Brevet FR2557736A1 — publié le 19850705

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REALISATION DE FENTES RAYONNANTES DANS UN GUIDE D'ONDES. La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation de fentes rayonnantes dans un guide d'ondes électromagnétiques et au dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. Plus particulièrement, l'invention concerne la réalisation de plusieurs fentes simultanément dans un guide d'ondes, fonctionnant en hyperfréquences. De forme généralement parallélépipédique, le guide d'ondes à fentes présente une série de fentes rayonnantes sur un des côtés parallèles, à J'axe de propagation de l'onde électro- magnétique dans le guide. Les caractéristiques du champ rayonné par un tel guide à fentes sont définies par la forme et les dimensions de ces fentes, ainsi que, d'une part, par leur position les unes par rapport aux autres et, d'autre part, par leur orientation le long de l'axe de propagation de Yonde électromagnétique dans le guide. Selon un procédé classique, les fentes sont creusées dans un guide d'ondes par fraisage à commande numérique: une fraiseuse pilotée par un calculateur préalablement programmé creuse tour a tour chacune des fentes que doit comporter le guide. Les deux principaux inconvénients de ce procédé sont tout d'abord le temps de réalisation de ces fentes qui est relativement long, celles-ci étant faites l'une après l'autre, et surtout les bavures laissées par la fraiseuse sur la paroi interne du guide d'ondes. Les ondes hyperfréquences circulant en surface a l'intérieur du guide, ces bavures sont précisément localisées à l'endroit le plus gênant pour un bon fonctionnement du guide d'ondes. Or, pour ôter ces bavures, il est nécessaire de passer, manuellement, un matériau abrasif à l'intérieur du guide d'ondes, rendant par conséquent l'opé- ration coûteuse et peu fiable quant aux résultats obtenus. Selon un autre procédé classique, les fentes sont réalisées l'une apres l'autre par électro-érosion. Le principe de base de cette méthode par électro-érosion est l'enlèvement de matière au moyen de décharges électriques. La pièce à usiner, le guide d'ondes en l'occurrence, est plongée dans un liquide diélectrique et est reliée a un potentiel électrique, le même que celui de la machine a électro- érosion. L'outil jouant le rôle d'électrode et destiné à creuser une fente, est amené juste au-dessus de la pièce et porté à un autre potentiel est alimenté par un courant électrique pulsé dont l'inten- sité et la fréquence sont variables, contrairement à la tension de décharge qui est fixée aux environs de 20V. Au moment de la décharge électrique, à l'endroit du plus fort champ électrique entre l'électrode alors alimentée et la pièce à creuser, se forme un canal ionisé à très haute température, environ 10 000 K, correspondant à un passage massif de courant et produisant une vaporisation locale du métal constituant la pièce. Au moment de l'interruption de courant, la bulle de gaz qui n'a pas cessé de crottre durant la décharge électrique et dans laquelle se produit une baisse brutale de pression, subit une dilatation explosive et la matière fondue est projetée dans le liquide diélectrique o elle se solidifie sous forme de petites billes. Ainsi, l'électrode ayant la forme de la fente désirée, descend verticalement pendant quelques secondes, sur le guide à usiner disposé horizontalement dans le diélectrique, puis remonte pour permettre l'évacuation des résidus d'usinage par le liquide diélec- trique, cette opération se reproduisant autant de fois qu'il est nécessaire pour creuser totalement la fente. Cependant, ce procédé demande autant de temps que le fraisage par commande numérique, étant donné que chaque fente est réalisée l'une après l'autre. Le but recherché est de réduire considérablement le temps d'usinage tout en assurant une excellente précision dans la réalisa- tion des fentes dans le guide. En effet, comme cela a été dit auparavant, les caractéristiques du rayonnement d'un guide a fentes dépendent des dimensions des fentes ainsi que de leur position- nement. C'est pourquoi deux types de précision doivent être res- pectées: la premiere concerne les dimensions de chaque fente- + 0,02 mm par exemple - et la seconde