Brevet FR2900295A1 — publié le 20071026

DISPOSITIF HYBRIDE DE DISTRIBUTION DE SIGNAUX La présente invention a pour objet un dispositif hybride de distribution de signaux, utilisable de préférence à courte portée mais à grand débit. L'invention concerne plus particulièrement les avions dans lesquels il est nécessaire de distribuer des signaux de commande et ou de mesure tout le long de l'avion, ainsi que jusqu'aux extrémités des ailes. L'invention serait par ailleurs applicable aux édifices d'habitation ou de bureaux, typiquement pour l'aménagement de réseaux locaux de distribution de données informatiques ou de signaux de données de télévision. Un avantage principal de l'invention est de combiner par ailleurs un circuit de distribution de signaux électriques avec un circuit d'alimentation électrique, voire un circuit d'alimentation électrique de puissance, d'où la dénomination hybride. Dans le domaine de la transmission des signaux électriques et de l'alimentation électrique, on connaît divers moyens de transport. D'une part l'existence de moyens différenciés pour l'alimentation électrique et la transmission de signaux est connue. Elle conduit toutefois à utiliser des connexions électriques différenciées. II y a donc dans ce cas existence d'un réseau d'alimentation électrique se répandant de concert, côte à côte, d'un réseau de distribution de signaux électriques. Ce dernier, dans la plupart des cas, peut être constitué de liaisons par paires torsadées. Eventuellement la transmission de signaux électriques est effectuée par câble coaxial. L'inconvénient présenté par des réseaux doubles de ce type est le poids du matériel installé (particulièrement rédhibitoire à l'intérieur des avions), ainsi que le coût d'installation et de matière. On connaît les systèmes par courants porteurs qui permettent de véhiculer d'une part l'alimentation électrique et d'autre part les signaux de données numérisées sur une même connexion. L'inconvénient présenté par ces systèmes connus de transmission par courants porteurs se situe dans le débit. En effet, tout au plus avec des réseaux de ce type, sur des liaisons de l'ordre d'une centaine de mètres, et dans le respect des contraintes de compatibilité électromagnétique avion (CEM), on ne peut dépasser des débits de 20 Méga bits par seconde. Dans le domaine de l'avionique, ainsi que dans le domaine de la diffusion de signaux de télévision, on envisage des débits bien plus élevés, typiquement de l'ordre ou supérieur au Giga bits. Pour de tels débits, et dans ce contexte, tout système fondé sur des liaisons autres que les paires torsadées blindées, en liaison point à point, ne peut convenir. En pratique, si on veut atteindre ces hauts débits avec des câbles spécifiques, pour une dizaine de points de distribution, il faut dix liaisons : dix fois le poids, dix fois le prix matière, dix fois le prix d'installation. A l'opposé, les liaisons coaxiales permettent de distribuer une information à très haut débit. Mais la réalisation des points de prélèvements nécessite des dispositifs d'adaptation, et en définitive une perte de 3 dB à chaque fois qu'une bifurcation est rencontrée. Pour dix distributions situées sur un même câble, on atteint ainsi une perte en bout de 30 dB et donc de 300 dB s'il y a 100 points de distribution. Une telle solution n'est donc pas envisageable. D'autant que, par ailleurs, il reste à résoudre le problème de l'alimentation électrique. On connaît par ailleurs, par la demande de brevet européen EP-A-O 153 239, une réalisation comportant un câble coaxial à fuite, installable dans la voûte d'un tunnel, pour permettre une radiodiffusion à des véhicules qui circulent dans le tunnel. Le système proposé, basse fréquence car destiné aux ondes allant de 150 KHz à 1700 KHz, prévoit l'existence de deux câbles coaxiaux à fuite et rayonnants, alimentés en parallèle, et disposés de part et d'autre de la voûte du tunnel. Une telle solution ne convient pas aux structures des avions, notamment aux structures métalliques dans lesquelles des réflexions multiples peuvent produire des déficits de diffusion incompatibles avec la sécurité attendue de la transmission des données numérisées. En outre, le mode de diffusion empêche de concevoir des liaisons point à point avec échanges de données particulières aux deux points connectés. La demande de brevet US-A-2003/0052771 propose par ailleurs de combiner une alimentation électrique à une transmission de signaux à l'aide d'un même câble coaxial. Une telle solution décrite pour alimenter seulement deux extrémités souffrirait par ailleurs des inconvénients cités ci-dessus de la perte de puissance pour le dernier point de distribution s'il y en avait plusieurs. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant une distribution par câble coaxial dans laquelle, au lieu de prévoir des prélèvements par des connexions électriques, on prévoit des prélèvements par radiations radioélectriques. Les radiations ne sont pas diffuses tout le long du câble, elles sont organisées seulement à l'endroit de points de distribution, notamment par la réalisation de petites ouvertures dans une tresse ou un blindage du câble, de façon à ne pas perturber les caractéristiques d'impédance du câble. II en résulte que, d'un bout à l'autre, le câble coaxial, qui peut être chargé par une impédance caractéristique en extrémité, ne laisse passer localement aux points de distribution que de très faibles quantités d'énergie radioélectrique. Ces très faibles pertes locales ne modifient ni l'impédance, ni la propagation du signal dans le câble. Selon l'invention, on réalise alors à l'endroit de chaque ouverture locale une antenne qui prélève la radiation radioélectrique. On conduit le signal ainsi prélevé sur une connexion qui aboutit au point de distribution. En pratique, on peut réaliser autant de points de prélèvement qu'on le désire, tout le long du câble, en n'importe quelle partie d'un avion desservie par un seul câble. En agissant ainsi, on résout efficacement le problème de la distribution partout des signaux électriques. Par ailleurs, à titre de perfectionnement, on utilise le câble coaxial, notamment son blindage ou sa tresse extérieure, comme une connexion de transmission d'une phase ou d'une polarité (continue ou alternative) d'une alimentation électrique. L'autre phase ou polarité est véhiculée soit par une masse d'une carcasse de la structure de l'avion (ou de l'édifice) ou par un autre câble coaxial. Mais dans les deux cas, le nombre de câbles installés dans l'édifice est réduit. L'invention a donc pour objet un dispositif de distribution de signaux comportant un premier câble coaxial formé par une âme conductrice, étendue dans une paroi cylindrique diélectrique, elle-même enveloppée par un blindage, caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture réalisée dans le blindage sur une partie courante du câble, l'ouverture laissant présent du matériau diélectrique interposé, une antenne disposée dans l'ouverture et une connexion électrique reliée à l'antenne. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - Figures 1 a et 1 b : un dispositif de distribution de signaux électriques conforme à l'invention ; - Figure 2 : une vue en coupe schématique de détails de réalisation et d'utilisation du dispositif de distribution de l'invention ; - Figure 3 : une variante de réalisation d'un point de distribution local conforme à l'invention ; - Figure 4 : la représentation schématique d'une utilisation du dispositif de l'invention dans un avion. La figure 1 a et la figure 1 b montrent un dispositif 1 de distribution de signaux selon l'invention. Ce dispositif 1 comporte un premier câble coaxial 2. Le câble 2 comporte une âme conductrice 3 étendue à l'intérieur d'une paroi cylindrique diélectrique 4 elle-même enveloppée par un blindage 5, typiquement une tresse métallique, en particulier en cuivre. II serait toutefois envisageable de réaliser le blindage 5 sous la forme d'une bande continue et large enroulée en hélice autour de la paroi 4. Dans la pratique, l'âme conductrice 3 est en général en cuivre, la paroi cylindrique diélectrique 4 étant en silicone, et le blindage en cuivre également. L'aluminium peut aussi être utilisé. Le câble 2 possède une certaine souplesse et, d'une manière connue, la tresse 5 est contenue dans une gaine 6 isolante, typiquement en matière plastique. Le dispositif de distribution de signaux est caractérisé par une ouverture 7 réalisée dans le blindage 5, après avoir été pratiquée dans la gaine 6. De préférence, l'ouverture 7 est affleurante au-dessus de la paroi 4. II est toutefois possible qu'au moment de l'ouverture, pour des raisons de réalisation pratique et de sectionnement de la tresse 5, une partie superficielle de la paroi 4 soit arrachée. Dans tous les cas, l'ouverture 7 laisse présent du matériau diélectrique de la paroi 4 de manière à ce que l'âme 3 ne soit pas électriquement connectable par l'ouverture 7. Le dispositif de distribution comporte également une antenne 8 réalisée ici sous la forme d'un bec de cane relié à une connexion 9. A l'endroit de l'ouverture 7, les signaux résultants du courant passant dans l'âme 3 rayonnent un champ radioélectrique capté, en champ proche, par l'antenne 8. Compte tenu de la petite taille de l'ouverture 7 l'impédance du câble coaxial 2 et donc son mode de propagation ne sont pas affectés. La forme de l'ouverture 7 peut être quelconque. Dans la pratique, elle peut avoir une forme allongée, Figure 1 a, orientée selon la direction d'allongement de l'âme 3, ou, Figure 1 b, orientée perpendiculairement à cette direction d'allongement de l'âme 3. En variante, plutôt que d'être limitée par un fuseau étroit, l'ouverture 7 peut être aménagée sur tout le pourtour du câble 2, on verra plus loin comment. Des limites, 10 et 11, donnent une idée