Brevet FR2540281A1 — publié le 19840803

Charge hyperfréquence à liquide conducteur, pour générateur de grande puissance La présente invention se rapporte aux charges hyperfréquences utilisées pour tester les générateurs de grande puissance et plus particu- lièrement aux charges à liquide conducteur. Il est connu d'utiliser des charges à liquide conducteur pour faire des mesures avec des générateurs hyperfréquences de grande puissance. Dans ces charges le liquide conducteur circule dans un circuit hydraulique grâce à une pompe associée à des moyens de refroidissement, et sert d'une part d'impédance de charge quand il passe dans une portion du circuit hydraulique formée de tuyaux isolants et d'autre part de moyen d'évacua- tion des calories produites dans la portion du circuit o il sert d'impédance de charge Or la conductivité des liquides conducteurs employés dans ces charges varie très fortement avec la température; c'est ainsi que, avec le bicarbonate de soude dissous dans l'eau qui est un liquide conducteur couramment employé, la conductivité double lorsque la température augmente de 400 C Il s'en suit que l'impédance des charges hyperfré- quences connues, utilisant des liquides conducteurs, varie au fur et à mesure que la température varie; comme rien ne permet de compenser ces variations il faut attendre qu'un état d'équilibre des températures soit établi pour faire des mesures De plus, si les mesures doivent être effectuées pour différentes températures du liquide conducteur corres- pondant à différentes puissances de sortie du générateur, il faut, soit prévoir des moyens de refroidissement suffisants pour rendre aussi faible que possible l'écart entre ces différentes températures, soit changer de charge lorsque les conditions d'expérimentation sont modifiées Ce sont là des solutions onéreuses, souvent peu commodes et nécessitant du temps pour leur mise en oeuvre: attente de la température d'équilibre, temps nécessaire au remplacement d'une charge par une autre. Par la présente invention il est possible de réduire les inconvé- nients précités grâce, en particulier, à un dispositif permettant de régler l'impédance de la charge hyperfréquence pour la maintenir ou l'amener à la valeur désirée. Selon l'invention une charge hyperfréquence à liquide conducteur, pour générateur de grande puissance, comportant une première et une seconde pièce métallique conductrice, isolées électriquement l'une de l'autre et formant entre elles l'accès de la charge, et un circuit hydrauli- que formé de tuyaux en communication entre eux et contenant un liquide conducteurs, ces tuyaux comportant: des tuyaux conducteurs qui, pour une première et une deuxième partie, sont en contact respectivement avec la première et la seconde pièce, et des tuyaux isolants situés en série entre les tuyaux de la première et de la deuxième partie, est principa- lement caractérisée par un dispositif isolant placé à l'intérieur du circuit hydraulique et par des moyens pour introduire, sur une longueur réglable, le dispositif isolant dans les tuyaux isolants. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris- tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: la figure 1, une charge hyperfréquence selon l'art connu, les figures 2 et 3, deux exemples de réalisation de charges selon l'invention, les figures 4 et 5 deux vues d'une autre charge selon l'invention. