CH687655A5 - Guide d'ondes elliptique. - Google Patents
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Description
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Description
Cette invention concerne la fabrication de guides d'ondes elliptiques flexibles, ou flexibles et se prêtant à la torsion.
Les guides d'ondes sont largement utilisés pour la transmission de l'énergie électromagnétique dans le domaine des fréquences radio, celui des microondes et celui des longueurs d'ondes millimétriques. Une telle transmission peut s'effectuer à l'intérieur de la paroi conductrice du guide d'ondes, avec un minimum de pertes, de réflexion et de distorsion du signal.
Les guides d'ondes standard sont formés à partir de tubes métalliques rigides extrudés disponibles en longueurs rectilignes de 4,5 mètres environ qui peuvent ensuite être courbées ou amenées par torsion à la forme voulue en utilisant un équipement de fabrication spécial. Des longueurs plus élevées peuvent être obtenues en joignant ensemble des segments plus courts à l'aide de brides standard ou faites sur mesure. Dans les systèmes à microondes, il est courant que les longueurs des guides d'ondes nécessitent plusieurs courbures ou torsions pour permettre au guide d'ondes d'éviter différents obstacles sur son passage. L'utilisation des guides d'ondes rigides standard nécessite par conséquent la production d'une série de dessins de fabrication détaillés pour définir exactement la forme du guide d'ondes requis. Ceci augmente le coût du système, tout comme l'opération de formage du guide d'ondes et l'inspection et le montage subséquents du guide d'ondes. Les installations dans des équipements existants et le remplacement des guides d'ondes rigides est également une opération potentiellement coûteuse, en particulier dans les systèmes plus compliqués.
Un type de guide d'ondes important est le guide d'ondes à section transversale elliptique. Celui-ci présente une perte moindre de micro-ondes lorsqu'il fonctionne dans le mode e TE 11 que le guide d'ondes standard rectangulaire comparable. Le guide d'ondes elliptique est également capable de transmettre une puissance de micro-ondes plus importante que le guide d'ondes standard rectangulaire comparable fonctionnant en mode H 10. Comme la paroi du guide d'ondes elliptique est courbée d'une manière convexe sur toute sa surface, la résistance à la compression externe de ces guides d'ondes est supérieure à celle des guides d'ondes rectangulaires ou celle des guides d'ondes à double crête destinés à fonctionner à l'intérieur de la même gamme de fréquences. Cette résistance accrue à la déformation est importante dans des conditions défavorables sur le plan mécanique ou celui de l'environnement.
Un guide d'ondes elliptique flexible est couramment fabriqué en deux moitiés, chacune étant pressée pour former une série d'ondulations peu profondes orientées transversalement. Les deux moitiés sont alors brasées ou soudées axialement pour former le guide d'ondes complet. En général toutefois, cette forme de guide d'ondes est très difficile à plier à la main et elle ne se prête pratiquement pas à la torsion. En plus, un tel guide d'ondes elliptique est cher à fabriquer et il ne peut être fabriqué qu'en longueurs déterminées avec des dimensions fixes pour lesquelles des outils sont disponibles.
On peut considérer qu'un objet de la présente invention est de fournir une forme de guide d'ondes elliptique qui est plus flexible que celle disponible jusqu'à présent et qui est bon marché à fabriquer en grandes longueurs et dans toutes sortes de tailles.
La présente invention propose un guide d'ondes présentant une section transversale sensiblement elliptique, ayant une paroi qui comprend une bande électriquement conductrice ayant la forme générale d'une hélice autour de l'axe du guide d'ondes.
Il est entendu que le terme «elliptique» utilisé ici recouvre d'autres formes non circulaires sensiblement elliptiques, par exemple les formes ovales.
La bande est formée de préférence de manière à ce que, lorsque le guide d'ondes est vu en coupe longitudinale, sa paroi soit formée comme une série de nervures alternant avec des rainures. Les bords adjacents des spires adjacentes de la bande sont de préférence interconnectés mécaniquement, par exemple en étant repliés l'un sur l'autre.
Un élément électriquement conducteur est de préférence disposé entre les bords repliés pour diminuer les fuites électromagnétiques. Dans le guide d'ondes flexible et se prêtant à la torsion, il y aura habituellement simplement une interconnexion mécanique non rigide entre les spires adjacentes, mais des guides d'ondes flexibles ne se prêtant pas à la torsion peuvent être fabriqués en fixant rigidement ensemble les spires adjacentes, par exemple par brasage ou soudage.
