EP0004654B1 - Joint de dilatation pour guides d'ondes - Google Patents

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EP0004654B1
EP0004654B1 EP79100993A EP79100993A EP0004654B1 EP 0004654 B1 EP0004654 B1 EP 0004654B1 EP 79100993 A EP79100993 A EP 79100993A EP 79100993 A EP79100993 A EP 79100993A EP 0004654 B1 EP0004654 B1 EP 0004654B1
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Michel Sirel
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Cables de Lyon SA
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Cables de Lyon SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
    • H01P1/061—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a translation along an axis common to at least two rectilinear parts, e.g. expansion joints

Definitions

  • the invention relates to expansion joints for waveguides and in particular waveguides for. television stations.
  • the waveguides When the waveguides are very long and are arranged in an environment where the temperature differences are large, such as natural variations in temperature, expansion stresses occur on these waveguides. This is particularly the case for television transmitting stations, where the waveguides are made of aluminum and are placed along a steel structure, a pylon for example, and where it is common to encounter temperature differences of 50 ° C. For a length of one hundred meters, the differential expansion between the waveguides and the steel structure is then sixty millimeters.
  • a known solution consists in giving, at the foot of the pylon, a very large radius of curvature to the waveguide in order to connect it to the transmitting station; the expansions then effect the radius of curvature sand causing excessive deformations of the waveguide; in such a solution the waveguide, from the foot of the pylon to its top, must be fixed in a non-rigid manner to the steel structure of the pylon so that the expansion can play freely.
  • waveguides which make it possible to accept differences in expansion, especially in the case where the section of the waveguides is reduced: these are flexible waveguides. They have a relatively high attenuation and they are difficult to achieve when the waveguides have a large cross section, as is notably the case of the waveguides for television transmitting stations.
  • US Patent 3822412 describes an expansion joint for a waveguide comprising in alignment a first and a second element of the same internal dimensions as the waveguide and free to move longitudinally relative to each other, the first element being constituted by a tube, said elements being separated longitudinally by a distance which varies when the waveguide expands or contracts.
  • US Patent 2,434,509 describes a junction for coaxial cable comprising a trap disposed between two aligned tubular elements fixed to each other, and of electrical length equal to half the wavelength of the electromagnetic radiation to be transmitted, this trap being folded up and formed by two branches arranged between coaxial rings, each of the branches being of length close to a quarter of the wavelength.
  • the present invention aims to provide an expansion joint that allows to ensure the electrical continuity of the wave across the expansion guide beach, and thus ensures a low standing wave ratio regardless of the temperature which is worn the expansion joint.
  • the expansion joint according to the invention is characterized in that the second element comprises a trap established at least partially between said elements and outside the first element, the trap having an electrical length equal to half the length d wave corresponding to the central frequency transmitted by the waveguide and being re-aligned so as to obtain two lines having substantially the same electrical length, a first line consisting of a space between the first element and a first branch of the second element , a second line consisting of a space between said first branch and a second branch, one end of which is folded back and comes opposite said external face of the first element, and covers one end of said first branch, the second line having a width greater than that of the first line, therefore a greater impedance.
  • the expansion joint comprises a first element 1 and a second element 2 of rectangular waveguide, each element having at one end a flange 3 and 4 respectively, for fixing these elements to the rectangular waveguide.
  • Elements 1 and 2 are not integral with one another, and can move longitudinally relative to one another along their axis.
  • the first element 1 is a rectangular cross-section tube; the second element 2 carries a trap folded over on each of its long sides; each trap consists of two branches, a first branch 5 facing the outside face of the first element 1, and a second branch 6, above the first branch, which has a folded end 7 which comes opposite the outer face of the first element, and covers the end of the first branch.
  • a first line 8 is thus obtained between the first element 1 and the first branch 5, and a second line 9 between the branches 5 and 6.
  • the first line has an average electrical length CD and the second line has an average electrical length AB.
  • the trap is folded to reduce its size, its average electrical length corresponds to the path ABCD E.
  • the electrical lengths AB and CD are close to a quarter of the wavelength, the electrical lengths triques BC and DE being small compared to the half-wavelength, so that the short-circuit which is materialized in A is reported in E.
  • the half-length d wave is equal to 25 centimeters, and the sum of the electrical lengths BC and DE is of the order of 2.5 to 3 centimeters.
  • elements 1 and 2 move relative to each other; the electric length of the line CD is then only modified, causing a variation in the impedance brought back to point E.
  • these can be filled with a dielectric material such as, for example, polyethylene.
  • the path CDE In order not to introduce a standing wave ratio, with the trap, the path CDE must be equivalent to the path ABC and equal to a quarter of wavelength; well extended if some parts of these paths are in polyethylene or in the air, it should be taken into account.
  • a variation of 50 millimeters can be obtained between the first and second elements 1 and 2 of the expansion joint. without affecting the standing wave ratio.
  • band IV of television the standing wave ratio of an expansion joint is less than 1.02 in a 60 MHz band.
  • the expansion joint is sealed by means of a flexible rubber piece 10 fixed on the one hand to the flange 3 of the first element and on the other hand to the folded end 7 of the second element, all around the expansion joint. ; a metal cover 11, surrounding the first element, and consisting of two parts 12 and 13 which can move relative to each other when the elements of the expansion joint move, provides both mechanical protection of the part rubber and keeps it in place.
  • waveguides such as those used in a television broadcasting station are filled with dry air under pressure, the normal pressure being of the order of 30 g / cm2; under the effect of this pressure the rubber part moves away from the expansion joint, and in the absence of the metal cover it should withstand this pressure.
  • a column of 200 meters of waveguides successively comprises, from the top: at the level 200 meters an expansion joint, at the level 130 meters a weight support and below an expansion joint, at level 60 meters a new weight support and a third expansion joint, at the bottom of the pylon a third weight support.
  • the vertical forces introduced by the weight supports are taken from the triangulation nodes of the pylon provided for this purpose.
  • the waveguide column is divided into three sections, each weight support having to support the weight of a third of the column, or approximately 2.5 tonnes for a rectangular guide of dimensions 43 x 21.5 centimeters in aluminum.
  • expansion joints eliminates the need to have a large radius of curvature of the waveguide at the foot of the pylon, to connect the pylon to the transmitting station itself.
  • this station being distant of several tens of meters from the pylon, the waveguide which connects it to the pylon may also include one or more expansion joints.
  • the invention is not limited to expansion joints for rectangular waveguides, whatever their dimensions, and is generally applicable to any type of waveguide and in particular to circular waveguides. , and in the latter case the trap is obviously circular.

