Brevet FR2617326A1 — publié le 19881230

"Elément de pupinisation pour lianes téléphoniques à quatre fils". Depuis le début du siècle,il est de pratique universelle d'utiliser sur les lignes téléphoniques longues, des "selfs de charge" suivant la technique imaginée par l'ingénieur PUPIN. Un câble "pupinisé" est constitué par un circuit symétrique sur les deux conducteurs duquel sont insérées, à des distances rigoureusement égales, des bobines d'inductance identique. L'inductance totale chargeant une paire téléphonique est donc répartie de façon aussi précise que possible en parties égales sur chacun des fils. Chaque élément de pupinisation d'une paire comporte donc deux enroulements identiques fortement couplés sur un circuit magnétique. I1 faut que les résistances ohmiques des deux enroulement soient égales et aussi faibles que possible et que, pour chacun, la capacité entre entrée et sortie soit réduite au minimum. Dans les circuits usuels à quatre fils, cette technique est appliquée aux deux paires téléphoniques formées en "quarte". Les éléments des deux paires sont normalement logés dans un même boitier et en pratique on groupe même dans un boitier commun deux couples de bobines chargeant deux quartes distinctes. Mais il faut cependant, malgré cette proximité, que les circuits ne s'influencent pas mutuellement, qu'ils ne présentent pas, en eux, de "diaphonie". En effet, l'injection d'une partie de l'énergie transmise par la paire "parole" dans la paire de retour, amène, au-dessus d'un certain niveau, l'amorçage d'oscillation dans le circuit et ce, d'autant plus facilement que l'amplification introduite dans les paires pour compenser les affaiblissements inévitables dans les conducteurs, est plus importante.En d'autres termes, meilleure est la réjection diaphonique entre paires, plus importante pourra être la différence de niveau téléphonique entre celles-ci; c'est-à-dire que la distance entre répéteurs intermédiaires pourra être augmentée, ou que, pour des stations de répéteurs existants, la qualité de la liaison pourra être améliorée. Les conditions requises pour satisfaire aux exigences d'une réjection diaphoniaue satisfaisante sont que, d'une part, le coefficient de couplage magnétique entre les bobines chargeant les deux paires de la quarte soit aussi faible que possible et que d'autre part, la capacité entre les deux circuits le soit également. Un objet de la présente invention concerne une disposition particulière des bobines entre elles, tendant à annuler, ou tout au moins à réduire dans une très large mesure le flux de fuite magnétique entre elles, par conséquent améliorer considérablement la réjection diaphonique. Un autre objet est un équilibrage amélioré des capacités entre enroulements insérés dans les deux fils de la paire. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre à titre d'exemple en référence aux dessins annexés où - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'une bobine Pupin usuelle, - la figure 2 montre la disposition usuelle de deux bobines chargeant une quarte, - la figure 3 est une vue semblable de deux bobines disposées selon l'invention, - la figure 4 est une vue semblable relative à une autre disposition selon l'invention, - la figure 5 est une vue de détail en coupe relative à une technique de collage selon l'invention, - la figure 6 montre le bobinage et le raccordement des enroulements d'une bobine classique, - la figure 7 est une vue semblable relative à une bobine selon l'invention, - la figure 8 est la vue en perspective d'un boitier d'équipement de deux quartes, - la figure 9 montre un mode de fixation des bobines sur une plaque de base, - la figure 10 est une vue en coupe selon le plan X-X de la figure 8 montrant une sortie des fils, et - la figure 11 est une vue en perspective d'un autre mode de fixation des bobines selon l'invention. On va considérer d'abord en détail le mode de réalisation classique des inductances. I1 est de pratique courante, et bien connue, de réaliser le bobinage (Fig. 1) des deux enroulements 11, 12 insérés dans chacun des fils de la paire téléphonique par un nombre égal de tours de fil isolé dans chacune des deux gorges adjacentes d'un support isolant, ou carcasse 13. La forme et les dimensions de cette dernière sont adaptées à recevoir un circuit magnétique. Celui-ci est constitué par deux pièces identiaues 14, 15 de ferrite moulée en forme de pot cylindrique ou de coupelle, portant