Brevet FR2735606A1 — publié le 19961220

CABLE COAXIAL La présente invention concerne un câble coaxial, particulièrement destiné à être utilisé dans le domaine de l'échographie et dans le domaine médical. On rappelle qu'un câble coaxial est constitué de manière bien connue d'un conducteur électrique intérieur entouré d'un isolant intermédiaire en un matériau diélectrique, lui-même entouré d'un conducteur électrique extérieur coaxial au conducteur intérieur, puis d'une gaine de protection mécanique externe en un matériau isolant. Les câbles concernés par la présente invention sont ceux ayant un diamètre sur isolant ne dépassant pas 5 mm. Plusieurs solutions sont connues actuellement dans le domaine des câbles coaxiaux afin de réaliser l'isolant intermédiaire. Pour obtenir des impédances élevées, typiquement supérieures à 50 Q, on sait que ie matériau constituant l'isolant doit avoir une constante diélectrique se rapprochant le plus possible de 1, constante diélectrique de l'air. Pour cette raison, il est connu d'utiliser pour réaliser l'isolant des matériaux dits aérés ou cellulaires, comme le Polytétrafluoroéthylène (PTFE) aéré ou le polyéthylène cellulaire par exemple. Ces matériaux se présentent très schématiquement sous la forme de mousses, c'est-à-dire qu'ils contiennent de nombreuses bulles de gaz, ceci diminuant leur constante diélectrique par rapport au cas où ils sont massifs, c'est-à-dire sans bulles de gaz. En général, pour les câbles coaxiaux classiques, on extrude un tube d'un tel matériau autour du conducteur intérieur pour réaliser l'isolant intermédiaire. Toutefois, plus les dimensions du câble diminuent, plus cette extrusion présente des inconvénients. Notamment, elle est difficile à réaliser pour des produits cellulaires ou aérés, et les bulles de gaz, qui sont produites lors de l'extrusion, se répartissent de manière hétérogène dans l'isolant, en se concentrant à la surface du conducteur intérieur, de sorte que l'impédance du câble est irrégulière. De plus, ceci réduit l'adhérence de l'isolant au conducteur intérieur. On préfère donc utiliser, au lieu d'un tube extrudé de matériau aéré ou cellulaire, un ruban d'un tel matériau, qui conduit à des performances électriques bien meilleures. Toutefois, cela pose des problèmes au niveau du dénudage du câble en vue d'éventuels raccordements, problèmes d'autant plus délicats que le diamètre du câble est petit. De plus, le rubanage est coûteux et difficile à réaliser. Une autre solution possible, qui permet en outre d'accroître encore la quantité de gaz dans l'isolant, consiste à utiliser des isolants en un matériau diélectrique massif mais comprenant des rainures longitudinales séparées les unes des autres par des nervures également longitudinales de manière à définir des alvéoles. On dit alors que l'isolant est alvéolé. Ces rainures et nervures sont soit droites, soit hélicoïdales autour de l'axe longitudinal du câble. De tels isolants intermédiaires sont décrits par exemple dans les documents EP-A-O 373 120 ou GB-2 160 147. II est admis et bien connu que, pour que le câble coaxial ait des performances électriques satisfaisantes, le conducteur électrique extérieur doit être parfaitement coaxial au conducteur électrique intérieur et parfaitement cylindrique. Pour cela, dans les câbles décrits dans les deux documents précédents, un tube cylindrique est extrudé autour de l'isolant alvéolé, et le conducteur électrique extérieur est déposé autour de ce tube. Ceci pose plusieurs problèmes lorsque l'on souhaite réaliser un câble coaxial de petites dimensions. En effet, ce tube supplémentaire accroît les dimensions du câble (son épaisseur doit être au minimum de 0,5 mm, ce qui correspond à un accroissement de diamètre du câble de 1 mm, soit 20% du diamètre sur isolant maximal souhaité). Par ailleurs, ce tube, qui sert en même temps de protection mécanique du câble contre l'écrasement, est constitué d'un matériau massif, ce qui entraîne une diminution