Brevet FR2558666A1 — publié le 19850726

La présente invention concerne des répéteurs destinés à régénérer les signaux transmis dans un circuit de communications sous-marines de type numérique. Etant donné l'apparition des circuits numériques optiques travaillant à grande vitesse, il est important que les composants opto-électroniques restent à une température uniforme; en particulier, un laser à semi- conducteur destiné à propager de la lumière dans une fibre optique a une durée de service qui dépend de la température, et sa température doit ainsi être main- tenue à une faible valeur afin que sa durée de fonction- nement soit maximale. Il est aussi important que l'entrée de gaz et d'eau soit évitée et qu'un blindage convenable soit assuré entre les canaux formés dans le répéteur. Le brevet britannique n 1 201 452 décrit des constructions de circuits électriques empilés dans lesquelles des languettes élastiques sont en contact par leur bord avec la surface interne d'un boîtier. Le contact par un bord unique donne une mauvaise conduction de la chaleur. En outre, les languettes sont solidaires d'une plaque qui fait partie de l'empilement, si bien que la fermeture -étanche des circuits électriques est difficile. La résistance d'isolement d'une résine époxyde qui enrobe les circuits et les protège de la plaque est telle que les tensions qui peuvent être supportées ne sont que faibles, par exemple de quelques dizaines de volts. L'invention concerne un répéteur numérique ayant un arrangement de refroidissement possédant une résistance élevée d'isolement, si bien que les composants opto-électroniques peuvent être maintenus à basse tempé- rature, cet arrangement ne présentant pas les inconvé- nients des dispositifs connus. Plus précisément, l'invention concerne un répéteur numérique comportant un bottier externe, un châssis placé dans le bottier et supportant les composants électriques et opto-électroniques, le châssis étant maintenu à un niveau de courant continu différent de celui du boîtier lors de l'utilisation du répéteur, celui-ci étant caractérisé par un arrangement de trans- mission de chaleur (30, 31, 32, 33) placé entre le châssis (21) et le bottier (1) et assurant l'isolement électrique entre le châssis (21) et le boîtier (1), l'arrangement (30) comprenant un élément métallique (44, 120) rappelé élastiquement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une partie d'un répéteur optique selon un mode de réalisation de l'invention; les figures 1A, lB, 1C et 1D représentent des détails de la figure 1, pas forcément à la même échelle; la figure 2 est une perspective d'une partie de l'appareil de la figure 1, à plus grande échelle; la figure 2A représente un détail de la figure 2; la figure 3 représente une variante de dispo- sitif de transmission de chaleur dans un autre mode de réalisation de l'invention; et la figure 4 représente une autre variante dans un autre mode de réalisation de l'invention. On se réfère maintenant à la figure 1; le répéteur sous-marin représenté comporte un boîtier métallique 1 résistant à la pression, formé d'acier et fermé de manière étanche par des cloisons 2 et 3, à ses deux extrémités. Des câbles 4 et 5 à optique de fibre sont fixés de manière étanche à travers les cloisons et comportent aussi un conducteur d'alimentation destiné à transmettre de l'énergie électrique au répéteur afin que les circuits soient alimentés. La technique de mise en coopération étanche du câble, du conducteur d'alimentation et des fibres avec la cloison, ainsi que d'autres caractéristiques du répéteur sont décrites dans les demandes de brevets britanniques n 2 058 484, 84.01 447 et 84.01 433. Les cloisons 2 et 3 comportent chacune une chambre étanche (non représentée) dans laquelle les fibres optiques 6 et 7 sont épissées et les fibres dépassent de la chambre et traversent la cloison radia- lement ou radialement et circonférentiellement en suivant un trajet à courbure régulière, jusqu'à une direction longitudinale avant raccordement à un laser d'injection à semi-conducteur placé dans son bottier 8 et à une diode PIN FET 9a et à un amplificateur de réception 9b placés dans un ensemble 9. Les boîtiers et ensembles sont fermés hermétiquement. Le bottier 8 du laser coopère de façon étanche avec une ouverture 10 inclinée par rapport à l'axe longitudinal du répéteur comme représenté