FR2730341A1 - Cable perfectionne a paires differentielles multiples de conducteurs - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un câble perfectionné à paires différentielles de conducteurs. Dans ce câble (10) comportant une pluralité de paires différentielles de conducteurs (12-18), chaque paire différentielle comprend deux conducteurs décalés de 180 deg., un premier isolant (24-30), qui isole électriquement les conducteurs les uns des autres, un blindage électriquement conducteur (20) entourant les conducteurs et l'isolant et un second isolant (34) qui isole électriquement le blindage par rapport aux conducteurs, la distance entre un conducteur quelconque et le blindage étant sensiblement égale ou supérieure à la distance entre ce conducteur et l'axe central (32) du câble (10). Application notamment aux câbles à paires différentielles de conducteurs pour la transmission de données.

Description

La présente invention concerne des câbles et plus particulièrement un

câble comportant deux paires

différentielles de conducteurs ou plus.

On connaît parfaitement des câbles électriques pour la transmission de données. Un câble usuel est un câble coaxial. Les câbles coaxiaux comportent en général un fil électriquement conducteur entouré par un isolant. Le fil et l'isolant sont entourés par un blindage, et le fil l'isolant et le blindage sont entourés par une gaine. Les câbles coaxiaux sont largement utilisés et mieux connus pour la transmission de signaux de télévision par câble et des communications standards dans des réseaux locaux, tel que Ethernet. Les câbles coaxiaux réalisent une transmission à des fréquences nettement plus élevées qu'un fil standard à paires torsadées, et par conséquent ont une capacité de transmission beaucoup plus grande. Les câbles coaxiaux permettent des transmissions de données à des cadences de données brutes atteignant jusqu'à 10 Mbits/s (Mbps). En outre, les câbles coaxiaux présentent une très faible distorsion et une très faible diaphonie ou une très faible perte de signal, et par conséquent forment un support très fiable pour la transmission de données. D'autres types de câbles sont également bien connus, comme par exemple les câbles à paires torsadées, utilisés pour la transmission de

signaux téléphoniques, et les câbles à fibres optiques.

Avec la prolifération d'ordinateurs personnels performants, fonctionnant à grande vitesse et avec la

disponibilité d'équipements perfectionnés de télécom-

munications, il existe un besoin de disposer de câbles qui puissent transmettre des données à des vitesses encore plus élevées. Les câbles à fibres optiques présentent une largeur de bande et une performance optimales pour des transmission à longue distance et avec des cadences élevées de données étant donné que les câbles à fibres optiques permettent une transmission avec une faible atténuation et pratiquement sans bruit. Les câbles à fibres optiques permettent des transmissions de données à des cadences de

données atteignant jusqu'à 1 Gbit/s (Gbps) et plus.

Cependant, en dépit de la disponibilité accrue de câbles à fibres optiques, le prix des câbles à fibres optiques et en particulier d'émetteurs - récepteurs n'est pas tombé à un niveau o il soit toujours possible de les utiliser, en particulier sur de courtes distances. C'est pourquoi, il existe toujours une demande concernant d'autres câbles moins onéreux, aptes à réaliser une transmission de données

à grande vitesse.

Un tel câble utilisé pour une transmission de données à grande vitesse entre deux points ou dispositifs

est un câble à paires parallèles ou un câble axial jumelé.

Les types de câbles à paires parallèles comportent deux

conducteurs isolés séparément, qui sont disposés côte-à-

côte et en parallèle, la paire étant ensuite enveloppée dans un blindage. Ce type de câble est souvent utilisé dans les ordinateurs et dans les télécommunications et dans l'équipement de test automatique, dans lesquels une transmission de signaux à haute fidélité avec une cadence

élevée de données est requise.

Les câbles à paires parallèles sont souvent

utilisés pour une transmission de signaux différentiels.

