Brevet FR2725571A1 — publié le 19960412

Priorité: SN 08/302413 du 08.09.1994 HARRIS CORPORATION FILTRE PASSE-BAS POUR APPLICATIONS A HAUTE PUISSANCE La présente invention se rapporte à un filtre passe-bas pour applications à haute puissance. Les filtres électriques sont employés dans les voies de transmission H.F. pour bloquer les fréquences parasites. Les figures 1 et 2 représentent un f il_-re électrique 10 qui comporte une série d'éléments capacitifs 12 et d'éléments inductifs 14 en alternance dans un tube électroconducteur 16. Les éléments capacitifs 12 sont séparés du tube 16 par un diélectrique 18, et les éléments inductifs 14 sont entourés d'air. Les éléments 12 et 14 sont connectés directement de façon à constituer une première voie électrique 20 à travers ceux-ci. Le tube 16 constitue une deuxième voie électrique 22, avec les éléments capacitifs 12 constituant des montages en dérivation parallèles à la deuxième voie 20, tel que décrit dans la spécification du brevet US No. 4680560. La réduction de la taille des filtres électriques pose des problèmes car les filtres ont tendance à générer de la chaleur et la réduction de leur taille augmente les difficultés pour conduire la chaleur généree par les éléments capacitifs et inductifs à l'intérieur du filtre hors de celui-ci et, par conséquent, les filtres de taille réduite ne sont pas adaptables aux applications à haute puissance (jusqu'à environ 4000 Watts) et les filtres capables de supporter des puissances élevées ont des tailes plus grandes que celle désirée. Un objet de la présente invention consiste à prévoir un filtre électrique qui élimine les problèmes de la technique antérieure. La présente invention prévoit un filtre électriaue qui comporte un diélectrique thermoconducteur autour des éléments inductifs qui est en contact avec une gaine diélectrique thermoconductrice entourant tous les éléments et avec des éléments capacitifs adjacents af in d'améliorer la conduction de chaleur depuis les éléments inductifs. Un objet supplémentaire consiste à prévoir un filtre électrique dans lequel de l'air sépare le tube électroconducteur extérieur du filtre d'une gaine diélectrique intérieure qui entoure les éléments du filtre, de façon à constituer deux condensateurs reliés en série à l'intérieur de chaque élément capacitif afin d'améliorer la performance d'un filtre de taille réduite. L'invention prévoit en outre un filtre électrique qui comporte une gaine diélectrique thermoconductrice séparée du conducteur extérieur par un intervalle rempli d'air, la gaine et le conducteur extérieur se touchant afin d'améliorer la conduction de chaleur depuis l'intérieur du filtre. La présente invention comporte un filtre électrique présentant une série d'au moins un élément capacitif et d'au moins un élément inductif en alternance, la série étant à l'intérieur d'un diélectrique intermédiaire entouré d'un conducteur électrique extérieur, l'élément capacitif comorenant un conducteur électrique intérieur qui contacte le diélectrique intermédiaire, et l'élément induczif comprenant un diélectrique intérieur, autre que l'air, qui contacte le diélectrique intermédiaire et le conducteur électrique intérieur. La présente invention comporte également un circuit électrique comprenant une série d'éléments capacitifs et inductifs en alternance dans un tube du type électroconducteur, chacun desdits éléments capacitifs comprenant deux condensateurs reliés en série qui relient ladite série d'éléments audit tube, et chacun desdits éléments inductifs comprenant un condensateur en dérivation qui est électriquement parallèle auxdits deux condensateurs. L'invention sera maintenant décrite, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, dans lesquels La figure 1 est une coupe verticale d'un filtre électrique selon la technique antérieure représentant la série d'éléments capacitifs et inductifs en alternance. La figure 2 est un schéma de montage du filtre de la figure 1. La figure 3 est une coupe verticale d'un mode de réalisation du filtre de la présente invention. La figure 4 est un schéma de montage du filtre de la figure 3. La figure 5 est une coupe verticale d'une partie du conducteur extérieur et du diélectrique intermédiaire représentant le contact entre ceux-ci qui facilite la conduction lorsque le filtre est en service. La figure 6 est un schéma de montage d'un mode de réalisation en option de la