EP0091352A1 - Procédé de fabrication d'un guide d'onde pour émetteur-récepteur d'ondes électro-magnétiques, et guide d'onde obtenu par ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'un guide d'onde pour émetteur-récepteur d'ondes électro-magnétiques, et guide d'onde obtenu par ce procédé Download PDF

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EP0091352A1
EP0091352A1 EP83400635A EP83400635A EP0091352A1 EP 0091352 A1 EP0091352 A1 EP 0091352A1 EP 83400635 A EP83400635 A EP 83400635A EP 83400635 A EP83400635 A EP 83400635A EP 0091352 A1 EP0091352 A1 EP 0091352A1
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liter
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brass
silver
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André Ormières
Raymond Gueuret
Pierre-Louis Cuvier
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Alcatel Thomson Faisceaux Hertziens SA
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
    • H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
    • H01P11/002—Manufacturing hollow waveguides

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a waveguide for an electromagnetic wave transceiver operating in the microwave range and a waveguide obtained by this method.
  • An electromagnetic waveguide is formed by a dielectric medium, generally air, surrounded by a metal envelope of generally circular or rectangular section.
  • Waveguides are often used in the field of so-called microwave electromagnetic waves to provide the link between the transmitting antenna or the receiving antenna and the amplifier stage of the transmitter or receiver.
  • the structures of these waveguides are very diverse, some waveguides have a metallic envelope of stainless steel or brass and are silver inside, others have an internal metallic envelope conducting microwave waves, covered externally by a material. insulating to thermally insulate the interior metallic envelope from the exterior environment.
  • the choice of a structure depends on the transmission problem which is to be solved.
  • the thermally isolated waveguides are preferred to those which do not have this characteristic, because in this case , the designer seeks to achieve the most perfect possible thermal insulation between the ambient air and the low noise amplifier which receives the signals from the antenna via the reception waveguide.
  • the object of the invention is to overcome the aforementioned drawbacks using a method of manufacturing an electromagnetic waveguide having a metal casing covered with a thermally insulating material and the thickness of which does not exceed a few tens of microns. Thanks to the invention, the thermal resistance of the waveguide thus obtained is satisfactory so as not to increase the noise level of the parametric reception amplifiers. The geometry of the waveguide obtained is also satisfactory to allow correct transmission of the electromagnetic waves.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a waveguide for an electromagnetic wave transmitter and receiver, characterized in that it consists in producing a metal core for electroforming in light alloy whose external dimensions are roughly equal to the internal dimensions of the envelope of the waveguide to be produced, to deposit electrolytically a thin layer of brass on the external surface of the electro-forming core corresponding to the internal surface of the envelope of the guide to be produced, to electrolytically deposit a silver layer above the brass layer and then a copper layer above the silver layer, to cover the copper layer thus obtained with a plastic material , dissolving the electro-forming core and the brass layer so as to reveal the silver layer.
  • the subject of the invention is also a waveguide obtained by the aforementioned method, characterized in that it comprises two flanges, a metal casing for guiding the electromagnetic waves, connecting the two flanges together, constituted by a layer of silver and a copper layer surrounding the silver layer to hold the two flanges in place and also comprising a coating layer of the metallic plastic envelope, placed in the space between the two flanges.
  • FIGS. 1a to 1g illustrate the different steps of the method according to the invention.
  • the electro-forming core used is represented in FIG. La, it consists of an elongated body 1 made of light aluminum alloy of the AU4G type containing 4% copper and 1% magnesium.
  • the core 1 is machined so as to have a constant rectangular or circular section corresponding to the shape of the desired waveguide and whose dimensions are approximately those inside the envelope of the waveguide to achieve.
  • the core 1 is optionally pierced with a hole 2 passing through it over its entire length.
  • the ends of the core are formed by two plane faces 3 and 4 perpendicular to the longitudinal axis of the core.
  • plastic plates are applied to the end faces 3 and 4 of the core 1 to protect them from attack by the chemical agents used in the rest of the process.
  • a first layer 7 of brass is deposited electrochemically on the core 1.
  • This operation is carried out after having previously formed on the core 1 an adhesion layer zinc, obtained for example by immersion of the nucleus 1 in a bath at 25 ° C, OHNA soda at 450g per liter, zinc oxide Zn0 at 50g and iron chloride at 1g per liter.