Dans la transmission de signaux différentiels, deux conducteurs sont utilisés pour chaque signal de données transmis et l'information véhiculée est représentée en tant que différence de tension entre les deux conducteurs. Les données sont représentées par des inversions de polarité dans la paire de fils, contrairement à un câble coaxial, dans lequel les données sont représentées par la polarité du conducteur central par rapport à la masse. Par conséquent, l'amplitude du potentiel de masse dans un câble à paires, blindé n'est pas importante tant qu'elle n'est pas suffisamment élevée pour provoquer un claquage électrique dans le circuit récepteur. Le récepteur a seulement besoin de déterminer si la tension relative entre les deux conducteurs est celle appropriée pour un zéro ou un 1 logique. C'est pourquoi, une transmission de signaux différentiels fournit un meilleur rapport signal / bruit qu'une transmission de signaux entre le niveau de tension et la masse (également désignée sous l'expression transmission asymétrique) étant donné que le niveau de tension du signal est effectivement doublé par la transmission simultanée du signal dans les deux conducteurs, un conducteur transmettant le signal d'une manière déphasée de 180 degrés par rapport à l'autre. La transmission de signaux différentiels fournit un signal équilibré qui est relativement protégé vis-à-vis du bruit et de la diaphonie. Des signaux d'interférence (ou "bruit") sont en général des tensions par rapport à la masse et affectent de façon identique les deux conducteurs. Etant donné que le récepteur reçoit la différence entre les deux tensions reçues, les composantes de bruit additionnées au signal transmis (dans chaque fil) sont annihilées. Ce bruit est désigné sous l'expression bruit en mode commun, et la propriété différentielle du récepteur, qui annihile l'effet de ce bruit, est connue comme étant le rejet de bruit en mode commun. Une norme pour les systèmes de transmission

différentielles est la norme EIA RS-422.

Pour transmettre le signal différentiel dans un câble axial à paires, les signaux présents dans les conducteurs respectifs doivent se propager dans le fil avec une très faible distorsion. La valeur de la distorsion différentielle par longueur unité, qui est admissible, est inversement proportionnelle à la fois à la longueur du câble et à la cadence des données, avec laquelle le signal est transmis. Par exemple, lors de la transmission d'une cadence de données de 1000 Mbps, la largeur en bits est égale à environ 1000 ps. Si la différence entre les deux signaux dans le câble différentiel est supérieure à 200 ps, il peut apparaître des erreurs de communication. Si le signal différentiel est transmis sur 30 mètres, alors la distorsion maximale de sécurité doit être inférieure à 7 ps/mètre. Malheureusement, pour la plupart des câbles axiaux jumelés existants, une distorsion différentielle typique est égale à environ 16 32 ps/mètre. Ce type de niveau de distorsion limite la longueur d'utilisation pour une transmission de données de 1000 Mbps à moins de 6 mètres. Comme cela a été décrit précédemment, ceci dépasse fortement le niveau de sécurité vis-à-vis d'une

distorsion pour des longueurs de câble plus importantes.

Par conséquent, des câbles axiaux jumelés existants ont une aptitude limitée à transmettre de façon effective des signaux différentiels à une cadence élevée de données, sur

une longueur étendue.

Une faible distorsion différentielle est

également nécessaire pour une annulation correcte du bruit.

Si des signaux arrivent dans le récepteur à des instants différents, aucun bruit couplé ne peut être annulé, ce qui réduit à néant l'objectif principal d'un câble axial jumelé. C'est pourquoi, le bruit émis augmente sous l'effet de la suppression incomplète des courants à haute fréquence du blindage du câble. Les limitations actuelles imposées à la gestion de la distorsion différentielle dans des câbles axiaux jumelés classiques limite fortement l'utilisation d'une transmission de signaux différentiels dans des applications plus exigeantes. C'est pourquoi, de nombreux concepteurs ont dû passer à une technologie à fibres optiques, beaucoup plus onéreuse, pour une transmission sur

une longue distance avec une cadence élevée de données.

C'est pourquoi il serait souhaitable de réaliser un câble permettant une transmission de signaux différentiels avec une cadence élevée de données, à des vitesses plus élevées et sur des distances plus longues que ce que permettent des câbles à paires différentielles, existants. Ceci requiert d'avoir une distorsion différentielle entre les conducteurs réunis par paires et une atténuation, qui soient inférieures à ce que l'on obtient dans des câbles existants à paires différentielles, et d'avoir une interférence plus faible due à la diaphonie

et au bruit d'intermodulation.

Un agencement supplémentaire de câble utilisé pour la transmission de signaux différentiels est le câble à quartes. Les types de câbles à quartes comportent quatre conducteurs isolés séparément et disposés autour d'un axe central à des intervalles circonférentiels identiques, les

conducteurs isolés étant alors enveloppés dans un blindage.