L'invention comprend également un procédé pour former un guide d'ondes ayant une section transversale sensiblement elliptique, qui comprend d'enrouler une bande électriquement conductrice autour d'un mandrin dans une configuration sensiblement hélicoïdale.
L'invention est illustrée à titre d'exemple dans les dessins annexés, dans lesquels:
la fig. 1 est une vue en perspective du guide d'ondes de l'invention au cours de sa fabrication,
la fig. 1a est une vue d'extrémité du guide d'ondes de la fig. 1 alors qu'il est enroulé sur le mandrin,
la fig. 2 est une vue en coupe longitudinale à travers une portion de paroi du guide d'ondes.
la fig. 3 est une autre vue en coupe longitudinale à travers une portion de paroi d'un autre guide d'ondes selon l'invention,
la fig. 4 est une vue latérale d'une jonction entre deux longueurs de guide d'ondes de l'invention,
les fig. 5 et 6 montrent un adaptateur connecté à une extrémité du guide d'ondes respectivement dans une vue en perspective et dans une vue en coupe longitudinale, et les fig. 7 à 9 sont des vues en coupe longitudinale de différentes formes de l'adaptateur.
A titre d'exemple, le guide d'ondes de la présente invention peut être fabriqué à partir d'une mince bande de laiton (par exemple de 0.106 mm), de laiton avec un revêtement métallique (par exemple un
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revêtement de 3 à 4 (im d'argent, d'étain, d'or, de nickel ou de palladium - nickel) ou d'un autre matériau métallique ou conducteur (par exemple l'argent massif). Typiquement, la bande peut avoir 5,715 mm de large.
Lorsqu'on se reporte à la fig. 1, la bande 1 passe à travers une installation de formage 2 (par exemple des rouleaux) qui confère à la bande la forme en coupe transversale 3 souhaitée. La bande profilée 3 est alors fournie à un outil de formage 4 qui applique la bande autour d'un arbre elliptique (mandrin) S ayant un axe majeur et un axe mineur aux dimensions voulues (par exemple 14,71 mm et 8,29 mm), de sorte que les spires adjacentes 6 de l'hélice résultante 7 forment une interconnexion mécanique mutuelle. En pressant la bande profilée contre l'arbre, l'outil de formage 4 effectue une opération finale de formage sur la bande 3, pour que le guide d'ondes final comprenne une série de nervures angulaires hélicoïdales 6 ayant une section transversale sensiblement carrée ou rectangulaire, séparées par des rainures intermédiaires. A mesure que le guide d'ondes est formé, il est poussé le long de l'arbre 5 dans la direction 12, si bien qu'une longueur continue de guide d'ondes sort de l'extrémité de l'arbre 5. La taille de la section transversale du guide d'ondes peut aisément être changée, simplement en changeant la taille de l'arbre.
La fig. 2 montre une interconnexion mécanique 8 qui peut être utilisée pour former le guide d'ondes flexible et se prêtant à la torsion. Dans cet exemple, la bande profilée 3 est enroulée sur l'arbre 5 en même temps qu'un élément de support 9 qui soutient les nervures 6 pour les empêcher de s'affaisser et qui soutient également l'interconnexion 8 durant l'engagement final. Les bords adjacents des spires sont repliés en arrière l'un sur l'autre par l'outil de formage 4 pour parachever l'interconnexion mécanique 8, qui est supportée par l'élément 9 durant la fabrication du guide d'ondes. L'élément 9 peut être un fil d'aluminium ou un filament de nylon, ayant par exemple un diamètre d'environ 0,91 mm.
On comprendra que l'interconnexion 8 pourrait également être formée dans le bas des rainures, supportée par le mandrin 5.
L'interconnexion mécanique 8 de la fig. 2 comprend également un fil de jointure électriquement conducteur 10 qui est enroulé sur l'arbre elliptique 5 en même temps que la bande profilée 3 et il est disposé entre les bords repliés en arrière des spires adjacentes 6. Ce fil de jointure 10 peut par exemple être un fil de cuivre de 0,21 mm d'épaisseur portant un revêtement d'étain ou d'argent. Le fil de jointure 10 augmente la performance mécanique du guide d'ondes et diminue la fuite des microondes du guide d'ondes.
L'interconnexion mécanique 8 qui est représentée sur la fig. 3 est similaire à celle de la fig. 2, mais elle convient à un guide d'ondes flexible ne se prêtant pas à la torsion. Un élément de support 9 est à nouveau prévu, mais le fil de jointure 10 est remplacé par une longueur de fil de brasage 11, par exemple de 0,23 mm de diamètre. Après la formation du guide d'ondes hélicoïdal comme décrit, le guide d'ondes est chauffé jusqu'à la fusion de la brasure 11, que l'on laisse ensuite refroidir pour que les spires adjacentes 6 deviennent rigidement liées ensemble dans la région de l'interconnexion 8.