présente invention. La figure 3 représente un mode de réalisation du filtre électrique 30 comportant un conducteur électrique extérieur 32 séparé d'un diélectrique intermédiaire 34 par un diélectrique extérieur 36. Le diélectrique intermédiaire 34 entoure une série d'éléments capacitifs 38 et d'éléments inductifs 40 en alternance. Chacun des éléments capacitifs 38 comporte un conducteur électrique intérieur 42 qui contacte le diélectrique intermédiaire 34. Chacun des éléments inductifs 40 comporte une bobine en fil hélicoïdal 44 entourée d'un diélectrique intérieur 46 aui contacte le diélectrique intermédiaire 34 et le conducteur électrique intérieur 42. Un schéma de montage du mode de réalisation de la figure 3 est représenté sur la figure 4. Une première voie de transmission 50 est fournie par les boucles 46 et une deuxième voie de transmission 52 est fournie par le conducteur extérieur 32. Chacun des éléments capacitifs 38 comporte deux condensateurs en série qui constituent un montage en dérivation entre les première et deuxième voies: un premier condensateur 54 constitué par le conducteur électrique intérieur 42 et par le diélectrique intermédiaire 34, et un deuxième condensateur 56 constitué par le diélectrique intermédiaire 34 et par le diélectrique extérieur 36. Chacun des éléments inductifs comporte également des condensateurs 58 et 60 montés en dérivation entre les deux voies de transmission. Les condensateurs 58 et 60 sont constitués par le diélectrique intérieur 46 entourant la bobine 44 et par le conducteur extérieur 32. Le conducteur extérieur 32 et le conducteur intérieur 42 sont hautement électroconductifs et thermoconductifs et peuvent être composés de cuivre; le diélectrique intérieur 46 est thermoconductif, présente un faible coefficient à pertes et peut être composé d'un combiné de silicone; le diélectrique intermédiaire 34 est thermoconductif, présente une constante diélectrique élevée, et peut être composé d'un combiné d'aluminium; et le diélectrique extérieur 36 peut être constitué par un diélectrique gazeux. Bien que la taille du filtre dépendra de l'application particulière, il est souhaitable que le filtre soit de taille réduite, c'est à dire qu'il possède une longueur comprise entre 5 et 10 pouces et un diamètre compris entre environ un demi pouce et un pouce et demie. En outre, quatre éléments capacitifs 38 et trois éléments inductifs 40 sont également présents. Le conducteur extérieur 32 est un tuyau en cuivre possédant un diamètre de 7/8 pouce, une longueur de 8 pouces, et un volume d'environ 5 pouces cube, et le conducteur intérieur 42 est un barreau en cuivre massi- possédant une longueur comprise entre environ un et deux pouces et un diamètre d'environ 5/8 pouce. Le diélectrique intérieur 46 est composé d'époxyde à faibles pertes, thermoconducteur, à base de silicone, du type connu dans le commerce sous le nom d'Eemerson & Cummings Ecosil 5954, le diélectrique intermédiaire 34 est une gaine tubulaire en oxyde d'aluminium qui peut présenter une épaisseur d'environ 0,06 pouces avec une constante diélectrique (ex = 9,3), et le diélectrique extérieur 36 est un intervalle d'environ 0,02 pouces rempli d'air. Ce mode de réalisation peut supporter 4000 Watts (environ 800 Watts par pouce cube) en charge 4: 1 avec une perte d'insertion maximale d'environ 0,05 dB dans la plage de 2-30 MHz, et avec une fréquence de coupure de 155 MHz. La figure 3 montre l'extrémité du filtre 30, laquelle comporte une pièce d'extrémité 62 pour contacter les voies de transmission 50 et 52. Dans la pièce d'extrémité 62, une première borne 64 contacte le conducteur extérieur 32, et une deuxième borne 66 contacte un élément capacitif 38 à l'extrémité du filtre. Une isolation 68 appropriée peut être prévue entre les deux bornes. La pièce d'extrémité 62 peut contacter un puits thermique (non représenté) afin de conduire la chaleur hors du filtre 30. Lors de la mise en service, le diélectriaue intermédiaire 34 fournit une constante diélectrique élevée, ce qui permet d'obtenir un condensateur à haute capacité dans un espace réduit, ainsi qu'une bonne conductivité thermique pour conduire la chaleur depuis les éléments 38 et 40. Le combiné de silicone entourant les éléments inductifs 40 transfère la chaleur depuis les éléments inductifs 40 vers les éléments capacitifs 38 avoisinants (c'est à dire vers les barreaux en cuivre) et vers le