Pour des vitesses modérées de transmission de données (c'est-à- dire inférieures à 200 Mbits/s), on a utilisé des câbles à quartes comportant deux paires différentielles, dont chacune comprend deux conducteurs dont chacun est d'une manière générale décalé de 180 par rapport à l'autre conducteur de la paire. L'avantage de ce type de ligne de transmission réside dans le fait qu'avec la présence de deux paires différentielles dans un seul blindage, les dimensions globales du câble sont réduites d'environ 40% par rapport à l'utilisation de deux câbles axiaux à paires jumelés séparés. Ceci conduit à un coût réduit et à une

commodité de pose des câbles.

Les câbles à quartes ne sont pas utilisés actuellement au-delà de cadences de données de 200 Mbits/s, en raison de l'altération du signal due à la diaphonie et à l'atténuation des impulsions. Bien que les câbles axiaux jumelés produisent de façon typique une atténuation égale ou inférieure du signal, par rapport à un câble coaxial ayant des conducteurs d'une taille équivalente, un matériau diélectrique et un matériau de blindage équivalents et une impédance équivalente, les câbles à quartes présentent de façon typique une atténuation supérieure à celle d'un câble coaxial agencé de façon similaire. Ce problème s'amplifie lorsqu'on utilise des blindages formés de feuilles recouvertes de polyester relativement bon marché, en raison de la résistance relativement élevée de ces types de matériaux. L'atténuation limite à la fois la cadence maximale de transmission de données et la distance maximale

de transmission.

En outre, la distorsion différentielle à l'intérieur du câble à quartes conduit à une diaphonie entre les deux paires différentielles du câble. Ceci requiert une commande précise de l'équilibre des propriétés du matériau et de l'agencement dans le câble à quartes pour obtenir une performance adéquate pour des longueurs

supérieures ou pour des cadences supérieures de données.

Actuellement, la performance maximale spécifiée pour un câble à quartes est de 20 mètres à 200 Mbits/s. Il serait souhaitable de réaliser un câble permettant une transmission avec une cadence supérieure de données, et possédant une taille égale ou inférieure à celle du câble à quartes et qui soit capable de réaliser une transmission sur une plus longue distance, sans que ceci n'augmente

fortement le coût du câble.

Résumé de l'invention De façon résumée, la présente invention concerne un câble de transmission de signaux différentiels à paires multiples, qui présentent des caractéristiques de très faible atténuation du signal et de très faible distorsion du signal. Les caractéristiques d'atténuation et de faible distorsion selon la présente invention sont obtenues à l'aide d'une combinaison unique de conducteurs disposés parallèlement l'un à l'autre (ou en étant réciproquement écartés de 1800) dans une configuration géométrique prédéterminée, en association avec l'isolant et le matériau de blindage, et dans lequel la distance entre chaque conducteur et le blindage est approximativement égale ou supérieure à la distance entre chaque conducteur et l'axe

central du câble.

Dans sa forme de base, le câble selon la présente invention comprend un ensemble pair de conducteurs électriques formant une pluralité de paires différentielles de conducteurs électriques, les conducteurs étant en général équidistants circonférentiellement et s'étendant sur la longueur du câble, chaque paire différentielle comprenant deux conducteurs décalés d'environ l'un par rapport à l'autre, et une couche isolante additionnelle est utilisée conjointement par les conducteurs isolés. Un isolant est disposé entre les conducteurs pour réaliser l'isolation électrique réciproque des conducteurs. Un blindage électriquement conducteur entoure les conducteurs et l'isolant isole en outre électriquement le blindage vis-à-vis des conducteurs. Des moyens sont également prévus pour maintenir les conducteurs aux intervalles d'écartement sur toute la longueur du câble. En outre, le câble est réalisé en des matériaux et conformé de manière à maintenir chaque conducteur à une distance du blindage, qui est approximativement égale ou supérieure à sa distance par rapport à un axe central du

câble, sur toute la longueur de ce dernier.

