FR2658004A1 - COOLING WAVE GUIDE. - Google Patents
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Abstract
Le guide d'ondes est refroidi par circulation d'un fluide réfrigérant qui assure en même temps la transmission hyperfréquence, et comporte à cet effet une canule d'entrée (3) et une canule de sortie (4) situées à chaque extrémité du guide d'ondes et à proximité des fenêtres d'étanchéité (5; 6) fermant le guide d'ondes. Les canules sont situées dans des zones non perturbatrices de la propagation radioélectrique. Une enveloppe (7) entoure le guide d'ondes dont elle est séparée par des écarteurs (8). L'espace (9) entre entre l'enveloppe et le guide est soit sous vide, soit rempli d'un matériau isolant thermique. L'abaissement de la température améliore les caractéristiques de transmission du guide d'ondes.The waveguide is cooled by circulating a refrigerant fluid which simultaneously ensures microwave transmission, and for this purpose comprises an inlet cannula (3) and an outlet cannula (4) located at each end of the guide waveguide and near the sealing windows (5; 6) closing the waveguide. The cannulas are located in areas that do not interfere with radio propagation. An envelope (7) surrounds the waveguide from which it is separated by spacers (8). The space (9) between the casing and the guide is either under vacuum or filled with a thermal insulating material. Lowering the temperature improves the transmission characteristics of the waveguide.
Description
-1- Guide d'ondes refroidi L'invention concerne le refroidissement des-1- Cooled waveguide The invention relates to the cooling of
guides d'ondes. Le refroidissement des guides d'ondes hyperfréquences est nécessaire lorsque l'on désire obtenir une importante diminution waveguides. Cooling of microwave waveguides is necessary when a large decrease is desired
des pertes linéiques.linear losses.
L'abaissement de la température en-dessous de la température critique de matériaux supraconducteurs, de même que l'abaissement de la température de l'aluminium constituant la gaine extérieure du guide d'ondes, a pour but de diminuer de façon notable la résistivité du conducteur, paramètre majeur définissant les pertes linéiques Ainsi, un guide d'ondes rectangulaire en bande X ( 10 G Hz) réalisé en aluminium a des pertes linéiques de 12 d B/l O Om à 201 C Ces pertes tombent à 3,2 d B/l O Om à la température de l'azote liquide, et à 0,4 d B/l O Om à la température de The purpose of lowering the temperature below the critical temperature of superconducting materials, as well as lowering the temperature of the aluminum constituting the outer sheath of the waveguide, is to significantly reduce the resistivity of the conductor, major parameter defining the linear losses Thus, a rectangular X-band waveguide (10 G Hz) made of aluminum has linear losses of 12 d B / l O Om at 201 C These losses fall to 3.2 d B / l O Om at the temperature of liquid nitrogen, and at 0.4 d B / l O Om at the temperature of
l'hydrogène liquide.liquid hydrogen.
Les propriétés supraconductrices de certains matériaux pourront aussi permettre d'obtenir en hyperfréquences une diminution notable de la résistivité de la gaine extérieure conductrice constituant le guide d'ondes et par conséquent des The superconducting properties of certain materials may also make it possible to obtain, at microwave frequencies, a significant reduction in the resistivity of the conductive outer sheath constituting the waveguide and consequently
pertes linéiques.linear losses.
Dans les dispositifs de refroidissements utilisés jusqu'à présent, le refroidissement est obtenu par circulation d'azote liquide dans une gaine, indépendante de la structure radioélectrique à refroidir et entourant ladite structure De tels In the cooling devices used up to now, the cooling is obtained by circulating liquid nitrogen in a sheath, independent of the radio structure to be cooled and surrounding said structure.
dispositifs sont compliqués et difficiles à mettre en oeuvre. devices are complicated and difficult to implement.
La présente invention a pour but de refroidir les guides d'ondes de manière plus simple et moins onéreuse que les The object of the present invention is to cool the waveguides in a simpler and less expensive way than the
dispositifs utilisés.devices used.
L'invention a pour objet un guide d'ondes refroidi, muni de fenêtres d'étanchéité à chaque extrémité, caractérisé par le fait qu'il est refroidi par un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du guide d'ondes qui comporte à cet effet une canule d'entrée et une canule de sortie, que les canules sont disposées chacune à une extrémité opposée du guide d'ondes, et que chaque -2- canule est située dans une zone non perturbatrice de la propagation radioélectrique du guide d'ondes Celui-ci peut être de section droite elliptique, ovale, circulaire ou carrée Toutefois, selon une autre caractéristique, il est de préférence de section s rectangulaire, a deux grandes faces, et les canules sont disposées The subject of the invention is a cooled waveguide provided with sealing windows at each end, characterized in that it is cooled by a refrigerant circulating inside the waveguide which comprises at this end effect an inlet cannula and an outlet cannula, that the cannulas are each disposed at an opposite end of the waveguide, and that each cannula is located in a non-disruptive zone of the radio propagation of the guide of This wave may be of elliptical, oval, circular or square cross-section. However, according to another characteristic, it is preferably of rectangular section, has two large faces, and the cannulas are arranged.
chacune sur une grande face.each on a large face.
Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule According to another preferred characteristic, each cannula
est située à proximité d'une fenêtre d'étanchéité. is located near a sealing window.
Selon une autre caractéristique préférée, le guide d'ondes est entouré par une enveloppe dont il est séparé par des écarteurs According to another preferred characteristic, the waveguide is surrounded by an envelope from which it is separated by spacers
ménageant un espace entre le guide d'ondes et l'enveloppe. providing a space between the waveguide and the envelope.
Selon une autre caractéristique préférée, l'espace entre l'enveloppe et le guide d'ondes est rempli d'un matériau isolant thermique. Selon une autre caractéristique préférée, l'espace entre l'enveloppe et le guide d'ondes est sous vide, de manière à assurer According to another preferred feature, the space between the envelope and the waveguide is filled with a thermal insulating material. According to another preferred feature, the space between the envelope and the waveguide is under vacuum, so as to ensure
l'isolation thermique.thermal insulation.
Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule est fixée sur une terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémité de celui-ci, la dite terminaison étant munie d'une fenêtre d'étanchéité et le guide d'ondes comportant une ouverture en regard de la canule, pour permettre la circulation du fluide According to another preferred feature, each cannula is attached to a terminator capping the waveguide at the end thereof, said termination being provided with a sealing window and the waveguide having an opening therethrough. of the cannula, to allow the circulation of the fluid
réfrigérant dans le guide d'ondes. refrigerant in the waveguide.
Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule est fixée sur une terminaison munie d'une fenêtre d'étanchéité, ladite terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémité de celui-ci, le guide d'ondes comportant une ouverture en regard de la canule pour permettre la circulation du liquide réfrigérant dans le guide d'ondes, et l'enveloppe étant fixée de manière étanche à la According to another preferred feature, each cannula is attached to a termination provided with a sealing window, said termination being to cap the waveguide at the end thereof, the waveguide having an opening opposite the cannula to allow circulation of the coolant in the waveguide, and the envelope being sealed to the
terminaison.termination.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le According to yet another advantageous characteristic, the
fluide réfrigérant est un gaz liquéfié. refrigerant is a liquefied gas.
L'invention sera bien comprise par la description qui va The invention will be well understood from the description which will
suivre d'exemples de réalisation illustrés par les figures annexées dans lesquelles: -3- la figure 1 représente schématiquement un guide d'ondes refroidi, de l'invention, de section rectangulaire et sous follow of exemplary embodiments illustrated by the appended figures in which: FIG. 1 schematically represents a cooled waveguide, of the invention, of rectangular section and under
surgainage d'isolation thermique.thermal insulation overshoot.
la figure 2 représente une variante de réalisation d'un guide d'ondes refroidi, de l'invention. la figure 3 représente une terminaison du guide d'ondes FIG. 2 represents an alternative embodiment of a cooled waveguide of the invention. FIG. 3 represents a termination of the waveguide
refroidi de l'invention.cooled of the invention.
la figure 4 représente une variante de réalisation de la FIG. 4 represents a variant embodiment of the
terminaison de la figure 3.termination of Figure 3.
la figure 5 représente une variante de réalisation d'une terminaison dans le cas d'un guide d'ondes refroidi selon la figure 2. La figure 1 représente un guide d'ondes rectangulaire ayant une petite face 1 et une grande face 2, et fermé à chaque extrémité par une fenêtre d'étanchéité 5, 6 de tout type connu; le guide d'ondes se termine de chaque côté par une bride de raccordement 13; il comporte sur chacune de ses grandes faces 2 une canule 3, 4 pour une circulation de fluide réfrigérant à l'intérieure du guide d'ondes Ces canules sont disposées de préférence à chaque extrémité du guide d'ondes, dans une zone non perturbatrice du guide d'ondes, afin de ne pas perturber la propagation radioélectrique dans le guide d'ondes Dans le cas d'un guide d'ondes rectangulaire, comme représenté figure 1, les canules FIG. 5 shows an alternative embodiment of a termination in the case of a cooled waveguide according to FIG. 2. FIG. 1 represents a rectangular waveguide having a small face 1 and a large face 2, and closed at each end by a sealing window 5, 6 of any known type; the waveguide ends on each side with a connection flange 13; it comprises on each of its large faces 2 a cannula 3, 4 for a circulation of refrigerant fluid inside the waveguide These cannulas are preferably arranged at each end of the waveguide, in a non-disruptive zone of the waveguide, so as not to disturb the radio propagation in the waveguide In the case of a rectangular waveguide, as shown in FIG. 1, the cannulas
sont disposées selon l'axe XX' de chaque grande face 2. are arranged along the axis XX 'of each large face 2.