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères et les différentes pièces cachées par d'autres sont dessinées comme si elles étaient vues par transparence. La figure 1 montre une charge hyperfréquence de type connu, à circulation de liquide conducteur Cette charge se présente sensiblement sous la forme d'un entonnoir, traversé longitudinalement par un tube double Elle comporte une enveloppe sensiblement conique, 10, en alumi- nium, constituant l'entonnoir; à l'ouverture la plus étroite de l'enveloppe 10 est situé un tuyau court ou bague, 11, en bronze, soudé à l'enveloppe. Un tuyau isolant 30, en stratifié de fibres de verre et de résine, traverse le trou de la bague 11 au centre de cette bague, pour pénérer dans l'enveloppe sur une longueur égale environ aux deux tiers de la longueur hors-tout de l'entonnoir Le tuyau 30 est entouré, sur toute sa partie située à l'intérieur de l'enveloppe 10, par un autre tuyau isolant, 31, fixé à la bague 11 et dont la paroi interne est dans le prolongement de la paroi interne de la bague; de même, sur sa partie située à l'extérieur de l'enveloppe 10, le tuyau 30 est entouré d'un cylindre en cuivre, 4, dont la paroi interne est dans le prolongement de la paroi interne de la bague 1. L'extrémité du tuyau isolant 31, opposée à la bague 11, est recouverte d'un tuyau coudé, 21, conducteur de l'électricité et formant un capuchon qui obstrue complètement l'ouverture du tuyau 31 Le tuyau 21 est fabriqué en cuivre; il est rendu solidaire, par soudure sur sa face opposée au tuyau 31, d'un tube métallique creux, 20, qui ressort de l'enveloppe conique 10 par le milieu de l'ouverture la plus large de cette enveloppe. La charge selon la figure 1 comporte un accès coaxial, qui se trouve constitué par l'enveloppe 10 à l'endroit de son ouverture la plus large et par le tube 20 Dans cette charge circule un liquide conducteur 1 S formé de bicarbonate de soude dissous dans l'eau; sous l'action d'une pompe, non représentée, associée à des moyens de refroidissement, également non représentés, le liquide conducteur pénètre par le tuyau isolant 30, arrive dans le tuyau métallique coudé 21, et repart par l'espace compris entre le tuyau 30 et, successivement le tuyau isolant 31, la bague métallique Il et le cylindre 4; des flèches indiquent, sur la figure 1, le trajet suivi par le liquide à travers la charge Dans le circuit hydraulique ainsi constitué, le liquide sert d'une part à l'évacuation des calories et d'autre part à constituer un élément résistif par le volume de liquide contenu dans le tuyau 31 (que ce soit entre les tuyaux 30 et 31 que à l'intérieur de la partie du tuyau 30 comprise dans le tuyau 31). La charge qui vient d'être décrite à l'aide de la figure I présente les inconvénients mentionnés plus avant au sujet des charges hyperfré- quences connues L'invention propose de compenser les baisses de résis- tances du liquide conducteur, dues à l'élévation de température, par une réduction réglable de la quantité de liquide qui forme le cylindre résistif (contenu dans le tuyau 31 de la figure 1) et ceci en introduisant plus ou moins un dispositif isolant dans le cylindre résistif afin de diminuer la quantité de liquide qu'il comporte et, donc, d'augmenter sa résistance. Mais, avec une charge telle que celle selon la figure 1, l'introduction d'un dispositif isolant dans le cylindre résistif 31 pose, à l'usage, des problèmes de place pour loger le dispositif isolant; c'est pourquoi diverses formes de charges ont été étudiées pour faciliter cette introduction. La figure 2 représente une charge selon l'invention dont les éléments internes sont vus par transparence Cette charge comporte une S enveloppemétallique 1 avec une partie cylindrique, 12,-d'axe XX-terminée à ses deux extrémités par des troncs de cône L'enveloppe 1 comporte également un cylindre 13, d'axe, non représenté, perpendiculaire à l'axe XX; ce cylindre 13 est extérieur à la partie cylindrique 12, à laquelle il est soudé à l'une de ses extrémités; la partie cylindrique 12 est percée -d'un trou dont le contour est dans le prolongement des parois internes du cylindre 13. La figure 2 montre également que l'enveloppe 1 est traversée de part en