plus clairement sur la figure 2, et l'ensemble 9 a des fils 9c de connexion disposés entre l'amplificateur de réception 9b et le carter 21, et qui coopèrent avec ces éléments. La figure 2 représente un module 20 d'émission et de réception comprenant un carter métallique 21 ayant huit côtés à sa circonférence. Quatre des côtés 22, 23, 24 et 25 assurent des connexions électriques et optiques, soit des connexions formées entre le module et un module adjacent ou coopérant, soit des connexions d'entrée ou de sortie d'énergie et de signaux optiques, échangées avec le câble sous-marin 4 ou 5. Les quatre autres côtés 26, 27, 28 et 29 portent des dispositifs 30, 31, 32 et 33 de transmission de chaleur qui sont élastiques, conducteurs de chaleur et isolants électriques, assurant la formation d'un bon trajet de transmission de chaleur entre le module et le boîtier métallique 1. Chacun des dispositifs de transmission de chaleur tel que 30 comprend une partie 40 en forme de boîtier constituée d'un matériau isolant de l'élec- tricité et conducteur de la chaleur, tel que l'alumine, la face inférieure de la partie 40 étant fixée, par exemple par une colle conductrice de la chaleur, à la face 26. Une partie 41 en forme de U, constituée de laiton et ayant des fentes 42 dans les parois latérales 43 de la partie en U, est placée à l'intérieur de la partie 40 en forme de boîtier. La partie 41 est en bonne relation d'échange de chaleur avec la base du boîtier 40. Un certain nombre de lattes métalliques trans- versales telles que 44 comportent deux pattes 45 et 46 qui se logent dans la fente 42 placée en regard et des ressorts métalliques 47 repoussent les lattes 44 vers l'extérieur. La surface des lattes 44 ou les deux bords longitudinaux au moins de ces lattes sont en appui contre la face interne du boîtier 1 lorsque le module est positionné dans celui-ci, avec une faible compression des ressorts 47. Le rôle des dispositifs de transmission de chaleur tels que 30 est d'assurer une élévation aussi faible que possible de la température des composants électroniques et notamment de la diode laser au-dessus de la température ambiante du boîtier 1 du répéteur qui est posé au fond de la mer et qui est normalement proche de 4 C, sauf dans les régions tropicales ou en présence de courants marins intenses. L'intérieur du carter 21 est divisé en deux régions par une cloison solidaire 50. Ainsi, du côté du module 20 caché sur la figure, une chambre circulaire - correspond à celle qui est représentée, mais elle a une profondeur deux fois plus grande. La chambre visible loge le circuit d'émission; la chambre cachée loge le circuit de réception et le circuit de surveillance. La paroi solidaire assure un bon blindage entre les parties d'émission et de réception du circuit. Le module est fermé hermétiquement par soudure avec ou sans apport d'un couvercle métallique de chaque c6té sur un rebord tel que 51 formé sur le carter 21 du module, une atmos- phère propre et inerte étant enfermée à l'intérieur. Un ensemble amplificateur de réception et une diode PIN FET, analogue à l'ensemble 9 représenté sur la figure 1, sont montés sur la face 24 du carter du module, en position diamétralement opposée au boitier 8 du laser. Cet ensemble reçoit le signal de B vers A de la fibre 7a et le bottier laser 8 transmet le signal régénéré dans le même sens, par la fibre 6. Les flèches indiquées sur la fibre indiquent le sens des signaux. Le module 60 de régénération représenté sur la figure 1 est analogue au module 20 à tous égards, sauf qu'il reçoit et émet de A vers B par l'intermédiaire des fibres 7 et 6a respectivement, et le circuit de surveillance assure une condition de bouclage en retour à la suite d'un signal différent comparé à l'aide du module 20. Un module 70 d'alimentation qui reçoit de l'énergie du câble 4 est monté entre les deux modules et 60, et des diodes de Zener sont utilisées pour le prélèvement d'une tension d'alimentation des modules adjacents 20 et 60. Par ailleurs, la structure du module 70 est analogue à celle des modules 60 et 20. Les trois modules 20, 60 et 70 sont serrés les uns contre les autres afin qu'ils forment un ensemble modulaire, à l'aide de boulons (non représentés) passant par des trous tels que 48 (figure 2) et d'entretoises cylindriques placées sur les boulons et entre les modules. A chaque extrémité, une