concerne la position de deux fentes consécutives - + 0,5 mm par exemple. Une solution à ces problèmes est apportée par l'objet de l'invention qui est premiè- rement un procédé de réalisation de fentes rayonnantes dans un guide d'ondes, comportant une étape de creusage collectif et simul- tané d'un nombre N de fentes le long d'un même côté du guide, par électroérosion, et deuxièmement un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé. 1u5 Selon une caractéristique de ce dispositif, celui-ci comprend notamment un support particulier de N électrodes destinées à réaliser les N fentes collectivement et simultanément dans le guide d'ondes. C'est la réalisation de ce support des électrodes et sa stabilité dimentionnelle aux variations thermiques qui permettent le respect de la tolérance de positionnement entre deux fentes consé- cutives, tandis que le respect de la précision sur les dimensions de chaque fente est garanti par la réalisation de chaque électrode. Celles-ci peuvent être réalisées, de façon connue, soit par électro- érosion à fil sur une hauteur de 4 à 6 cm entièrement utilisable, soit par usinage à commande numérique, à partir d'une forme prisma- tique usinée sur 5 à 10 mm, ces valeurs numériques étant données à titre d'exemple non limitatif. t D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaï- tront dans la description qui suit, illustrée par les figures qui représentent: - la figure I1: un guide d'ondes à fentes; - la figure 2: une vue générale du dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 3: une coupe longitudinale du support du dispositif précédent; - la figure 4: une vue en perspective d'une électrode utilisée dans le dispositif selon l'invention. Les éléments portant les mêmes références dans les diffé- rentes figures remplissent les mêmes fonctions en vue des mêmes résultats. Comme cela a été mentionné ci-dessus, le procédé de réali- sation de N fentes rayonnantes dans un guide d'ondes électroma- gnétiques comporte une seule étape de creusage de ces N fentes, collectivement et simultanément, le long d'un même côté du guide, ce creusage se produisant par électro-érosion. Un guide d'ondes ainsi réalisé est représenté par l'exemple de la figure 1, représentant un guide parallélépipédique 1, sur un côté 2 duquel ont été creusées des fentes 3, de forme particulière et dont aussi bien la position des unes par rapport aux autres que leur orientation par rapport à l'axe longitudinal à du guide définissent les caractéristiques du dia- gramme de rayonnement de ce guide. Selon ce procédé, les N fentes sont creusées ensemble par N électrodes se déchargeant simul- tanément. Les étincelles qu'elles produisent entre leurs extrémités et le guide enlèvent de la matière a chaque décharge. La figure 2 représente une vue générale du dispositif de mise en oeuvre de ce procédé selon l'invention. Ce dispositif comprend tout d'abord un bac 4 rempli d'un liquide diélectrique 5 dans lequel est plongé le guide d'ondes 6 à creuser. Ce liquide diélectrique sera préférentiellement en circulation pour assurer un meilleur fonc- tionnement du procédé comme on le verra par la suite. Le dispositif comporte aussi un support 7 de N électrodes 8, placé au-dessus du bac 4 et parallèlement au guide d'ondes 6 à creuser. Ce support doit être réalisé en matériau conducteur pour permettre l'alimentation des N électrodes 8, tout en présentant une grande stabilité dimen- tionnelle. En effet, il est impératif de conserver, tout au long du procédé, la position et l'orientation des fentes à réaliser le long du guide 6, malgré l'élévation importante de la température au cours des décharges électriques. Le dispositif comporte de plus des moyens d'entraînement 70 du support et comporte enfin des moyens de commande 9 de l'alimentation du support 7 et des mouvements des moyens d'entraînement 70 et du bac 4 l'un par rapport au. autres. 