FR2461369A1

FR2461369A1 - Angled hyperfrequency coaxial element - has centre conductor covered with sleeve of high rigidity dielectric secured at each end in dielectric block

Info

Publication number: FR2461369A1
Application number: FR7917846A
Authority: FR
Inventors: Robert Duret; Henri Jouffroy; Pierre Ribout
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1981-01-30
Also published as: FR2461369B1

Abstract

The bent or curved coaxial element for use with hyperfrequencies up to 186Hz comprises two halves (30) which are clamped together to provide a through bore (3) whose axis curves through e.g. a right angle. The bore surface serves as the outer conductor with the centre wire conductor lying on the bore axis. The two halves have a plane of sepn. in which the axis lies. The centre conductor is covered with a sleeve of thermoplastics material (20) onto each end of which a cylindrical block of dielectric (40,42) e.g. PTFE is slid. The blocks are clamped between the two halves and retained in place by abutting shoulders formed by a reduced dia. central portion (22) of the bore. The element avoids the problem of dielectric gaps of known elements.

Description

t1 invention concerne un élément coaxial pour la transmission d'ondes électromagnétiques dans le domaine des hyper frequences, ainsi que son mode de réalisation. Elle concerne aussi les composants comprenant de tels éléments. The invention relates to a coaxial element for the transmission of electromagnetic waves in the microwave domain, as well as to its embodiment. It also relates to components comprising such elements.

Dans la technique des ondes radioélectriques de haute fréquence, décimètriques, centimètriques et millimètriques notamment, on utilise entre autres, comme éléments de transmission, des lignes coaxiales,c'est-à-dire des lignes constituées de deux conducteurs disposés concentriquement l'un à l'autre entre lesquels à lieu la propagation du champ électro magnétique de l'onde à transmettre. In the technique of high-frequency, decimetric, centimeter and millimeter radio waves in particular, coaxial lines, that is to say, lines consisting of two conductors arranged concentrically with one another, are used as transmission elements, among other things. the other between which takes place the propagation of the electromagnetic field of the wave to be transmitted.

Très généralement le conducteur extérieur creux est à section circulaire et le conducteur central, lui-même creux ou plein, également cylindrique. Ces conducteurs sont maintenus ensemble de diverses manières, par des parties en ma tériau diélectrique qui s' appuient sur l'un et l'autre des conducteurs disposées généralement de loinen loin à l'intérieur de l'élément coaxial.Ces parties isolantes constituent le point faible de l'élément, sous l'angle de ses possibilités de tenue à la tension électrique haute fréquence développée entre ses conducteurs constitutifs par ltonde électromagnétique. te diélectrique doit présenter de hautes qualités pour que,notamment,les champs électriques qui peuvent prendre naissance dans la ligne n'entraînent pas de décharges au sein de ces parties, et leur détérioration progressive en cours de fonctionnement à la suite de ces décharges. Very generally the hollow outer conductor is circular in section and the central conductor, itself hollow or solid, also cylindrical. These conductors are held together in various ways by dielectric material portions which are supported on both conductors disposed generally far away within the coaxial element. weak point of the element, from the angle of its ability to withstand the high frequency electrical voltage developed between its constituent conductors by the electromagnetic wave. the dielectric must have high qualities so that, in particular, the electric fields that can originate in the line do not cause discharges within these parts, and their gradual deterioration during operation as a result of these discharges.

te problème se complique encore lorsque, comme c'est le cas pour les matériels placés à bord des satellites arti- ficiels, les éléments coaxiaux dont il est question baignent dans une atmosphère qui est celle de la haute altitude des orbites, à pression très basse, de l'ordre de la fraction de millimètre de mercure dans certains cas, sans possibilité de pressurisation. the problem is further complicated when, as is the case with the materials placed on board artificial satellites, the coaxial elements in question are bathed in an atmosphere which is that of the high altitude of the orbits, at very low pressure. , of the order of the fraction of a millimeter of mercury in some cases, without the possibility of pressurization.

I1 s'aggrave enfin dans les parties coudées de telles lignes, dans lesquelles les champs électriques.dévéloppés peuvent atteindre localement des valeurs encore beaucoup plus élevées que dans les lignes droites. Finally, it is aggravated in the bent parts of such lines, in which the developed electric fields can locally reach values still much higher than in straight lines.