  • the deposit of the brass can be obtained by using an electrolyte composed of copper cyanide CN CU at 52g / liter, cyanide of CN 2 Zn at 12g / liter, sodium cyanide CN Na at 85g / liter, sodium carbonate CO 3 Na 2 at 30g / liter, ammonia chloride NH 4 Cl at 28g / liter and free cyanide at 5g / liter.
  • the fourth step of the process represented in FIG. 1d consists in depositing a silver layer 8 of approximately 7 microns thick.
  • This deposition is carried out electrolytically using an electrolyte at 20 ° C consisting for example of a silver salt Ag (CN) 2K at 55g / liter, potassium cyanide CNK at 125g / liter, potassium carbonate at 20g /liter.
  • an electrolyte at 20 ° C consisting for example of a silver salt Ag (CN) 2K at 55g / liter, potassium cyanide CNK at 125g / liter, potassium carbonate at 20g /liter.
  • the fifth step of the process represented in FIG. 1c consists in positioning two brass flanges 9 and 10 on the silver layer previously obtained, each being in contact with the protective plates 5 and 6 and to make them integral with the silver layer by an electrolytic deposition of a copper layer above the silver layer, about 40 microns thick.
  • the protective plates 5 and 6 are removed and the space between the flanges 9 and 10 is filled with a thermally insulating plastic material 12 constituted, by example, of a polyurethane resin, the thickness of which must be determined, depending on the applications, as a function of the thermal insulation sought.
  • a thermally insulating plastic material 12 constituted, by example, of a polyurethane resin, the thickness of which must be determined, depending on the applications, as a function of the thermal insulation sought.
  • the final step of the process consists in dissolving the core 1 using a first solution constituted, for example, by caustic soda OH NA at 100g / liter, at a temperature of 70 ° C then to remove the brass layer 7 using a solution, composed of sulfuric acid H 2 SO 4 at 75% and nitric acid HN0 3 at 25% to reveal the silver layer 8.
  • a first solution constituted, for example, by caustic soda OH NA at 100g / liter, at a temperature of 70 ° C then to remove the brass layer 7 using a solution, composed of sulfuric acid H 2 SO 4 at 75% and nitric acid HN0 3 at 25% to reveal the silver layer 8.
  • an additional silvering of the silver layer can be carried out so as to improve the surface condition of the metallic layer used for the propagation of the waves. electromagnetic.
  • the waveguide obtained by the process which has just been described is represented in figure lg, it is constituted by two flanges 9 and 10, a metallic envelope, being used for the propagation of the electromagnetic wave, connects the two flanges 9 and 10 and is constituted by a layer of silver 8 having approximately 2 microns thick and by a layer of copper having approximately 5 microns thick surrounding the layer of silver to hold the two flanges in place .
  • the space between the two flanges 9 and 10 is filled with plastic material 12 which provides both the desired thermal insulation and the rigidity of the waveguide thus formed.

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Abstract

Le procédé consiste à réaliser un noyau métallique (1) d'électro-formage en alliage léger dont les dimensions extérieures correspondent à peu près aux dimensions internes de l'enveloppe du guide d'onde à réaliser, à déposer par voie électrolytique une fine couche de laiton (7) sur la surface du noyau d'électro-formage correspondant à la surface interne de l'enveloppe du guide à réaliser, à déposer par voie électrolytique une couche d'argent (8) au-dessus de la couche de laiton (7) puis une couche de cuivre (11) au-dessus de la couche d'argent (8), à recouvrir la couche de cuivre (11) ainsi obtenue d'une matière plastique, (12) à dissoudre le noyau d'électro-formage (1) et la couche de laiton (7) de manière à faire apparaître la couche d'argent (8). Application : émetteur-récepteur d'ondes électromagnétiques.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un guide d'onde pour émetteur-récepteur d'ondes électromagnétiques fonctionnant dans la gamme des hyperfréquences et un guide d'ondes obtenu par ce procédé.
  • Un guide d'onde électromagnétique est constitué par un milieu diélectrique, en général de l'air, entouré par une enveloppe métallique de section généralement circulaire ou rectangulaire.
