Brevet FR2538172A1 — publié le 19840622

CHARGE DE PUISSANCE POUR ONDES HYPERFREQUENCES La présente invention concerne une charge de puissance pour ondes hyperfréquences. Dans le domaine des hyperfréquences, il est souvent nécessaire de disposer de charges dans lesquelles est dissipée tout ou partie lorsque seule une atténuation est recherchée- de l'énergie des ondes hyperfréquences. C'est le cas, par exemple, pour la mise au point des tubes hyperfréquences et des différents équipements rattachés à ces tubes, tels que par exemple les radars, les émetteurs de télécommunications... Ces charges sont placées dans la ligne de transmission des ondes hyperfréquences, qui peut être une ligne coaxiale ou un guide d'ondes par exemple, et se trouvent en contact avec cette ligne. Ces charges contiennent des matériaux absorbant une certaine quantité d'énergie électromagnétique qui se retrouve sous forme de chaleur. Lorsque les puissances à dissiper sont importantes, on utilise souvent des charges à eau. Ces charges sont constituées d'un tuyau en matériau diélectrique, tel que du verre, du plexiglas, de la céramique, de l'alumine... Dans ce tuyau, s'effectue une circulation d'eau. L'eau absorbe une certaine quantité d'énergie électromagnétique et s'échauffe. Ainsi les charges à eau sont très utilisées en bande L et au delà, pour dissiper des puissances moyennes de l'ordre de 100 W à 100 KW environ. Le problème qui se pose est d'utiliser des charges à eau, à fréquence relativement basse c'est-à-dire au-dessous de 1,5 GHz environ, et pour dissiper une puissance moyenne importante. C'est le cas par exemple pour dissiper, à 350 MHz, .1 MW de puissance moyenne. En effet, on constate que lorsque la fréquence diminue et devient inférieure à 1,5 GHz environ, I'eau obsorbe de moins en moins l'énergie électromagnétique, car la tangente de son angle de perte -tg 6 - diminue. On rappelle que l'énergie électromagnétique absorbée par un matériau est proportionnelle au facteur de perte du matériau , tg 8, où ,désigne le coefficient diélectrique et tg 8 la tangente de l'angle de perte du corps considéré. Pour essayer de résoudre ce problème, on peut: - soit augmenter fortement les dimensions des charges à eau, ce qui les rend très encombrantes; - soit ajouter à l'eau un sel pour augmenter son facteur de perte. On ajoute généralement à l'eau du chlorure de sodium ou du bichromate de potassium. Le chlorure de sodium présente llincon- vénient de ronger les tuyaux et le bichromate de potassium entraîne des problèmes de pollution. On n'a pas le droit de rejeter dans le réseau public de l'eau contenant ce sel. La présente invention permet de résoudre le problème précédemment énoncé de façon simple et efficace. La présente invention concerne une charge de puissance pour ondes hyperfréquences qui est caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins un tuyau, en matériau diélectrique, dans lequel circule de l'eau. Selon l'invention, il y a à l'intérieur du tuyau au moins une cloison en matériau diélectrique. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: - les figures 1 à 3 des vues en coupe transversale de trois modes de réalisation de charges selon l'invention; - les figures 4a, b, c et d, des courbes illustrant l'amélioration des résultats obtenus avec les charges selon l'invention par rapport aux charges selon l'invention par rapport aux charges selon l'art antérieur. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. Les charges à eau selon l'invention, comme celles de l'art antérieur, comportent un tuyau en matériau diélectrique tel que du verre, de l'alumine, du plexiglas, de la céramique, ou de la matière plastique... Ce tuyau est de préférence de section circulaire car ce type de section assure une bonne tenue mécanique-à la pression et dé plus les tuyaux ayant cette section ne sont pas très coûteux. Dans les charges à eau selon l'art antérieur, qui sont donc constituées par un tuyau, de section circulaire, en matériau diélectrique, dans lequel circule de l'eau, la Demanderesse a constaté que l'absorption d'énergie électromagnétique a lieu essentiellement dans la couche d'eau qui se trouve en contact avec le matériau diélectrique constituant le tuyau. On peut expliquer cette constatation de la façon suivante. Dans un milieu hétérogène, le champs électrique E se répartit en fonction inverse de la constante diélectrique car le produit . E est constant. La constante diélectrique de l'eau étant très supérieure à celle du matériau diélectrique qui constitue le tuyau, le champ électrique dans ce matériau diélectrique est très supérieur au champ électrique existant dans la couche d'eau qui se trouve en contact avec ce matériau.Il existe donc des courants importants, à l'interface entre le matériau diélectrique et l'eau, qui sont dus au champ électrique important existant"dans le matériau diélectrique. La présence de ces courants augmente les pertes dans la couche d'eau qui est en contact avec le matériau diélectrique. La Demanderesse a conclu de ce qui précède que l'on pouvait augmenter l'absorption des charges à eau en introduisant dans le tuyau qui constitue la charge au moins une cloison en matériau diélectrique. La présence de cette cloison augmente la surface de la couche d'eau se trouvant en contact avec un matériau diélectrique. Or c'est dans cette couche d'eau que les pertes sont les plus importantes. Dans les trois modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures I à 3, on voit en coupe transversale un tuyau 1 de section circulaire qui comporte une ou plusieurs cloisons 2. Le mode de réalisation de la figure I comporte une seule cloison 2 