C'est pourquoi l'invention sera décrite dans le cas d'un élément coaxial coudé,bien qu'elle s'applique de façon générale à tout élément coaxial de ligne de propagation en haute fréquence. This is why the invention will be described in the case of a coaxial element bent, although it applies generally to any coaxial element of high frequency propagation line.

t'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent
- Figures 1 (a) et 1 (b) d'une part, et
- Figures 2 (a) et 2 (b) d'autre part : des exemples de réalisation d'éléments coaxiaux suivant l'art antérieur,
- Figures 3 (a) et 3 (b) : deux vues complémentaires d'un élément coaxial de l'invention , et
- Figures 4 (a), 4 (b) et 4 (c).: des vues en coupe de l'élément coaxial de la figure précédente.The invention will be better understood by referring to the following description and the attached figures which represent
- Figures 1 (a) and 1 (b) on the one hand, and
FIGS. 2 (a) and 2 (b) on the other hand: examples of embodiments of coaxial elements according to the prior art,
FIGS. 3 (a) and 3 (b): two complementary views of a coaxial element of the invention, and
- Figures 4 (a), 4 (b) and 4 (c): sectional views of the coaxial element of the previous figure.

les figures 1 (a) et 1 (b) illustrent un exemple de réalisation d'un coude coaxial suivant l'art antérieur. Figures 1 (a) and 1 (b) illustrate an embodiment of a coaxial bend according to the prior art.

Dans l'exemple des figures 1, le conducteur intérieur 1, cylindrique,plein, est maintenu en position dans le conducteur extérieur 3 par l'intermédiaire d'un élément 2 en matériau diélectrique, du polytétrafluoréthylène (PTFE), dont une variété est connue sous le nom de Teflon, marque déposée, ou un composé à base de téflon, par exemple. Cet élément 2 est réalisé en deux moitiés pour permettre son montage sur le conducteur 1 ; il est ensuite emprisonné par serrage entre les deux demi-coquilles -30 et 32 rabattues l'une sur l'autre,d ns lesquelle3 est creusé le conducteur 3, comme le montrent les figures. In the example of FIGS. 1, the solid cylindrical inner conductor 1 is held in position in the outer conductor 3 by means of an element 2 made of dielectric material, polytetrafluoroethylene (PTFE), a variety of which is known. as Teflon, trademark, or a teflon-based compound, for example. This element 2 is made in two halves to allow its mounting on the conductor 1; it is then imprisoned by clamping between the two half-shells -30 and 32 folded one over the other, in which 3 is dug the conductor 3, as shown in the figures.

tes figures 2 (a) et 2 (b) illustrent un autre exemple de réalisation d'un coude coaxial suivant l'art antérieur. Figures 2 (a) and 2 (b) illustrate another embodiment of a coaxial bend according to the prior art.

Dans l'exemple de la figure 2 (a) l'élément 2 est réalisé sous la forme de deux cylindres droits dont chacun présente une base coupée obliquement de façon à permettre son montage sur le conducteur intérieur 1 ; l'ensemble conducteur 1 et cylindriques 2 est ensuite serré entre les deux demicoquilles 30, 32 comme précédemment ;chacune de ces demicoquilles porte dans ses angles quatre trous, sans repères sur les dessins, servant à ce serrage ; comme précédemment le matériau de la pièce 2 peut être le PTFE. In the example of Figure 2 (a) the element 2 is formed in the form of two straight cylinders each of which has a base cut obliquely so as to allow its mounting on the inner conductor 1; the conducting assembly 1 and cylindrical 2 is then clamped between the two half-shafts 30, 32 as previously, each of these half-cups carries in its corners four holes, without reference marks in the drawings, serving for this clamping; as before, the material of the part 2 may be PTFE.

Dans l'exemple des figures 2, on notera que chacune des deux demi-coquilles en question est elle-mme obtenue par prè-assemblage (soudage, brasage ...) de deux parties à coupe oblique, se raccordant suivant les lignes 301 et 321 ; il en est de même pour le conducteur central en deux parties raccordées en 10. In the example of FIGS. 2, it will be noted that each of the two half-shells in question is itself obtained by pre-assembly (welding, soldering, etc.) of two obliquely cut parts, connected along lines 301 and 321; it is the same for the central conductor in two parts connected in 10.

