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SYSTEME DE TRANSMISSION POUR HAUTE FREQUENCE.
La présente addition concerne des perfectionnements, modifications, changements et additions au brevet belge ? 511,583.
La présente invention est relative aux systèmes pour la transmission des ondes ultra-courtes et, plus particulièrement, à des combinaisons de résonateurs à cavité et de lignes pour la transmission des ondes ultracourtes du type à "bandes conductrices".
Dans le brevet principal on a décrit un principe nouveau de transmission par lignes à "bandes conductrices" comprenant dans sa forme la plus simple deux conducteurs, le premier comme "conducteur de ligne" et le second comme "conducteur de terre", situés très près l'un de l'autre et pratiquement parallèles. Le conducteur dit ttconducteur de terre", qui peut être à un potentiel de terre ou à tout autre potentiel donné, est de préférence plus large que le conducteur de ligne, de manière à ce que sa surface produise effectivement une image réfléchie du conducteur de ligne, d'où il résulte que la distribution des champs électrique et magnétique entre ces conducteurs est pratiquement semblable à la distribution de ces champs entre un conducteur et le plan neutre d'un système parallèle à deux conducteurs, théoriquement parfait.
De faibles variations dans la dimension et la forme du conducteur de ligne peuvent provoquer des variations dans l'impédance caractéristique du système, mais la distribution du champ par rapport au conducteur de terre n'est pas matériellement affectée ou, si elle l'est, se stabilise rapidement d'elle même. De même certaines variations dans la surface du conducteur de terre n'affectent pas matériellement la distribution du champ par rapport à ladite surface, du fait que ces variations se neutralisent mutuellement ou n'affectent pas défavorablement, durant une période appréciable, la distribution du champ entre les deux conducteurs.
Au moyen de ce système les ondes ultra-courtes peuvent se propager pratiquement suivant le mode TEM, du fait qu'elles circulent à la surface des faces opposées des conducteurs.
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L'un des objets de la présente invention est de prévoir des filtres à cavité pouvant être utilisés en conjonction avec de telles lignes.
L'une des caractéristiques de la présente invention réside dans la simplicité avec laquelle on peut effectuer le couplage entre les résonateurs à cavité et les systèmes de transmission du type "conducteur de ligne sur conducteur de terre". Selon la présente invention les cavités peuvent être couplées à la ligne de transmission en prolongeant le conducteur de ligne dans la cavité ou en prévoyant une communication entre la cavité et l'espace compris entre les conducteurs de ligne et de terre.
Les objets et caractéristiques de la présente invention apparattront plus clairement et l'invention elle-même sera mieux comprise si l'on se réfère à la description suivante d'exemples de réalisation ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels
La Fig. 1 montre une vue en coupe longitudinale d'une combinaison d'un résonateur à cavité du type coaxial couplé à une ligne de transmission du type à bandes conductrices.
La Fig. 2 montre une vue en coupe transversale prise pratiquement suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1.
La Fig. 3 montre une vue en plan d'une ligne à bandes conductri-ces à laquelle est couplé un résonateur à cavité, à travers le conducteur de terre de ladite ligne.
Les Figs. 4 et 5 montrent des vues en coupe transversale prises pratiquement suivant les lignes 4-4 et 5-5 de la Fig . 3.
La Fig. 6 montre une vue en plan d'une combinaison d'un système de transmission à ligne à bandes conductrices et d'un dispositif de filtre à cavité à couplage multiple.
La Fig. 7 montre une vue en coupe transversale prise pratiquement suivant la ligne 7-7 de la Fig. 6; et
La Fig. 8 montre une vue fragmentaire en plan, d'une extrémité adaptée de l'une des lignes de transmission.
Si l'on se réfère aux Figs. 1 et 2, on voit que la ligne pour la transmission des ondes ultra-courtes est du type à circuit imprimé comprenant un premier conducteur ou "conducteur de ligne" 1 et un second conducteur ou conducteur de terre" 2 séparés par une couche de substance isolante. La substance conductrice peut être appliquée sur la couche d'isolant, tel que du polystyrène, du polyéthylène, du "Teflon", ou tout autre isolant flexible de haute qualité diélectrique, sous la forme d'une peinture ou d'une encre conductrice, ou bien la substance conductrice peut être déposée chimiquement, pulvérisée à travers un pochoir ou saupoudrée sur des surf a- ces choisies et préparées de l'isolant selon les techniques connues des circuits imprimés.