diélectrique intermédiaire 34. Le combiné de silicone est un matériau à faibles pertes et, par conséquent, la performance du filtre n'est pas diminuée. Les condensateurs supplémentaires 56-60 prévus par le diélectrique extérieur 36 et par le diélectrique intérieur 46 augmentent le pouvoir capacitif du filtre et contribuent à l'obtention d'une performance à haute puissance. Lorsque le filtre est en service, le conducteur extérieur 32 et le diélectrique intermédiaire 34 peuvent se dilater et se contracter de telle façon qu'ils se touchent à un ou plusieurs endroits le long de la longueur du filtre, tel que représenté sur la figure 5. Cet événement ne diminue pas la performance du filtre (la réduction du pouvoir capacitif provoquée par la perte d'une petite partie du diélectrique extérieur 36 est minimale) et il est exploité de facon avantageuse dans cette invention car il fournit une voie supplémentaire pour conduire de la chaleur hors de l'intérieur du filtre. Dans un mode de réalisation en option, la série d'éléments capacitifs et inductifs peut commencer et se terminer par un élément inductif au lieu d'un élément capacitif. Un schéma de montage de cette o:ionr es_ représenté sur la figure 6. La réalisation du:-Ie sera la même que sur la figure 3, avec des éléments inductifs 40 aux extrémités. REVENDICATIONS: 1. Filtre électrique présentant une série d'au moins un élément capacitif et d'au moins un élément inductif en alternance, la série étant à l'intérieur d'un diélectrique intermédiaire entouré d'un conducteur électrique extérieur, l'élément capacitif comprenant un conducteur électrique intérieur qui contacte le diélectrique intermédiaire, et l'élément inductif comprenant un diélectrique intérieur, autre que 1 'air, qui contacte le diélectrique intermédiaire et le conducteur électrique intérieur. 2. Filtre selon la revendication 1, dans lequel un diélectrique extérieur se trouve entre ledit diélectrique intermédiaire et ledit conducteur électrique extérieur, ledit élément capacitif comprenant par conséquent deux condensateurs en serie, un premier condensateur constitué par ledit conducteur électrique intérieur et par ledit diélectrique intermédiaire, et un deuxième condensateur constitué par ledit diélectrique intermédiaire et par ledit diélectrique extérieur. 3. Filtre selon la revendication 2, dans lequel la structure diélectrique comprend un di--lectrique intérieur en combiné de silicone, le diélectricue intermédiaire étant en oxyde d'aluminium, et le diélectrique extérieur comprenant essentiellement de l'air. 4. Filtre selon la revendication 2 ou 3, dans lequel lesdits conducteurs électriques intérieur et extérieur comprennent du cuivre. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ledit conducteur électrique extérieur et ledit diélectricue intermédiaire sont en contact lorsque le filtre est en service afin d'améliorer la conduction de chaleur depuis ladite série. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit diélectrique intermédiaire et ledit conducteur électrique extérieur sont des cylindres creux. 7. Filtre selon la revendication 6, comprenant quatre desdits éléments capacitifs et trois desdits éléments inductifs. 8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant au moins deux éléments capacitifs, ladite série commençant et se terminant par un desdits au moins deux éléments capacitifs, dans lequel lesdits éléments capacitifs comprennent chacun un conducteur intérieur cylindrique en cuivre, un tube en oxyde d'aluminium entourant ledit tube en oxyde d'aluminium, avec une couche d'air entre ceux-ci; et un diélectrique en combiné de silicone entre ledit élément inductif et ledit tube en oxyde d'aluminium. 9. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit élément inductif comprend un condensateur en dérivation constitué avec ledit combiné de silicone. 10. Circuit électrique comprenant une série d'éléments capacitifs et inductifs en alternance dans un tube électroconducteur, dans lequel chacun desdits éléments capacitifs comprend deux condensateurs reliés en série qui relient ladite série d'éléments audit tube, et dans lequel chacun desdits éléments inductf-s comprend un condensateur en dérivation aui est électriquement parallèle auxdits deux condensateurs. AO 11. Circuit selon la revendication -0, comnorzanz un diélectrique intermédiaire entre ledi_ diélectrique intermédiaire et ledit tube.