plaque 80 de matière plastique isolante, ayant des trous 81 correspondant aux trous 48, est serrée (figure lB). La plaque 80 a un trou annulaire 82 qui, à l'extrémité droite, coopère avec une saillie annulaire 83 d'une seconde plaque 84 de matière plastique isolante ou contenant des fibres de verre afin qu'un joint torique élastique 85 soit maintenu entre les plaques. La saillie 83 a une cavité annulaire 83a dans laquelle se loge en partie le joint torique 85. Des vis fixées dans des trous tels que 86 formés dans la plaque 84 se logent dans des trous 86a de la plaque 80 afin que celle-ci soit fixée sur la plaque 84, avec un déplacement relatif radial mais non axial limité entre les plaques, malgré l'élasticité du joint torique 85, et de manière que les dispositifs de transmission de chaleur qui sont élastiques ne soient pas détériorés par une compression excessive en cas de choc sur le boîtier. La plaque 84 s'ajuste à l'intérieur du bottier 1 du répé- teur en y coulissant alors que la plaque 80 a un diamètre global plus petit, et le joint torique 85 joue le rôle d'un support radial élastique de l'ensemble modulaire 20, 60, 70, à l'extrémité droite. En outre, l'ensemble est bloqué sur le flasque 90 d'extrémité de la cloison 2, par une bague de caoutchouc 91 ayant deux gorges internes 92, 93 dans lesquelles se logent les périphéries du flasque 90 et le flasque 94 du module 20 (le flasque 94 n'est pas représenté sur la figure 2 mais il est fixé au carter 21). Une bague métallique annulaire de serrage est fixée sur la bague 91 de caoutchouc afin que l'ensemble modulaire soit bloqué élastiquement sur la cloison, en direction axiale et en -direction radiale. L'ensemble modulaire décrit assure la régéné- ration pour une paire de fibres du câble 4 et 5, dans les deux sens. Un second ensemble modulaire repéré de façon générale par la référence 100 est analogue à celui qu'on vient de décrire et il assure la régénéra- tion pour une seconde paire de fibres du câble. Les deux ensembles modulaires sont verrouillés par une bague de caoutchouc 91 et la pince 95 de la même manière que le premier ensemble modulaire est verrouillée sur la cloison 2 et comme représenté sur la figure 1A. Dans le mode de réalisation de la figure 1, deux ensembles modulaires destinés à deux paires de fibres seulement sont représentés. En pratique, le boîtier 1 du répéteur peut loger un plus grande nombre d'ensembles, suivant le nombre de paires de fibres du circuit et la longueur du bottier 1. Lors du montage du répéteur, la cloison gauche 2 est montée préalablement avec les ensembles modulaires qui y sont raccordés puis elle est introduite dans le boîtier. L'extrémité droite est alors réalisée par exécution des épissures nécessaires entre les fibres intérieures et les connexions d'alimentation, et la cloison de droite est alors fixée de manière étanche. Lors de la réparation d'un répéteur, la cloison de gauche peut être retirée, avec les ensembles modulaires, et la longueur de fibres et de fils d'alimentation enroulée à l'extrémité droite suffit pour que la cloison de gauche, portant les ensembles, puisse être totalement retirée. Le mode de réalisation décrit présente l'avan- tage de former trois niveaux distincts d'étanchéité, protégeant les composants opto-électroniques contre les conditions hostiles du fond de l'océan; deux joints sont formés à travers la cloison et un joint supplémen- taire est formé dans le module d'alimentation ou régéné- rateur individuel. Un autre avantage est la grande souplesse de conception, car un ensemble modulaire supplémentaire peut être simplement ajouté pour chaque paire de fibres du circuit, sans qu'il faille réaliser un répéteur différent pour chaque circuit. Le répéteur présente aussi l'avantage de permettre des essais indivi- duels sous pression de chaque joint et des essais électri- ques et optiques de chaque module avant montage. Les modules individuels assurent un blindage automatique si bien que les circuits électroniques de tous les modules sont bien protégés contre les autres modules. Les dispositifs de transmission de chaleur décrits peuvent être modifiés comme représenté sur la figure 3. Une mince bande métallique flexible 120, ayant une largeur correspondant à la longueur des lattes 44 a une configuration analogue à la surface externe des lattes 44. Dans cette variante, les