1W"; Sur la figure 3 est représentée, en coupe longitudinale, une moitié du support 7 du dispositif précédent, l'autre moitié s'en déduisant par symétrie par rapport à un axe A 2' perpendiculaire à l'axe longitudinal / du support et passant par le milieu M de celui- ci. Ce support 7 de N électrodes 8 est constitué soit par une barre unique d'axe clongitudinal 1 soit par deux barres 10 idernti- ques, d'axes longitudinaux confondus Il est en matériau conducteur, stable- dimentionnellement et est relié aux moyens d'entraî- nement 70. Les rjoyens de fixation de ce support 7 aux moyens d'entraînement 70 sont constitués par un bloc parallèlépipédique 11 auquel il est fixé par des vis 26 et par deux tirants 12 régla- Lles,constitués chacun par une tige filetée dont l'une des extré- mités 120 est solidaire du bloc 11 par l'intermédiaire d'une embase 20 dans laquelle elle est maintenue par des écrous 21, fixée au bloc 11 par des vis 22 par exemple et l'autre extrémité 121 est solidaire du support 7 par l'intermédiaire d'une embase 24 en forme d'équerre, fixée au support 7 par des vis 25 par exemple, dans laquelle elle est maintenue par un écrou 23. Les dimensions de la section droite du bloc 11, sont du même ordre de grandeur que celles des moyens d'entraînement 70. Dans un premier cas, le support 7 est réalisé par une seule barre 10 sur laquelle sont déposés des porte-électrodes 80 servant de moyens de fixation de ces électrodes 8 au support 7. Cette barre est fixée aux moyens d'entraînement 70 dans une position déterminée par rapport à celle du guide d'ondes 6 à creuser, placé dans le bac 4. Les tirants 12 évitent le fléchissement de la barre 10, de part et d'autre de son milieu M et leur réglage, par les écrous 13 par exemple, permet d'ajuster avec précision la position des N électro- des au-dessus diu guide d'onde 6. Le bloc 11 et les tirants 12 sont réalisés dans un matériau résistant dans le but de rigidifier la barre 10 portant les N électrodes 8. Dans le second cas, le support 7 est constitué par deux barres 10 identiques, placées bout a bout de façon à ce que leurs axes de propagation soient confondus. Elles doivent être parfai- tement isolées électriquement car elles sont alimentées chacune, séparément l'une de l'autre. La double alimentation du support permet de réduire encore le temps d'usinage du guide d'ondes. Cette isolation électrique se fait tout d'abord en laissant un espace diélectrique e entre leurs deux extrémités en regard, 101 et 102, constitué par de l'air ou un matériau isolant par exemple, ensuite par une partie 110 du bloc 11, auquel elle est fixée par des vis 27 réalisée en matériau isolant et située au niveau du raccord des deux extrémités 101 et 102 des deux barres et enfin par les tirants 12, également en matériau isolant qui peut être du polyacétal naturel. Qu'il soit constitué par une ou deux barres 10, le support présente préférentiellement une section droite en forme de L, sur une des branches 15 duquel sont fixes les porte-électrodes 80 sup- portant les N électrodes 8 et sur l'autre branche 16 duquel sont fixés les tirants 12. En ce qui concerne le matériau du support, il est choisi préférentiellement en aluminium, très bon conducteur, résis- tant tout en étant léger. Quant aux électrodes 8, qui peuvent être en graphite ou en cuivre par exemple, elles ont la même forme que celles des fentes à réaliser dans le guide, comme le montre un exemple représenté par la figure 4. Selon un exemple de réalisation non limitatif, le nombre N de fentes est égal à 37. Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant se passant en deux phases, une première phase d'ébauche et une deuxième phase de finition. La première phase se limite à des mouvements de descente et de montée du support 7 au-dessus du guide d'ondes 6 à usiner. Le bac 4 est par conséquent le guide d'ondes 6 placé à l'intérieur sont portés à un certain potentiel, différent de celui auquel sont portés les N électrodes 8 servant au creusage. Par les moyens d'entratnement 70 commandés, le support 7 de ces N élec- trodes 8 descend sur le guide 6 et les N électrodes 8 sont alimentées par un courant électrique pulsé pendant quelques secondes, environ à 15 secondes. Entre les électrodes 8 et le guide 6, des décharges électriques se produisent, creusant simultanément les N fentes. Puis le support 7 remonte durant 5 secondes environ, pendant que les résidus de métal venant du guide 6 sont évacués par la circulation du liquide diélectrique 5 dans le bac 4. L'opération se répète jusqu'à ce que les fentes soient totalement creusées dans la paroi du guide d'ondes. La