  • Les guides d'onde sont souvent utilisés dans le domaine des ondes électromagnétiques dites hyperfréquences pour assurer la liaison entre l'antenne d'émission ou l'antenne de réception et l'étage amplificateur de l'émetteur ou du récepteur. Les structures de ces guides d'ondes sont très diverses, certains guides d'ondes ont une enveloppe métallique en acier inoxydable ou en laiton et sont argentés intérieurement, d'autres ont une enveloppe métallique intérieure conductrice des ondes hyperfréquences, recouverte extérieurement par une matière isolante pour isoler thermiquement l'enveloppe métallique intérieure du milieu extérieur.
  • Le choix d'une structure dépend du problème de transmission qui est à résoudre. Dans le cas par exemple d'une réception d'ondes électromagnétiques provenant de satellites ou plus généralement de signaux provenant de l'espace, les guides d'ondes isolés thermiquement sont préférés à ceux qui n'ont pas cette caractéristique, car dans ce cas, le concepteur cherche à réaliser une isolation thermique la plus parfaite possible entre l'air ambiant et l'amplificateur à faible bruit qui reçoit les signaux de l'antenne par l'intermédiaire du guide d'onde de réception.
  • Un problème se pose cependant pour l'utilisation des guides d'ondes isolés thermiquement par une gaine isolante extérieure lorsque l'amplificateur à faible bruit du récepteur est un amplificateur paramétrique dont l'enceinte est maintenue à une température basse, de l'ordre de - 20° C.
  • On constate en effet, dans ce cas, que les calories du milieu extérieur sont transportées à l'intérieur de l'enceinte par la partie métallique du guide intérieur à la gaine isolante. L'épaisseur relativement importante (2 mm) de la partie métallique contribue à une résistance thermique de celle-ci qui est faible. Dans ces conditions, des variations brutales de température du milieu extérieur provoquent quasi instantanément les mêmes variations de température à l'intérieur de l'enceinte et par voie de conséquence font apparaître à la sortie de l'amplificateur paramétrique un niveau de bruit correspondant important. Comme ces perturbations peuvent être difficilement absorbées par les groupes de régulation de température de l'enceinte qui ont des temps de réponse trop importants, on a cherché à augmenter la résistance thermique de la partie métallique interne du guide d'onde en ramenant l'épaisseur des parois à quelques dizaines de micron. Une structure connue de ces guides d'ondes est constituée par des tuyaux rigides en matière plastique, séparés en deux parties dans le sens de leur longueur et dont la partie interne est métallisée pour permettre la propagation des ondes électromagnétiques.
  • Malheureusement la propagation des ondes électromagnétiques dans ce type de guides d'ondes ne s'effectue pas correctement car les procédés de moulage, de métallisation et de collage pour assembler les deux parties du guide d'onde ne permettent pas d'obtenir une géométrie et un état de surface satisfaisants. En effet, le moulage de la matière plastique laisse des angles de dépouille qui font que la section du guide d'onde n'est pas constante sur toute sa longueur, la métallisation de la matière plastique est délicate et le collage des deux parties du guide provoque des discontinuités de surface.
  • Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités à l'aide d'un procédé de fabrication d'un guide d'onde électromagnétique ayant une enveloppe métallique recouverte d'une matière thermiquement isolante et dont l'épaisseur ne dépasse pas quelques dizaines de microns. Grâce à l'invention, la résistance thermique du guide d'onde ainsi obtenu est satisfaisante pour ne pas augmenter le niveau du bruit des amplificateurs paramétriques de réception. La géométrie du guide d'onde obtenu est également satisfaisante pour permettre une transmission correcte des ondes électromagnétiques.
  • A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un guide d'onde pour émetteur récepteur d'ondes électromagnétiques caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un noyau métallique d'électroformage en alliage léger dont les dimensions extérieures sont à peu près égales aux dimensions internes de l'enveloppe du guide d'onde à réaliser, à déposer par voie électrolytique une fine couche de laiton sur la surface externe du noyau d'électro-formage correspondant à la surface interne de l'enveloppe du guide à réaliser, à déposer par voie électrolytique une couche d'argent au-dessus de la couche de laiton puis une couche de cuivre au-dessus de la couche d'argent, à recouvrir la couche de cuivre ainsi obtenue d'une matière plastique, à dissoudre le noyau d'électro-formage et la couche de laiton de manière à faire apparaître la couche d'argent.