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  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Building Environments (AREA)

Description

  • L'invention concerne les joints de dilatation pour guides d'ondes et notamment les guides d'ondes pour. les stations émettrices de télévision.
  • Lorsque les guides d'ondes ont une grande longueur et sont disposés dans une ambiance où les différences de températures sont importantes, comme les variations naturelles de la température, des contraintes de dilatation se produisent sur ces guides d'ondes. C'est le cas notamment des stations émettrices de télévision, où les guides d'ondes sont en aluminium et sont placés le long d'une structure en acier, un pylône par exemple, et où il est courant de rencontrer des écarts de température de 50°C. Pour une longueur de cent mètres, la dilation différentielle entre les guides d'ondes et la structure en acier est alors de soixante millimètres.
  • Une solution connue consiste à donner, au pied du pylône, un rayon de courbure très grand au guide d'ondes pour la raccorder à la station émettrice; les dilatations effectent alors le rayon de courbure sand entraîner de déformations trop importantes du guide d'ondes; dans une telle solution le guide d'ondes, depuis le pied du pylône jusqu'à son sommet, doit être fixé de manière non rigide à la structure en acier du pylône de façon à ce que la dilatation puisse jouer librement.
  • On connaît également des guides d'ondes qui permettent d'accepter des différences de dilatation, surtour dans le cas où la section des guides d'ondes est réduite: ce sont des guides d'ondes souples. Ils ont une atténuation relativement élevée et ils sont d'une réalisation difficile lorsque les guides d'ondes possèdent une grande section, comme c'est notamment le cas des guides d'ondes pour les stations émettrices de télévision.
  • Le brevet US 3822412 décrit un joint de dilatation pour guide d'ondes comportant en alignement un premier et un second élément de mêmes dimensions internes que le guide d'ondes et libres de se déplacer longitudinalement l'un par rapport à l'autre, le premier élément étant constitué par un tube, lesdits éléments étant séparés longitudinalement par une distance qui varie lorsque le guide d'ondes se dilate ou se contracte.
  • Le brevet US 2434509 décrit une jonction pour câble coaxial comprenant un piège disposé entre deux éléments tubulaires alignés fixés l'un à l'autre, et de longueur électrique égale à la moitié de la longueur d'onde du rayonnement électromagnétique à transmettre, ce piège étant replié et formé par deux branches disposées entre des anneaux coaxiaux, chacune des branches étant de longueur voisine de quart de la longueur d'onde.
  • La présente invention a pour but de procurer un joint de dilatation qui permette d'assurer la' continuité électrique du guide d'ondes dans toute la plage de dilatation, et qui assure ainsi un rapport d'ondes stationnaires faible quelle que soit la température à laquelle se trouve porté le joint de dilatation.
  • Le joint de dilatation selon l'invention est caractérisé en ce que le second élément comporte un piège établi au moins en partie entre lesdits éléments et à l'extérieur du premier élément, le piège ayant une longueur électrique égale à la moitié de la longueur d'onde correspondant à la fréquence centrale transmise par le guide d'ondes et etant reolié de manière à obtenir deux lignes ayant sensiblement la même longueur électrique, une première ligne étant constituée par un espace comprise entre le premier élément et une première branche du second élément, une seconde ligne étant constituée par un espace compris entre ladite première branche et une seconde branche dont une extrémité est repliée et vient en regard de ladite face extérieure du premier élément, et recouvre une extrémité de ladite première branche, la deuxième ligne ayant une largeur plus grande que celle de la première ligne, donc une impédance plus grande.
  • L'invention sera mieux comprise par la description qui va suivre d'un exemple de réalisation illustré par la figure annexée qui représente en coupe longitudinale un joint de dilatation pour un guide d'ondes rectangulaires.
  • Le joint de dilatation comporte un premier élément 1 et un deuxième élément 2 de guide d'ondes rectangulaire, chaque élément comportant à une extrémité une bride 3 et 4 respectivement, pour la fixation de ces éléments au guide d'ondes rectangulaire. Les éléments 1 et 2 ne sont pas solidaires l'un de l'autre, et peuvent se déplacer longitudinalement l'un par rapport à l'autre suivant leur axe. Le premier élément 1 est un tube de section droite rectangulaire; le second élément 2 porte un piège replié sur chacun de ses grands côtés; chaque piège est constitué de deux branches, une première branche 5 venant en regard de la face extérieure du premier élément 1, et une deuxième branche 6, au-dessus de la première branche, qui comporte une extrémité repliée 7 qui vient en regard de la face extérieure du premier élément, et recouvre l'extrémité de la première branche.
  • On obtient ainsi une première ligne 8 entre le premier élément 1 et la première branche 5, et une deuxième ligne 9 entre les branches 5 et 6. La première ligne a une longueur électrique moyenne CD et la deuxième ligne a une longueur électrique moyenne AB.