La pluralité de paires différentielles trans-

mettent une pluralité correspondante de signaux diffé-

rentiels à haute fréquence au moyen de chaque paire différentielle, et la pluralité de signaux à haute fréquence transmis subissent une faible distorsion dans chaque paire différentielle, ce qui conduit à une faible interférence des signaux due à la diaphonie et au bruit d'intermodulation entre les différentes paires différentielles. En outre, ce câble présente une atténuation nettement inférieure lorsqu'on le compare à des

câbles existants.

L'isolant est en général résistant à l'écrasement et est de préférence constitué par un copolymère d'éthylène-polypropylène fluoré ( FEP) à l'état de mousse, de sorte que la configuration géométrique du conducteur et la distance entre chaque conducteur et le blindage et entre chaque conducteur et l'axe central du câble est maintenue sur toute la longueur du câble. La combinaison de ces éléments et la géométrie des éléments permettent de transmettre des signaux différentiels qui subissent une distorsion remarquablement faible entre les conducteurs réunis par paires et une atténuation plus faible que dans des câbles existants. Ceci fournit un câble permettant de transmettre de façon fiable les signaux bidirectionnels à grande vitesse sur une plus longue distance. Dans une forme de réalisation, le câble peut transmettre des données à une cadence dépassant 1 Gbit/s à des distances de plus de mètres, ce qui est une amélioration importante par rapport à des structures existantes de câbles à paires différentielles de taille similaire. En outre, la présence d'une couche d'entretoisement sur les conducteurs isolés séparément réduit l'effet qu'un écrasement ou des

variations à l'intérieur de l'âme ont sur la distorsion.

Cet agencement unique permet d'utiliser des matériaux moins résistants à l'écrasement, comme par exemple du polytétrafluoroéthylène expansé (ePTFE), en raison d'une réduction de la distorsion différentielle qui résulte d'un

degré donné de variabilité du matériau diélectrique.

En outre, la dépendance de l'atténuation du signal vis-à-vis de la conductivité du matériau du blindage a été réduite, de sorte que l'on peut maintenant utiliser des matériaux de blindage à densité supérieure, tels que du polyester aluminé, pour une transmission avec des cadences de données plus élevées et sur une distance plus longue que

dans le cas de câbles existants.

De façon plus précise, selon un premier aspect, l'invention concerne un câble de transmission de données à grande vitesse comportant une pluralité de paires différentielles de conducteurs, une certaine longueur et un axe central, caractérisé en ce que chaque paire différentielle comprend deux conducteurs écartés l'un de l'autre d'une manière générale de 180 , qu'un premier isolant isole électriquement les conducteurs l'un de l'autre, qu'un blindage électriquement conducteur entoure les conducteurs et l'isolant, et qu'un second isolant isole électriquement le blindage vis-à-vis des conducteurs, la distance entre l'un quelconque des conducteurs et le blindage étant sensiblement égale ou supérieure à la

distance entre ce conducteur et l'axe central du câble.

Selon un second aspect, l'invention concerne un câble de transmission de données à quartes possédant une certaine longueur et un axe central, caractérisé en ce qu'il comporte quatre conducteurs électriques définissant des première et seconde paires diagonales de conducteurs, les conducteurs étant espacés dans une position relative constante, sur la longueur du câble, un diélectrique isolant entourant chacun des quatre conducteurs et isolant les conducteurs les uns des autres, un blindage électriquement conducteur entourant les conducteurs et le diélectrique isolant, le diélectrique isolant en outre électriquement le blindage par rapport aux conducteurs, et la distance entre l'un quelconque des conducteurs et le blindage étant approximativement égale ou supérieure à la

distance entre ce conducteur et l'axe central du câble.

D'autres caractéristiques et avantages de la

présente invention ressortiront de la description donnée

ci-après d'une forme de réalisation actuellement préférée de l'invention, à laquelle cependant cette dernière n'est en aucune manière limitée du point de vue de l'agencement précis, prise en référence aux dessins, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'une première forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'une seconde forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une troisième forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 4 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une quatrième forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 5 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une cinquième forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe à plus grande échelle d'une sixième forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples conforme à la présente invention; - la figure 7 représente une vue en perspective à plus grande échelle d'un câble à paires différentielles multiples représenté sur la figure 6; - la figure 8 représente une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'une septième forme de réalisation d'un câble à paires différentielles multiples selon la présente invention; et - la figure 9 représente une vue en coupe transversale à plus grande échelle d'un câble cylindrique constitué par une pluralité de câbles à paires

différentielles multiples selon la présente invention.