part, selon l'axe XX, par un tube formé successivement d'un tuyau en cuivre 40 dans lequel un liquide conducteur arrive (flèche f) par une entrée latérale, d'un tuyau métallique court, formant une bague, I la, soudée à l'enveloppe 1, d'un tuyau isolant 30, d'un tube métallique 21 placé sensiblement à l'aplomb du cylindre 13, d'un tuyau isolant 31 identique au tuyau 30, d'une bague 22 b identique à la bague 1 la et également soudée à l'enveloppe 1, et d'un tuyau en cuivre 41 servant à évacuer le liquide conducteur (flèche f'). Pour sa réalisation pratique, il est à noter que l'enveloppe métallique 1 est constituée de deux "demi-enveloppes" assemblées par vis: l'une sur laquelle sont soudées les bagues lia et Il b et l'autre qui comporte le cylindre 13. Sur la figure 2 apparaît un tube 20, réalisé en cuivre Le tube 20 est situé à l'intérieur du cylindre 13, et est concentrique avec le cylindre 13; le tube 20 se prolonge jusqu'au tube métallique 21 à la paroi duquel il est soudé L'accès de la charge selon la figure 2 est un accès coaxial dont les conducteurs sont constitués par les éléments 20 et 13. Le tube que forment les pièces 40, lia, 30, 21, 31, Il Ib, 41 de la figure 2, est un tube continu dont les éléments sont assemblés par brides. Ce tube présente une partie droite, d'axe XX, et est coudé à l'une de ses extrémités (tuyau coudé 40); un ensemble "pompe aspirante et refou- lante moyens de refroidissement", non représenté, fait circuler dans ce tube un liquide conducteur qui pénètre par le tuyau 40 (flèche f) et resort par le tuyau 41 (flèche f'). La forme de cylindre large et continu, à section constante, que présente le tube dans lequel circule le liquide conducteur, permet d'y faire _ déplacer deux noyaux isolants 5 a, 5 b, en polytétrafluoroéthylène Ces noyaux sont reliés entre eux par une barre de liaison 51 tandis qu'une autre barre, 50, relie le noyau 5 a à un dispositif mécanique de réglage non représenté, car ne présentant pas d'intérêt pour la compréhension de l'invention et ne faisant pas partie de la charge hyperfréquence propre- ment dite; la barre 50 traverse le tuyau 40, dans sa partie coudée, par un joint d'étanchéité 52. Les noyaux 5 a, 5 b de la figure 2, forment avec les barres 50, 51 un ensemble rigide qui, par le dispositif de réglage mentionné ci-avant, peut être déplacé en translation (double flèche g) suivant l'axe XX Trois ergots isolants, tels que e, disposés sur chacun des deux noyaux, à 1200 les uns des autres autour de l'axe XX, sont en contact avec la paroi interne du tube o circule le liquide conducteur; ces ergots contribuent à ce que les noyaux isolants 5 a, 5 b puissent être déplacés selon l'axe XX. La charge hyperfréquence qui vient d'être décrite à l'aide de la figure 2 peut être réglée en valeur d'impédance; en effet par le déplacement des noyaux isolants 5 a, 5 b il est possible de réduire plus ou moins la quantité de liquide conducteur qui est contenue dans les tuyaux isolants 30, 31, et qui constitue à elle seule la partie résistive de la charge hyperfréquence; le liquide conducteur contenu dans les tuyaux métal- liques, 40, lia, 21, 11 b, 41, représente en effet des résistances qui sont court-circuitées par ces tuyaux métalliques La valeur de la résistance des cylindres de liquide conducteur contenus dans les tuyaux isolants 30, 31 est ainsi réglable, pour une température donnéerd'une valeur minimale, qui est obtenue lorsque les noyaux 5 a, 5 b sont respectivement tout entiers introduits dans les tuyaux conducteurs 40, 21, à une valeur maximale, qui est obtenue lorsque les noyaux 5 a, 5 b sont respectivement tout entiers introduits dans les tuyaux isolants 30, 31; il est ainsi possible de maintenir cette résistance à une valeur constante quelle que soit la température du liquide, du moins dans