  • L'invention a également pour objet un guide d'onde obtenu par le procédé précité caractérisé en ce qu'il comprend deux brides, une enveloppe métallique pour le guidage des ondes électromagnétiques, reliant les deux brides entre elles, constituée par une couche d'argent et une couche de cuivre entourant la couche d'argent pour maintenir en place les deux brides et comprenant également une couche d'enrobage de l'enveloppe métallique en matière plastique, placée dans l'espace situé entre les deux brides.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description faite au regard des dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels les figures la à 1g illustrent les différentes étapes du procédé selon l'invention.
  • Le noyau d'électro-formage utilisé est représenté à la figure la, il se compose d'un corps allongé 1 en alliage léger d'aluminium du type AU4G renfermant 4% de cuivre et 1% de magnésium. Dans une première étape, le noyau 1 est usiné de manière à présenter une section constante rectangulaire ou circulaire correspondant à la forme du guide d'onde souhaité et dont les dimensions sont à peu près celles intérieures de l'enveloppe du guide d'onde à réaliser. Le noyau 1 est éventuellement percé d'un trou 2 le traversant sur toute sa longueur. Les extrémités du noyau sont formées par deux faces planes 3 et 4 perpendiculaires à l'axe longitudinal du noyau.
  • Dans une deuxième étape représentée à la figure lb des plaques en matière plastique sont appliquées sur les faces d'extrémités 3 et 4 du noyau 1 pour les préserver de l'attaque des agents chimiques utilisés dans la suite du procédé.
  • Dans une troisième étape représentée à la figure lc une première couche 7 de laiton, d'environ 2 microns, est déposée par voie électrochimique sur le noyau 1. Cette opération est effectuée après avoir au préalable constitué sur le noyau 1 une couche d'adhérence de zinc, obtenue par exemple par immersion du noyau 1 dans un bain à 25° C, de soude OHNA à 450g par litre, d'oxyde de zinc Zn0 à 50g par litre et de chlorure de fer à 1g par litre.
  • Le dépôt du laiton pourra être obtenu en utilisant un électrolyte composé de cyanure de cuivre CN CU à 52g/litre, de cyanure de zync CN2Zn à 12g/litre, de cyanure de sodium CN Na à 85g/litre, de carbonate de sodium CO3 Na2 à 30g/litre, de chlorure d'amoniac NH4 Cl à 28g/litre et de cyanure libre à 5g/litre.
  • Après le dépôt de la couche de laiton, la quatrième étape du procédé représentée à la figure ld consiste à déposer une couche d'argent 8 d'environ 7 microns d'épaisseur. Ce dépôt est effectué par voie électrolytique en utilisant un électrolyte à 20° C constitué par exemple par un sel d'argent Ag(CN)2K à 55g/litre, du cyanure de potassium CNK à 125g/litre, du carbonate de potassium à 20g/litre.
  • Après le dépôt de la couche d'argent, la cinquième étape du procédé représenté à la figure le consiste à positionner deux brides de laiton 9 et 10 sur la couche d'argent précédemment obtenue, chacune étant en contact avec les plaques de protection 5 et 6 et à les rendre solidaires de la couche d'argent par un dépôt électrolytique d'une couche de cuivre au-dessus de la couche d'argent, de 40 microns environ d'épaisseur.
  • On pourra utiliser comme électrolyte pour effectuer le dépôt du cuivre une solution composée de sulfate de cuivre S04 Cu à 100g/litre, d'acide sulfirique H2SO4 à 180g/litre, et de chlore à 0,05g/litre.
  • A la sixième étape, représentée à la figure lf, les plaques 5 et 6 de protection sont retirées et l'espace entre les brides 9 et 10 est rempli par une matière plastique thermiquement isolante 12 constituée, par exemple, d'une résine en polyuréthane dont l'épaisseur doit être déterminée, suivant les applications, en fonction de l'isolement thermique recherché.