La présente invention a trait à un câble à quartes perfectionné pour la transmission de signaux à haute vitesse. Un "câble à quartes" est d'une manière générale un câble qui utilise plus d'une paire de câbles de transmission de signaux différentiels dans un blindage commun. Cet agencement comprend habituellement deux paires de câbles de transmission de signaux différentiels, mais peut également comporter d'autres agencements dans lequel des paires multiples de câbles sont disposées à l'intérieur d'un blindage commun. Ici à titre d'uniformité, ces câbles pris en tant que groupe seront désignés comme étant des

"câbles à paires différentielles multiples".

Comme cela a déjà été expliqué, avant la présente invention, les vitesses de transmission, que l'on pouvait obtenir avec des câbles à paires différentielles multiples, étaient soumises à de fortes limitations. Il est apparu un certain nombre de problèmes consistant en ce qu'une interférence produite dans le câble limitait sa vitesse de fonctionnement effective à environ 200 Mbits/s sur environ mètres. Lorsque des vitesses supérieures et / ou des longueurs supérieures étaient requises, il fallait utiliser un autre agencement de câble, comme par exemple deux câbles

axiaux jumelés, blindés séparément, ou plus.

D'une manière tout-à-fait inattendue, on a établi dans la présente invention que la position relative des conducteurs dans un câble à paires différentielles multiples entre le blindage et l'axe central du câble joue

un rôle critique dans la vitesse maximale effective (c'est-

à-dire la cadence de transmission de données) du câble.

Auparavant, on utilisait dans les câbles à quartes une construction tenant moins compte de la position du

conducteur par rapport au blindage et au centre du câble.

Dans le cas d'une construction typique d'un câble à quartes, le diélectrique entourant chaque conducteur est en général symétrique. On dispose les câbles isolés symétriquement sous la forme d'un groupe et on enveloppe ensuite le blindage autour du groupe de câbles. L'effet de cet agencement est que la distance entre chacun des conducteurs et le blindage est inférieure à la distance entre chaque conducteur et l'axe central du câble. D'une manière générale ceci conduit à un rapport (distance du conducteur au blindage) / (distance du conducteur à l'axe

central du câble) égal à 0,7 ou moins.

On sait maintenant qu'en réalisant le câble de manière que la distance entre tous les conducteurs et le blindage soit essentiellement égale ou supérieure à la distance entre le conducteur et l'axe central du câble, on obtient un câble possédant des caractéristiques nettement améliorées. Un câble agencé conformément à la présente invention est à même de transmettre des cadences élevées de transmission de données de l'ordre de 1000 Mbps avec une faible caractéristique de distorsion de temps de propagation de moins de 6,66 ps/m (de l'ordre de moins de ps/30 m). Des câbles antérieurs à paires parallèles transmettent d'une manière générale des données à des vitesses de l'ordre de 250 Mbps et présentent une

distorsion de temps de propagation de l'ordre de 32,8 ps/m.

En terme de rapport (distance du conducteur au blindage / distance du conducteur à l'axe central du câble), un câble selon la présente invention possède de façon idéale un rapport égal à 1 ou plus. Cependant, on peut constater une amélioration de la performance électrique avec des câbles ayant un rapport de 0,9 ou plus,

et même aussi faible que 0,8 ou plus.

En se référant maintenant à la figure 1, on y voit représentée une forme de réalisation d'un câble 10 à paires différentielles multiples selon la présente invention, qui possède un nombre pair de conducteurs électriques 12, 14, 16, 18. Les conducteurs électriques forment une pluralité de paires différentielles de conducteurs électriques, les conducteurs 12 et 14 formant une première paire différentielle et les conducteurs 16 et 18 une seconde paire différentielle. Dans ce cas, les conducteurs 12 - 18 comprennent des fils à torons multiples, mais la présente invention s'applique également bien dans le cas de l'utilisation de fils à un seul toron. Ce câble diffère d'une paire de câbles axiaux jumelés, en ce que les conducteurs sont tous entourés par un seul blindage 20 et sont placés à l'intérieur d'une seule gaine 22. Comme on peut le voir, les conducteurs 12, 14, 16, 18 sont séparés par des intervalles circonférentiels en général égaux et s'étendent essentiellement parallèlement ou en hélice les uns par rapport aux autres sur l'étendue en longueur du câble. La forme géométrique globale du câble est cylindrique. Dans la forme de réalisation préférée représentée, les conducteurs de chaque paire différentielle sont d'une manière générale espacés de 1800 l'un de l'autre, ce qui, dans une configuration en quarte, comme représenté, a pour effet que les quatre conducteurs sont disposés circonférentiellement en étant séparés par des

intervalles d'environ 90 .