chacune en son centre,et perpendiculairement au fond de la coupelle, un noyau 16, 17 également cylindrique percé suivant son axe d'un alésage 18.Au montage, les noyaux centraux des deux ferrites sont introduits de part et d'autre de la carcasse et se trouvent donc en regard, mais ne se touchent pas. En effet, alors que les parois extérieures des coupelles, à l'interieur desquelles se trouve enfermée la carcasse, ferment parfaitement le circuit magnétique vers l'extérieur, le plan de 1' extrémité du noyau central de l'une des ferrites est légè- rement en retrait par rapport au plan des bords de celle-ci, par suite d'un usinage précis à la meule. La discontinuité que le faible entrefer ainsi créé introduit dans le circuit magnétique est nécessaire pour éviter la polarisation rémanente de celui-ci. Les deux coupelles formant le circuit magnétique sont maintenues assemblées par un collage approprié. Pour obtenir une valeur précise de l'inductance de l'ensemble, il est connu de faire appel à un moyen simple de réglage : une très petite masse 19 du matériau magnétique constitutif des coupelles est introduit dans l'alesage axial des noyaux et, très progressivement, par vissage est amenée à hauteur de la discontinuité laissée entre ceux-ci. Cette présence, modifiant le coefficient de perméabilité magnétique de l'ensemble du circuit, modifié la valeur de la self de chacun des deux enroulements élémentaires et leur coefficient de couplage mutuel, ce qui permet d'ajuster l'inductance résultante à la valeur requise. Tel est donc le mode de réalisation connu des inductances élémentaires. De même, pour constituer la charge classique de pupinisation d'une quarte téléphonique, deux des inductances ainsi réalisées sont associées,par un moyen mécanique simple qui les maintient alignées, avec les plans des faces extérieures de leurs ferrites respectives, parallèles, et à une distance de quelques millimètres l'une de l'autre disposition schématisée- figure 2 pour deux bobines A et B. Du fait de la présence-inévitable-de l'entrefer, le circuit magnétique n'étant pas complètement refermé à l'intérieur des ferrites, il existe,à l'extériéur de ltensemble, un champ magnétique de fuite, dont le maximum est dans le plan perpendiculaire aux spires, autrement dit, suivant 1' axe du noyau discontinu, et nul dans le plan des spires, qui se confond avec le plan de joint des deux coupelles de ferrite. C'est l'applicatio! de cette remarque qui constitue la base de l'un des perfectionnements selon l'invention. Dans la disposition des inductances telles qu'elle est décrite ci-dessus, leur flux de fuite ayant leur maximum suivant un axe commun, la force électromotrice induite dans l'une par le flux de fuite de l'autre est, certes, faible mais non nulle,en sorte que la diaphonie entre les deux paires qui leur sont associées ne sera pas nulle non plus. Le but à atteindre pour augmenter la réjection diaphonique sera donc d'annuler si possible le couplage mutuel des deux inductances. I1 existe deux solutions à ce problème. D'abord, on peut disposer les deux éléments de telle sorte que la direction axiale des noyaux de chaque élément soit contenue dans le prolongement du plan de joint des ferrites de l'autre (Fig. 3). Dans ces conditions, les deux plans de joint sont perpendiculaires entre eux. Comme les flux de fuite sont nuls dans ces plans, le couplage magnétique mutuel est nul et l'atténuation diaphonique sera, théoriquement, infinie. Par ailleurs, il résulte de la même remarque de la valeur nulle du flux de fuite dans le plan de joint des ferrites, qu'il existe une seconde possibilité de positions relatives de celles-ci répondant à la solution recherchée, c'est la disposition de la figure 4 où l'axe A1-A2 de l'élément A est non seulement disposé dans le plan de joint de l'élément B, mais en outre coupe l'axe B1-B2 de ce dernier. Cette seconde disposition présente l'avantage pratique d'une longueur moindre de l'ensemble des deux inductances. En effet, dans la réalisation industrielle des ferrites, l'épaisseur de deux ferrites collées bord à bord (par exemple 13 mm-) est moindre que leur diamètre (par exemple 22 mm). Les résultats expérimentaux confirment entièrement les avantages des solutions ci-dessus. Dans la disposition classique des bobines ayant leurs faces parallèles à une distance d'environ 8 mm suivant le même axe géométrique (Fia. 2) les atténuations diaphoniques mesurées sont de l'ordre de 