Pour des tronçons de ligne relativement courts, les bandes conductrices peuvent être coupées et appliquées sur l'isolant par étampage. Dans certains procédés pour la fabrication des câbles, l'isolant peut être extrudé et recouvert, simultanément ou ultérieurement.*sur ses deux faces, d'une bande de substance conductrice de l'épaisseur et de la largeur désirées. Lorsque les deux revêtements sont de même largeur et que l'on désire réduire la largeur de l'un d'entre eux, on peut recouvrir les portions des deux revêtements qui doivent être conservées d'une substance chimiquement inerte, les parties devant être supprimées restant exposées; on plonge ensuite l'ensemble dans un bain décapant ce qui a pour effet de supprimer les portions exposées des revêtements conducteurs.
Bien que les deux revêtements conducteurs 1 et 2 soient montrés comme étant pratiquement de section rectangulaire, ils peuvent se présenter sous des formes différentes à condition que l'un des conducteurs présente une surface plane -par rapport à l'autre conducteur. De préférence le conducteur de terre est deux ou trois fois plus large que le conducteur de ligne 1, bien que si ces deux conducteurs sont d'égale largeur, ils peuvent, lorsqu'ils sont imprimés sur une feuille de substance diélectrique, fonctionner d'une mandmère
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à peu près similaire.. De tels systèmes à conducteurs parallèles comportent cependant des points critiques et ont tendance à présenter des champs disper- ses . Pour un rapport des largeurs du conducteur de ligne et du conducteur de terre égal à 1/3,
la demanderesse a remarqué que le champ électrique concentre varie d'environ 95% à 99%, éliminant ainsi la caractéristique critique de la ligne à conducteur parallèle. De ce qui précède, il apparaît clairement qu'un conducteur de terre étroit, mais légèrement plus large que le conducteur de ligne, peut être utilise sans provoquer de pertes im- portantes de radiation ; lorsqu'il peut être deux ou trois fois plus large que le conducteur de ligne,on peut obtenir des lignes de transmission pré- sentant des pertes très faibles. Pour de plus amples détails relatifs à la construction de divers câbles à conducteur de ligne sur conducteur de terre, on pourra se référer au brevet belge N 512.499.
De la description précédente d'un système de transmission à conducteur de ligue sur conducteur de terre il apparaît clairement qu'un tel dispositif conducteur est semblable à un guide d'ondes rectangulaire, plus spécialement lorsque le conducteur de ligne se présente sous la forme d'une bande plate. Que le conducteur de ligne soit rond, oval ou plat, la propagation des ondes présente une polarisation prédomiante, c'est-à-dire que la concentration des lignes électriques de force 4 est pratiquement perpendiculaire aux surfaces opposées des conducteurs de ligne et de terre.
De ce fait on comprendra que l'écartement entre les deux conducteurs est égal à une petite fraction d'un quart de la longueur d'onde des ondes ul- tra-courtes qui s'y propagent,et que cet écartement est habituellement inférieur au diamètre ou à la largeur du conducteur de ligne 1, donnant ainsi une concentration élevée du champ électrique directement au dessous du conducteur de ligne. Le résonateur à cavité montré aux Figs. 1 et 2 est du type coaxial et comporte une paroi cylindrique 4 pourvue de parois d'extrémités 5 et 6 et d'un conducteur central 7. Une sonde d'accord 8 est disposée à une extrémité de la cavité. La paroi cylindrique 4 comporte deux ouvertures 9 et 10 afin de permettre le couplage à une ligne du type à bandes conductrices.
Les conducteurs de terre des lignes sont connectés à la paroi 4 tandis que le conducteur de ligne 1 se prolonge, à travers l'ouverture 9 à l'intérieur de la cavité, constituant ainsi une sonde 11 disposée parallèlement au champ électrique. L'ouverture 9 est obstruée au moyen d'une substance diélectrique 12 qui peut comprendre la portion d'extrémité de la substance diélectrique 3 disposée entre les conducteurs 1 et 2. L'ouverture 10 se trouve près de l'une des extrémités du résonateur coaxial, à l'endroit où le cha.mp magnétique est le plus intense. L'ouverture 10 est également obstruée par la substance diélectrique 14.
La sonde 11 et la boucle 13 sont montrées à la Fig. 1 pour illustrer la manière suivant laquelle la ligne de transmission du type à bandes conductrices peut être couplée aux champs électrique et magnétique d'une cavité. Lorsque deux de ces lignes sont couplées à la même cavité, elles peuvent être identiques, de façon à réaliser un couplage avec le même champ ou bien elles peuvent être disposées ainsi que le montre la figure de manière à ce que l'une soit couplée au champ électrique et l'autre au champ magnétique.