Il est important que chacun des conducteurs soit isolé électriquement vis-à-vis des autres et du blindage enveloppant 20. Cette isolation peut être obtenue au moyen du matériau isolant indépendant qui sépare les conducteurs les uns des autres et par un autre matériau isolant indépendant qui sépare les conducteurs vis-à-vis du blindage, ou bien moyennant l'utilisation d'une seule couche isolante qui assume ces deux fonctions. Dans la forme de réalisation représentée, chacun des conducteurs 12, 14, 16, 18 est entouré par sa propre couche isolante

respective 24, 26, 28, 30.

On a expliqué que l'on a obtenu un avantage inattendu grâce à la présente invention en positionnant les conducteurs plus près de l'axe central 32 du câble, que du blindage 20. Pour obtenir une telle disposition dans le câble représenté sur la figure 1, on dispose une couche d'entretoisement 34 formée d'un matériau diélectrique autour des conducteurs isolés 12, 14, 16, 18 afin de disposer les conducteurs de manière qu'ils soient essentiellement équidistants entre le blindage 20 et l'axe central 32. En agençant le câble de cette manière, on a établi que l'on peut obtenir une atténuation nettement plus faible et une distorsion de temps de retard nettement plus faible que dans un câble à quartes comparable ne comportant

pas une telle couche d'entretoisement.

Enfin, une masse centrale de remplissage 36 est disposée en position centrée entre les conducteurs 12, 14, 16, 18 dans cette forme de réalisation pour faciliter le maintien de la position relative entre les conducteurs et le blindage dans le câble 10. A nouveau, il est préférable que la masse de remplissage 36 soit formée d'un matériau diélectrique qui n'altère pas les propriétés électriques dans le câble. La masse de remplissage 36 possède de préférence une section transversale circulaire et possède un diamètre inférieur à celui des diélectriques isolants 24 30 de sorte que les diélectriques adjacents sont en contact réciproque. La masse de remplissage 36 peut être agencée sous la forme d'un tube massif de matériau, d'un tube creux, ou d'un matériau possédant une structure

cellulaire de manière à réduire la constante diélectrique.

De préférence, la masse de remplissage 36 est constituée d'un polymère fluoré à l'état de mousse, tel qu'on l'utilise pour les diélectriques isolants ou un

polytétrafluoroéthylène expansé (ePTFE).

Pour le câble représenté sur la figure 2, on utilise essentiellement le même agencement que pour le câble représenté sur la figure 1, hormis que l'on n'utilise aucune masse de remplissage centrale. Ce type d'agencement convient pour des applications dans lesquelles une contrainte et une déformation latérales appliquées au câble sont minimales et dans lesquelles il existe un faible risque que les conducteurs fassent l'objet d'une variation de position relative à l'intérieur du câble. Sinon, comme cela est représenté, on peut maintenir les conducteurs 12, 14, 16, 18 dans leurs positions relatives en prévoyant une couche adhésive 38 au centre du câble, de manière à retenir les conducteurs dans leur position correcte à l'intérieur du câble. Des adhésifs appropriés pour cette application peuvent comporter un revêtement formé d'un film de polyéthylène. Sinon, on peut réunir par fusion des conducteurs adjacents entre eux de manière àmaintenir les

conducteurs espacés circonférentiellement.

Bien que pour les câbles 10 représentés sur les figures 1 et 2 on utilise deux paires différentielles, on comprendra qu'il est possible de réaliser le câble selon la présente invention de manière qu'il comprenne trois ou un plus grand nombre de paires de conducteurs dans la mesure o la même géométrie générale de la présente invention est

conservée.

Les conducteurs 12 - 18 peuvent être réalisés en n'importe quel matériau électriquement conducteur tel que du cuivre, des alliages de cuivre, du cuivre métallique plaqué, de l'aluminium ou de l'acier. Bien que l'on puisse utiliser de nombreux conducteurs différents, les formes de réalisation actuellement préférées sont constituées par une pluralité de torons de cuivre torsadés qui comportent un

placage d'argent ou d'étain.

L'isolant 24 - 30 est constitué de préférence en un matériau qui résiste d'une manière générale à l'écrasement, de manière à éviter des modifications d'isolation du diélectrique lors de l'application de contraintes et de forces associées à la manipulation du câble. En outre, il est préférable que l'isolant soit réalisé en un matériau possédant une faible constante diélectrique. Des isolants diélectriques appropriés destinés à être utilisés dans la présente invention comprennent des polymères à l'état de mousse, comme par

exemple des matières thermoplastiques à l'état de mousse.

De façon plus préférentielle, l'isolant utilisé dans le cadre de la présente invention comprend un polymère thermoplastique à l'état de mousse choisi dans le groupe

comprenant essentiellement un copolymère d'éthylène -

propylène fluoré (FEP), un copolymère perfluoroalkoxy (PFA), un copolymère d'éthylène-tétrafluoroéthylène (ETFE), du polyéthylène, du polypropylène, des copolymères de polyoléfines et des polyallomères. Sinon il est possible de réaliser le diélectrique avec certains matériaux même à l'état de mousse comme par exemple un polymère de polytétrafluoroéthylène expansé (ePTFE), en rendant de tels matériaux suffisamment résistants à l'écrasement ou en conformant le matériau de manière à réduire les effets de l'écrasement. De façon similaire, la couche d'entretoisement 34 peut être réalisée en n'importe quel matériau diélectrique approprié, mais de préférence est réalisée en un matériau diélectrique résistant à

l'écrasement, tel que les matériaux indiqués plus haut.

L'utilisation d'un matériau diélectrique d'entretoisement introduit une autre couche d'isolation électrique entre les conducteurs et le blindage. Les matériaux isolants diélectriques entourant les conducteurs 12 - 18 sont de préférence maintenus en contact réciproque, afin d'obtenir des longueurs physique et électrique adaptées pour les conducteurs. La gaine extérieure 22, qui est placée de préférence autour du blindage 20 et entoure ce dernier, les diélectriques isolants 24 - 30 et les conducteurs 12 - 18, fournissent un certain nombre de propriétés utiles. Tout d'abord, la gaine est utile pour réaliser l'isolation électrique du blindage 20, ce qui empêche une contamination de ce dernier ainsi que l'introduction d'éléments polluants hautement diélectriques, tels que de l'eau à l'intérieur du câble. La gaine peut être également utilisée en tant que surface de marquage ou de codage du câble 10. La gaine 24 peut être constituée par du polychlorure de vinyle (PVC), des composés de PVC, de l'éthylène- propylène fluoré (FEP), des polymères similaires, et possède une épaisseur comprise

d'une manière générale entre environ 0,0254 et 0,0762 cm.

La gaine 22 peut être extrudée ou être mise en place d'une

autre manière autour du blindage 20.

En outre, il est également préférable que les conducteurs 12 - 18 et les diélectriques isolants respectifs 24 - 30 soient disposées en étant torsadés entre eux à l'intérieur du blindage 20 comme représenté sur la figure 7. Le torsadage des conducteurs 12 - 18 empêche un effet de piston des conducteurs sur la longueur du câble 10 et également contrecarre les effets d'une interférence magnétique. Le torsadage des conducteurs réduit l'interférence magnétique par le fait que l'effet d'un champ magnétique en un point est contrecarré par l'effet du champ dans les autres conducteurs situés à une distance d'une demi-torsion. Le torsadage des conducteurs doit être contrôlé et commandé de manière à garantir qu'aucune variation de longueur entre les conducteurs n'est

introduite sur la longueur du câble.