80 dE --Avec la seconde disposition ci-dessus (Fig. 4) actuellement retenue pour une production industrielle, l'atténuation diaphonique dépasse largement 100 dB. Une réalisation de laboratoire suivant la première disposition évoquée (Fig.3) présente une atténuation si élevée qu'elle n'est plus mesurable- On a indiqué précédemment la nécessité de l'entrefer et la création du flux de fuite magnétique auquel il donne naissance. L'entrefer, en diminuant considérablement la perméabilité apparente du circuit magnétique conduit à prévoir, sur chacun des deux enroulements sur la carcasse, un nombre de spires d'autant plus important qu'il est lui-même plus grand.Or, l'augmentation du nombre de spires dans la section disponible de la carcasse conduit à l'emploi de fils d'autant plus fins que le nombre de spires est plus élevé, d'où une double cause de l'augmentation de la résistance ohmique des bobines. Comme l'augmentation de la résistance amène une dégradation du facteur de qualité de la self, il importe de déterminer une largeur optimale de l'entrefer, réduite, en fait, à une fraction de millimètre. I1 va de soi aue la tolérance sur la longueur de l'entrefer est d'autant plus serrée que la longueur totale de celui-ci est plus réduite, ce qui soulève le problème de l'assemblage par collage des ferrites. Les ferrites magnétiques sont des céramiques et, comme telles, peuvent être collées au moyen de colles du type Cyanoacrylate (Cyanolite). De prime abord, tres pratiques en raison de leur prise presque immédiate, les colles de ce type offrent cependant de sérieux inconvénients dans le cas présent. S'il est vrai que la solidité de l'assemblage avec oetype d'adhésif est d'autant meilleure que le film de colle est plus mince, ce film n'en existe pas moins; si le collage est effectué par le bord des coupelles, la continuité magné- tique est rompue et on introduit un nouvel entrefer dans une zone où il serait nuisible.Si, par ailleurs, on tente le collage par les faces opposées des noyaux centraux, c'est-àdire dans l'entrefer existant, on ne modifie pas celui-ci, mais l'épaisseur du joint est alors beaucoup trop importante pour que l'assemblage soit solide, et ce, d'autant plus que ce type de collage résiste mal aux chocs. Les colles acryliques, type Araldite, échap peht à ces inconvénients : elles adhèrent parfaitement aux ferrites et l'épaisseur du joint n'est pas critique, ce qui permet de les utiliser pour l'assemblage par les noyaux centraux, dans l'entrefer. Malgré ses avantages certains, l'emploi des Araldites nécessite des précautions. Bien que très petites en valeur absolue, et plus faibles que pour toutes les autres colles, les variations dimensionnelles des Araldites pendant la période de durcissement sont quand même importantes en valeur relative en raison de l'étroitesse des tolérances sur l'assemblage terminé. Les variations observées apparaIssent comme une succession de dilatations et de contractions, d'amplitude décroissante sur toute la période de reticulation et au cours de cycles systématiques de vieillissement artificiel. L'importance des phénomènes dépend de l'épaisseur de colle entre les surfaces à assembler. Selon un aspect de la présente invention on réduit artificiellement l'épaisseur de la colle dans le joint entre les surfaces. A cet effet, on introduit dans le mélange des deux composants lors de la préparation de la colle, une certaine quantité de corps solides, inertes, aux dimensions stables. La figure 5 illustre le processus. Le rôle des corps 21 ajoutés est de remplir au miteux l'espace 20 séparant les surfaces à assembler tout en laissant. celles-ci en contact étroit avec la colle. Dans le cas des ferrites, en raison du faible espace séparant les deux noyaux centraux 16, 17, les solides d'addition doivent être extrémement fins en plus de leurs qualités de stabilité. On a sélectionné des cristaux de silice pure sous la forme de sable dit "de'Fontainebleau".Ces cristaux, entièrement enduits decolle constituent de véritables entretoises entre les surfaces à assembler tout en diminuant l'épaisseur totale d'adhésif entre elles : celle-ci se réduit en effet aux minces pellicules enrobant les grains de sable. Les résultats obtenus grâce à cette technologie permettent de réaliser des inductances suffisamment précises pour ne plus nécessiter l'emploi des systèmes de réglage décris précédemment. Pour conserver au maximum aux bobines de charge leur caractère