Brevet FR2916089A1 — publié le 20081114

L'invention concerne les connecteurs destinés à être montés à l'extrémité d'un câble coaxial à âme creuse. Les câbles coaxiaux à âme creuse sont utilisés notamment dans le domaine de la radiotéléphonie (GSM, UMTS, etc.) pour le raccordement des équipements des stations-relais et autres organes des parties terrestres et aériennes du réseau. Ils sont également utilisés dans d'autres applications, par exemple pour les réseaux de télédistribution. Tous ces connecteurs, qu'ils soient mâles ou femelles, présentent un côté dit "coté interface" correspondant à leur extrémité libre destinée à venir s'enficher sur un autre organe de connexion (connecteur ou embase), et un côté opposé ou "côté câble" qui est celui de l'extrémité du câble coaxial où ils sont montés. Une âme peut être pleine (pour les plus petits diamètres) ou creuse. L'âme creuse permet, outre l'économie de matière, de donner un diamètre plus important à l'âme, ce qui assure un bon centrage de cette dernière dans le diélectrique en dépit des contraintes extérieures, notamment du fait des diverses dilatations subies par le câble. De plus, une âme creuse peut être elle-même lisse ou hélicoïdale, cette dernière forme assurant une meilleure tenue mécanique de l'âme et une meilleure adaptation du point de vue des radiofréquences. Dans le cas d'une âme pleine, l'âme du câble est montée sur le conducteur intérieur du connecteur par sertissage, par brasage ou par pince-ment. Mais ces techniques ne sont pas utilisables sur une âme creuse. Pour établir la liaison avec le conducteur intérieur du connecteur, la tech-nique généralement utilisée consiste à introduire un insert dans l'âme creuse. Cet insert se présente généralement sous la forme d'une pièce décolletée ou "pince" en bronze ou autre alliage noble approprié, avec un corps cylindrique dont le diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de l'âme creuse pour permettre un ajustement étroit entre ces deux pièces. Le corps est fendu axialement de manière à définir une pluralité de doigts parallèles susceptibles d'une flexion radiale lorsque la pince est introduite dans l'âme creuse. Comme la qualité du contact entre le conducteur intérieur du connecteur et l'âme centrale conditionne directement les performances radioélectri-35 ques de la connexion, notamment en termes de produit d'intermodulation, 2 il est nécessaire de disposer d'un contact ponctuel très fort entre les doigts de la pince et la surface intérieure de l'âme creuse. Avec une âme lisse, ce contact se fait le long de génératrices, mais avec une âme hélicoïdale il se fait de manière ponctuelle entre des points localisés du som- met du profil en hélice. Pour avoir la certitude d'un bon contact, il est donc important d'assurer celui-ci sur une longueur suffisante, ce qui conduit à une pince de dimensions relativement importantes, avec corrélativement une incidence sur la dimension et l'encombrement du connecteur. Il est également nécessaire, toujours pour disposer de bonnes performan- ces du point de vue radioélectrique, que le contact soit établi le plus près possible de l'extrémité du câble coaxial, et maintenu en dépit des diverses contraintes, notamment de dilatation, que le connecteur pourra être amené à subir après le montage sur l'extrémité du câble coaxial. Pour favoriser encore le contact électrique, il est possible de prévoir un moletage, ainsi qu'une précontrainte élastique, vers l'extérieur, des doigts de la pince. On comprendra que l'usinage de la pince et ses propriétés mécaniques sont des éléments critiques pour atteindre les performances souhaitées du point de vue radioélectrique. Ces pièces qui doivent être usinées avec le plus grand soin ont bien évidemment une incidence non négligeable sur le prix de revient du connecteur. Une autre difficulté tient au fait, notamment avec les coaxiaux à âme lisse, que pour un même type de câble les diamètres intérieurs de l'âme peu-vent varier d'un fabricant à l'autre. Ces différences, qui vont au-delà des simples tolérances de fabrications, imposent de prévoir autant de pinces différentes que de diamètres intérieurs. En d'autres termes, le connecteur n'est pas universel et il sera nécessaire d'usiner des pinces avec un dimensionnement différent selon le fournisseur de câbles, avec ici encore une incidence non négligeable sur le prix de revient total du connecteur. Toutes ces contraintes nécessitent une pince qui constitue un élément re- lativement coûteux du connecteur : pièce décolletée, utilisation d'alliages spécifiques, maîtrise de l'élasticité des doigts, spécificité de la pince pour un type de câble donné, etc. L'invention propose un nouveau type de connecteur pour câble coaxial à âme creuse, indifféremment lisse ou hélicoïdale, qui pallie l'ensemble des 35 inconvénients que l'on vient d'exposer. 