Des longueurs importantes du guide d'ondes peuvent être fabriquées en joignant ensemble des segments plus courts, en utilisant une bride de jonction 15 (fig. 4) qui est brasée ou soudée aux extrémités adjacentes des deux segments adjacents du guide d'ondes. Une autre méthode consiste à joindre une nouvelle bande 3 à l'extrémité d'une bande antérieure 3 avant l'application sur le mandrin, par brasage ou par soudage ou par tout autre moyen approprié, si bien que le guide d'ondes résultant a une forme sensiblement continue avec des joints moins saillants.
L'hélice 7 peut être couverte par une couche protectrice d'élastomère, de polymère thermorétractable, un matériau organique ou métallique tressé, ou similaire, pour fournir une protection supplémentaire contre l'environnement et les contraintes mécaniques. Les versions flexibles se prêtant à la torsion peuvent en outre avoir un revêtement supplémentaire, par exemple en un élastomère électriquement conducteur, pour apporter des propriétés améliorées d'isolation et d'écran électromagnétique.
Une autre version du guide d'ondes peut être fabriquée de manière à ce que l'effet d'écran soit délibérément très bas, pour fournir ainsi un guide d'ondes «à fuites». Ceci peut être réalisé en formant le guide d'ondes avec une interconnexion lâche et non rigide entre les spires adjacentes et/ou en supprimant le fil de jonction 10.
Pour connecter électriquement et adapter le guide d'ondes elliptique à différents raccords pour la transmission de micro-ondes, par exemple d'un guide d'ondes rectangulaire standard, il faut un adaptateur à brides ellipse/rectangle spécial. Celui-ci peut être brasé, accouplé ou fixé par tout autre moyen approprié à l'extrémité du guide d'ondes elliptique. Un adaptateur approprié 20 est représenté sur les fig. 5 et 6 et il comprend une partie de guidage des ondes à section transversale rectangulaire 21 qui se termine par une bride d'interface 22. L'extrémité opposée de la partie rectangulaire 21 est jointe à une section elliptique 23, dont les dimensions internes sont similaires à celles du guide d'ondes elliptique 7. L'extrémité libre de la section elliptique 23 est pourvue d'un creux annulaire interne 24, pour recevoir le guide d'ondes elliptique qui y est brasé, fixé mécaniquement ou par adhésif ou par un autre moyen. Un décrochement interne 25 est formé entre la section rectangulaire 21 et la section elliptique 23. On a inséré une série de vis de réglage 26 à travers la paroi des sections rectangulaire et elliptique et ces vis sont espacées d'une distance correspondant à un huitième de longueur d'onde, de sorte qu'en les vissant dans l'adaptateur et en les dévissant, elles peuvent être réglées pour adapter la section elliptique à la section rectangulaire.
Au lieu du décrochement 25, la section elliptique de l'adaptateur 20 peut s'amincir comme représenté sur la fig. 7. Dans les deux cas, les vis de réglage peuvent être disposées dans les deux parois plus larges du guide d'ondes, ou elles peuvent être supprimées complètement.
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Les adaptateurs des fig. 5 à 7 peuvent être en laiton, en cuivre, en aluminium, en acier inoxydable, en titane, en alliage ou en polymère. La surface interne du creux 24 peut avoir un revêtement d'argent, d'étain ou d'or par exemple, pour faciliter le brasage sur le guide d'ondes elliptique.
Le guide d'ondes de l'invention pourrait également être connecté par l'intermédiaire d'un adaptateur de couplage similaire d'une construction appropriée à d'autres formes de lignes de transmission, par exemple à des guides d'ondes diélectriques circulaires, à crête double, à crête simple ou à quatre crêtes, ou à un guide d'onde elliptique ayant une taille ou une orientation différente. La fig. 8 montre un adaptateur pour l'adaptation à des lignes de transmission coaxiales, cet adaptateur comprenant une sonde de lancement 28 et des vis de réglage 29.
Le guide d'ondes peut également être couplé à des lignes pour la propagation des micro-ondes en surface, par exemple des lignes à bande, des lignes à microbande et des lignes à nervure. La fig. 9 montre un adaptateur pour l'adaptation à une ligne à microbande 30 comprenant une crête d'adaptation 31 du guide d'ondes et des vis de réglage 32.