  • Le piège est replié pour diminuer son encombrement, sa longueur électrique moyenne correspond au trajet A B C D E. Les longueurs électrique AB et CD sont voisines du quart de longueur d'onde, les longueurs électriques BC et DE étant petites par rapport à la demi-longueur d'onde, de telle sorte que le court-circuit qui est matérialisé en A se trouve reporté en E. Par exemple, pur une fréquence de 600 MHz la demi-longueur d'onde est égale à 25 centimètres, et la somme des longueurs électriques BC et DE est de l'ordre de 2,5 à 3 centimètres. En fonction de la dilatation de la ligne des guides d'ondes, les éléments 1 et 2 se déplacent l'un par rapport à l'autre; la longueur électrique de la ligne CD se trouve alors seule modifiée, entraînant une variation de l'impédance ramenée au point E. En adoptant un rapport élevé entre les impédances des lignes 8 et 9, cette variation d'impédance est négligeable dans une assez large bande de fréquence, de l'ordre de 10% de la fréquence centrale, soit +5% autour de la fréquence centrale transmise par le guide d'ondes. Les lignes 8 et 9 ont des largeurs différentes et par conséquent des impédances différentes. La deuxième ligne 9 est plus large que la première ligne 8; le rapport entre leurs largeurs est de l'ordre de 3 ou 4; l'impédance de la deuxième ligne 9 est donc 3 ou 4 fois plus grande que celle de la première ligne 8.
  • Pour diminuer encore l'encombrement du piège, donc les longueurs des lignes 8 et 9, celles-ci peuvent être remplies d'un matériau dielectrique tel que par exemple le polyéthylène.
  • Afin de ne pas introduire de rapport d'ondes stationnaires, avec le piège, il faut que le trajet CDE soit équivalent au trajet ABC et égal à un quart de longueur d'onde; bien etendu si certaines parties de ces trajets se trouvent dans le polyéthylène ou dans l'air, il convient d'en tenir compte.
  • A titre d'exemple, sur des guides d'ondes rectangulaires de dimensions 43 x 21,5 centimètres, à une fréquence centrale de 500 MHz on peut obtenir une variation de 50 millimètres entre les premier et second éléments 1 et 2 du joint de dilatation sans que le rapport d'ondes stationnaires soit affecté. En bande IV de la télévision le rapport d'ondes stationnaires, d'un joint de dilatation est inférieur à 1,02 dans une bande de 60 MHz.
  • Il a été dit que le piège n'était nécessaire que sur les grands côtés du joint de dilatation dont bien évidemment les dimensions intérieures sont les mêmes que celles des guides d'ondes auxquels il est fixé; cependant les petits côtés des éléments du joint de dilatation se déplacent les uns par rapport aux autres; aussi pour éviter le frottement entre les pièces métalliques on peut interposer entre ces pièces une plaque en matière plastique.
  • Le joint de dilatation est rendu étanche au moyen d'une pièce en caoutchouc souple 10 fixée d'une part sur la bride 3 du premier élément et d'autre part sur l'extrémité repliée 7 du second élément, tout autour du joint de dilatation; un capot métallique 11, entourant le premier élément, et constitué de deux parties 12 et 13 pouvant se déplacer l'une par rapport à l'autre lorsque les éléments du joint de dilatation se déplacent, assure à la fois une protection méchanique de la pièce en caoutchouc et son maintient en place. En effet les guides d'ondes tels que ceux utilisés dans une station d'émission de télévision sont remplis d'air sec sous pression, la pression normale étant de l'ordre de 30 g/cm2; sous l'effet de cette pression la pièce en caoutchouc s'écarte du joint de dilatation, et en l'absence du capot métallique elle devrait supporter cette pression.
  • Sur la figure on a représenté deux vérins à vis 14 et 15 qui sont chacun fixés aux éléments 1 et 2 du joint de dilatation. Ces vérins servent à fixer la position relative des éléments 1 et 2 du joint de dilatation à la température ambiante, et en particulier à la température à laquelle le montage est effectué; après montage ces vérins deviennent inutiles et sont éliminés.
  • A titre d'exemple, dans l'application à une station d'émission de télévision, une colonne de 200 mètres de guides d'ondes comporte successivement, à partir du sommet: au niveau 200 mètres un joint de dilatation, au niveau 130 mètres un support poids et au-dessous un joint de dilatation, au niveau 60 mètres un nouveau support poids et un troisième joint de dilatation, au bas du pylône un troisième support poids. Bien entendu les efforts verticaux introduits par les supports poids sont pris sur des noeuds de triangulation du pylône prévus à cette effet. La colonne de guide d'ondes est divisée en trois sections, chaque support poids ayant à supporter le poids d'un tiers de la colonne, soit environ 2,5 tonnes pour un guide rectangulaire de dimensions 43 x 21,5 centimètres en aluminium. L'emploi des joints de dilatation supprime la nécessité d'avoir un grand rayon de courbure du guide d'ondes au pied du pylône, pour raccorder le pylône à la station d'émission proprement dite. Bien entendu cette station étant distante de plusieurs dizaines de mètres du pylône, le guide d'ondes qui la relie au pylône peut également comporter un ou plusieurs joint de dilatation.
  • Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux joints de dilatation pour guides d'ondes rectangulaires, quelles que soient leurs dimensions, et s'aplique de manière générale à tout type de guides d'ondes et notamment aux guides d'ondes circulaires, et dans ce dernier cas le piège est bien évidemment circulaire.