  • Enfin, lorsque la polymérisation de la résine est terminée, l'étape finale du procédé, représentée à la figure lg, consiste à dissoudre le noyau 1 à l'aide d'une première solution constituée, par exemple, par de la soude caustique OH NA à 100g/litre, à la température de 70° C puis à éliminer la couche de laiton 7 à l'aide d'une solution, composée d'acide sulfurique H2SO4 à 75% et d'acide nitrique HN03 à 25% pour faire apparaître la couche d'argent 8. On pourra à la fin de cette étape procéder à une argenture supplémentaire de la couche d'argent de façon à améliorer l'état de surface de la couche métallique servant à la propagation des ondes électromagnétiques.
  • Le guide d'onde obtenu par le procédé qui vient d'être décrit est représenté à la figure lg, il est constitué par deux brides 9 et 10, une enveloppe métallique, servant à la propagation de l'onde électromagnétique, relie les deux brides 9 et 10 et est constituée par une couche d'argent 8 ayant à peu près 2 microns d'épaisseur et par une couche de cuivre ayant à peu près 5 microns d'épaisseur entourant la couche d'argent pour maintenir en place les deux brides. L'espace entre les deux brides 9 et 10 est rempli par la matière plastique 12 qui assure à la fois l'isolation thermique recherchée et la rigidité du guide d'onde ainsi constitué.
  • Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, il faut comprendre que la description n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention.

Claims (14)

1. Procédé de fabrication d'un guide d'onde pour émetteur-récepteur d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un noyau métallique (1) d'électro-formage en alliage léger dont les dimensions extérieures correspondent à peu près aux dimensions internes de l'enveloppe du guide d'onde à réaliser, à déposer par voie électrolytique une fine couche de laiton (7) sur la surface du noyau d'électro-formage correspondant à la surface interne de l'enveloppe du guide à réaliser, à déposer par voie électrolytique une couche d'argent (8) au-dessus de la couche de laiton (7) puis une couche de cuivre (11) au-dessus de la couche d'argent (8), à recouvrir la couche de cuivre (11) ainsi obtenue d'une matière plastique, à dissoudre le noyau d'électro-formage (1) et la couche de laiton (7) de manière à faire apparaître la couche d'argent (8).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau d'électro-formage (1) est constitué par un corps allongé en alliage léger d'aluminium.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage léger en aluminium renferme 4% de cuivre et 1% de magnésium.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dépôt de la couche de laiton (7) est effectué après avoir déposé au préalable une couche d'adhérence de zinc.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt de la couche de zinc est obtenue par voie chimique par immersion du noyau dans un bain composé de soude caustique à 450g/litre, d'oxyde de zync à 50g/litre et de chlorure de fer à lg/litre.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt du laiton est obtenu en utilisant un électrolyte composé de cyanure de cuivre à 52g/litre, de cyanure de zinc à 12g/litre, de cyanure de sodium à 85g/litre, de carbonate de sodium à 30g/litre, de chlorure d'ammoniac à 28g/litre et de cyanure libre à 5g/litre.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt de la couche d'argent (8) est effectué en utilisant un électrolyte constitué par un sel d'argent, du cyanure de potassium et du carbonate de potassium.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'argent (8) déposée n'excède pas 7 microns d'épaisseur.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dépôt de la couche de cuivre (11) a lieu en utilisant un électrolyte composé de sulfate de cuivre à 100g/litre, d'acide sulfurique à 180g/litre et de chlore à 0,05g/litre.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau d'électro-formage (1) est dissous à l'aide d'une solution constituée par de la soude caustique à 100g/litre, et à la température de 70° C.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de laiton (7) est dissoute à l'aide d'une solution composée d'acide sulfurique à 75% et d'acide nitrique à 25%.
12. Guide d'onde caractérisé en ce qu'il comprend deux brides (9, 10), une enveloppe métallique pour le guidage des ondes électromagnétiques, reliant les deux brides entre elles, constituée par une couche d'argent (8) et une couche de cuivre (11) entourant la couche d'argent pour maintenir en position les deux brides et comprenant également une couche d'enrobage (12) de l'enveloppe métallique, en matière plastique, placée dans l'espace situé entre les deux brides.
13. Guide d'onde selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche d'argent (8) est à peu près de 7 microns.
14. Guide d'onde selon les revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de cuivre (11) est à peu près de 40 microns.
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