de l'extension longitudinale maximale que peut avoir l'ouverture 7. Typiquement, cette extension est de l'ordre au maximum, à plus ou moins 20 %, du diamètre du câble coaxial 2. La particularité de l'antenne 8 est de posséder une direction d'allongement, avec le bec de cane, dans un exemple sensiblement parallèle à l'extension de l'âme 3 dans le câble 2. Sur le plan pratique, la connexion électrique 9 est réalisée sous la forme d'un deuxième câble coaxial 12 possédant, comme le premier câble 2, une âme 13 formant la connexion 9, une paroi diélectrique cylindrique 14, un blindage 15 et une gaine 16. De préférence dans ce cas, le blindage 15 est électriquement connecté par une liaison galvanique 17 au blindage 5 du câble 2. Sur la figure 2, on montre que, de préférence, la liaison galvanique 17 forme un blindage continu tout autour de la connexion 9 et de l'antenne 7. En pratique dans ce cas, l'ouverture 7, notamment si elle est pratiquée longitudinalement entre les limites 10 et 11, résulte de l'enlèvement périphérique de la gaine 6 à son endroit et de l'enlèvement localisé, seulement à l'intérieur de l'ouverture 7, du blindage 5. En pratique, le dispositif 1 de distribution comporte structurellement deux demi-coquilles 18 et 19 venant enchâsser le câble 2 à l'endroit de l'ouverture 7. Les deux demi-coquilles 18 et 19 comportent par ailleurs des moyens pour être pressées l'une contre l'autre autour du câble 2. De préférence, une demi-coquille 19, située du côté de l'ouverture 7, possède d'une part des moyens de guidage d'un outil de taraudage pour tarauder précisément l'ouverture 7, dans la gaine 6 d'une part, et dans le blindage 5 d'autre part. Une fois que ce taraudage est fait, la coque 19 possède des reliefs permettant d'y maintenir un connecteur mécanique 20 contenant d'une part un blindage 17 entourant une paroi diélectrique 21 cylindrique qui maintient la connexion 9 et l'antenne 7. Le connecteur mécanique 20 est adapté à recevoir un connecteur mécaniquement complémentaire qui, lui, est fixé à un câble coaxial 12. Le connecteur coaxial 20 peut être de différents types, par exemple, il peut être de type BNC. En agissant ainsi, on s'assure que le prélèvement de signaux électriques dans l'ouverture 7 par l'antenne 8 ne résulte que d'une production ou d'une diffusion d'une petite quantité d'énergie de signaux radioélectriques. Un organe d'utilisation locale de ces signaux peut être un circuit de mesures ou un circuit de commandes. De manière à assurer le fonctionnement adéquat de ce circuit de mesures ou de ce circuit de commandes, on prévoit que le blindage 5, et donc le blindage 17 et le blindage 15 du câble 12, servent à distribuer une phase ou une polarité, ici positive, d'une alimentation électrique 22, ici continue. De préférence dans ce cas, le retour de courant se produira par une masse 23 de la structure dans laquelle serpente le câble 2. L'alimentation électrique pourrait cependant, plutôt qu'une alimentation électrique continue, être une alimentation électrique alternative basse fréquence, typiquement entre 50 Hz et 60 Hz, à 220 V voire 380 V. Une telle structure sera dans ce cas, en particulier un avion puisque sa carcasse métallique se prête bien à assurer le retour de courant 23. En variante, plutôt que d'avoir un seul câble coaxial 2 qui chemine tout le long de la structure, on peut en prévoir deux. Dans ce cas, le deuxième câble peut servir à véhiculer la deuxième phase ou la deuxième polarité de l'alimentation électrique. On pourrait éventuellement en prévoir trois dans le cadre d'une alimentation électrique triphasée. Dans ces cas, les câbles coaxiaux d'alimentation électrique cheminent de concert dans la structure. Dans tous les cas, de préférence, l'alimentation électrique est véhiculée par le blindage des câbles dont la surface est plus grande et conduit à pouvoir transporter plus de puissance que l'âme 3. En effet la puissance véhiculable par cette dernière est limitée par la longueur de sa périphérie. La figure 3 montre une variante de réalisation de l'antenne 8. Dans le câble coaxial 2 entre les limites 10 et 11, on prévoit que le câble coaxial 12 soit relié ou utilisant un empattement 24, en surépaisseur, seulement à l'endroit de l'ouverture 7. Par exemple, alors que la gaine 6 peut avoir été enlevée sur tout le pourtour du câble 2, le blindage 5, la tresse 5, n'a été enlevée, ou plus exactement n'a été redressée qu'à l'endroit de la fenêtre 7. De l'autre côté diamétral du câble 2, la tresse 7 à l'endroit 25 continue à rester plaquée contre la paroi diélectrique 4. Dans l'empattement en sur- épaisseur 24 l'antenne 8 a une forme filaire d'un ovale très aplati, avec un brin 26 plaqué contre la paroi 4 et deux brins de liaison de retour 27 et 28, éloignés de cette paroi 4. Elle forme une boucle électrique. Le brin 27 est de préférence relié à une extrémité relevée du blindage 5, alors que le brin 28 n'entre