Brevet FR2667976A1 — publié le 19920417

i CABLE BLINDE ETALON ET PROCEDE DE REALISATION D'UN TEL ETALON La présente invention a pour objet un câble blindé étalon et un procédé de réalisation d'un tel étalon. De façon plus précise, l'invention concerne un câble blindé étalon destiné à être monté dans un banc de mesure de l'impédance de transfert de câble. Les développements récents de l'électronique ont conduit à l'accroissement important des systèmes contrôlés par de bas niveaux d'énergie, ce qui les rend de plus en plus sensibles aux perturbations électromagnétiques externes Les spectres de fréquence de ces parasites externes s'étendent de plus en plus vers de très hautes fréquences. Dans ces systèmes les câbles d'interconnexion constituent des points particulièrement sensibles puisqu'ils se retrouvent souvent dans des zones exposées aux ondes électromagnétiques et que, par leur géométrie, ils se comportent comme des antennes. C'est pourquoi l'utilisation de câbles blindés s'est généralisée dans ces systèmes. Il est bien sur important de pouvoir caractériser pour chaque câble utilisé l'efficacité de son blindage vis-à-vis des perturbations électromagnétiques Cette caractérisation du blindage du câble se fait notamment en déterminant, à l'aide d'un banc de mesure, l'impédance de transfert de celui-ci Pour celà, on injecte un courant perturbateur sur le blindage du câble et on mesure la tension induite à l'intérieur du câble. Il va de soi que, pour pouvoir régler le banc de mesure, il est nécessaire de disposer d'un élément de câble blindé formant étalon. Un tel étalon doit satisfaire à au moins deux conditions: assurer la répétitivité des mesures dans le temps et permettre une comparaison entre les valeurs expérimentales mesurées sur cet étalon et les valeurs théoriques exactes obtenues par le calcul. Pour répondre à ces deux impératifs on utilise comme étalon un câble semi-rigide à blindage homogène, qui est disponible dans le commerce La théorie d'un tel câble blindé a été établie en 1934 par S A Schelkunnof Cependant, lorsque la fréquence du phénomène externe perturbateur augmente, les courbes de mesure effective de l'impédance de transfert du câble étalon ne correspondent plus aux courbes théoriques Sur la figure 4 annexée, on a représenté en fonction de la fréquence F l'impédance de transfert effectivement mesurée pour un câble- étalon connu (courbe III) Les courbes I et II représentent l'impédance de transfert théorique en tenant compte des tolérances de fabrication On voit que les courbes théoriques décroissent régulièrement alors que la courbe III correspondant aux mesures effectives est limitée vers 1 ou 2 M Hz, fréquence à partir de laquelle la tension de mesure récupérée devenant trop faible disparaît dans le bruit des appareils L'étalon décrit ci-dessus ne permet donc pas de dépasser des mesures d'impédance de transfert au- delà de la plage de un megahertz. Or, comme on l'a déjà exposé, le spectre de fréquence des phénomènes électromagnétiques perturbateurs tend à se déplacer vers des fréquences plus élevées de l'ordre de plusieurs centaines de megahertz Dans cette plage de fréquence, l'étalon de mesure cité ci-dessus et habituellement employé est totalement inutilisable. Pour répondre à ce problème, on a proposé de percer des trous dans le blindage du câble étalon pour créer un phénomène de diffraction d'onde au travers des ouvertures ainsi réalisées. Cependant la théorie correspondant à ce type de blindage de câble, basée sur le calcul de la polarisabilité magnétique et électrique de l'ouverture pratiquée dans le câble, s'avère fastidieuse et comporte de nombreuses approximations qui limitent la validité de la comparaison des mesures expérimentales avec les valeurs théoriques de l'impédance de transfert En outre, la réalisation pratique des ouvertures dans le blindage du câble étalon, qui doivent être parfaitement circulaires tout en étant réalisées sur une surface convexe, s'avère délicate et la géométrie de ces ouvertures est incertaines en raison des tolérances d'usinage. Pour remédier à ces inconvénients, un objet de l'invention est de fournir un élément de câble blindé formant étalon, qui puisse être effectivement utilisé pour la mesure de l'impédance de transfert jusqu'à plusieurs centaines de mégahertz de champ externe perturbateur, tout en permettant de l'associer à une théorie parfaitement définie. Pour atteindre ce but, le câble blindé formant étalon se caractérise en ce qu'il comprend un élément de câble de longueur déterminée muni à chacune de ses extrémités d'un élément de connexion, et un blindage externe consistant en une couche d'un matériau conducteur homogène d'épaisseur constante e, ladite épaisseur e étant comprise entre 10 et 100 micromètres. Selon un premier mode de mise en oeuvre, le matériau conducteur est du cuivre. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, le matériau conducteur est du plomb. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un câble blindé formant étalon qui se caractérise en ce que ledit blindage est obtenu par une opération de cuivrage chimique suivie d'une opération de dépôt de cuivre par électrolyse. De toutes manières, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de mise de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue d'une section droite d'un câble-étalon selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe longitudinale du câbleétalon de la figure 1; la figure 3 montre des courbes illustrant la comparaison entre les caractéristiques théoriques et les caracté- ristiques expérimentales du câble-étalon des figures 1 et 2; et la figure 4 déjà décrite montre des courbes illustrant la comparaison entre les caractéristiques théoriques et les carac- térisques mesurées d'un câble étalon de l'état de la technique. En se référant d'abord aux figures 1 et 2, on va décrire un premier mode de réalisation d'un élément de câble blindé formant étalon, qu'on appellera par simplification câble-étalon dans la suite de la description. Le câble-étalon 10 comprend une âme 12 constituée de façon connue par un brin ou par une pluralité de fils conducteurs ou par un blindage coaxial selon les cas envisagés Autour de l'âme 12, on trouve une couche 14 de matériau diélectrique Ce matériau diélectrique est de préférence du PTFE Le diamètre extérieur D de la couche diélectrique 14 est déterminée pour obtenir une impédance caractéristique définie entre l'âme et le blindage, par exemple 50 ohms Selon l'invention, on réalise sur la paroi externe de la couche 14 de diélectrique une couche métallique homogène 16 d'épaisseur constante e La couche conductrice 16 a une épaisseur e de 70 micromètres et elle est réalisée en cuivre, dans lrexemple actuellement décrit Le procédé de réalisation de cette couche 16 sera décrit ultérieurement Plus généralement l'épaisseur e est comprise entre 10 et 100 micromètres, l'épaisseur e dépendant de la plage de fréquence des perturbations externes considérées L'épaisseur e du blindage est à comparer à celle des câbles-étalon de l'art antérieur qui est comprise entre 500 et 1000 micromètres. Enfin, le câble-étalon comprend une couche de protection mécanique 18 Cette couche consiste, de façon connue en soi, en une gaine thermorétractable ou en une résine bicomposant. La figure 2 montre que le câble-étalon comprend de plus, à chacune de ses extrémités, un élément de connexion référencé 20 et 22 Les éléments de connexion sont du type connecteurs coaxiaux BNG, N, SMA, etc La reprise de blindage se fait à l'aide d'une ferrule soudée sur le dépôt de cuivre Dans l'exemple décrit présentement, le câble-étalon 10 a une longueur L égale à 1100 mm. Cependant dans d'autres exemples de réalisation, la longueur L est comprise entre 300 et 2000 mm. La figure 3 illustre les essais faits sur le câble-étalon qui vient d'être décrit Les courbes I et II représentent les courbes théoriques calculées correspondant aux diamètres maximal et minimal du blindage compte tenu des tolérances de fabrication La courbe III représente les valeurs de l'impédance de transfert ZT du câble-étalon effectivement mesurées, en fonction de la fréquence du champ électromagnétique perturbateur Ces courbes montrent que la courbe (III) des valeurs mesurées reste effectivement comprise entre les deux courbes théoriques (I et II) jusqu'à des valeurs de fréquence (F) supérieure à la centaine de M Hz Grâce à l'utilisation d'étalons conformes à la présente invention, il est donc possible de calibrer des bancs de mesure d'impédance de transfert fonctionnant dans la gamme des centaines de M Hz. Il apparaît que ces résultats sont obtenus à l'aide du câble-étalon 10 selon l'invention pour la raison suivante Pour les fréquences élevées, au-dessus d'un M Hz, le courant