deuxième phase, dite de finition, consiste à n'enlever de la matière que sur les flancs des fentes. Pour cela, c'est le bac 4 qui effectue un balayage orbital autour des électrodes 8 placées dans les fentes jusqu'à obtenir les dimensions exactes des fentes. Le procédé de réalisation de fentes rayonnantes dans un guide d'ondes selon l'invention ainsi que le dispositif de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits présentent comme avantages de réduire considérablement le temps d'usinage du guide, finitions comprises, tout en respectant parfaitement les précisions exigées sur les dimensions des fentes et leur positionnement. Corrélativement, le coût de réalisation d'un guide à fentes par ce procédé est diminué au moins de moitié. L'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, comprenant bien évidemment les équivalents techniques des moyens et de leurs combinaisons si elles sont effectuées dans l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications suivantes. Notamment, elle s'applique à la réalisation de fentes dans plusieurs guides d'ondes, placés dans le bac 4 rempli de liquide diélectrique 5 de façon à ce que leurs axes longitudinaux soient parallèles. Dans ce cas, les électrodes 8 sont fixées à autant de supports, identiques du support 7, qu'il y a de guides à usiner, ces supports étant placés parallèlement les uns aux autres. REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation de fentes rayonnantes dans au moins un guide d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il com- porte une étape unique de creusage collectif et simultané d'un nombre N de fentes le long d'un même côté du guide, par électro- érosion. 2. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend: - un bac (4) rempli d'un liquide diélectrique (5) en circulation dans lequel est plongé au moins un guide d'ondes (6); - un support (7) de N électrodes (8) en matériau conducteur et pre- sentant une grande stabilité dimentionnelle, placé au-dessus du bac (4) et parallèlement aux guides d'ondes; - des moyens d'entraînement (70) du support (7); - des moyens de commande de l'alimentation électrique du sup- port (7) et des mouvements du bac (4) et des moyens d'entrae- nement (70) les uns par rapport à l'autre. 3. Dispositif selon la revendication 2 pour la réalisation de N fentes sur un même côté d'un guide d'ondes (6), caractérisé en ce que le support (7) des N électrodes (8) est constitué par une barre (10) fixée aux moyens d'entraînement (70) dans une position déterminée par rapport à celle du guide (6) dans le bac (4). 4. Dispositif selon la revendication 2 pour la réalisation de N fentes sur un même côté d'un guide d'ondes (6), caractérisé en ce que le support (7) est constitué par deux barres (10) d'axes longi- tudinaux confondus, mises bout à bout, isolées électriquement et alimentés séparément l'une de l'autre, fixées aux moyens d'entral- nement (70) dans une position déterminée par rapport à celle du guide (6) dans le bac (4). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de fixation du support (7) aux moyens d'entraînement (70) sont constitués par un bloc parallélépi- pédique (11) et par deux tirants (12) réglables dont l'une de leurs extrémités (120) est fixée au bloc (11) et l'autre extrémité (121) est fixée au support (7). 6. Dispositif selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le bloc (11) comporte une partie en matériau isolant (110) située au niveau du raccord des deux barres (10) et en ce que les ti- rants (12) sont en matériau isolant. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que le support (7) des N électrodes (8) a une section droite en forme de L, sur une des branches (15) duquel sont fixés des porte- électrodes (80) supportant les N électrodes (8) et sur J'autre branche duquel sont fixés les tirants (12). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les électrodes (8) ont la forme et les dimen- sions des fentes à réaliser. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le support (7) est en Aluminium. 10. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le liquide diélectrique (5) est du pétrole raffiné. 11. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le matériau isolant est du polyacétal naturel.