les limites admissibles. La charge selon la figure 2 mesure 2,30 m hors-tout dans sa plus grande dimension et a été étudiée pour fonctionner en antenne fictive de 800 k W, dans des bandes de fréquences situées aux alentours de 30 M Hz. Une charge hyperfréquence analogue à la charge selon la figure 2 est représentée sur la figure 3 Cette charge ne se distingue de la charge précédente qu'en ce qui concerne la forme coudée du tuyau 41 qui est, ici, identique au tuyau coudé 40 et comporte aussi un joint d'étanchéité, 52 ', et en ce qui concerne la façon dont les noyaux isolants 5 a et 5 b peuvent coulisser à l'intérieur du tube dans lequel circule le liquide conducteur Le noyau 5 a est toujours solidaire de la barre 50 qui permet de le déplacer selon l'axe XX (double flèche g) mais n'est plus solidaire du noyau 5 b; en effet le noyau 5 b est solidaire d'une barre 50 ' qui traverse le joint d'étanchéité 52 ' permettant le réglage, par translation (double flèche g'), de la position du noyau 5 b dans le tube o circule le liquide conducteur Le 1 S dispositif mécanique de réglage, non représenté, qui commandait, dans l'exemple décrit, le déplacement des noyaux 5 a, 5 b (figure 3), assurait un déplacement symétrique de ces noyaux; c'est-à-dire que le noyau 5 a pouvait se déplacer entre une première position o il était tout entier contenu dans les tuyaux 40 et 1 la et une seconde position o il était tout entier contenu dans le tuyau isolant 30 pendant que, à la même vitesse, le noyau 5 b pouvait se déplacer entre une première position o il était tout entier contenu dans les tuyaux 41 et Ilb et une seconde position o il était tout entier contenu dans le tuyau isolant 31 La première position des noyaux correspond à la valeur minimale de la résistance du contenu des tuyaux isolants 30 et 31 et donc de la charge hyperfréquence; la seconde position correspond à la valeur minimale. Les figures 4 et 5 sont respectivement une vue de dessus et une vue de c 8 té d'une même charge selon l'invention Cette charge correspond sensiblement aux charges selon les figures 2 et 3 mais dans lesquelles le tube o circule le liquide conducteur ( 40-l Ia-30-21-31-l Ib-41, figures 2 et 3) aurait été replié en son milieu ( 21) pour former un U de section uniforme Cette structure est particulièrement favorable car déjà le fait de replier le tube amène un gain de place, c'est-à-dire une charge moins volumineuse à caractéristiques équivalentes; de plus, dans les figures 2 et 3, les parties de la charge comportant les cylindres de liquide conducteur (contenus dans les tuyaux 30 et 31) devaient chacune présenter une impédance caractéristique de 100 ohms, puisqu'elles venaient se raccorder sur un circuit d'entrée (éléments 13 et 20) d'impédance caractéristique choisie égale à 50 ohms; par contre dans la réalisation selon les figures 4 et 5 c'est la même partie de l'enveloppe extérieure 1 de la charge hyperfréquence qui entoure les cylindres de liquide conducteur (contenus dans les tuyaux 30 et 31), il en résulte que, pour une impédance caractéristique du circuit d'entrée de la charge hyperfréquence égale à ohms, l'impédance caractéristique de la partie contenant les cylindres de liquide conducteur placés en parallèle sous une enveloppe extérieure commune, ne doit plus être que de 50 ohms; d'o, là encore un gain de place. Les figures 4 et S montrent le tube en U dans lequel circule le liquide conducteur La base du U est formé par un tuyau coudé, en cuivre, 21, dans lequel le sens d'écoulement du liquide (flèche 11 ") tourne de 1800. A partir du tuyau 21, le U est formé, pour chacune de ses branches, d'un tuyau isolant, 30, 31, d'une moitié d'une pièce conductrice, 11, dont les deux moitiés correspondent à l'assemblage côte à côte des bagues Il a 11 b des figures 2 et 3, et