induit dans le blindage, par effet de peau, a tendance à se propager seulement sur la périphérie externe du blindage et ne pénètre plus à l'intérieur du câble L'épaisseur de peau du blindage est inversement proportionnelle à la racine carrée de la fréquence. Pour les fréquences élevées mentionnées ci-dessus, la valeur de l'impédance de transfert décroit fortement et elle "disparait" devant le bruit des appareils de mesure Grâce aux caractéristiques du câble-étalon selon l'invention l'effet de peau est beaucoup moins important en termes relatifs et la mesure reste possible pour la plage de fréquences indiquée En outre, comme le câble- étalon est du type à blindage homogène, il y a une très bonne correspondance entre les résultats expérimentaux et les résultats théoriques. On va maintenant décrire un mode préféré de fabrication du câble-étalon décrit en liaison avec les figures 1 et 2. On réalise tout d'abord un élément de câble sans blindage c'est-à-dire ne comportant que l'âme 12 et la couche de matériau diélectrique 14. Ensuite, on soumet la face externe de la couche 14 à une attaque chimique qui enlève le fluor et le carbone de la surface du PTFE et facilite l'accrochage ultérieur du cuivre Le câble est alors plongé successivement dans plusieurs bains bain alcalin pour enlever les traces de graisse bain de sensibilisation contenant de l'étain; deuxième bain de sensibilisation contenant de l'étain et du palladium; bain acide pour attaquer l'état de surface ainsi réalisé. L'étape suivante consiste à un cuivrage chimique Le câble est placé dans un bain contenant du cuivre et une réaction droxydo-réduction, o le câble est le catalyseur, dépose de 0,5 à 2 pm de cuivre sur la surface du cuivre On dépose ensuite par voie électrolytique une deuxième couche de cuivre de façon à obtenir l'épaisseur totale de cuivre souhaitée soit 70 micromètres dans l'exemple considéré Pour cette dernière opération, on place le câble-étalon dans un bain d'acide sulfurique à 5 % L'anode est constitutée par deux plaques de cuivre de longueur et de largeur supérieures à celles du câble La cathode est constituée par le câble lui-même On obtient ainsi une dépôt de cuivre très homogène dont on peut ajuster l'épaisseur en choisissant la durée d'immersion et l'intensité du courant alimentant le bac à électrolyse. Si l'on veut atteindre une plage de fréquence encore plus élevée dans le domaine des hyperfréquences, il est possible de remplacer le blindage en cuivre par un blindage en plomb dont la conductivité est inférieure à celle du cuivre. REVENDICATIONS 1 Elément de câble blindé formant étalon pour banc de mesure de l'impédance de transfert de câbles blindés, caractérisé en ce qu'il comprend: une âme centrale ( 12); une couche de matériau diélectrique ( 14) entourant ladite âme; et un blindage ( 16) formé par une couche d'un matériau conducteur homongène d'épaisseur constante e, ladite épaisseur e étant comprise entre 10 et 100 micromètres. 2 Elément de câble blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau conducteur est du cuivre. 3 Elément de câble blindé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite épaisseur e est de l'ordre de 70 micromètres. 4 Elément de câble blindé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau conducteur est du plomb. Elément de câble blindé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine isolante ( 18) entourant ladite couche de matériau conducteur. 6 Procédé de réalisation d'un élément de câble blindé formant étalon pour banc de mesure de l'impédance de transfert de câbles blindés, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: on fournit u on fournit un élément de câble comprenant une âm E entourée d'une couche de matériau diélectrique ( 14); on dépose par voie chimique une première épaisseur de matériau conducteur; et on dépose par électrolyse une deuxième épaisseur dudit matériau conducteur de telle manière que l'épaisseur totale de matériau conducteur soit comprise entre 10 et 100 micromètres. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape de dépôt chimique, une étape d'attaque chimique de la surface externe du matériau diélectrique ( 14). 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que ledit matériau conducteur est du cuivre. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le dépôt par voie chimique a une épaisseur de 0,5 à 1 micromètre.