3 Le connecteur de l'invention est du type général, en lui-même connu, comportant : un ensemble conducteur interne, comprenant côté interface une broche de contact, mâle ou femelle, et côté câble un élément de liai-son électrique à l'âme du câble coaxial ; et un corps métallique formant conducteur extérieur comprenant une cavité logeant l'ensemble conducteur interne, et des moyens de mise en contact électrique avec le conducteur de masse du câble et d'amarrage mécanique du câble au connecteur. L'élément de liaison électrique à l'âme du câble coaxial comprend une pince apte à être introduite dans l'âme creuse du câble coaxial et comportant un corps cylindrique présentant un diamètre correspondant sensiblement au diamètre intérieur de l'âme creuse du câble coaxial pour permettre l'enfoncement à l'intérieur de cette dernière, ce corps cylindrique étant conformé avec une pluralité de doigts parallèles s'étendant axialement côté câble. De façon caractéristique de l'invention, l'élément de liaison comprend en outre une pièce intermédiaire conductrice en liaison électrique avec la broche de contact de l'ensemble conducteur interne. Cette pièce intermédiaire comprend une région centrale, logée dans la région axiale de la pince, et une pluralité de bras attenants à la région centrale. Ces bras s'étendent radialement à partir de celle-ci au travers des intervalles entre les doigts de la pince, en faisant saillie radialement au-delà du corps de la pince. Ils sont flexibles et présentent à l'état libre un diamètre d'ensemble supérieur au diamètre intérieur de l'âme creuse du câble coaxial. De cette manière, l'insertion dans l'âme creuse de l'ensemble formé par le corps et la pièce intermédiaire provoque un fléchissement des bras lors de leur pénétration dans l'âme creuse, et la sollicitation radiale ponctuelle des extrémités de ces bras contre des surfaces en vis-à-vis de l'âme creuse. Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses de l'invention : 30 û la pince est une pièce essentiellement inélastique ; - la partie des bras qui fait saillie radialement présente une courbure dirigée dans une direction opposée au côté câble ; - les bras comprennent une région proximale orientée radialement, pro-longée par une région médiane courbe et terminée par une région dis-35 tale orientée axialement ; û la pince comprend un épaulement de diamètre supérieur au diamètre de l'âme du câble coaxial, pour permettre l'insertion dans l'âme creuse de l'ensemble formé par le corps et la pièce intermédiaire jusqu'en butée de l'épaulement contre la face frontale libre de l'âme du câble coaxial ; de préférence, la région centrale de la pièce intermédiaire s'étend alors sensiblement dans un plan décalé par rapport au plan de l'épaulement, de sorte que l'extrémité des bras, en configuration fléchie, n'aille pas au-delà du plan de l'épaulement ; û le diamètre d'ensemble des bras est inférieur au diamètre de l'épaule-10 ment du corps de la pince ; û l'ensemble conducteur interne comprend en outre des moyens de liai-son électrique et mécanique de la région centrale de la pièce intermédiaire avec la broche de contact ; û les bras sont répartis angulairement de manière uniforme ; 15 û la pièce intermédiaire comprend quatre à dix bras, de préférence six ou huit bras ; - le matériau de la pièce intermédiaire est un alliage de bronze ou de cuprobéryllium. 0 20 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre du dispositif de l'invention, en référence aux dessins annexés où les mêmes références numériques désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. 