Brevet FR2497597A1 — publié le 19820709

L'invention concerne un câble coaxial compre- nant au moins deux conducteurs centraux, alignés entre eux et raccordés à un filtre. Elle constitue un perfectionnement aux câbles coaxiaux décrits dans le brevet US NO 4 161 704. L'inven- tion a pour but d'abaisser l'ordre de fréquence du filtre de bande passante de façon qu'il descende en dessous de 8 GHz, avec l'élimination essentiellement complète de la haute fréquence avec des dimensions en même temps miniaturisées. Les filtres de la technique antérieure présentent l'inconvénient qu'en basse fré- quence, les éléments ont une longueur trop grande, non accepta- bles dans des montages miniaturisés de technologie avancée. L'invention a pour objet de réaliser un câble coaxial comportant au moins un élément de couplage formant filtre de bande passante, sous la forme d'un laminé fait de ma- tière isolante possédant une couche conductrice sur ses faces opposées. Il est fixé, sur chacune de ces couches conductrices, une masse qui est l'équivalent électrique d'un condensateur shunté et qui fonctionne comme élément du circuit formant un tout, Il est prévu au moins deux conducteurs centraux. Chacun des conducteurs centraux possède une extrémité raccordée métal- lurgiquement à une de ces masses séparément. Un manchon de ma- tière isolante entoure chaque conducteur central excepté dans la zone située entre les extrémités du filtre. Un tube extrudé en matière isolante entoure, en contact avec elle, la périphérie extérieure du manchon et du laminé. Une jaquette monolithique, de matière électri- quement conductrice enveloppe ce tube sans couture, et exerce une force de compression radiale vers l'intérieur, sur la tota- lité de la circonférence du tube sans couture, de façon à suppri- mer toute fente d'air entre ces parties. L'invention a pour objet d'améliorer la construc tion et le procédé d'assemblage des filtres à bande passante, à basse fréquence, destinés à être utilisés dans des câbles co- axiaux. 1 Elle a aussi pour objet de réaliser des filtres à bande passante, à basse fréquence, dont le dessin compact soit très petit, pour environ 8 GHz, avec élimination essentiellement complète de la haute fréquence. Enfin, elle a pour objet de réaliser une per- formance bien déterminée du filtre à bande passante, à basse 2.- fréquence, en un ensemble miniaturisé pour des fréquences aux- quelles les techniques comportant un résonateur à demi-onde de- viennent inacceptables en raison d'une longuéur excessive. D'autres objets et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant, de façon non limitative, un exemple de réalisation de l'inven- tion, dessins dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'un câble coaxial selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1, mais à plus grande échelle. - les figures 3 à 6 sont des graphiques montrant l'élimination de la haute fréquence pour différentes largeurs de bandes. En se référant en détail aux dessins pour les- quels des références numériques semblables désignent des éléments similaires, on voit en figure 1, un- cble coaxial possédant un filtre à bande passante à quatre étages suivant l'invention, désigné généralement par la référence 10. Le dispositif 10 com- prend une pluralité de conducteurs centraux. Le conducteur cen- tral 12 est entouré d'un manchon isolant 14 et une de ses ex- trémités est reliée métallurgiquement à une grande face d'un condensateur 15 shunté à couplage d'extrémité. L'autre face du condensateur 15 est reliée, de façon similaire, à une extré- mité d'un conducteur résonant 17. L'autre extrémité du conduc- teur 17 est reliée, de façon similaire, à un élément 16 de couplage du filtre. La face opposée de l'élément 16 est reliée métallurgiquement à une extrémité d'un conducteur résonant 18. L'autre extrémité du conducteur 18 est reliée métallurgiquement à une face d'un élément de couplage 20 du fil- tre. La face opposée de cet élément 20 est reliée métallurgique- ment à une extrémité du conducteur résonant 22. L'autre extré- mité du conducteur résonant 22 est reliée métallurgiquement à une face de l'élément de couplage 24 du filtre. La face opposée de l'élément 24 est reliée de façon analogue à une extrémité d'un conducteur central résonant 25. L'autre extrémité du con- ducteur 25 est reliée de même à la face principale d'un conden- sateur 27 shunté à couplage d'extrémité. L'autre face principale 3.