d'inductance pure, il est important de réduire autant que possible les couplages capacitifs entre l'entrée et la sortie-de chacune des bobines insérées dans chaque fil de la paire téléphonique. A cet effet le mode particulier de bobinage décrit ci-après constitue un autre aspect de la présente invention. I1 est usuel d'effectuer le bobinage des deux sections 11, 12 (Fig.6) sur des carcasses isolantes 13 à deux gorges identiques, avec le même nombre de spires dans chaque gorge. L'entrée E1 du fil dans la première gorge se fait naturellement au centre de cette gorge et la sortie S1, à 1' extérieur de celle-ci. Continuant le bobinage dans le même sens, l'entrée E2 de la seconde section se fera, elle aussi, au centre, et la sortie S2, vers la périphérie.Dans le raccordement en ligne, l'entrée E1 sera par exemple reliée à l'un des fils de la paire "amont" et la sortie S1 au fil correspondant de la paire '!aval". - Pour que les flux s'additionnent pour obtenir la valeur nominale de l'inductance, il faut que le second fil de la paire "aval" soit réuni à l'entrée E2 du second enroulement, la sortie S2 de celui-ci allant au deuxième fil de la paire "amont" - Dans ces conditions, puisque la paire téléphonique "chargée" est par définition, assimilable à une résistance pure, les tensions reportées sur E2 sont celles présentes sur S1, atténuées par la résistance pure mais en phase avec elles - Du fait de la proximité des entrées de bobine et leur capacité on tend donc à ramener sur E1 une partie de la tension en S1. Tie même raisonnement ost d'ailleurs applicable entre S2 et E2 puisque la ligne "amont" est, comme la ligne "aval", assimilable à une résistance pure. Dans un mode de réalisation préférée, les enroulements dans les deux gorges de la carcasse comportent chacun un même nombre de spires mais celles de la gorge 2 sont bobinées en sens inverse de celles de la gorge 1. Dans ces conditions, illustrées à la figure 7, pour obtenir l'inductance nominale, le raccordement aux paires téléphoniques s'effectue de telle façon que les deux fils de la paire "amont" soient par exemple, réunis aux deux entrées de bobine E1 et E2, alors que la paire "aval" sera réunie aux deux sorties S1 et S2 ou réciproquement - Les paires téléphoniques étant, comme précédemment, assimilées à des résistances pures, les tensions entre points homologues des deux enroulements - leurs deux entrées ou leurs deux sorties - sont en phase et il n'y a pas, tout au moins aux fréquences d'utilisation, de retour des tensions de sortie des selfs vers celles d'entrée. Expérimentalement, les réjections diaphoniques mesurées sur des ensembles réalisés suivant cette technique et les dispositions mécaniques précédemment revendiquées ont été trouvées identiques, et supérieures à 100 dB, en tous points de la gamme des fréquences téléphoniques 300-3400 Hz. Dans la pratique, comme il a été indiqué dans le préambule, les inductances de charge des circuits téléphoniques sont logées dans des boîtiers métalliques 30 (Fig.8) qui regroupent les éléments équipant deux quartes distinctes. Le raccordement des quatre inductances ainsi groupées aux circuits d'utilisation extérieurs est assuré par des fils isolés, torsadés en quartes 31, 32, sortant a une extrémité du boîtier, avec l'étanchéité indispensable au bon comportement dans le temps des éléments soumis aux variations climatiques. Cette réalisation implique donc, d'une part l'industrialisation de l'assemblage des inductances individuelles dans les positions relatives et de leur raccordement aux paires téléphoniques, et d'autre part les moyens de fermeture étanche des boîtiers avec les sorties des quartes. L'amélioration considérable des caractéristiques des charges Pupin resultant de la disposition selon 1' invention nécessite la fixation dans des plans perpendiculaires des inductances individuelles par des moyens à la fois simples et suffisamment précis. Une.première solution selon l'invention, illustrée à la figure 9, consiste dans l'emploi de colle à chaud dite "Hot melt" pour fixer sur une plaque de base isolante 33 les quatre inductances A, B, A', B' maintenues provisoirement en place, pendant la courte période de fusion de la colle 34, dans un montage mobile que l'on retire après quelques instants, dès le refroidissement. Le même montage assure le positionnement des fils 31, 32 des différentes paires qui sont, eux aussi, maintenus aux points appropriés dans l'opération de