25 La figure 1 est une vue en coupe longitudinale, dans un plan axial, d'un connecteur de type connu, monté à l'extrémité d'un câble coaxial à âme creuse lisse. La figure 2 est une vue en coupe longitudinale, dans un plan axial, d'un connecteur selon l'invention. 30 La figure 3 est une vue perspective éclatée illustrant la manière dont sont agencées les éléments constitutifs essentiels du connecteur de l'invention illustré figure 2, à son montage à l'extrémité d'un câble coaxial à âme creuse hélicoïdale. La figure 4 est une vue en coupe longitudinale partielle, dans un plan 35 axial, montrant la manière dont la pince et la pièce intermédiaire de contact selon l'invention assurent le contact avec l'âme creuse hélicoïdale d'un câble coaxial. La figure 5 montre isolément, en perspective, la pince et la pièce intermédiaire conductrice de l'invention, montées l'une dans l'autre. 5 La figure 6 montre isolément, en perspective, la pièce intermédiaire conductrice de l'invention. 0 La figure 1 est une coupe longitudinale, par un plan axial, d'un connecteur de type connu monté à l'extrémité d'un câble coaxial à âme cylindrique creuse. Le connecteur 10 est monté à l'extrémité du câble coaxial 12, qui comportant une âme creuse cylindrique 14, lisse dans cet exemple, et un conduc- teur extérieur de masse 16 annelé, avec un diélectrique 18 interposé entre l'âme centrale 14 et le conducteur de masse 16. Le câble comporte également une gaine isolante 20 recouvrant le conducteur de masse 16. L'extrémité du câble introduite dans le connecteur a été coupée selon un plan radial, et dénudée (à la différence d'un coaxial à âme pleine, l'âme 14 ne fait pas saillie au-delà du plan de coupe). Le connecteur comporte côté interface (à gauche sur la figure) une broche de contact 22, qui peut être mâle ou femelle. Celle-ci est montée sur un conducteur intérieur 24 terminé en forme de pince côté câble (à droite sur la figure). La pince, qui est en un matériau élastique tel qu'un bronze ou autre alliage spécifique, comporte une pluralité de doigts élastiques 26. définis par des fentes 28 formées dans le corps cylindrique de la pince 24. Elle est introduite dans l'âme creuse de manière que les doigts 26, du fait de leur élasticité, exercent un appui radial contre la surface intérieure 32 de l'âme 14. Pour renforcer ce contact ponctuel, il est possible de soumettre les doigts 26 à une précontrainte lors de la fabrication de la pince, et prévoir un moletage de la surface extérieure de la pince qui viendra en contact avec la paroi de l'âme creuse. Le contact de masse est établi par le corps métallique 30 du connecteur, séparé du conducteur central par un diélectrique 34. Le contact avec le 35 conducteur de masse 16 du câble coaxial est assuré, côté câble, par une 6 bague fendue 38 de type "cheminée" (visible également sur la figure 2) coopérant avec un épaulement 40 formé sur la bague arrière 42 du connecteur. Cette bague 38 est montée sur le corps 30 par vissage en 44. Un joint 46 assure par ailleurs l'étanchéité du connecteur vis-à-vis de l'en- vironnement extérieur. Le vissage de la partie arrière 42 déplace axiale-ment l'épaulement 40 par rapport au corps 30, ce qui a pour effet de pincer les doigts de la bague 38 contre la surface extérieure du conducteur de masse 16. L'invention propose de pallier les inconvénients liés à la pince centrale 24, 10 inconvénients qui ont été exposés plus haut dans l'introduction de la pré-sente demande. Le connecteur de l'invention présente la structure illustrée figures 2 à 6, où les éléments identiques ou fonctionnellement équivalents portent les mêmes références que dans le cas de la figure 1, notamment en ce qui 15 concerne l'établissement du contact avec le conducteur de masse du câble coaxial (qui ne fait pas partie de la présente invention). D'autre part, l'invention sera exposée en prenant comme exemple un câble coaxial à âme creuse hélicoïdale, dont le profil est visible notamment figures 3 et 4, mais l'on comprendra que l'invention s'applique aussi bien à 20 un câble à âme lisse. Côté câble, le connecteur 48 de l'invention comporte, comme le connecteur 10 de la technique antérieure, un insert 50 en forme de pince comprenant un corps cylindrique 52 pourvu de fentes longitudinales 54 s'étendant suivant une direction générale axiale, de manière à définir une plura- 25 lité de doigts 56 aptes à être insérés dans l'âme creuse 14 du câble coaxial (comme illustré figures 3 et 4). Côté interface, la pince 50 comporte un épaulement 58, de diamètre supérieur au diamètre de l'âme 14 du câble coaxial, de manière à venir en butée contre la face frontale 60 (figures 3 et 4) de l'âme 14 du câble 30 coaxial. À la différence de la pince 24 du connecteur de la technique antérieure il-lustrée figure 4, la pince 50 du connecteur de D'invention n'a pas de fonction élastique. 