de l'impédance du câble. La présente invention se propose donc de réaliser un câble coaxial de dimensions réduites dont l'isolant est peu encombrant, facile à réaliser, permet d'obtenir des performances électriques satisfaisantes notamment en termes d'impédance, et ne gêne pas le dénudage du câble. La présente invention propose à cet effet un câble coaxial comprenant: - un conducteur électrique intérieur, - un isolant intermédiaire en un matériau diélectrique, entourant ledit conducteur électrique intérieur et comprenant une pluralité de rainures longitudinales séparées les unes des autres par des nervures également longitudinales de manière à définir des alvéoles, le diamètre du cercle circonscrit au polygone obtenu en joignant dans une section transversale dudit câble, les extrémités desdites nervures, étant inférieur ou égal à 5 mm, - un conducteur électrique extérieur entourant ledit isolant, - une gaine extérieure de protection en un matériau isolant, entourant ledit conducteur électrique extérieur, caractérisé en ce que ledit conducteur électrique extérieur est disposé directement en contact avec les nervures dudit isolant de sorte que sa section transversale est polygonale. Dans le câble selon l'invention,. on utilise un isolant alvéolé sans utiliser de tube, de sorte que la section du conducteur extérieur est polygonale, et qu'il n'y a par conséquent pas une distance constante entre les deux conducteurs du câbles. De façon tout à fait surprenante, on a constaté qu'une telle structure permet d'obtenir, à diamètre sur isolant comparable avec celui d'un câble à isolant aéré ou cellulaire rubané, une impédance sensiblement identique. De plus, I'impédance a les caractéristiques de régularité souhaitées. Alors qu'il a généralement été admis jusqu'à présent qu'un câble coaxial ne peut fonctionner que si les conducteurs intérieur et extérieur sont coaxiaux et tous les deux cylindriques, c'est le mérite de la présente invention d'avoir découvert que, pour un diamètre sur isolant limité à environ 5 mm, les performances électriques sont sensiblement identiques que le conducteur extérieur soit ou non cylindrique. Ayant constaté cela, I'utilisation du tube préconisé dans l'art antérieur n'est plus nécessaire, ce qui permet à la fois d'économiser de la place, et d'améliorer les performances électriques en termes d'impédance. On a en outre vérifié que, compte tenu des faibles dimensions du câble selon l'invention, la forme de l'isolant permet d'assurer à elle seule une bonne résistance du câble à la déformation mécanique lors d'un écrasement du câble, de sorte que la fonction de protection mécanique du tube de l'art antérieur est remplie par l'isolant dans le câble selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation de la présente invention, donnés à titre illustratif et nullement limitatif. Dans les figures suivantes: - la figure 1 est une coupe transversale d'un câble selon un premier mode de réalisation de la présente invention, - la figure 2 est une coupe transversale d'un câble selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 3 est une coupe transversale d'un câble selon un troisième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 4 est une coupe transversale d'un câble selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention, - la figure 5 est une coupe transversale d'un câble selon un cinquième mode de réalisation de la présente invention. Dans toutes ces figures, les éléments communs ont un numéro de référence portant le même chiffre des unités, et un chiffre des dizaines correspondant au numéro de la figure associée. On voit en coupe transversale en figure 1 un câble 10 selon l'invention qui comprend, disposés coaxialement de l'intérieur vers l'extérieur: - un conducteur électrique intérieur 11 constitué d'un toron de 7 brins 12 de fils de cuivre argenté de 0,03 mm de diamètre chacun, le conducteur intérieur 11 ayant ainsi un diamètre de 0,09 mm, - un isolant intermédiaire 