Claims (7)

1. Joint de dilatation pour guide d'ondes, comportant en alignement un premier et un second élément de mêmes dimensions internes' que la guide d'ondes et libres de se déplacer longitudinalement l'un par rapport à l'autre, le premier élément (1) étant constitué par un tube, et lesdits éléments étant séparés longitudinalement par une distance qui varie lorsque le guide d'ondes se dilate ou se contracte, caractérisé en ce que le second élément (2) comporte un piège (5, 6) établi au moins en partie entre lesdits éléments et à l'extérieur du premier élément, le piège ayant une longueur électrique égale à la moitié de la longueur d'ondes correspondant à la fréquence centrale transmise par le guide d'ondes et étant replié de manière à obtenir deux lignes ayant sensiblement la même longueur électrique, une première ligne (8) étant constituée par un espace compris entre le premier élément et une première branche du second élément, une seconde ligne (9) étant constituée par un espace compris entre ladite première branche et une seconde branche dont une extrémité (7) est repliée et vient en regard de ladite face extérieure du premier élément, et recouvre une extrémité de ladite première branche, la deuxième ligne ayant une largeur plus grande que celle de la première ligne, donc une impédance plus grande.
2. Joint de dilatation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le piège est remplie d'un matériau diélectrique.
3. Joint de dilatation selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une pièce isolante souple (10) entre les éléments afin d'en assurer l'étanchéité.
4. Joint de dilatation selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'un capot métallique (11) recouvre entièrement ladite pièce isolante souple, ledit capot comportant deux parties (12, 13) libres de coulisser l'une par rapport à l'autre.
5. Joint de dilatation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte une pièce isolante souple (10) entre les éléments afin d'en assurer l'étanchéité.
6. Joint de dilatation selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une plaque en matière plastique est interposée entre chacun des petits côtés des premier et second éléments.
7. Joint de dilatation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les deux éléments sont réunis par des vérins (14) afin de les maintenir, pour le montage, à une distance déterminée, fonction de la température ambiante, lesdits vérins étant éliminés après raccordements des éléments au guide d'ondes.
EP79100993A 1978-04-07 1979-04-02 Joint de dilatation pour guides d'ondes Expired EP0004654B1 (fr)

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EP0004654A1 EP0004654A1 (fr) 1979-10-17
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