L'inconvénient majeur des systèmes décrits ci-dessus est la présence d'une coupure dans le milieu diélectrique de la pièce 2 qui a pour conséquence, dans le cas d'une forte dépression ambiante, une mauvaise tenue en tension et,en plus, un coefficient de réflexion élevé (rapport d'ondes stationnaires élevé),et des pertes inportantes. Cette coupure porte le reporte 100 sur les figures 1 (b) et 2 (b) qui sont des fragments des éléments coaxiaux des figures 1 (a) et 1 (b) vus en coupe par le plan de raccordement de leurs demi-coquilles. The major disadvantage of the systems described above is the presence of a cut in the dielectric medium of the part 2 which has the consequence, in the case of a high ambient depression, a poor resistance in voltage and, in addition, a high reflection coefficient (high standing wave ratio), and significant losses. This cut carries the 100 in Figures 1 (b) and 2 (b) which are fragments of the coaxial elements of Figures 1 (a) and 1 (b) seen in section through the connecting plane of their half-shells.

Une autre façon de procéder de l'art antérieur consistait à mettre en place les deux conducteurs l'un par rapport à l'autre et à couler de la matière isolante entre les deux. Another way of proceeding of the prior art was to set up the two conductors relative to each other and to cast insulating material between the two.

Cette méthode se heurtait aux difficultés résultant du retrait du matériau coulé qui pouvait laisser subsister dans l'espace entre les conducteurs des nappes ou des bulles d'air.This method was hampered by the difficulties resulting from the removal of the cast material which could leave in the space between the conductors of the layers or air bubbles.

tes figures 3 (a) et 7 (b) montrent un coude coaxial de l'invention d'après laquelle
- le conducteur intérieur coudé 1 est emmanché dans une gaine mince et souple 20 préparée séparement, en un matériau thermorétractable, isolant électrique,tel que le polytetraflu- orétrylène déjà cité,;
- après rétraction de la gaine, le conducteur intérieur 1 recouvert, sauf sur une petite longueur à ses extrémités, par la gaine 20 qui en épouse la forme et y adhère fortement est glissé par ses deux parties droites dans les manchons 40 et 42 en un matériau diélectrique,qui peut etre perferentiellement celui cité.Figures 3 (a) and 7 (b) show a coaxial bend of the invention according to which
- The bent inner conductor 1 is fitted in a thin and flexible sheath 20 prepared separately, a heat-shrinkable material, electrical insulator, such as polytetrafluoro-ortrytryene already mentioned;
- After retraction of the sheath, the inner conductor 1 covered, except for a small length at its ends, by the sheath 20 which conforms to the shape and strongly adheres to it is slid by its two straight parts in the sleeves 40 and 42 in one dielectric material, which can be perferentially the one quoted.

- l'ensemble est ensuite mis en place et serré entre les deux démi-coquilles 70 et 32 dans lesquelles est creusé le conducteur 3, dans les memes conditions que dans les exemples précédents. - The assembly is then put in place and clamped between the two half-shells 70 and 32 in which is dug the conductor 3, under the same conditions as in the previous examples.

La figure 4 (c) est une vue destine à montrer les manchons 40 et 42 et le conducteur central en coupe, par le plan de raccordement des deux demi-coquilles 30 et 72, drun élément coaxial tel que celui de la figure précédente. Elle permet de voir, avec les figures 4 (a) et 4 (b) qui en sont des coupes suivant AA et BB, la façon dont est défini le milieu diélectrique entre les deux conducteurs dans un coude coaxial de l'invention. On voit sur ces figures que, dans le cas de l'invention, l'isolement entre les deux conducteurs est assuré par la superposition de deux couches, l'une très mince constituée par la gaine, ou pellicule, 20 en un matériau diélectrique, et l'autre 22 constituée par de l'air à la pression ambiante occupant tout le reste de l'espace entre les deux conducteurs. la gaine 20, à haute régidité diélectrique, réduit les risques de claquage entre ces conducteurs sous l'effet des champs électriques qui y règnent,tandis que la seconde, de constante diélectrique faible, permet notamment d'élever la limite des fréquences possibles de fonctionnement de l'élément, pour un taux de réflexion donné. FIG. 4 (c) is a view intended to show the sleeves 40 and 42 and the central conductor in section, through the connection plane of the two half-shells 30 and 72, of a coaxial element such as that of the preceding figure. It makes it possible to see, with FIGS. 4 (a) and 4 (b) which are sections along AA and BB, the manner in which the dielectric medium between the two conductors in a coaxial bend of the invention is defined. It can be seen from these figures that, in the case of the invention, the insulation between the two conductors is ensured by the superposition of two layers, one very thin consisting of the sheath, or film, 20 of a dielectric material, and the other 22 consists of air at ambient pressure occupying all the rest of the space between the two conductors. sheath 20, with high dielectric strength, reduces the risk of breakdown between these conductors under the effect of the electric fields prevailing therein, while the second, of low dielectric constant, allows in particular to raise the limit of the possible operating frequencies of the element, for a given reflection rate.

