Brevet FR2461369A1 — publié le 19810130

t1 invention concerne un élément coaxial pour la transmission d'ondes électromagnétiques dans le domaine des hyper frequences, ainsi que son mode de réalisation. Elle concerne aussi les composants comprenant de tels éléments. Dans la technique des ondes radioélectriques de haute fréquence, décimètriques, centimètriques et millimètriques notamment, on utilise entre autres, comme éléments de transmission, des lignes coaxiales,c'est-à-dire des lignes constituées de deux conducteurs disposés concentriquement l'un à l'autre entre lesquels à lieu la propagation du champ électro magnétique de l'onde à transmettre. Très généralement le conducteur extérieur creux est à section circulaire et le conducteur central, lui-même creux ou plein, également cylindrique. Ces conducteurs sont maintenus ensemble de diverses manières, par des parties en ma tériau diélectrique qui s' appuient sur l'un et l'autre des conducteurs disposées généralement de loinen loin à l'intérieur de l'élément coaxial.Ces parties isolantes constituent le point faible de l'élément, sous l'angle de ses possibilités de tenue à la tension électrique haute fréquence développée entre ses conducteurs constitutifs par ltonde électromagnétique. te diélectrique doit présenter de hautes qualités pour que,notamment,les champs électriques qui peuvent prendre naissance dans la ligne n'entraînent pas de décharges au sein de ces parties, et leur détérioration progressive en cours de fonctionnement à la suite de ces décharges. te problème se complique encore lorsque, comme c'est le cas pour les matériels placés à bord des satellites arti- ficiels, les éléments coaxiaux dont il est question baignent dans une atmosphère qui est celle de la haute altitude des orbites, à pression très basse, de l'ordre de la fraction de millimètre de mercure dans certains cas, sans possibilité de pressurisation. I1 s'aggrave enfin dans les parties coudées de telles lignes, dans lesquelles les champs électriques.dévéloppés peuvent atteindre localement des valeurs encore beaucoup plus élevées que dans les lignes droites. C'est pourquoi l'invention sera décrite dans le cas d'un élément coaxial coudé,bien qu'elle s'applique de façon générale à tout élément coaxial de ligne de propagation en haute fréquence. t'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent - Figures 1 (a) et 1 (b) d'une part, et - Figures 2 (a) et 2 (b) d'autre part : des exemples de réalisation d'éléments coaxiaux suivant l'art antérieur, - Figures 3 (a) et 3 (b) : deux vues complémentaires d'un élément coaxial de l'invention , et - Figures 4 (a), 4 (b) et 4 (c).: des vues en coupe de l'élément coaxial de la figure précédente. les figures 1 (a) et 1 (b) illustrent un exemple de réalisation d'un coude coaxial suivant l'art antérieur. Dans l'exemple des figures 1, le conducteur intérieur 1, cylindrique,plein, est maintenu en position dans le conducteur extérieur 3 par l'intermédiaire d'un élément 2 en matériau diélectrique, du polytétrafluoréthylène (PTFE), dont une variété est connue sous le nom de Teflon, marque déposée, ou un composé à base de téflon, par exemple. Cet élément 2 est réalisé en deux moitiés pour permettre son montage sur le conducteur 1 ; il est ensuite emprisonné par serrage entre les deux demi-coquilles -30 et 32 rabattues l'une sur l'autre,d ns lesquelle3 est creusé le conducteur 3, comme le montrent les figures. tes figures 2 (a) et 2 (b) illustrent un autre exemple de réalisation d'un coude coaxial suivant l'art antérieur. Dans l'exemple de la figure 2 (a) l'élément 2 est réalisé sous la forme de deux cylindres droits dont chacun présente une base coupée obliquement de façon à permettre son montage sur le conducteur intérieur 1 ; l'ensemble conducteur 1 et cylindriques 2 est ensuite serré entre les deux demicoquilles 30, 32 comme précédemment ;chacune de ces demicoquilles porte dans ses angles quatre trous, sans repères sur les dessins, servant à ce serrage ; comme précédemment le matériau de la pièce 2 peut être le PTFE. Dans l'exemple des figures 2, on notera que chacune des deux demi-coquilles en question est elle-mme obtenue par prè-assemblage (soudage, brasage ...) de deux parties à coupe oblique, se raccordant suivant les lignes 301 et 321 ; il en est de même pour le conducteur central en deux parties raccordées en 10. L'inconvénient majeur des systèmes décrits ci-dessus est la présence d'une coupure dans le milieu diélectrique de la pièce 2 qui a pour conséquence, dans le cas d'une forte dépression ambiante, une mauvaise tenue en tension et,en plus, un coefficient de réflexion élevé (rapport d'ondes stationnaires élevé),et des pertes inportantes. Cette coupure porte le reporte 100 sur les figures 1 (b) et 2 (b) qui sont des fragments des éléments coaxiaux des figures 1 (a) et 1 (b) vus en coupe par le plan de raccordement de leurs demi-coquilles. Une autre façon de procéder de l'art antérieur consistait à mettre en place les deux conducteurs l'un par rapport à l'autre et à couler de la matière isolante entre les deux. Cette méthode se heurtait aux difficultés résultant du retrait du matériau coulé qui pouvait laisser