Le guide d'ondes est utilisé pour conduire l'énergie d'ondes électromagnétiques depuis un générateur électromagnétique. La performance du guide d'ondes de l'invention est supérieure à celle du guide d'ondes rectangulaire flexible conçu pour fonctionner à la même fréquence. Par exemple, l'atténuation des micro-ondes dans un guide d'ondes rectangulaire flexible du type WG 19 entre 16 et 20 GHz est de 0,9 dB/mètre, alors que l'atténuation des micro-ondes, dans un guide d'ondes équivalent selon l'invention est inférieure à 0,4 dB/mètre.
La puissance maximale des micro-ondes acceptable pour le guide d'ondes de l'invention est également supérieure à celle des guides d'ondes standard. Par exemple entre 16 et 20 GHz, la puissance maximale transmissible par le guide d'ondes rectangulaire flexible du type WG19 est de 0,21 kW, alors que le chiffre pour le guide d'ondes équivalent selon l'invention est de 0,5 kW, lorsque les guide d'ondes sont remplis d'air, dans des conditions sèches à température et sous pression normales.
L'affaiblissement d'adaptation du guide d'ondes de l'invention aux transitions elliptiques à chaque extrémité dépend de sa longueur et de sa taille. A titre d'exemple, une longueur d'un mètre du guide d'ondes décrit ci-dessus a un affaiblissement d'adaptation meilleur que 27 bB dans sa gamme de fonctionnement.
Le rayon de courbure minimum dans le plan E pour le guide d'ondes de l'invention est meilleur que pour d'autres formes de guides d'ondes elliptiques. Pour un guide d'ondes du type décrit, le rayon de courbure minimum permettant de respecter les spécifications relatives aux micro-ondes est de 25 mm dans le plan E et de 62 mm dans le plan H. Le rayon de courbure minimum pour d'autres types de guides d'ondes elliptiques flexibles est typiquement de 150 mm dans le plan E et de 380 mm dans le plan H.
Un autre avantage du guide d'ondes flexible se prêtant à la torsion de la présente invention est le degré élevé de torsion qui peut être atteint sans détérioration de la performance du guide d'ondes par rapport aux spécifications établies. La quantité maximale de torsion est typiquement de 360° par mètre. La torsion maximale pour d'autres formes de guides d'onde elliptiques flexibles est typiquement de 6° par mètre seulement.
Un guide d'ondes donné de la présente invention fonctionne effectivement à l'intérieur d'une bande de fréquences relativement étroite, par exemple de 15 à 20 GHz. Cependant, une gamme de tailles différentes peut être réalisée pour couvrir les besoins qui vont normalement de 0,50 GHz à 50 GHz, ces valeurs ne limitant en rien l'invention.
Claims (10)
1. Guide d'ondes présentant une section transversale sensiblement elliptique, caractérisé en ce que le guide d'ondes a une paroi qui comprend une bande électriquement conductrice (1) formée avec la configuration générale d'une hélice autour de l'axe du guide d'ondes.
2. Guide d'ondes selon la revendication 1, dans lequel la bande est formée de manière à ce que le guide d'ondes, lorsqu'il est vu en coupe longitudinale, ait sa paroi formée d'une série de nervures (6) séparées par des rainures intermédiaires.
3. Guide d'ondes selon la revendication 1, dans lequel les bords adjacents de spires adjacentes de la bande sont interconnectés mécaniquement (8).
4. Guide d'ondes selon la revendication 3, dans lequel les bords adjacents sont interconnectés mécaniquement en étant repliés l'un sur l'autre.
5. Guide d'ondes selon la revendication 4, dans lequel un fil de jonction électriquement conducteur (10) est disposé entre les portions latérales repliées de spires adjacentes.
6. Guide d'ondes selon la revendication 1, dans lequel les bords adjacents de spires adjacentes de la bande sont brasés ensemble (11).
7. Procédé pour former un guide d'ondes présentant une section transversale sensiblement elliptique, caractérisé en ce que l'on enroule une bande électriquement conductrice (1) autour d'un mandrin (5) en une configuration sensiblement hélicoïdale.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, avant d'être enroulée sur le mandrin (5), la bande (1) passe à travers des installations de formage (2, 4) qui modifient son profil en coupe transversale.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les installations de formage modifient le profil en coupe transversale de la bande (1) pour former une série de nervures (6) séparées par des rainures intermédiaires et la bande est enroulée sur le mandrin (5) en même temps qu'un élément de support (9) pour soutenir les nervures.
10. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la bande est enroulée sur le mandrin (5) en même temps qu'un fil de brasage qui est disposé entre les bords adjacents des spires adjacentes de la bande et le fil de brasage (11) est fondu pour souder ensemble les bords adjacents de la bande.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |