Brevet FR2546009A1 — publié le 19841116

La présente invention concerne une structure de bottier et de montage de circuits pour un répéteur qu'on peut décrire plus particulièrement comme étant une structure de bottier et de montage de circuits pour un répéteur conçue de façon à présenter une faible élévation de température et une isolation pouvant supporter une tension élevée. Dans l'art antérieur, on a réalisé des bottiers de répéteurs de câbles de télécommunications sous-marins en métaux à résistance mécanique élevée, pour supporter les efforts de la pression du fond de la mer et des opérations de pose et de récupération du câble Une isolation électri- que importante isole par rapport au bottier du répéteur des tensions très élevées qu'on utilise pour alimenter les cir- cuits électroniques La température ambiante à l'intérieur du bottier du répéteur est suffisamment élevée pour que les composants électroniques utilisés dans les répéteurs soient des composants robustes, choisis spécialement, capables de fonctionner pendant vingt ans ou plus à l'intérieur du bot- tier du répéteur. La structure de bottier et de montage de circuits pour un répéteur de l'art antérieur fait apparaître un pro- blème lorsqu'on doit loger à l'intérieur des circuits élec- troniques pour un système de transmission à fibres optiques fonctionnant à plus grande vitesse Les circuits électroni- ques sont de nouveaux circuits intégrés et d'autres compo- sants qui dissipent davantage de chaleur et qui ont une moindre fiabilité à long terme On peut augmenter considé- rablement leur fiabilité en limitant l'élévation de la tem- pérature ambiante dans le bottier de répéteur dans lequel ils se trouvent. Ce problème est résolu par une structure de bot- tier et de montage de circuits électroniques pour un répé- teur, comprenant une enceinte dont la surface intérieure est recouverte par un isolant électrique Une structure con- ductrice de la chaleur, destinée au montage de circuits électroniques, comprend des segments séparables ayant des régions de surface profilées de façon à s'adapter à une sur- face intérieure de l'isolant électrique Des circuits élec- troniques sont montés sur la structure conductrice de la chaleur Les segments séparables de la structure conductrice de la chaleur sont introduits dans l'enceinte sous la forme d'un seul ensemble, avec des dispositifs élastiques interca- lés entre les segments pour exeieer une pressim sur Ieur B régian de surface profilées afin de les amener en contact intime avec la surface intérieure de l'isolant électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une représentation isométrique d'une structure de bottier et de montage de circuits électro- niques pour un répéteur, La figure 2 est une coupe partielle de la structure de-la figure 1, montrant un détail de la structure de monta- ge; La figure 3 est une coupe partielle montrant une variante d'un détail de la structure de montage pour la figure 1 La figure 4 est une coupe partielle montrant une autre variante d'un détail de la structure de montage pour la figure 1; et La figure 5 est une coupe partielle d'une structure de bottier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur, comportant un blindage électromagnétique. On va maintenant considérer la figure 1 qui repré- sente une structure de boîtier et de montage pour un répé- teur, prévue pour 8 tre utilisée en tant qu'enceinte pour des circuits électroniques dans un système de transmission sous- marin par guides de lumière, ou pour d'autres circuits élec- troniques exigeant un environnement étanche et supportant la pression et une isolation à haute tension avec une faible élévation de température Une enceinte 10 est fabriquée en une matière à résistance mécanique élevée, comme du cuivre au béryllium, de l'aluminium ou de l'acier. Pour le répéteur de système sous-marin, on utilise du cuivre au béryllium pour fabriquer l'enceinte 10 On donne à l'enceinte la forme d'un cylindre creux ayant un diamètre extérieur d'environ 330 mm et une paroi d'environ mm d'épaisseur Le cuivre au béryllium a une conductivité thermique de 0,1 watt par millimètre et par degré cehtigra- de, qui procure de bonnes caractéristiques de transfert thermique pour dissiper la chaleur provenant de l'intérieur de l'enceinte 10 vers l'eau de mer qui entoure l'extérieur de l'enceinte pendant le fonctionnement. Pendant les opérations de pose et de récupération et pendant le service à long terme au fond de la mer, l'en- ceinte 10 est soumise à de nombreux efforts et de nombreuses contraintes qui tendent à modifier sa taille et sa forme. Lorsque le système de transmission est en fonction- nement, le câble lui applique une tension très élevée pour alimenter les circuits qui fonctionnent à l'intérieur de l'enceinte 10 Du fait de la tension élevée et de la conduc- tivité électrique relativement bonne de l'enceinte 10, il est nécessaire d'isoler électriquement les circuits électro- niques et la structure de montage de circuits par rapport à l'enceinte qui est au potentiel de masse de la mer. On applique une couche d'un isolant électrique 15 sur la surface intérieure de l'enceinte 10 Un isolant approprié consiste en une résine époxyde avec une charge de mica ayant une rigidité diélectrique de 16 000 volts par millimètre On applique l'isolant 15 de façon uniforme sur la surface intérieure de l'enceinte, avec une épaisseur per- mettant de supporter la tension élevée prévue, mais en évi- tant d'appliquer une épaisseur excessive, pour maximiser le transfert thermique à travers l'isolant tout en procurant l'isolation électrique nécessaire. La conductivité thermique de la couche d'isolant est relativement faible: 0,0002 watt par millimètre et par degré centigrade Du fait de la faible conductivité thermique de l'isolant, il est souhaitable de dissiper par une surface aussi élevée que possible la chaleur qui provient des circuits électroniques en fonctionnement Il est égale- ment souhaitable, pour améliorer le transfert thermique, d'utiliser la conduction directe de la chaleur vers la cou- che d'isolant 15, plutôt que d'utiliser la convection. Une structure de montage de circuits comprenant trois segments 18 est conçue de façon à faire fonction de radiateur thermique pour des circuits en fonctionnement, et de conduit de-chaleur vers la couche d'isolant 15 Chaque segment 18 est fabriqué en une matière à conductivité éle- vée, comme l'aluminium qui a une conductivité thermique de 0,2 watt par millimètre et par degré centigrade Chaque segment 18 comporte trois pieds 20 avec des régions de sur- face profilées qui s'étendent sur toute la longueur de l'enceinte 10 Les surfaces profilées, ou courbes, ont une forme telle qu'elles s'ajustent exactement contre le côté intérieur, ou à nu, de la couche d'isolant 15. Chaque segment 18 est traversé par un canal le long du côté qui fait face à la couche d'isolation Une sur- face plane est formée dans le canal pour le montage de cir- cuits électroniques 22 On utilise également la surface plane du côté arrière pour le montage de circuits électroni- ques, par exemple des émetteurs laser 23 Lorsque ces cir- cuits fonctionnent, ils produisent de la chaleur qui est conduite vers l'enceinte 10 en traversant le segment de mon- tage associé, ses pieds et la couche d'isolant - Les segments 18 sont dimensionnés de façon qu'un espace libre existe entre des segments adjacents, grâce à quoi les segments ne sont pas soumis à des efforts lorsque l'enceinte 10 est à sa taille minimale prévue, à la pression du fond de la mer. 2546009- Des dispositifs élastiques 25 sont intercalés entre des segments 18 adjacents pour les écarter mutuellement et pour exercer une pression sur les surfaces courbes des pieds afin qu'elles viennent en contact intime avec la surface intérieure de la couche d'isolant 15 Indépendamment de la dilatation ou de la contraction de l'enceinte 10 pendant les opérations de pose et de récupération ou pendant le fonc- tionnement continu du système au fond de la mer, les surfa- ces courbes des pieds sont maintenues fermement en contact intime avec la surface intérieure de la couche d'isolant 15. Une structure de montage en forme de delta com- prend trois capots de châssis 28, chacun d'eux étant fixé à un segment 18 différent Chaque capot de châssis 28 comprend des surfaces planes supplémentaires pour le montage de cir- cuits électroniques supplémentaires On monte sur la structu- re en forme de delta les circuits qui produisent peu de cha- leur et les circuits dont la fiabilité à long terme est moins sensible à la température La conduction et un certain refroidissement par convection sont suffisants pour mainte- nir ces circuits à une température ambiante à laquelle ils peuvent fonctionner sans défaillance pendant la durée de vie prévue pour le système. On va maintenant considérer la figure 2 qui montre un détail de l'un des dispositifs élastiques 25 de la figure 1 Sur la figure 2, ce dispositif est représenté sous la forme d'un ressort à lame 30 intercalé avec une certaine courbure entre deux segments 18 Le ressort 30 pousse les segments 18 de façon à les écarter et il presse les surfaces courbes- contre la couche d'isolant 15 Ceci assure une bonne conductivité thermique entre les segments 18 et la couche d'isolant. On va maintenant considérer la figure 3 qui repré- sente un détail d'une autre forme de l'un des dispositifs élastiques-25 de la figure 1 Sur la figure 3, le dispositif élastique est représenté sous la forme d'un ressort hélicol- dal 32 qui est intercalé en compression entre les segments 18 Le ressort 32 pousse également les segments de façon à les écarter et il presse les surfaces courbes des pieds des segments 18 de façon à les amener en contact intime avec la 6 couche d'isolant 15, pour assurer une bonne conduction ther- mique. On va maintenant considérer la figure 4 qui montre un détail d'une forme supplémentaire de l'un des dispositifs élastiques 25 de la figure 1 Sur la figure 4, le dispositif 34 consiste en un morceau d'élastomère élastique qui est intercalé en compression entre les segments 18 Le disposi- tif 34 pousse les segments de façon à les écarter et il presse les surfaces courbes des pieds des segments 18 de façon qu'elles s'appliquent sans jeu contre la couche d'iso- lant 15, pour assurer une bonne conduction thermique depuis les segments jusqu'à l'enceinte 10, à travers la couche d'isolant. On va maintenant considérer la figure 5 qui repré- sente une coupe partielle d'une variante de la structure de boîtier de répéteur et de montage de circuits électroniques. Sur la figure 5, les éléments qui sont similaires aux élé- ments qu'on trouve sur la figure 1 sont désignés par la même référence Ainsi, une enceinte 10 est revêtue intérieurement d'une couche d'isolant 15 Un manchon cylindrique mince 38 en une matière de blindage électromagnétique est introduit à l'intérieur de la couche d'isolation et est en contact inti- me avec celle-ci On peut utiliser avantageusement pour le manchon 38 un métal tel que l'aluminium On a utilisé de façon satisfaisante en pratique un manchon ayant une épais- seur de 3 mm. Il faut noter que le manchon 38 augmente la surface de contact entre les matières à conductivité thermique élevée des segments 18 et la couche d'isolant électrique 15 Bien que l'utilisation d'un blindage électromagnétique 38 ne soit représentée que sur la figure 5, on peut également employer ce blindage dans les variantes des figures 2, 3 et 4. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur, caractérisée en ce qu'elle comprend: une enceinte ( 10) comportant un isolant électri- que ( 15) en contact intime avec elle et recouvrant une sur- face intérieure de l'enceinte; une structure conductrice de la chaleur ( 18) comprenant plusieurs segments ( 18), chaque segment ayant une configuration prévue pour le montage de circuits électroniques ( 23) et ayant des régions de surface profilées de façon à s'adapter à une surface intérieure de l'isolant électrique ( 15); des circuits électroniques ( 22) fixés aux segments ( 18) de façon à dissiper la chaleur pro- duite pendant le fonctionnement; et des moyens ( 25, 30, 32, 34) destinés à presser les régions de surface profilées des segments ( 18) pour les amener en contact intime avec la surface intérieure de l'isolant électrique ( 15), afin d'établir un chemin à conductivité thermique élevée allant des circuits électroniques ( 23) à l'isolant électrique ( 15) en traversant les segments ( 18). 2 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de pression comprennent des dispositifs élastiques ( 25, 30, 33, 34) intercalés entre les segments ( 18) de façon à assurer un contact intime et continu entre les régions de surface profilées des segments et les surfaces intérieures de l'isolant électrique ( 15), indépendamment de la dilatation ou de la contraction de l'enceinte. 3 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dispositifs élastiques compren- nent des ressorts à lame ( 30) placés entre les segments pour pousser les segments de façon à les écarter. 4 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dispositifs élastiques comprennent des ressorts hélicoidaux comprimés ( 32) placés entre les segments pour pousser les segments de façon à les écarter. 5 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dispositifs élastiques comprennent un dispositif en élastomère comprimé ( 34) placé entre les segments pour pousser les segments de façon à les écarter. 6 Structure de boîtier et de montage de circuits électroniques pour un répéteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'isolant élec- trique ( 15) de l'enceinte est recouvert par un blindage électromagnétique ( 38) en contact intime avec l'isolant.