Sur la Fig. 2 la substance diélectrique 3 et 12 a été omise, de façon à montrer la concentration du champ électrique entre les conducteurs 1 et 2. On observera que ce champ est hautement concentré entre les surfaces opposées des deux conducteurs et que la surface étendue du conducteur de terre minimise l'effrangement. L'orientation du champ varie à l'intérieur de la cavité parallèlement à celle de ladite cavité.
La combinaison d'un résonateur à cavité et d'une ligne à bandes conductrices montrée aux Figs. 3, 4 et 5 illustre une autre méthode pratique pour effectuer le couplage entre le résonateur et -la ligne. Le résona- teur 15, qui peut être cylindrique, rectangulaire, ou de toute autre forme, est fixé au conducteur de terre 2a ou situé très près de lui.
Une ouverture 16 ménagée à travers le conducteur 2 et dans la paroi du résonateur éta- blit une communication entre la cavité et les régions du champ électrique
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concentre de 1a ligne* L'axe de l'ouverture 16 coupe le conducteur de ligne la comme indiqué aux Figs. 3 et 5. Le degréde couplage entre la ligne et le résonateur est déterminé par la dimension et la situation de l'ouverture 16 par rapport à l'espace situé au-dessous du conducteur la* Plus l'ouverture est petite et plus le couplage est faible. Pour un couplage étroit, il est préférable que le diamètre ou la largeur de 1'ouverture 16 soit légèrement plus grand que la largeur du conducteur de ligne la.
L'ouverture 16 peut naturellement être d'une forme quelconque soit ronde, soit rectangulaire, ou de toute autre forme désirée. Le résonateur peut maturellement être pourvu d'un piston d'accord 17.
Les Figs. 6 et 7 nontrent un filtre à cavités multiples couplé à une ligne du type à bandes conductrices . Le filtre comprend, suivant la présente illustration;, quatre cavités 13, 19, 20 et 21 couplées en série par des ouvertures 22, 23 et 24 selon la pratique bien connue. Chaque cavité est pourvue d'une vis d'accord 25. Les cavités d'extrémité 1ö et 21 sont couplées à la ligne à bandes conductrices suivant la manière utilisée dans l'exemple de réalisation montré aux Figs. 3 à 5. Par exemple la cavité d'extrémité 13 présente une ouverture 26 ménagée dans le conducteur de terre 2b qui , suivant la présente réalisation, forme une paroi commune à la série de cavités .
La cavité 21 est couplée de façon semblable au moyen d'une ouverture 27 ménagée dans le conducteur de terre 2b. Ces ouvertures 26 et 27 couplées aux régions situées directement sous le conducteur de ligne 1b peuvent comprendre la substance diélectrique 3b, tel qu'il est montré. Cependant la substance diélectrique peut être omise dans ces parages,sauf si l'on préfère la conserver afin de fermer complè- tement les ouvertures 26 et 27 à la pénétration de corps étrangers. Les extrémités des conducteurs 1b comprennent des plaques 28 se prolongeant latéralement qui sont proportionnées de manière à constituer des charges adaptées pour la ligne.
Si on le désire, ces extrémités peuvent comprendre un tampon de substance résistive 29 comme montré à la Fig. 8, effilé pratiquement ainsi qu'il est indiquée de façon à produire une extrémité de transition de la caractéristique désirée. Le tampon 29 peut recouvrir le conducteur le ou peut être placé au-dessous de celui-ci, comme on le désire.
Pour d'autres formes d'atténuateurs, on pourra se référer au brevet belge N 511.772.
Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un appareillage déterminée il apparattra clairement à l'homme de l'art que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la structure et à la disposition, sans que l'on s'écarte pour cela des principes de la présente invention. Par exemple les ouvertures de couplage qui sont montrées comme étant ménagées dans la paroi d' extrémité du résonateur montré aux Figs. 3 à 7, peuvent être situées dans une portion différente de la paroi du résonateur, en fonction du mode d'excitation du résonateur et du couplage désirés.
Le couplage entre les lignes de transmission et les cavités d'extrémités du filtre à cavités couplées en série des Figs. 6 et 7 peut comprendre la sonde et/ou les boucles de couplage montrées à la Fig. l, comme on le désire.
On comprendra clairement que la présente description est donnée seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention.
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HIGH FREQUENCY TRANSMISSION SYSTEM.
The present addition concerns improvements, modifications, changes and additions to the Belgian patent? 511,583.
The present invention relates to systems for the transmission of ultra-short waves and, more particularly, to combinations of cavity resonators and lines for the transmission of ultra-short waves of the "conductive strip" type.