d'un tuyau conducteur, 40, 41, fermé partiellement à son extrémité opposée à la pièce conductrice, la seule ouverture à cette extrémité étant assurée par un joint d'étanchéité, 52, 52 '; et l'arrivée (flèche f) de liquide conducteur dans le U est assurée par un conduit latéral débouchant dans le tuyau 40, tandis que le départ (flèche f) se fait par un autre conduit latéral débouchant dans le tuyau 41 L'assemblage des tuyaux composant le U o circule le liquide conducteur, se fait par brides de raccordement. L'enveloppe, 1, de la charge hyperfréquence selon les figures 4 et , comporte une sorte de jupe en aluminium, 10, soudée sur la pièce conductrice Il à l'une de ses extrémités et qui va en s'évasant jusqu'au delà du tuyau coudé 21 pour, ensuite, se rétrécir et former le conducteur extérieur du câble coaxial qui constitue l'accès de la charge Le conduc- teur intérieur du câble coaxial d'accès est constitué par un élément métallique creux, 20, dont la forme cylindrique est modifiée au voisinage de la base du circuit hydraulique en U; l'élément creux 20 forme, avec le tuyau coudé 21 auquel il est soudé, une pièce métallique unique 2. Dans les deux branches du circuit hydraulique en U des figures 4 et 5, sont disposés respectivement deux noyaux isolants 5 a, 5 b, de forme allongée, munis au voisinage d'une de leurs extrémités d'ergots de guidage, isolants, tels que e, disposés à 120 les uns des autres Ces noyaux peuvent être déplacés par translation dans le sens de la grande dimension des branches du U, grâce à un ensemble mécanique dont la partie propre à la charge est formée d'une vis métallique "sans fin" 60, 60 ', associé à un écrou formé d'une plaquette métallique 61, 61 ', solidaire du noyau et percée d'un trou fileté traversé par la vis métallique 60, 60 ' correspon- dante Les vis "sans fin" sont disposées partiellement dans les tuyaux isolants 40, 41 dont elles ressortent par les joints d'étanchéité 52, 52 '; les vis 60, 60 ' ne sont filetées que sur une portion de leur longueur située à l'intérieur des tubes isolants 40, 41; leur extrémité extérieure au tube isolant comporte une roue dentée, 62, 62 ', tandis que leur autre extrémité vient en butée dans une cuvette creusée dans la pièce conductrice 1. Les roues dentées 62, 62 ' sont acouplées à un moteur, non représenté, par une chaîne, également non représentée Le moteur entrai- ne donc les vis 60, 60 ' dans un mouvement de rotation sur elles-mêmes (flèches r et r'); la rotation du moteur pouvant être commandée dans les deux sens cela permet de commander le sens du mouvement de translation qui en résulte pour les noyaux isolants Sa, 5 b Comme dans le cas des figures 2 et 3, il est ainsi possible de régler la valeur de la résistance présentée par les cylindres de liquide conducteur, contenus dans les tuyaux isolants 30 et 31: la valeur minimale est obtenue lorsque les noyaux sont dans les tuyaux 40, 41 et la valeur maximale quand les noyaux ont pénétré aux maximum dans les tuyaux isolants 30, 31. Entre son accès coaxial et les roues dentées 62, 62 ', la charge selon les figures 4 et 5 a une longueur hors tout de 1,30 mètre; cette charge a été étudiée pour fonctionner comme antenne fictive de 800 k W dans des bandes de fréquences situées aux alentours de 30 M Hz. L'invention qui vient d'être décrite n'est pas limitée à l'exemple décrit, elle porte d'une façon plus générale sur l'utilisation d'un dispositif isolant placé dans le circuit hydraulique à liquide conducteur d'une charge hyperfréquence, et dont la position à l'intérieur de ce circuit peut être modifiée de manière à réduire plus ou moins le volume de liquide conducteur situé dans les zones du circuit hydraulique o ce liquide conducteur contribue à constituer l'impédance de la charge Il est entendu par ailleurs que