Brevet FR2544543A1 — publié le 19841019

Transformateur VHF de puissance L'invention concerne un transformateur pour des courants de très haute fréquence et d'intensité élevée tels que ceux utilisés dans les émetteurs radio VHF Un tel transformateur est constitué d'une pluralité d'inductances couplées entre elles Ces inductances dissipent une quantité importante de chaleur lorsque le courant qui les parcourt a une intensité élevée Ces inductances sont enfermées dans un boîtier constituant un blindage radioélectrique et un dissipateur thermique En général il est nécessaire que les caractéristiques des inductances soient précises, pour être reproductibles facilement en séries, et qu'elles possèdent un faible coefficient de température. Il est connu de réaliser un tel transformateur en bobinant du fil de cuivre argenté sur un mandrin en céramique comportant un filetage pour définir la position du fil Ce procédé a pour inconvénient une mauvaise reproductibilité des caractéristiques des inductances, notamment de leurs coefficients de mutuelle induction qui dépendent de leur position relative. D'autre part, il est connu de réaliser des transformateurs VHF, de faible puissance, en gravant une pluralité d'inductances sur un substrat pour circuits imprimés par un des procédés classiques de réalisation de circuits imprimés Les transformateurs ainsi obtenus ne peuvent pas dissiper une puissance élevée parce que la faible épaisseur de la feuille métallique, environ 50 microns, et la mauvaise conductibilité du substrat isolant, qui est en général un tissu de fibres de verre imprégné de résine époxy, ne permettent pas une transmission suffisante de la chaleur, et parce que la faible température de décomposition de la résine ne permet pas une température de fonctionnement élevée Le transformateur selon l'inven- tion remédie à ces inconvénients par des moyens simples. Selon l'invention un transformateur VHF de puissance, est carac- térisé en ce qu'il comporte: une pluralité d'inductances découpées dans une même feuille métal- lique ayant une faible résistance thermique, et revêtues d'un dépôt métallique très bon conducteur électrique; une plaque d'un matériau ayant de faibles pertes électriques aux très hautes fréquences et une faible résistance thermique, plaque sur laquelle est collée la pluralité d'inductances, par une colle ayant une faible résistance thermique et une bonne tenue aux variations de tempéra- ture; une partie de la surface de la plaque, sur sa périphérie, étant laissée inoccupée; un boîtier métallique enfermant la plaque; des moyens pour maintenir en contact le boîtier avec la partie non occupée de la plaque, pour transmettre la chaleur qui est dégagée par la pluralité d'inductances et qui est transmise par la plaque, afin de dissiper cette chaleur dans l'atmosphère à l'extérieur du boîtier. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparattront à l'aide de la description suivante et de la figure l'accompagnant, qui représente un exemple de réalisation du transformateur selon l'invention. Dans cet exemple de réalisation le transformateur selon l'inven- tion comporte deux inductances, 1 et 2, identiques et couplées entre elles. Elles ont chacune la forme d'une spirale plane découpée dans une plaque de cuivre de 500 microns d'épaisseur et recouverte des deux côtés d'une couche d'argent électrolytique de 5 microns d'épaisseur La forte épais- seur de métal procure une bonne conductibilité thermique et le revête- ment d'argent procure une bonne conductibilité électrique pelliculaire. Les inductances 1 et 2 sont collées sur une plaque 3, en céramique à 96 % d'alumine ayant une épaisseur de 1,27 millimètres Afin de transmettre la chaleur dissipée par la self, et ne pas provoquer des pertes supplémen- taires, la céramique utilisée a une conductibilité thermique supérieure à 0,05 cal cm/cm s O C, et un angle de perte à 100 M Hz dont la tangente est inférieure à 5 10 4 Dans cet exemple elle est du type TSI fabriqué par L C C (France) La colle utilisée doit pouvoir supporter une tempéra- ture au moins égale à 1501 C, avoir une conductibilité thermique au moins égale à 0,002 cal cm/cm s O C, et avoir une charge de rupture au