- du condensateur 27 est reliée de même à une extrémité du conduc- teur central 26. Le diamètre des conducteurs 12 et 26 est plus grand que le diamètre des conducteurs 17, 18, 22 et 25. Le con- ducteur 26 est entouré d'un manchon 28 en matière isolante. Les conducteurs centraux 12 et 26 sont coaxiaux avec les conducteurs résonants 17, 18, 22 et 25, et sont faits, de préférence, d'un alliage de cuivre plaqué d'argent, ayant une résistance à la traction plus forte que le cuivre, tel que le produit vendu sous la marque de fabrique TENSIPLEX. Les con- ducteurs résonants 17, 18, 22 et 25 sont faits, de préférence, d'une matière similaire, telle qu'un alliage de cuivre plaqué d'argent vendu sous la marque de fabrique COPPERWELD. Les man- chons 14 et 28 sont faits d'une matière isolante semblable pour les deux, telle que la matière vendue dans le commerce sous la marque de fabrique TEFLON. Un tube sans couture 30, en matière isolante, entoure chacun des manchons 14 et 28, des condensateurs 15 et 27, ainsi que des éléments de couplage du filtre 16, 20 et 24. Ce tube 30 est fait, de préférence, de la même matière isolante que les manchons isolants 14, 28. Une jaquette 32 entoure le tu- be 30. Cette jaquette 32 est constituée, de préférence, par une pièce monolithique, de matière électriquement conductrice, telle que du cuivre, ayant une épaisseur d'environ 0,254 mm. S'il est nécessaire de prévoir lne plus grande résistance, cette jaquet- te 32 peut être faite d'acier inoxydable avec une couche de cuivre sur sa périphérie intérieure. La jaquette 32 est, de pré- férence, appliquée de la manière décrite par le brevet U.S. 4 161 704, de façon qu'elle exerce une force de compression, ra- dialement vers l'intérieur, sur toute la circonférence du tube 30 sans couture pour éviter toute présence d'une fente d'air entre les deux. Une fente d'air existe entre le tube 30 et les conducteurs 17, 18, 22 et 25. Les condensateurs 15 et 17 sont des disques de cuivre identiques qui accouplent les éléments du filtre aux con- ducteurs centraux 12 et 26. Les éléments 16 et 24 de couplage du filtre sont identiques, l'un étant l'image en symétrie inver- se de l'autre. Par suite, on ne décrira en détail que les élé- ments 16 et 20. Se référant à la figure 2, l'élément 16 de cou- plage du filtre comprend une pièce laminée, avec une couche diélectrique 34 centrale revêtue sur une de ses surfaces, d'une 4.- mince couche conductrice 36 et sur sa face opposée d'une mince couche conductrice 38. Les couches 34, 36 et 38 définissent un condensateur en série. Les couches 36 et 38 sont faites, de préférence de cuivre avec une épaisseur de 0,025 à 0,05 mm. Une masse 40 est métallurgiquement reliée à la couche 36 et au conducteur 17. Cette masse 40 est, de préférence, pourvue d'un trou central dans lequel s'étend une extrémité du conducteur 17. Une masse 42 est reliée métallurgiquement à la couche 36 et au conducteur 18. Cette masse 42 est pourvue de préférence d'un trou central dans lequel s'étend une extrémité du conduc- teur 18. A part les épaisseurs, l'élément 20 de cou- plage du filtre est identique à l'élément 16 de couplage du filtre. Cet élément 20 comprend une couche isolante 44 centrale revêtue sur une surface d'une couche conductrice 46, et sur sa surface opposée d'une