disposée selon un diamètre du tuyau. Sur la figure 2, il y a deux cloisons 2, perpendiculaires, et disposées selon deux diamètres. Sur la figure 3, il y a à l'intérieur du tuyau plusieurs cloisons 2 disposées sensiblement selon des rayons du tuyau il ce qui permet d'augmenter fortement les surfaces de contact entre matériau diélectrique et eau. Une circulation d'eau 3 est établie entre les cloisons 2 et le bord des tuyaux 1. Les cloisons sont constituées d'un matériau diélectrique tel que le polytrétrafluoroéthylène ou PTFE dont la constante diélectrique relative est égale à 2 alors que celle de l'eau est de 80 environ. I1 est bien entendu que l'invention concerne les charges à eau comportant un tuyau, en matériau diélectrique, contenant une ou plusieurs cloisons en matériau diélectrique, de forme quelconque.Les différentes formes données aux cloisons ont pour but d'augmenter l'interface entre l'eau et un matériau diélectrique. Les tuyaux utilisés pour réaliser les charges à eau selon l'invention peuvent avoir une forme quelconque, ils peuvent être cylindriques, coniques... Ils peuvent aussi avoir une section quelconque. Les figures 4a, b, c et d sont des courbes'illustrant raméllo ration des résustats obtenus avec les charges selon l'invention par rapport aux charges selon l'art antérieur. Les courbes ont été obtenues de la façon suivante. On place diverses charges à eau dans un guide d'ondes terminé par un court-circuit. On mesure le coefficient de réflexion, ctest-à- dire le rapport de l'énergie qui revient à 'entrée du guide par rapport à l'énergie qui y a été envoyée. L'énergie qui revient à l'entrée du guide n'a pas été absorbée par les charges à eau et indique donc le pouvoir d'absorption de ces charges. Les courbes de la figure 4 comportent en abscisse la fréquence F.L'expérience a eu lieu en faisant varier la fréquence de 50 MHz autour d'une fréquence centrale Fo égale à 350 MHz. En ordonnée, on a porté le coefficient de réflexion exprimé en décibels. L'expérience a été réalisée en utilisant un - guide d'ondes rectangulaire de dimensions 30 cm sur 60 cm et de 1,5ni de long. On a successivement placé dans ce guide quatre charges à eau différentes comportant un tuyau 1 en polytétrafluoroéthylène de 55mm de diamètre interne. La courbe a) a été obtenue en utilisant une charge à eau selon l'art intérieur simplement constituée par un tuyau 1 où s'effectue une circulation d'eau pure. Le coefficient de réflexion est important excepté dans deux zones proches de la fréquence F où l'on observe un phénomène de o résonance gênant. La courbe b) a été obtenue en utilisant la même charge que celle utilisée pour la courbe a) mais en ajoutant 1 gramme de chlorure de sodium par litre d'eau.Le coefficient de réflexion est plus faible que pour la courbe a) et surtout beaucoup plus constant en fonction de la fréquence. Les courbes c) et d) ont été obtenues en utilisant des charges à eau selon l'invention constituées par un tuyau comportant une cloison en matériau diélectrique disposée selon un diamètre. Dans ce tuyau circulait de l'eau comportant comme dans le cas de la courbe b) un gramme de chlorure de sodium par litre d'eau. Le coefficient de réflexion est plus faible que dans le cas des courbes a) et b).Les charges selon l'invention ont une meilleure absorption que les charges selon l'art antérieur. Pour la courbe c), la cloison 2 est parallèle au grand côté du guide alors qu'elle lui est perpendiculaire pour la courbe d). Les charges selon l'invention ont une absorption plus importante que les charges selon Part antérieur. Elles permettent de dissiper une puissance moyenne importante à fréquence relativement basse. Il est bien entendu que l'on peut dans les charges selon l'invention utiliser de l'eau pure ou de l'éau salée par du chlorure de sodium, du bichromate de potassium, ou tout autre sel ayant pour effet de diminuer la résistivité de l'eau. Les améliorations apportées par la présence du sel et par la présence de cloisons en matériau diélectrique sont cumulatives. Un autre avantage de l'invention qui ne ressort pas des courbes de la figure 4 est d'améliorer la tenue en puissance crête. On peut être amené pour obtenir une bonne adaptation à utiliser, dans une ligne coaxiale ou dans un guide d'ondes, plusieurs tuyaux, en matériau diélectrique, dans lesquels circule de l'eau, chaque tuyau comporte au moins une cloison en matériau diélectrique. REVENDICATIONS 1. Charge de puissance pour ondes hyperfréquences, caractérisée en ce qu'elle est constituée par au moins un tuyau (1), en matériau diélectrique, dans lequel circule de l'eau (3), et en ce qu'il y a à l'intérieur du tuyau au moins une cloison (2) en matériau diélectrique. - 2. Charge selon la revendication 1, caractérisée en ce que, ce tuyau (1) est de section circulaire. 3. Charge selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte une cloison (2) disposée selon un diamètre du- tuyau. 4. Charge selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte deux cloisons (2) perpendiculaires disposées selon deux diamètres du tuyau. 5. Charge selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comporte des cloisons (2) disposées sensiblement selon des rayons du tuyau (1). 6. Charge selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le tuyau (1) est en verre, en alumine, en plexigas, en céramique ou en matière plastique. 7. Charge selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les cloisons (2) sont en polytétrafluoroéthlylène. 8. Charge selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'eau (3) qui y circule est salée par du chlorure de sodium ou du bichromate de potassium.