lattes 44 sont remplacées par un matériau élastique 121 afin que la bande 120 soit repoussée vers l'extérieur et entoure élastiquement la face interne du bottier 1 du répéteur. L'isolateur 40 reste le même que dans le mode de réalisa- tion de la figure 2. Les extrémités de la bande 120 peuvent être fixées à un organe métallique en U analogue à l'organe 43 de la figure 2, mais sans les fentes 42 car celles-ci sont superflues. La bande 120 a une épaisseur supérieure aux extrémités 120a et 120b par rapport au milieu afin qu'une bonne conduction de la chaleur soit assurée vers la partie centrale qui est au contact du boîtier 1. Une autre variante du dispositif de transmis- sion de chaleur est représentée sur la figure 4. Ce mode de réalisation est analogue au dispositif 30 des figures 2 et 2A, mais les ressorts 47 placés sous les lattes 44 sont remplacés par de larges ressorts 60 et 60a. Ces derniers sont formés à partir d'une bande 61, 61a qui est placée le long de l'organe 62 et est fixée sur le côté de celui-ci, de la même manière que l'organe 43 de la figure 2. Des organes de guidage 63 et 63a délimitant des canaux verticaux 64 et 64a dans lesquels les bords 65 et 65a des lattes 44a sont guidés, sont fixés aux parois internes de l'organe 62. Les ressorts 60 et 60a sont fixés, à leurs bouts 67, 67a, dans les bords des lattes. Les ressorts latéraux, l'organe en U et les organes de guidage sont formés de matériaux conducteurs de la chaleur tels que le laiton et le cuivre, et les ressorts sont formés par exemple de cuivre au béryllium. Dans tous les modes de réalisation décrits, l'isolement électrique assuré par les dispositifs de transmission de chaleur doit être de l'ordre de 20 kV. En outre, il faut noter que le contact entre les dispo- sitifs de transmission de chaleur et le boîtier résistant à la pression comprend au moins deux contacts des bords longitudinaux pour chaque latte 44 (figure 4) ou un contact superficiel dans le cas de la bande métallique (figure 3). En pratique, la surface des lattes, entre les bords longitudinaux, forme pratiquement un contact superficiel étant donné la dimension microscopique de l'espace qui se forme en pratique. REVENDICATIONS 1. Répéteur numérique comprenant un boîtier externe, un châssis placé dans le boîtier et supportant des composants électriques et optoélectroniques, le châssis étant maintenu à un niveau de courant continu différent de celui du boîtier lors de l'utilisation du répéteur, ce dernier étant caractérisé par un arran- gement de transmission de chaleur (30, 31, 33) placé entre le -châssis (21) et le bo[tier (1) et assurant l'isolement électrique entre le châssis (21) et le bottier (1), l'arrangement (30) comprenant un élément métallique rappelé élastiquement (44, 120). 2. Répéteur selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comprend plusieurs dispositifs de trans- mission de chaleu-r (30, 31, 32, 33) répartis autour du châssis. 3. Répéteur selon la revendication 2, caracté- risé en ce que chaque dispositif comporte un isolateur (40), conducteur de la chaleur et ayant la forme d'un bottier ouvert, l'élément métallique (44, 120) dépassant au-dessus du bottier et étant en. bonne relation de transmission de chaleur avec l'isolateur placé dans le boîtier. 4. Répéteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque dispositif (50) comporte plusieurs lattes métalliques (44) rappelées vers le côté au contact du bottier. 5. Répéteur selon la revendication 4, caracté- risé en ce que chaque latte (44) est montée à ses extré- mités afin qu'elle puisse coulisser dans des fentes (42) formées dans un organe en U (43) fixé dans l'isola- teur en forme de bottier. 6. Répéteur selon la revendication 5, caracté- risé en ce que chaque latte (44) est repoussée vers l'extérieur par des ressorts de compression (47) placés sous elle. 7. Répéteur selon la revendication 4, caracté- térisé en ce que chaque latte (44a) est fixée à ses extrémités par un ressort à lame flexible (60) qui forme un trajet de conduction de la chaleur entre l'iso- lateur (40) et la latte (44a) et qui repousse celle-ci vers l'extérieur. 8. Répéteur selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque dispositif (40) comporte une bande métallique flexible (120) qui est rappelée élastiquement vers l'extérieur (121) et qui s'adapte au profil interne du boîtier du répéteur.