In the main patent a new principle of transmission by lines with "conductive strips" was described comprising in its simplest form two conductors, the first as "line conductor" and the second as "earth conductor", located very close one from the other and practically parallel. The so-called "earth conductor" conductor, which may be at an earth potential or any other given potential, is preferably wider than the line conductor, so that its surface effectively produces a reflected image of the line conductor. , from which it follows that the distribution of the electric and magnetic fields between these conductors is practically similar to the distribution of these fields between a conductor and the neutral plane of a parallel system with two conductors, theoretically perfect.
Small variations in the size and shape of the line conductor can cause variations in the characteristic impedance of the system, but the distribution of the field relative to the earth conductor is not materially affected or, if it is, stabilizes quickly on its own. Likewise, certain variations in the surface of the earth conductor do not materially affect the distribution of the field relative to said surface, because these variations neutralize each other or do not adversely affect, during an appreciable period, the distribution of the field. between the two conductors.
By means of this system, ultra-short waves can propagate practically in the TEM mode, because they circulate on the surface of the opposite faces of the conductors.
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One of the objects of the present invention is to provide cavity filters which can be used in conjunction with such lines.
One of the characteristics of the present invention resides in the simplicity with which the coupling can be effected between cavity resonators and transmission systems of the “line conductor on earth conductor” type. According to the present invention, the cavities can be coupled to the transmission line by extending the line conductor into the cavity or by providing communication between the cavity and the space between the line and earth conductors.
The objects and characteristics of the present invention will appear more clearly and the invention itself will be better understood if reference is made to the following description of exemplary embodiments, said description being given in relation to the accompanying drawings in which
Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of a combination of a coaxial type cavity resonator coupled to a conductive strip type transmission line.
Fig. 2 shows a cross-sectional view taken substantially along the line 2-2 of FIG. 1.
Fig. 3 shows a plan view of a conductive strip line to which a cavity resonator is coupled, through the earth conductor of said line.
Figs. 4 and 5 show cross-sectional views taken substantially along lines 4-4 and 5-5 of FIG. 3.
Fig. 6 shows a plan view of a combination of a conductive strip line transmission system and a multi-coupling cavity filter device.
Fig. 7 shows a cross-sectional view taken substantially along line 7-7 of FIG. 6; and
Fig. 8 shows a fragmentary plan view of a suitable end of one of the transmission lines.
Referring to Figs. 1 and 2, it can be seen that the line for the transmission of ultra-short waves is of the printed circuit type comprising a first conductor or "line conductor" 1 and a second conductor or earth conductor "2 separated by a layer of substance insulating The conductive substance can be applied to the insulating layer, such as polystyrene, polyethylene, "Teflon", or any other flexible high quality dielectric insulator, in the form of paint or ink. conductive, or the conductive substance may be chemically deposited, sprayed through a stencil or sprinkled onto selected and prepared surfacing materials from the insulation according to known printed circuit techniques.
For relatively short line sections, the conductive strips can be cut and applied to the insulation by stamping. In some processes for the manufacture of cables, the insulation can be extruded and covered, simultaneously or subsequently. * On both sides, with a strip of conductive substance of the desired thickness and width. When the two coatings are of the same width and it is desired to reduce the width of one of them, it is possible to cover the portions of the two coatings which must be preserved with a chemically inert substance, the parts having to be removed remaining exposed; the assembly is then immersed in a pickling bath, which has the effect of removing the exposed portions of the conductive coatings.
Although the two conductive coatings 1 and 2 are shown to be substantially rectangular in cross section, they may take different shapes provided that one of the conductors has a flat surface relative to the other conductor. Preferably the earth conductor is two or three times as wide as the line conductor 1, although if these two conductors are of equal width, they may, when printed on a sheet of dielectric substance, operate effectively. a mandmere
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roughly similar. Such parallel conductor systems, however, have critical points and tend to have scattered fields. For a ratio of the widths of the line conductor and the earth conductor equal to 1/3,
Applicants have noticed that the concentrated electric field varies from about 95% to 99%, thus eliminating the critical characteristic of the parallel conductor line. From the above, it is clear that a narrow earth conductor, but slightly wider than the line conductor, can be used without causing significant radiation losses; when it can be two or three times as wide as the line conductor, transmission lines with very low losses can be obtained. For further details relating to the construction of various cables with line conductor on earth conductor, reference may be made to Belgian patent N 512,499.
From the previous description of a transmission system with a league conductor on an earth conductor, it is clear that such a conductive device is similar to a rectangular waveguide, more especially when the line conductor is in the form of 'a flat band. Whether the line conductor is round, oval or flat, the wave propagation has a predominant polarization, that is, the concentration of power lines of force 4 is practically perpendicular to the opposite surfaces of the line and earth conductors .