7 Elle peut donc être réalisée dans un matériau relativement ordinaire du point de vue de ses propriétés mécaniques, donc peu coûteux, par exemple en laiton. La fonction élastique est assurée par une pièce 62 (représentée en corn- binaison avec la pince sur les figures 2 à 5, et isolément sur la figure 6). Cette pièce intermédiaire conductrice comprend une région centrale 64 annulaire, destinée à être logée à l'intérieur du corps cylindrique 52 de la pince 50. La pièce 62 comporte également une pluralité de bras attenants à la région centrale et s'étendant radialement à partir de celle-ci au travers des encoches 54 formées entre les différents doigts 56 de la pince 50, en faisant saillie radialement au-delà du corps de la pince, comme illustré notamment sur la figure 5. Les bras 66 de la pièce intermédiaire 62 sont ré-partis angulairement de la même manière que les encoches 54, de manière à pouvoir traverser ces dernières, et sont par exemple au nombre de six ou huit. La pièce intermédiaire 62 est pourvue d'une ouverture centrale 68 permet-tant, après introduction dans la pince 50, de la fixer au moyen d'une vis centrale 70 à un élément axial 72 de l'ensemble conducteur interne, électriquement et mécaniquement relié à la broche de contact 22 (voir figure 4, notamment). À la différence de la pince 50 qui n'a pas de fonction élastique, la pièce intermédiaire 62 est une pièce élastique, réalisée en un matériau approprié tel qu'un bronze ou un cuprobéryllium. Mais sa forme simple la rend toute-fois beaucoup moins coûteuse à fabriquer que les pinces élastiques des connecteurs de l'art antérieur. Les bras 66 sont des bras courbes, tournant leur concavité à l'opposé du câble coaxial, de manière à pouvoir être fléchis naturellement lorsque l'en-semble pince 50 + pièce intermédiaire 62 est introduit dans l'âme creuse 14 du câble coaxial. Chaque bras 66 présente par exemple une région proximale 74 s'étendant dans le même plan que la région centrale annulaire 64, et une partie distale 76 décalée à angle droit (donc dirigée axialement) et raccordée à la partie proximale 74 par une partie de transition 78 en forme d'arc de cercle. La largeur des bras est de préférence cons-tante sur toute leur longueur. 8 Comme illustré figure 4, lors de l'insertion dans l'âme creuse 14 de la pince 50 équipée de la pièce intermédiaire 62, les bras 66 fléchissent et viennent en contact avec la paroi intérieure de l'âme creuse 14. Plusieurs contacts ponctuels très forts se forment ainsi (autant de contacts que de bras 66). Ces contacts sont en outre formés très près de l'extrémité libre de l'âme creuse, condition importante pour que le connecteur présente d'excellentes performances du point de vue radioélectrique, notamment en termes de produit d'intermodulation. Cette localisation des contacts à proximité de l'extrémité du câble permet également de réduire la longueur du connecteur par rapport à une configuration conventionnelle, comme on pourra par exemple le constater en comparant les figures 1 et 2. En effet, dans la mesure où le contact ne se fait plus le long de génératrices (âme lisse) ou au sommet des filets (âme hélicoïdale), la longueur de l'élément de connexion inséré dans l'âme creuse peut être réduite dans des proportions importantes, ainsi donc par voie de conséquence l'encombrement et le coût du connecteur. La pince a essentiellement une fonction de centrage de la pièce intermédiaire conductrice 62. Son enfoncement est lirnité par la venue en butée de l'épaulement 58 contre la face frontale 60 de l'âme creuse du câble coaxial, et les bras 66 présentent des dimensions et une courbure telles que ces bras, en