ristique. L'essai de perte par insertion a donné un bon résultat, et on voit figure 6A que le coude ne perturbe pas les caractéristiques de transmission. Le rapport d'amplitudes de tensions d'ondes stationnaires était de 1,17 à 18,5 GHz, donc, non affecté par le coude comme on peut le voir figure 6B. Si le coude 5' n'est pas fixée les pro- priétés électriques du câble (vérifiées sous une char- ge de courbure de 1 kgf) sont tellement perturbées que le câble ne peut pas être utilisé à 18,5 EHz. A titre de comparaison, les mêmes mesures ont été faites avec un câble de 1 m terminé par un connecteur coudé rigide de facture classique, les ré- sultats étant illustrés figures 7A et 7B. La perte par insertion et le rapport d'amplitudes de tensions d'on- des stationnaires sont plus élevés que sur les figures 6A et 6B. - EXEMPLE 2 - les conditions sont les mêmes que précé- demment, sauf que le coude 58 est fixé, non par soudure, mais par imprégnation et durcissement d'une résine époxy. Les mesures effectuées sont identiques à celles effectuées dans l'Exemple 1 avec un câble de 1 m de long. Les résultats sont illustrés figures 8A et 8B'. Ces résultats sont analogues à ceux obtenus pré- cédemment et meilleurs que ceux obtenus avec un câble terminé par un connecteur à angle droit (figures 7A et 7B). Il est entendu que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple non limitatif et que des variantes peuvent être envisagées sans, pour cela, sor- tir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1) Câble coaxial souple pour transmission de signaux électrique, caractérisé en ce qu'il comporte, en un endroit déterminé, un coude rigide formant un angle donné avec un rayon de courbure donné, ce coude étant fixé par un matériau durci, le câble se compo- sant: a) d'au moins un conducteur central, b) d'un matériau diélectrique entourant le conducteur central, c) d'au moins un conducteur extérieur entourant le matériau diélectrique, et d) d'une gaine extérieure entourant le conducteur extérieur, et le coude rigide fait-d'un matériau durci étant formé par application d'un matériau durcissable sur le con- ducteur extérieur, au niveau d'un coude formé par cin- trage d'une partie du câble dépouillée de sa galne ex- térieure. 2) Câble selon la revendication 1, carac-_ térisé en ce que le matériau durci est constitué par de la soudure solidifiée. 3) Câble selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le matériau durci est constitué par une colle à base de résine durcie.