As a result, it will be understood that the spacing between the two conductors is equal to a small fraction of a quarter of the wavelength of the ultrashort waves which propagate therein, and that this spacing is usually less than diameter or width of the line conductor 1, thus giving a high concentration of the electric field directly below the line conductor. The cavity resonator shown in Figs. 1 and 2 is of the coaxial type and comprises a cylindrical wall 4 provided with end walls 5 and 6 and a central conductor 7. A tuning probe 8 is arranged at one end of the cavity. The cylindrical wall 4 has two openings 9 and 10 in order to allow coupling to a line of the conductive strip type.
The ground conductors of the lines are connected to the wall 4 while the line conductor 1 extends through the opening 9 inside the cavity, thus constituting a probe 11 arranged parallel to the electric field. The opening 9 is blocked by means of a dielectric substance 12 which may include the end portion of the dielectric substance 3 disposed between the conductors 1 and 2. The opening 10 is located near one end of the resonator. coaxial, where the magnetic cha.mp is the most intense. The opening 10 is also blocked by the dielectric substance 14.
Probe 11 and loop 13 are shown in FIG. 1 to illustrate how the conductive strip type transmission line can be coupled to the electric and magnetic fields of a cavity. When two of these lines are coupled to the same cavity, they can be identical, so as to achieve a coupling with the same field or they can be arranged as shown in the figure so that one is coupled to the electric field and the other to the magnetic field.
In Fig. 2 the dielectric substance 3 and 12 has been omitted, so as to show the concentration of the electric field between conductors 1 and 2. It will be observed that this field is highly concentrated between the opposite surfaces of the two conductors and that the extended surface of the conductor of earth minimizes disturbance. The orientation of the field varies inside the cavity parallel to that of said cavity.
The combination of a cavity resonator and a conductive strip line shown in Figs. 3, 4 and 5 illustrate another practical method of effecting the coupling between the resonator and the line. The resonator 15, which may be cylindrical, rectangular, or any other shape, is attached to the earth conductor 2a or located very close to it.
An opening 16 formed through the conductor 2 and in the wall of the resonator establishes communication between the cavity and the regions of the electric field.
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concentrates the line * The axis of the opening 16 intersects the line conductor 1a as shown in Figs. 3 and 5. The degree of coupling between the line and the resonator is determined by the size and position of the opening 16 in relation to the space below the conductor * The smaller the opening, the greater the coupling. is weak. For close coupling, it is preferable that the diameter or the width of the opening 16 is slightly larger than the width of the line conductor 1a.
The opening 16 can of course be of any shape, either round or rectangular, or any other desired shape. The resonator can maturally be provided with a tuning piston 17.
Figs. 6 and 7 show a multiple cavity filter coupled to a conductive strip type line. The filter comprises, according to the present illustration ;, four cavities 13, 19, 20 and 21 coupled in series by openings 22, 23 and 24 according to well-known practice. Each cavity is provided with a tuning screw 25. The end cavities 1ö and 21 are coupled to the conductive strip line in the manner used in the embodiment shown in Figs. 3 to 5. For example, the end cavity 13 has an opening 26 formed in the earth conductor 2b which, according to the present embodiment, forms a wall common to the series of cavities.
The cavity 21 is coupled in a similar fashion by means of an opening 27 made in the earth conductor 2b. These openings 26 and 27 coupled to the regions located directly under the line conductor 1b may comprise the dielectric substance 3b, as shown. However, the dielectric substance can be omitted in these areas, unless it is preferred to keep it in order to completely close the openings 26 and 27 to the ingress of foreign bodies. The ends of the conductors 1b include plates 28 extending laterally which are proportioned so as to constitute suitable loads for the line.
If desired, these ends can include a resistive substance pad 29 as shown in FIG. 8, tapered substantially as indicated to produce a transition end of the desired characteristic. The pad 29 may cover the conductor 1e or may be placed below it, as desired.
For other forms of attenuators, reference may be made to Belgian Patent No. 511,772.
Although the principles of the present invention have been described above in relation to a given apparatus, it will be clear to those skilled in the art that numerous modifications can be made to the structure and the arrangement, without the need for this is a departure from the principles of the present invention. For example the coupling openings which are shown to be formed in the end wall of the resonator shown in Figs. 3 to 7, can be located in a different portion of the wall of the resonator, depending on the mode of excitation of the resonator and the desired coupling.
The coupling between the transmission lines and the end cavities of the series-coupled cavity filter of Figs. 6 and 7 may include the probe and / or the coupling loops shown in FIG. l, as desired.
It will be clearly understood that the present description is given only by way of example and does not limit the scope of the invention.