configuration fléchie, ne dépassent pas le plan de l'épaulement 60. On notera de plus que le contact ponctuel est réalisé de façon particuliè- 2.5 rement efficace dans le cas d'une âme hélicoïdale, le contact pouvant se former aussi bien au sommet ou sur les pentes de l'hélice, que dans une partie plus lisse de l'âme, entre deux filets successifs (voir notamment l'exemple illustré figure 4). REVENDICATIONS 1. Un connecteur pour un câble coaxial (12) à âme cylindrique creuse (14), ce connecteur présentant un côté interface apte à être relié à un organe de connexion homologue, et à l'opposé un côté câble apte à recevoir l'extrémité dénudée libre du câble coaxial, ce connecteur (10) comportant : un ensemble conducteur interne, comprenant côté interface une broche de contact (22), mâle ou femelle, et côté câble un élément de liaison électrique à l'âme du câble coaxial ; et un corps métallique (30) formant conducteur extérieur comprenant une cavité logeant l'ensemble conducteur interne, et des moyens (38) de mise en contact électrique avec le conducteur de masse (16) du câble et d'amarrage mécanique du câble au connecteur, l'élément de liaison électrique à l'âme du câble coaxial comprenant une pince (50) apte à être introduite dans l'âme creuse (14) du câble coaxial et comportant un corps cylindrique (52) présentant un diamètre correspon- dant sensiblement au diamètre intérieur de l'âme creuse (14) du câble coaxial, pour permettre l'enfoncement à l'intérieur de cette dernière, ce corps cylindrique (52) étant conformé avec une pluralité de doigts parallèles (56) s'étendant axialement côté câble, connecteur caractérisé en ce que l'élément de liaison comprend en outre 20 une pièce intermédiaire conductrice (62) en liaison électrique avec la broche de contact (22) de l'ensemble conducteur interne, cette pièce intermédiaire (62) comprenant une région centrale (64), logée dans la région axiale de la pince, et une pluralité de bras (66) attenants à la région centrale, s'étendant radialement à partir de celle-ci au travers 25 des intervalles (54) entre les doigts (56) de la pince, en faisant saillie radialement au-delà du corps de la pince, ces bras étant des bras flexibles présentant à l'état libre un diamètre d'ensemble supérieur au diamètre intérieur de l'âme creuse du câble coaxial, de manière que l'insertion dans l'âme creuse de l'ensemble formé par le 30 corps (50) et la pièce intermédiaire (62) provoque un fléchissement des bras (66) lors de leur pénétration dans l'âme creuse, et la sollicitation radiale ponctuelle des extrémités de ces bras contre des surfaces en vis-à-vis de l'âme creuse. 10 2. Le connecteur de la revendication 1, dans lequel la pince (50) est une pièce essentiellement inélastique. 3. Le connecteur de la revendication 1, dans lequel la partie (76, 78) des bras (66) qui fait saillie radialement présente une courbure dirigée dans une direction opposée au côté câble. 4. Le connecteur de la revendication 3, dans lequel les bras (66) corn-prennent une région proximale (74) orientée radialement, prolongée par une région médiane (78) courbe et terminée par une région distale (76) orientée axialement. 5. Le connecteur de la revendication 1, dans lequel la pince (50) corn-prend un épaulement (58) de diamètre supérieur au diamètre de l'âme du câble coaxial, pour permettre l'insertion dans l'âme creuse de l'ensemble formé par le corps (50) et la pièce intermédiaire (62) jusqu'à venue en butée de l'épaulement contre la face frontale libre (60) de l'âme (14) du câble coaxial. 6. Le connecteur de la revendication 5, dans lequel la région centrale (64) de la pièce intermédiaire (62) s'étend sensiblement dans un plan décalé par rapport au plan de l'épaulement, de sorte que l'extrémité (76) des bras (66), en configuration fléchie, n'aille pas au-delà du plan de l'épaulement (58). 7. Le connecteur de la revendication 5, dans lequel le diamètre d'ensemble des bras (66) est inférieur au diamètre de l'épaulement du corps de la pince. 8. Le connecteur de la revendication 1, dans lequel l'ensemble conducteur interne comprend en outre des moyens (70, 72) de liaison électrique et mécanique de la région centrale (68) de la pièce intermédiaire (62) avec la broche de contact (22). 35