Le dispositif de refroidissement du guide d'ondes est ici constitué, dans sa forme la plus simple, par les deux canules 3 et 4, le guide d'ondes n'étant pas limité à la structure rectangulaire représentée à titre d'exemple, mais pouvant être de tout type, The cooling device of the waveguide here consists, in its simplest form, of the two cannulas 3 and 4, the waveguide not being limited to the rectangular structure represented by way of example, but can be of any type,
carré, rectangulaire, elliptique, circulaire ou ovale. square, rectangular, elliptical, circular or oval.
Du fait de la présence du fluide réfrigérant dans le guide d'ondes, les dimensions de celui-ci dans le plan du champ électrique, et la longueur d'onde dans le guide, \ g, seront affectées par la permittivité du liquide dans le rapport 1/ VIT Due to the presence of refrigerant in the waveguide, the dimensions of the latter in the plane of the electric field, and the wavelength in the guide, \ g, will be affected by the permittivity of the liquid in the waveguide. ratio 1 / VIT
Le fluide réfrigérant est avantageusement un gaz liquéfié. The refrigerant fluid is advantageously a liquefied gas.
Pour l'azote liquide, de 63, 30 K à 781 K, la constante -4- For liquid nitrogen, from 63, 30 K to 781 K, the constant -4-
diélectrique varie peu, de 1,432 à 1,475. dielectric varies little, from 1.432 to 1.475.
Du fait de la très faible résistivité P du métal constituant le guide d'ondes, il est possible de réaliser des cavités résonantes à coefficient de surtension Q très supérieur à celui habituellement obtenu pour une cavité de même type, non Due to the very low resistivity P of the metal constituting the waveguide, it is possible to make resonant cavities with overvoltage coefficient Q much higher than that usually obtained for a cavity of the same type, not
refroidi par gaz liquéfié à l'intérieur. cooled by liquefied gas inside.
Les canules 3 et 4 de la figure 1 sont bien évidemment reliées à une installation de gaz liquéfié; on peut utiliser par exemple un réservoir de gaz liquéfié auquel la canule 3, d'entrée de gaz liquéfié, est reliée, la canule 4 de sortie étant par exemple à l'air libre, le gaz liquéfié s'échappant par la canule 4, évidemment avec un très faible débit D'une manière générale le gaz The cannulas 3 and 4 of Figure 1 are obviously connected to a liquefied gas installation; for example, a tank of liquefied gas to which the liquefied gas inlet cannula 3 is connected, the outlet cannula 4 being, for example, in the open air, the liquefied gas escaping through the cannula 4, obviously with a very low flow In a general way the gas
liquide circulera lentement dans le guide d'ondes. liquid will slowly circulate in the waveguide.
La figure 2 représente une variante de réalisation d'un guide d'ondes refroidi, de l'invention Dans cette figure le guide d'ondes de la figure 1 par exemple, est isolé de l'extérieur par une enveloppe 7, de même forme que le guide d'ondes et légèrement plus grande que celui-ci; des écarteurs 8 permettent de ménager un espace 9 entre l'enveloppe et le guide L'enveloppe 7 est par exemple métallique ou plastique ou composite Les écarteurs 8 sont constitués par exemple par un jonc spiralé, de préférence en matériau isolant thermique Les brides de raccordement 13 sont FIG. 2 shows an alternative embodiment of a cooled waveguide of the invention. In this figure the waveguide of FIG. 1 for example is isolated from the outside by an envelope 7 of the same shape. as the waveguide and slightly larger than this one; spacers 8 allow to provide a space 9 between the casing and the guide The casing 7 is for example metal or plastic or composite The spacers 8 are constituted for example by a spiral rod, preferably made of thermal insulating material The connecting flanges 13 are
percées de trous de jonction 13 avec une bride de même type. pierced with junction holes 13 with a flange of the same type.