L'isolement ainsi obtenu est bien supérieur à celui de l'art connu. The isolation thus obtained is much greater than that of the known art.

On a obtenu les caractéristiques suivantes de fonctionnement avec un coude coaxial de l'invention
- puissance crête : 2,5 kilowatts avec une pression ambiante inférieure à 10 mm de mercure,
- rapport d'ondes stationnaires : < 1,5 jusqu'à 18 giga- hertz.The following operating characteristics have been obtained with a coaxial bend of the invention
- peak power: 2.5 kilowatts with an ambient pressure of less than 10 mm of mercury,
- standing wave ratio: <1.5 to 18 gigahertz.

La préparation de l'élément coaxial de l'invention prévoit donc de revêtirle conducteur central 1 de la péllicule isolante 20. Cette opération de révètement est faite, selon l'invention,en utilisant une gaine en un matériauthermorétractable que l'on enfile sur ce conducteur ; elle peut aussi être réalisée par trempage de la partie du conducteur à revetir dans un bain du produit choisi pour ce revètement, ou par pulvérisation d'un type quelconque.Dans tous les cas, la méthode de l'invention est caractérisée par le fait que la réalisation de la gaine 20 a lieu après la mise en forme du conducteur central au profil qu'il a dans l'élément fini, profil rectiligne, à angle droit, en T... et qu'aucune déformation ne lui est imprimée après ; on évite ainsi toute altération de l'ahérence de la gaine. En plus, pendant ltopé- ration de revètement,le conducteur central en question est parfaitement accessible puisqu'il n'est pas encore monté dans l'ensemble coaxial. The preparation of the coaxial element of the invention therefore provides for coating the central conductor 1 with the insulating film 20. This revelation operation is carried out, according to the invention, using a sheath made of a self-shrinkable material that is put on this driver; it can also be carried out by dipping the part of the conductor to be coated in a bath of the product chosen for this coating, or by spraying of any type. In all cases, the method of the invention is characterized by the fact that the sheath 20 is produced after the shaping of the central conductor to the profile that it has in the finished element, rectilinear profile, at right angles, in T ... and that no deformation is printed to it after ; this avoids any alteration of the cladding ahence. In addition, during coating, the central conductor in question is perfectly accessible since it is not yet mounted in the coaxial assembly.

te raccordement de l'élément coaxial ainsi réalisé à l'installation à laquelle il est destiné se fait ensuite à partir des manchons 40 et 42 suivant la pratique connue en hyperfréquences ,par embouts coaxiaux par exemple ou suivant toutes dispositions propres à l'installation en question. the connection of the coaxial element thus produced to the installation for which it is intended is then done from the sleeves 40 and 42 according to known practice in microwave frequencies, for example by coaxial tips or according to all arrangements specific to the installation in question.

L'invention n'est pas limitée à l'exemple de coude coaxial décrit et représenté, choisi à titre non limitatif, mais couvre en général tout composant pour hyperfréquences résultant de combinaisons diverses d'éléments coaxiaux notamment les circulateurs, jonctions de toutes sortes, coupleurs, diviseurs, T, atténuateurs. utilisés dans la technique de ces ondes. The invention is not limited to the example of a coaxial bend described and shown, chosen in a nonlimiting manner, but generally covers any component for microwave resulting from various combinations of coaxial elements including circulators, junctions of all kinds, couplers, dividers, T, attenuators. used in the technique of these waves.

Claims

R E V E N D I C A T I O G S

1. A coaxial element for microwave comprising a hollow outer conductor and a central conductor coaxially secured to the outer conductor by two sleeves of an electrically insulating material, enclosing the central conductor near its ends and pressing by their outer surface on the outer conductor, characterized in that the central conductor is covered, except for a short length at each of its ends, by a film of electrically insulating material of high dielectric strength, and in that the rest of the space between the two conductors is occupied by the ambient air.

2. coaxial element according to claim 1, characterized in that the two conductors which compose it are bent at right angles.

3. A method of producing the coaxial element according to claim 1, characterized in that the coating operation of the central conductor by a film of a material with high dielectric strength is performed on the conductor before mounting in the coaxial element , and after any shaping operation of it.

4. Microwave component, characterized in that it comprises at least one coaxial element according to claim 1.