cisaillement au moins égale à 6 000 p s i afin de résister à la différence de dilatation du cuivre et de la céramique Dans cet exemple la colle utilisée est du type ABLEBOND 789-1 fabriqué par ABLESTICK LABORATORIES USA A chaque extrémité des inductances 1 et 2, un trou est percé dans la céramique pour fixer une douille femelle, 9, 10, 11, 12, perpendiculaire à la plaque 3 Les deux inductances, 1 et 2, sont collées sur une même face de la plaque 3, mais les douilles 9 et 10 de l'inductance 1 sont situées sur une première face alors que les douilles 11 et 12 de l'inductance 2 sont situées sur la deuxième face de la plaque 3 Chaque douille possède à une extrémité, dans le prolongement de son axe de révolution, un picot de diamètre égal au diamètre du trou percé dans la céramique et de longueur supérieure à l'épaisseur de la plaque de céramique, de façon à permettre une soudure sur le métal de l'inductance, soit sur la première face, soit sur la deuxième face de la plaque 3 Dans cet exemple les douilles 11 et 12 sont situées du côté de la deuxième face, leurs picots traversant la céramique et permettent de les souder à l'induc- tance 2 qui est collée sur la première face de la plaque 3 Les douilles 9 et sont soudées à leur base sur l'inductance 1, car elles sont situées du côté de la première face. Les inductances I et 2 sont découpées dans une même feuille de cuivre par une attaque chimique Les parties de cette feuille, qui sont destinées à constituer les inductances, ont été protégées par une résine photosensible qui a été insolée par un procédé photographique, puis traitée par un solvant pour enlever la résine couvrant les parties du cuivre qui doivent être attaquées Pour maintenir les inductances dans une position relative bien déterminée, il est prévu de laisser des ponts de cuivre entre les deux inductances I et 2, et à l'intérieur de la spirale de chacune d'elles Ces ponts de cuivre sont éliminés après l'opération de collage, par un meulage, ou par une abrasion au jet de sable Ce procédé permet d'obtenir une excellente reproductibilité des caractéristiques des induc- tances. La plaque 3 est enfermée dans un boîtier constituant un blindage radioélectrique et un dissipateur de chaleur Il est réalisé en aluminium recouvert d'un dépôt électrolytique de cuivre, de 15 microns d'épaisseur, et un dépôt d'argent de 7 microns d'épaisseur Il comprend un profilé creux , fermé à ses deux extrémités par deux flasques rapportés, 4 et 6 Le profilé creux 5 a une section interne rectangulaire et une section externe comportant une semelle longitudinale large permettant de fixer le boîtier sur une surface plane et de transmettre à cette surface la chaleur dissipée par le transformateur Le profilé 5 comporte deux rainures 13 et 15 creusées à l'intérieur, parallèlement à son grand axe Elles sont situées dans le plan de symétrie du profilé 5 Leur longueur et leur écartement sont respectivement égaux à la longueur et à la largeur de la plaque 3. Leur largeur est supérieure à l'épaisseur de la-plaque 3 La plaque 3 est insérée dans ces rainures Les parois du profile 5 ont une épaisseur de 8 millimètres sauf dans les rainures 13 et 15 Les rainures ont une profondeur de 6 millimètres La périphérie de la seconde face de la plaque 3 est en contact avec une première paroi de la rainure 13 et avec une première paroi de la rainure 15, sous la pression respectivement de deux ressorts en accordéon 7 et 8, qui sont insérés respectivement entre la première face de la plaque 3 et une seconde paroi de la rainure 13, et entre la première face de la plaque 3 et une seconde paroi de la rainure Les rainures 13 et 15 comportent respectivement un décrochement 14 et un décrochement 16 permettant de maintenir en place les ressorts 7 et 8 Naturellement les inductances 1 et 2 sont situées sur la plaque 3 suffisamment éloignées des bords pour éviter tout contact avec le boîtier métallique La chaleur, dissipée dans les inductances 1 et 2, est conduite par la plaque de céramique 3 puis est transmise au boîtier grâce à la zone de contact, de surface importante, existant sur les premières faces des rainures 13 et 15 Cette surface correspond à la profondeur des rainures 13 et 15 et à