pas au contact du blindage 5 mais est au contraire connecté à la connexion 9 formant l'âme 13 du câble 12. Typiquement, le blindage 17 est également relié, à l'endroit 29 de la connexion du brin 27, au blindage 5. Une telle réalisation peut bien entendu être faite de manière artisanale. De préférence, un socle 30, montré par les hachures, est réalisé en silicone. II comporte l'antenne 8, en partie affleurante par son brin 26, sa connexion 9 et l'âme 13, la paroi 12 ainsi que le blindage 17. Le socle 30 est apte à recevoir, une fois qu'il est introduit dans l'ouverture 7 et plaqué sur le diélectrique 4, un rabattage du blindage 5 connecté par ailleurs à ce blindage 17. La figure 4 montre, d'une manière schématique, la mise en place d'un tel câble coaxial dans un avion 31. A l'endroit de chaque point local de distribution 32 à 34, un dispositif qui y est connecté 35 à 37 comporte un amplificateur A. L'amplificateur A peut être placé en début de la connexion 9. II prélève sa puissance électrique d'amplification sur l'alimentation électrique véhiculée par le câble coaxial 2 et par la masse 23 dans l'avion. Les extrémités de la liaison 13 17 sont dans tous les cas adaptées pour éviter toutes réflexions et ondes stationnaires. Le dispositif connecté, en émission ou en réception, comporte par ailleurs des moyens pour coder les signaux à distribuer à haut débit. Dans la pratique, ces signaux seront codés en utilisant de préférence un codage de type GSM typiquement avec les mêmes bandes de fréquence entre 900 MHz, 1800 MHz ou 2100 MHz, autant en émission qu'en réception. En pratique, un tel protocole permet par les différences des fréquences montantes et descendantes, de réaliser un multiplexage des transmissions. Pour simplifier, on pourra admettre que chaque appareil connecté puisse émettre autour d'une fréquence fi, par exemple ici, f1, f2, f3 pour les appareils connectés 35 à 37. En variante, plutôt que d'avoir un multiplexage fréquentiel, les appareils connectés 35 à 37 mettront en oeuvre un multiplexage temporel, typiquement du type de celui prévu dans le cadre du protocole GSM (Global System for Mobile - système de télécommunications pour les téléphones mobiles). REVENDICATIONS 1 - Dispositif (1) de distribution de signaux comportant un premier câble (2) coaxial formé par une âme (3) conductrice, étendue dans une paroi (4) cylindrique diélectrique, elle-même enveloppée par un blindage (5), caractérisé en ce qu'il comporte une ouverture (7) réalisée dans le blindage sur une partie courante du câble, l'ouverture laissant présent du matériau diélectrique interposé, une antenne (8) disposée dans l'ouverture et une connexion électrique (9) reliée à l'antenne. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la connexion électrique (17) comporte un autre câble (12) coaxial, dont le blindage (15) est relié au blindage du premier câble coaxial et forme un blindage continu à la jonction de ce premier câble avec cet autre câble. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que la connexion électrique comporte un connecteur coaxial (20). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le blindage du câble coaxial est parcouru par un courant électrique d'alimentation électrique (22), un retour de ce courant d'alimentation électrique étant effectué par une masse (23) d'une structure dans laquelle ce dispositif de distribution est monté. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure est un avion (31). 6 - Dispositif selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième câble coaxial cheminant de concert avec le premier câble coaxial dans une structure, un blindage d'un premier câble coaxial véhiculant une première polarité en phase d'un signal d'alimentation électrique, un blindage d'un deuxième câble coaxial véhiculant une deuxième polarité ou phase de ce signal d'alimentation électrique. 7 - Dispositif selon l'une des revendication 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un amplificateur (A) dans la connexion reliée à l'antenne. 8 - Dispositif selon l'une des revendication 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de coder les signaux à distribuer selon un protocole GSM. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'ouverture est réalisée en partie sur une périphérie (10 - 11) entière du câble. 10 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le blindage est une tresse. 11 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs ouvertures (32 - 34) réalisées sur le premier câble coaxial et des moyens de multiplexage temporel et ou fréquentiel de signaux véhiculés par le câble coaxial, en émission et ou en réception. 12 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'antenne comporte une boucle électrique (26 - 28) reliant le blindage du câble à la connexion. 13 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'antenne comporte un socle (30) contre la paroi cylindrique.