collage. Le raccordement par soudure des sorties de bobines sur les extrémités libres des fils ainsi maintenus s'en trouve facilité. La plaque de base 33 ainsi équipée est en tourée d'une large bande 35 d'un isolant souple assurant la protection des circuits et des éléments contre les claquages" avec l'extérieur, puis glissée à l'intérieur du boîtier 30 en aluminium matricé. Le mode de fermeture étanche est le même que celui retenu pour la seconde réalisation et détaillé ci-après. La seconde réalisation industrielle des "unités de charge" ou groupement des quatre inductances, illustrée à la figure 11, consiste à loger chacune de ces der nières dans des cases ménagées dans une pièce isolante moulée 36 qui les maintient à peu près jusqu'à mi-hauteur, c'est-àdire au niveau de leurs axes; la forme de la pièce moulée est telle que les fils des paires s'y trouvent aussi maintenus et les extrémités libres de ces fils sont, là encore, facilement soudées aux sorties des bobines correspondantes. L'étanchéité des sorties de fils est un point essentiel muais de réalisation délicate en raison de la nature de l'isolant qui recouvre ces fils. En effet, il est de pratique nouvelle d'utiliser pour cet isolant du polyéthylène moyenne densité. Or, cette matière présente une mauvaise adhérence avec la plupart des résines ou colles usuelles. Parcontre, celles-ci adhèrent parfaitement à l'aluminium. Pour assurer l'etanchéité de la traversée des fils dans la résine de bouchage des boîtiers, il est fait appel au procédé suivant, illustré à la figure 10. I1 est constaté que la matière constituant la colle à chaud est 1' une des rares adhérant au polyéthylène. Avant mise en place des fils des quartes dans les moulages décrits précédemment, ces fils sont nettoyés avec du trichloréthylène puis simplement frottés avec des bâtons de colle à chaud. Ensuite, le toron de fil tel que 31 ainsi pré-enduit est passé dans un manchon 37 de gaine thermorétractable, en même temps que quelques fragments de colle à chaud. Le manchon étant positionné le long du toron de fils à l'endroit approprié pour sa mise en place ultérieure dans la fermeture acrylique 38 du boîtier, est chauffé dans un courant d'air chaud qui le rétreint. En se serrant, le manchon fait fluer la colle qu'il contient et qui fait corps avec l'enduit superficiel des fils assurant ainsi un excellent bouchage. Au montage final, le manchon rétracté est pris dans le bouchage du boîtier car l'élastomère dont il est constitué adhère parfaitement aux résines acryliques ou aux poturéthanes utilisés à cette fin. REVENDICATIONS 1. Elément de pupinisation pour lignes téléphoniques à quatre fils du genre comprenant au moins un couple de bobines, chaque bobine chargeant l'une des paires de quatre fils groupés en quarte, comprenant deux enroulements confinés dans un circuit magnétique.constitué par deux coquilles de ferrite avec noyau axial et jupe affrontés selon un plan de joint, caractérisé en ce que dans chaque couple de, bobines l'axe du noyau de l'une des bobines est perpendiculaire à 1' axe de l'autre des bobines et contenu dans le plan de joint de celle-ci. 2. Element selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du noyau de l'une des bobines coupe l'axe du noyau de l'autre bobine. 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que dans chaque bobine les enroulements chargeant une paire téléphonique sont bobinés en sens inverses dans deux gorges de carcasse les contenant. 4. Elément selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux coquilles en ferrite du circuit magnétique de chaque bobine sont assemblées par une couche de colle acrylique du type Araldite, disposées entre les deux faces affrontées des noyaux, cette couche comportant une charge de particules solides, inertes, indéformables. 5. Unité de charge comprenant dans un boîtier au moins un couple de bobines selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bobines y sont assemblées par collage au moyen de colle à chaud. 6. Unité de charge comprenant dans un boîtier au moins un couple de bobines, caractérisée par une piece isolante moulée avec des alvéoles adaptées à recevoir chacune par emboîtement une bobine. 7. Unité de charge selon la revendication 5 ou 6, caractérisée par des sorties étanches de fils isolés, en particulier en polyéthylène, des manchons thermorétractés constituant des passages pour des groupes de fils de sortie imprégnés de colle à chaud.