lorsqu'il est question de dispositif isolant il faut entendre d'une façon très générale un dispositif dont la conductivité est nettement inférieure à celle du liquide conducteur utilisé dans la charge. Il est de plus à noter que les tuyaux 40, 41 des figures 2 à 5, de même d'ailleurs que le tuyau 4 de la figure 1, peuvent aussi bien être des tuyaux conducteurs que des tuyaux isolants. REVENDICATIONS 1 Charge hyperfréquence à liquide conducteur, pour générateur de grande puissance, comportant une première ( 1) et une seconde ( 2) pièce métallique conductrice, isolées électriquement l'une de l'autre et formant entre elles l'accès de la charge, et un circuit hydraulique formé de tuyaux ( 11-30-21-31-11) en communication entre eux et contenant un liquide conducteur, ces tuyaux comportant: des tuyaux conducteurs ( 11, 21) qui, pour une première ( 11) et une deuxième ( 21) partie, sont en contact respectivement avec la première ( 1) et la seconde ( 2) pièce, et des tuyaux isolants ( 30, 31) situés en série entre les tuyaux de la première et de la deuxième partie, caractérisée par un dispositif isolant ( 5 a, 5 b) placé à l'intérieur du circuit hydraulique et par des moyens ( 50, 50 ', 52, 52 ', 62, 62 ') pour introduire, sur une longueur réglable, le dispositif isolant dans les tuyaux isolants. 2 Charge hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée IS en ce que les tuyaux de la première (lia, 11 b) et de la deuxième ( 21) partie forment, avec les tuyaux isolants ( 30, 31), un tube continu, rectiligne, de section constante, comportant successivement un tuyau (la) de la première partie, un des tuyaux isolants ( 30), un tuyau ( 21) de la deuxième partie, un autre des tuyaux isolants ( 31) et un autre tuyau ( 1 lb) de la première partie et en ce que le dispositif isolant comporte deux noyaux ( 5 a, 5 b) dont la longueur de pénétration dans, respectivement, l'un et l'autre des tuyaux isolants ( 30, 31) est réglable. 3 Charge hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens comportent: une première barre ( 50) disposée 2 S partiellement à l'intérieur du tube, selon la direction longitudinale de ce tube, et qui traverse la paroi du circuit hydraulique par -un joint d'étanchéité ( 52) et une seconde barre ( 51) qui relie entre eux les deux noyaux. 4 Charge hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens comportent une première ( 50) et une seconde ( 50 ') barre, disposées partiellement à l'intérieur du tube (l Ia, 30, 21, 31, 11 b), selon la direction longitudinale de ce tube, situées respectivement au voisinage des deux extrémités du tube, reliées chacune à l'un des noyaux, Il et qui traversent la paroi du circuit hydraulique par un joint d'étanchéité ( 52, 52 '). Charge hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que les tuyaux de la première ( 1) et de la deuxième ( 21) partie forment, avec les tuyaux isolants ( 30, 31), un tube continu, en U, de section uniforme, comportant successivement un tuyau (moitié de 11) de la première partie, un des tuyaux isolants ( 30), un tuyau ( 21) de la deuxième partie qui forme la base du U, un autre des tuyaux isolants ( 31) et un autre tuyau (moitié de 11) de la première partie et en ce que le dispositif isolant comporte deux noyaux (Sa, 5 b) dont la longueur de pénétration dans, respectivement, l'un et l'autre des tuyaux isolants ( 30, 31) est réglable. 6 Charge hyperfréquence selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens comportent une première ( 60) et une seconde ( 60 ') 1 S vis "sans fin" disposées au moins partiellement dans le circuit hydraulique, selon la direction longitudinale des deux branches du U et en ce que ces vis "sans fin" traversent respectivement deux écrous ( 61, 61 '), ces écrous étant respectivement solidaires des deux noyaux (Sa, Sb).