couche conductrice 48. La couche 46 est reliée métallurgiquement à une masse 50. la couche 48 est re- liée métallurgiquement à une masse 52. La masse 50 est pourvue, de préférence, d'un trou central relié métallurgiquement à l'au- tre extrémité du conducteur 18. La masse 52 est pourvue, de pré- férence, d'un trou central, et reliée métallurgiquement à une extrémité du conducteur 22. Chacune des masses 40, 42, 50 et 52 est faite, de préférence, de cuivre. Chacune des masses 40, 42, 50, 52 possède un trou central destiné à recevoir un des conducteurs centraux pour la facilité de la production. C'est-à-dire qu'il est plus faci- le d'assembler et de relier concentriquement, de cette façon, les masses à leur conducteur central. La concentricité est obte- nue uniformément en coupant un tube de cuivre en courtes on- gueurs de façon à former les masses. Le tube de cuivre sur le- quel on coupe les masses a un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre des conducteurs centraux. Les masses peu- vent aussi présenter un trou borgne ou être pleines si on ne désire pas avoir de trou central. Le tableau suivant donne deux exemples spéci- fiques de réalisations selon l'invention, dans lesquels le dia- mètre extérieur de la jaquette 32 est de 3,58 0,05 mm. Dans les exemples, les longueurs et épaisseurs sont indiquées en mm. 5.- Bande de fréquence longueur de la fente 58, 59 épaisseur de la masse 40 épaisseur de la couche 34 Epaisseur de la masse 42 longueur de la fente 60 épaisseur de la masse 50 épaisseur de la couche 44 épaisseur de la masse 52 longueur de la fente 62 diamètre du conducteur (12, 26) diamètre des résonateurs 17,18, 22, 25 diamètre des masses 40, 42, 50, EXEMPLE 1 EXEMPLE 2 ,8 à 6,4 GMz 5,73 à 6,08 GHz 3,16 2,70 0,87 1,08 0,78 0,50 0,63 2,93 4,98 2,00 0,84 2,75 0,78 0,375 0,84 2,75 4,98 2,00 0,91 0,91 0,35 0,35 52, 2,33 2,33 diamètre de la Jaquette 32 3,58 3,58 longueur A - A 29,4 32,76 La figure 3 est un graphique relatif au signal de sortie, en décibels, tracé par rapport à la fréquence du si- gnal, en GHz, de l'exemple 2, pour ce graphique. On remarquera qu'il y a une transmission presque complète dans la bande pas- sante primaire, sans bande passante secondaire. La figure 4 est un graphique analogue montrant une bande passante primaire sur une demi longueur d'onde et une réponse secondaire sur une lon- gueur d'onde totale. Le graphique de la figure 4 illustre la ré- ponse obtenue à partir de l'appareil décrit dans le brevet men- tionné plus haut. Lorsque la réponse secondaire constitue un inconvénient, l'invention résoud ce problème. La figure 5 est un graphique similaire montrant une bande passante primaire sans réponse secondaire. Le filtre illustré par la figure 5 correspond à un troisième mode de réa- lisation comportant une bande passante primaire de 4,1 à 4,5 GHze construit différemment, en accord avec les enseignements tirés des exemples 1 et 2 ci-dessus. La figure 6 est un graphique similaire montrant la bande passante primaire sans réponse secondaire et illustre l'exemple 1 décrit plus haut. On remarquera que, dans chacune des figures 5 et 6, l'élimination est essentiellement complète. Comme il ressort du tableau ci-dessus, la lon- 6.- gueur, en ligne droite, du cAble nécessaire pour le montage des éléments de couplage du filtre est inférieure à 38 mm. Cette longueur peut être encore diminuée en utilisant des conducteurs enroulés au lieu des conducteurs 18 et 22. Comme conducteur en- roulé type, on peut citer un fil en cuivre recuit revêtu d'ar- gent (comme dans ASTM B-298), ayant un diamètre de 0,1 mm, en- roulé sur un noyau de fibres de verre ou une matière équivalente, ayant un diamètre de 0,66 mm. La distance minimum recommandée entre deux spires adjacentes du fil est de 0,43 à 0,46 mm. Le fil enroulé dohne une inductance essentiellement importante sur une courte