subsister dans l'espace entre les conducteurs des nappes ou des bulles d'air. tes figures 3 (a) et 7 (b) montrent un coude coaxial de l'invention d'après laquelle - le conducteur intérieur coudé 1 est emmanché dans une gaine mince et souple 20 préparée séparement, en un matériau thermorétractable, isolant électrique,tel que le polytetraflu- orétrylène déjà cité,; - après rétraction de la gaine, le conducteur intérieur 1 recouvert, sauf sur une petite longueur à ses extrémités, par la gaine 20 qui en épouse la forme et y adhère fortement est glissé par ses deux parties droites dans les manchons 40 et 42 en un matériau diélectrique,qui peut etre perferentiellement celui cité. - l'ensemble est ensuite mis en place et serré entre les deux démi-coquilles 70 et 32 dans lesquelles est creusé le conducteur 3, dans les memes conditions que dans les exemples précédents. La figure 4 (c) est une vue destine à montrer les manchons 40 et 42 et le conducteur central en coupe, par le plan de raccordement des deux demi-coquilles 30 et 72, drun élément coaxial tel que celui de la figure précédente. Elle permet de voir, avec les figures 4 (a) et 4 (b) qui en sont des coupes suivant AA et BB, la façon dont est défini le milieu diélectrique entre les deux conducteurs dans un coude coaxial de l'invention. On voit sur ces figures que, dans le cas de l'invention, l'isolement entre les deux conducteurs est assuré par la superposition de deux couches, l'une très mince constituée par la gaine, ou pellicule, 20 en un matériau diélectrique, et l'autre 22 constituée par de l'air à la pression ambiante occupant tout le reste de l'espace entre les deux conducteurs. la gaine 20, à haute régidité diélectrique, réduit les risques de claquage entre ces conducteurs sous l'effet des champs électriques qui y règnent,tandis que la seconde, de constante diélectrique faible, permet notamment d'élever la limite des fréquences possibles de fonctionnement de l'élément, pour un taux de réflexion donné. L'isolement ainsi obtenu est bien supérieur à celui de l'art connu. On a obtenu les caractéristiques suivantes de fonctionnement avec un coude coaxial de l'invention - puissance crête : 2,5 kilowatts avec une pression ambiante inférieure à 10 mm de mercure, - rapport d'ondes stationnaires : La préparation de l'élément coaxial de l'invention prévoit donc de revêtirle conducteur central 1 de la péllicule isolante 20. Cette opération de révètement est faite, selon l'invention,en utilisant une gaine en un matériauthermorétractable que l'on enfile sur ce conducteur ; elle peut aussi être réalisée par trempage de la partie du conducteur à revetir dans un bain du produit choisi pour ce revètement, ou par pulvérisation d'un type quelconque.Dans tous les cas, la méthode de l'invention est caractérisée par le fait que la réalisation de la gaine 20 a lieu après la mise en forme du conducteur central au profil qu'il a dans l'élément fini, profil rectiligne, à angle droit, en T... et qu'aucune déformation ne lui est imprimée après ; on évite ainsi toute altération de l'ahérence de la gaine. En plus, pendant ltopé- ration de revètement,le conducteur central en question est parfaitement accessible puisqu'il n'est pas encore monté dans l'ensemble coaxial. te raccordement de l'élément coaxial ainsi réalisé à l'installation à laquelle il est destiné se fait ensuite à partir des manchons 40 et 42 suivant la pratique connue en hyperfréquences ,par embouts coaxiaux par exemple ou suivant toutes dispositions propres à l'installation en question. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de coude coaxial décrit et représenté, choisi à titre non limitatif, mais couvre en général tout composant pour hyperfréquences résultant de combinaisons diverses d'éléments coaxiaux notamment les circulateurs, jonctions de toutes sortes, coupleurs, diviseurs, T, atténuateurs. utilisés dans la technique de ces ondes. R E V E N D I C A T I O g S 1. Elément coaxial pour hyperfréquences composé d'un conducteur extérieur creux et d'un conducteur central assujetti de façon coaxiale au conducteur extérieur par deux manchons en un matériau isolant de l'électricité, enserrant le conducteur central au voisinage de ses extrémités et s'appuyant par leur surface extérieure sur le conducteur extérieur, caractérisé en ce que le conducteur central est recouveru, sauf sur une petite longueur à chacune de ses extrémités, par une pellicule de matière isolante de l'électricité à haute rigidité diélectrique, et en ce que le reste de l'espace compris entre les deux conducteurs est occupé par l'air ambiant. 2. Elément coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux conducteurs qui le composent sont coudés à angle droit. 3. Procédé de réalisation de l'élément coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération de revêtement du conducteur central par une pellicule en un matériau à haute rigidité diélectrique est effectuée sur le conducteur avant son montage dans l'élément coaxial,et postérieurement à toute opération de mise en forme de celui-ci. 4. Composant hyperfréquence, caractrise en ce qu'il comprend au moins un élément coaxial suivant la revendication 1.