la longueur de la plaque 3 Ce contact est maintenu en permanence par les ressorts en accordéon 7 et 8, qui absorbent aussi les variations dimentionnelles dues aux variations de température Les fla- ques 4 et 6 sont découpés dans une plaque de 8 millimètres d'épaisseur à la forme de la section du profilé 5, et sont fixés à celui-ci par quatre vis non représentées sur la figure Deux trous, 17 et 18, sont percés dans le profilé 5, dans une face parallèle à la plaque 3, et débouchent en face des douilles 9 et 10 afin de permettre le branchement d'une connexion sur ces douilles Deux autres trous sont percés dans la face opposée du profilé 5, et ne sont pas représentés sur la figure, ils permettent le branchement de connexions sur les douilles 11 et 12 aux extrémités de l'inductance 2. Dans un exemple de réalisation o les inductances ont une valeur de 75 nanohenrys, la reproductibilité est de + 0,5 %, le coefficient de surtension est supérieur à 150, le coefficient de température est inférieur à 10 4, la puissance dissipable est de 16 watts, pour une gamme de fréquence allant de 30 à 90 mégahertz. Il est à la portée de l'homme de l'art d'adapter le transformateur selon l'invention pour augmenter le nombre d'inductances, ou le nombre de prises sur chaque inductance, pour utiliser un type de ressort différent de celui des ressorts en accordéon 7 et 8, ou pour utiliser un boîtier différent, la caractéristique essentielle étant qu'une surface non négligea- ble de la périphérie de la plaque 3 ait un bon contact thermique avec le métal du boîtier Il est possible d'usiner les inductances par toute méthode de gravure utilisée pour réaliser des circuits imprimés, mais il est possible aussi d'utiliser d'autres méthodes permettant d'usiner avec précision une plaque de métal mince. REVENDICATIONS 1 Transformateur VHF de puissance, caractérisé en ce qu'il comporte: une pluralité d'inductances ( 1, 2), découpées dans une même feuille métallique ayant une faible résistance thermique, et revêtues d'un dépôt métallique très bon conducteur électrique; une plaque ( 3) d'un matériau ayant de faibles pertes électriques aux très hautes fréquences et une faible résistance thermique, plaque sur laquelle est collée la pluralité d'inductances, par une colle ayant une faible résistance thermique et une bonne tenue aux variations de tempéra- ture; une partie de la surface de la plaque ( 3), sur sa périphérie, étant laissée inoccupée; un boîtier métallique ( 4, 5, 6) enfermant la plaque ( 3); des moyens ( 7, 8, 14, 16) pour maintenir en contact le boîtier ( 5) avec la partie non occupée de la plaque ( 3), pour transmettre la chaleur qui est dégagée par la pluralité d'inductances et qui est transmise par la plaque ( 3), afin de dissiper cette chaleur dans l'atmosphère à l'extérieur du boîtier ( 4, 5, 6). 2 Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier métallique est constitué d'un profilé métallique creux ( 5), fermé à ses deux extrémités par deux flasques ( 4 et 6) rapportés, et comporte deux rainures ( 13 et 15), parallèles à son axe, situées en vis- à-vis, et de largeur supérieure à l'épaisseur de la plaque ( 3); en ce que la plaque ( 3) comporte deux bords parallèles, et a une largeur, entre ces deux bords, égale à la distance entre les fonds respectifs des deux rainures ( 13 et 15) pour pouvoir être placée dans ces deux rainures ( 13 et 15); et en ce que ce transformateur comporte des ressorts ( 7 et 8) placés dans les rainures pour maintenir en contact la plaque ( 3) et le boîtier ( 5) dans les rainures ( 13 et 15). 3 Transformateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les inductances ( 1, 2), découpées dans une même feuille métallique, sont maintenues solidiaires par des ponts, faisant partie de cette feuille, pendant que ces inductances sont collées sur la plaque ( 3); et en ce que ces ponts sont supprimés après qu'elles ont été collées. 4 Transformateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pluralité d'inductances est découpée dans une même feuille métallique par une attaque chimique, les parties destinées à constituer les inductan- ces ( 1, 2) étant protégées par une résine qui est gravée par un procédé photographique.