L'espace 9 entre l'enveloppe 7 et le guide d'ondes est par exemple rempli d'un matériau isolant thermique; on peut également faire le vide dans ledit espace pour limiter les pertes de calories The space 9 between the envelope 7 and the waveguide is for example filled with a thermal insulating material; we can also empty the space to limit the loss of calories
et optimiser ainsi l'isolation thermique. and thus optimize the thermal insulation.
La figure 3 représente une terminaison du guide d'ondes de l'invention dans l'exemple de réalisation le plus simple illustré par la figure 1 La terminaison est constituée par un manchon 10, une fenêtre d'étanchéité 6 et une canule 4 La fenêtre d'étanchéité est fixée, de manière connue, à une extrémité du manchon 10 de section légèrement plus grande que celle du guide d'ondes dont il vient coiffer l'extrémité La canule 4 est fixée au milieu de la grande face du manchon, dans le cas d'un guide d'ondes -5rectangulaire, et vient en regard d'une ouverture pratiquée dans la grande face du guide d'ondes Bien évidemment le manchon est fixé FIG. 3 represents a termination of the waveguide of the invention in the simplest exemplary embodiment illustrated by FIG. 1. The termination consists of a sleeve 10, a sealing window 6 and a cannula 4. sealing is fixed, in known manner, at one end of the sleeve 10 of slightly larger section than that of the waveguide which he caps the end The cannula 4 is fixed in the middle of the large face of the sleeve, in the case of a -5rectangular waveguide, and comes opposite an opening made in the large face of the waveguide Of course the sleeve is fixed
de manière étanche sur le guide d'ondes. tightly on the waveguide.
La figure 4 représente une variante de réalisation de la terminaison de la figure 3. Dans la figure 4, la terminaison est une bride 11 classique munie d'une fenêtre d'étanchéité 4 et d'une canule 4 sur la grande face du manchon 12 de la bride qui comporte des trous 13 pour un raccordement avec une bride de même type Comme dans la figure 3 la canule 4 vient un regard d'une ouverture pratiquée dans la grande face du guide d'ondes lorsque la bride coiffe l'extrémité dudit guide d'ondes Bien évidemment le manchon 12 est fixé de FIG. 4 represents an alternative embodiment of the termination of FIG. 3. In FIG. 4, the termination is a conventional flange 11 provided with a sealing window 4 and a cannula 4 on the large face of the sleeve 12. the flange which has holes 13 for connection with a flange of the same type As in Figure 3 the cannula 4 is a look of an opening in the large face of the waveguide when the flange covers the end of said waveguide Obviously the sleeve 12 is fixed of
manière étanche sur le guide d'ondes. waterproof way on the waveguide.
La figure 5 représente une variante de réalisation d'une FIG. 5 represents a variant embodiment of a
terminaison dans le cas du guide d'ondes refroidi de la figure 2. termination in the case of the cooled waveguide of Figure 2.
La terminaison est constituée par exemple par un manchon 10 et une fenêtre d'étanchéité 6, comme dans la figure 3, ainsi que par un épaulement 14, perpendiculaire au manchon 10 et situé à l'opposé de The termination is constituted for example by a sleeve 10 and a sealing window 6, as in FIG. 3, as well as by a shoulder 14, perpendicular to the sleeve 10 and located opposite the
la fenêtre d'étanchéité 6.the sealing window 6.
L'enveloppe 7, figure 2, est fixée à cet épaulement 14, de manière étanche, de façon à pouvoir faire le vide dans l'espace 9 compris entre l'enveloppe 7 et le guide d'ondes Bien évidemment dans la figure 5 la terminaison pourrait être celle de la figure 4 The casing 7, FIG. 2, is fixed to this shoulder 14, in a sealed manner, so as to be able to evacuate the space 9 between the casing 7 and the waveguide. Of course, in FIG. termination could be that of Figure 4
dont le manchon 12 comporterait l'épaulement 14 de la figure 5. whose sleeve 12 would comprise the shoulder 14 of FIG.
Les exemples décrits et représentés ne sont nullement limitatifs, et destinés uniquement à illustrer l'invention qui bien évidemment s'applique aux guides d'ondes en général, et ce quelles que soient leurs formes et leurs dimensions, et que le guide d'ondes soit en métal, tel par exemple l'aluminium, ou en matériau The examples described and shown are in no way limiting, and intended solely to illustrate the invention which obviously applies to waveguides in general, and whatever their shapes and dimensions, and that the waveguide either of metal, such as aluminum, or of material
supraconducteur, ou recouvert de matériau supraconducteur. superconductor, or covered with superconducting material.
-6--6-
Claims (9)
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Family Applications (1)
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