longueur, de sorte que la fréquence peut être réduite à environ 300 MHz. Ainsi, les filtres fabriqués suivant l'invention sont compacts, ou miniaturisés pour l'utilisation en basse fré- quence, en raison de la grosseur des éléments du circuit. Cha- cune des masses 40, 42, 50, 52, etc.. constitue un composant du circuit o le circuit équivalent dominant est un condensateur shunté pour l'élimination de la haute fréquence sans réponse secondaire. Chacun des éléments 169 20, 24 est un condensateur en série avec un condensateur shunté, fixé mécaniquement sur ses faces opposées. L'invention peut être réalisée sous d'autres formes spécifiques sans sortir de l'esprit et des attributs es- sentiels qui la distinguent, et en conséquence, sans sortir de l'étendue de l'invention. 7.- RE V E N D I C A T I 0 N S 1.- CAble coaxial comprenant au moins deux conducteurs centraux (12) alignés l'un avec l'autre et reliés à un filtre, un manchon (14) de matière isolante entourant, en prenant contact avec elle, la périphérie extérieure du filtre, et une jaquette (32) monolithique de matière électriquement conductrice entourant ce manchon tubulaire et exerçant sur lui radialement vers l'intérieur des forces de compression sur toute la surface du tube pour éliminer toute fente d'air, carac- térisé en ce que le filtre comprend au moins un élément de cou- plage (16, 20, 24) de filtre de bande passante, à basse fré- quence, entre les conducteurs centraux pour faire passer une bande de fréquence inférieure à 8 GHz avec élimination essen- tiellement complète des fréquences supérieures à la bande pas- sante, cet élément étant une pièce laminée de matière isolante portant une couche conductrice sur chacune de ses faces oppo- sées, chaque couche étant reliée à une masse (40, 42, 50, 52) dont le circuit équivalent dominant est un condensateur shunté, chaque conducteur ayant une extrémité reliée métallurgiquement à l'une des masses séparées. 2.- Câble coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les masses sont reliées métallurgiquement à une couche conductrice (36, 38, 46, 48) revêtue sur ses faces opposées par la matière isolante (34, 44). 3.- Câble coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les masses sont toutes constituées par une bague circulaire cylindrique dont le diamètre extérieur est inférieur à 3,27 mm. 4.- Câble coaxial suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une plu- ralité d'éléments de couplage interconnectés entre eux avec un conducteur central. 5.- Câble coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque masse (40, 42, 50, 52) présente un trou central dans lequel s'étend le conducteur central qui lui est afférent. 6.- Câble coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des conducteurs est enroulé. 7.- Câble coaxial suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois éléments de cou- plage de filtre à bande passante, à basse fréquence, donnant une élimination essentiellement complète de la haute fréquence, ces éléments formant une série dont le second élément (20) est l'élément central, ce second élément portant des masses d'épais- seurs égales, pendant que le premier (16) et le troisième (24) éléments portent des masses d'épaisseurs dissemblables, la masse plus mince de chacun des premier et troisième éléments étant plus proche du second que la masse plus épaisse qui lui est associée, chaque élément étant couplé à un élément adjacent par un conducteur résonant, chaque conducteur central étant entouré par un manchon isolant et ayant une de ses extrémités reliée métallurgiquement à une face d'un condensateur shunté, la face opposée de ces condensateurs étant connectée par un conducteur résonant à un des premier et troisième éléments, et chaque con- ducteur résonant étant séparé de la périphérie intérieure d'un tube sans couture isolant par iue fente d'air. 8.-