13 extrudé, en Fluorure d'Ethylène et de Propylène (FEP) comprenant 6 nervures longitudinales 14 délimitant 6 rainures également longitudinales 15, formant ainsi 6 alvéoles longitudinales, le diamètre du cercle circonscrit passant par les extrémités des nervures 14 dans la section transversale représentée étant de 0,33 mm, - un conducteur électrique extérieur 16 hexagonal formé d'un enroulement hélicoïdal à spires jointives de fils 17 de cuivre argenté ayant chacun un diamètre de 0,03 mm, le diamètre du cercle circonscrit au conducteur extérieur 16 dans la section transversale représentée étant ainsi de 0,39 mm, - une gaine extérieure de protection mécanique 18 en FEP extrudé, de diamètre égal à 0,5 mm. Les extrémités 14A des nervures 14 les plus proches du conducteur intérieur 11 sont reliées les unes aux autres de manière à définir immédiatement autour de ce conducteur une portion tubulaire 19. La longueur de chaque nervure 14 dans la section transversale représentée, entre son extrémité 14A et son autre extrémité 14B, est de 0,12 mm dans l'exemple représenté. A la figure 2, I'isolant 23 comprend trois nervures 24 délimitant trois rainures 25. A la figure 3, I'isolant 33 comprend 4 nervures 34 délimitant 4 rainures 35. A la figure 4, I'isolant 43 comprend 8 nervures 44 délimitant 8 rainures 45. A la figure 5, I'isolant 53 comprend 12 nervures 54 délimitant 12 rainures 55. Selon un mode de réalisation avantageux, comme cela est représenté sur les figures, les extrémités 14B, 24B, 34B, 44B ou 54B des nervures respectives 14, 24, 34, 44 ou 54 les plus proches respectivement des conducteurs extérieurs 16, 26, 36, 43 ou 56 sont tronquées de manière à offrir un appui mécanique suffisant pour les conducteurs extérieurs associés respectifs. On a constaté que cela permet en outre d'améliorer la constance de l'impédance du câble dans l'espace. Selon l'invention, le nombre de nervures de l'isolant 13, 23, 33, 43 ou 53 peut varier entre 3 et 24 selon les applications, et notamment selon le diamètre du câble. Le choix de nombre de nervures adapté sera effectué pour assurer un compromis entre la tenue mécanique du câble coaxial, qui exige un nombre de nervures élevé, et les performances électriques du câble, qui exigent un nombre de nervures peu élevé, car plus le nombre de nervures augmente, plus il y a de matière massive dans l'isolant, et donc moins la constante diélectrique de ce dernier est proche de 1, ce qui empêche d'avoir des impédances supérieures à 50 Q pour les faibles dimensions des câbles selon l'invention. On obtient les meilleurs résultats en choisissant un nombre de nervures compris entre 6 et 12. En outre, il est important d'avoir une symétrie dans chaque section transversale d'un câble selon l'invention, c'est-à-dire que, dans une même section du câble, la section de chacune des nervures est l'image de celle qui lui est adjacente (par exemple celle qui la précède) dans une rotation d'axe l'axe longitudinal X du câble, et d'angle inférieur ou égal à 120 . A titre de comparaison, un câble selon l'invention ayant un diamètre sur isolant de 0,33 mm a une impédance de 78 Q å 1 MHz, alors qu'un câble coaxial de l'art antérieur à isolant aéré rubané (c'est le type de câble de l'art antérieur qui permet d'obtenir les performances électriques optimales aux faibles dimensions) ayant un diamètre sur isolant de 0,32 mm a une impédance de 80 n à la même fréquence. On constate donc bien qu'avec l'invention, les performances électriques sont comparables alors que le conducteur extérieur n'est pas cylindrique. Par rapport aux câbles de l'art antérieur à isolant rubané, le câble selon l'invention présente l'avantage de permettre un dénudage aisé et d'être facile à réaliser par extrusion, ce qui permet d'obtenir un coût de réalisation plus faible. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits. Notamment, le matériau constituant l'isolant intermédiaire peut être choisi parmi tous les matériaux connus dans le domaine des câbles coaxiaux pour réaliser de tels isolants. II sera de préférence massif afin d'assurer une meilleure tenue mécanique du câble. Ce matériau peut être par exemple du FEP, du Perfluoroalkoxy (PFA), du PTFE, une polyoléfine telle que le polyéthylène, le polypropylène ou le polyméthylpentène. De même, le matériau constituant les conducteurs intérieur et extérieur ainsi que celui constituant la gaine de protection extérieure peut être choisi parmi tous les matériaux connus dans le domaine des câbles coaxiaux pour remplir des fonctions identiques. Le conducteur extérieur peut être constitué de toute manière connue, et par exemple d'une tresse de fils au lieu d'un enroulement. Néanmoins, selon l'invention, il aura toujours une section polygonale et non circulaire. L'isolant intermédiaire n'est pas nécessairement extrudé, mais peut être obtenu par tout procédé adapté connu de l'homme de l'art. Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1/ Câble coaxial (10,20,30,40,50) comprenant: - un conducteur électrique intérieur (11,21,31,41,51), - un isolant intermédiaire (13,23,33,43,53) en un matériau diélectrique, entourant ledit conducteur électrique intérieur et comprenant une pluralité de rainures longitudinales (15,25,35,45,55) séparées les unes des autres par des nervures (14,24,34,44,54) également longitudinales de manière à définir des alvéoles, le diamètre du cercle circonscrit au polygone obtenu en joignant dans une section transversale dudit câble, les extrémités desdites nervures (14,24,34,44,54), étant inférieur ou égal à 5 mm, - un conducteur électrique extérieur (16,26,36,46,56) entourant ledit isolant (13,23,33,43,53), - une gaine extérieure de protection (18,28,38,48,58) en un matériau isolant, entourant ledit conducteur électrique extérieur, caractérisé en ce que ledit conducteur électrique extérieur (16,26,36,46,56) est disposé directement en contact avec les nervures (14,24,34,44,54) dudit isolant (13,23,33,43,53) de sorte que sa section transversale est polygonale. 21 Câble selon la revendication 1 caractérisé en ce que le nombre desdites nervures (14,24,34,44,54) est compris entre 3 et 24, et de préférence entre 6 et 12. 3/ Câble selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que, dans une même section transversale dudit câble, la section transversale de chacune desdites nervures (14,24,34,44,54) est l'image de celle qui lui est adjacente dans une rotation d'axe l'axe longitudinal (X) du câble et d'angle inférieur ou égal à 1200. 4/ Câble selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les extrémités (14B,24B,34B,44B,54B) desdites nervures (14,24,34,44,54) les plus éloignées dudit conducteur intérieur (11,21,31,41,51) sont tronquées de sorte qu'elles réalisent un appui stable pour ledit conducteur extérieur (16,26,36,46,56). 5/ Câble selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit isolant (13,23,33,43,53) est extrudé. 6/ Câble selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les nervures (14,24,34,44,54) et les rainures (15,25,35,45,55) de l'isolant (13,23,33,43,53) sont hélicoïdales autour de l'axe longitudinal (X) du câble. 7/ Câble selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit isolant (13,23,33,43,53) est constitué d'un matériau choisi parmi le Fluorure d'Ethylène et de Propylène, le Perfluoroalkoxy, le PTFE, et les polyoléfines telles que polyéthylène, le polypropylène et le polyméthylpentène. 8/ Câble selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit conducteur électrique intérieur (11,21,31,41,51) est un toron de fils métalliques (12,22,32,42,52). 9/ Câble selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit conducteur extérieur (16,26,36,46,56) est constitué d'un assemblage en hélice de fils métalliques (17,27,37,47,57) ou de rubans métalliques ou encore d'une tresse de fils métalliques. 10/ Câble selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite gaine extérieure (18,28,38,48,58) est en FEP.