Le blindage 20 utilisé conformément à la présente invention est de préférence constitué par une pluralité de torons électriquement conducteurs entrelacés, qui entourent

les conducteurs 12 - 18 et les diélectriques isolants 24 -

30. Le blindage 20 empêche qu'une interférence électromagnétique indésirable entraîne des pertes importantes de signal et limite la quantité d'énergie rayonnant à partir du câble 10. En outre, la disposition du blindage 20 et des conducteurs 12 - 18 confère au câble 10 l'impédance caractéristique maximale pour un diamètre global donné du câble, ce qui conduit à des pertes plus faibles à des fréquences élevées. Bien qu'il soit préférable d'utiliser un blindage métallique tressé, d'autres procédés de blindage connus, comme par exemple des blindages formés par un enveloppement de fils et des feuilles enroulées, par exemple en polyester aluminé, peuvent fournir une performance adéquate dans les câbles à paires différentielles multiples selon la présente invention, en raison de l'interaction réduite avec la

couche de blindage formée par la couche d'entretoisement.

Il est important de noter que les propriétés électriques améliorées du câble selon la présente invention permettent l'utilisation de blindages formées de feuilles de polyester, nettement moins coûteux, à la place des blindages métalliques tressés actuellement utilisés dans des câbles de transmission à grande vitesse. Ceci permet de réduire fortement le coût en matériels et en main d'oeuvre pour la construction du câble de transmission à grande

vitesse selon la présente invention.

On estime que la couche d'entretoisement 14 utilisée conformément à la présente invention est suffisamment épaisse pour établir une séparation importante

entre le blindage 20 et chacun des conducteurs 12 - 18.

Comme cela a été indiqué, dans les câbles 10 représentés sur les figures 1 et 2, la distance entre chacun des conducteurs et le blindage est approximativement égale à la distance entre les conducteurs et l'axe central 32 du câble. On estime que l'on peut obtenir de meilleures caractéristiques de fonctionnement électrique en utilisant une couche d'entretoisement 34 uniformément plus épaisse, la distance entre les conducteurs et le blindage étant même supérieure à la distance entre les conducteurs et l'axe central (c'est-à-dire possédant un rapport > 1). En ce qui concerne les avantages fournis par la présente invention, il est évident que la taille de la couche d'entretoisement peut être augmentée avantageusement dans les limites d'espace ou de coût imposées au diamètre maximum du câble,

que l'on peut tolérer pour une application donnée.

Une autre forme de réalisation d'un câble 10 selon la présente invention est illustrée sur la figure 3. Ce câble 10 comporte quatre conducteurs nus 40, 42, 44, 46, qui sont isolés les uns des autres par un noyau isolant 48, disposé au centre entre les conducteurs de manière à isoler les conducteurs les uns des autres, et une couche isolante élargie d'entretoisement 50 entourant les conducteurs et isolant les conducteurs par rapport au blindage 20. Dans la forme de réalisation représentée, le noyau isolant 48 est formé d'un matériau diélectrique disposé en hélice et possédant une section transversale essentiellement en forme de X. L'avantage de cet agencement est qu'il n'est pas nécessaire d'isoler individuellement les conducteurs et qu'il est possible de réaliser un assemblage à grande vitesse de ce câble. Dans ce cas, la distance entre chacun des conducteurs 40 - 46 et le blindage 20 est supérieure à la distance entre les conducteurs et l'axe central 32 du

câble 10.

Le noyau isolant 48 est constitué de préférence par un matériau faiblement diélectrique, comme par exemple du PTFE extrudé, du polyéthylène ou du ePTFE, et la couche élargie d'entretoisement 50 est réalisée en un matériau faiblement diélectrique, comme par exemple un fluoropolymère à l'état de mousse ou du ePTFE. Dans la forme préférée de cette réalisation, le noyau isolant est formé de polyéthylène. En disposant un diélectrique utilisé en commun sous la forme d'un noyau isolant 48, on maintient la même variabilité entre les conducteurs sur l'étendue en longueur du câble 10. Pour contrôler étroitement une distorsion entre des conducteurs dans une paire différentielle de manière que les signaux de données puissent être transmis à des cadences élevées (> 250 Mbps), le câble 10 est réalisé en des matériaux et est conformé de manière à maintenir les conducteurs essentiellement dans la même relation physique et électrique sur l'étendue en

longueur du câble.

Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe transversale de deux formes de réalisation supplémentaires de câbles 10 selon la présente invention. Dans ces formes de réalisation, chacun des conducteurs 12, 14, 16, 18 est entouré par une couche diélectrique isolante dissymétrique 52, 54, 56, 58. Les couches isolantes 52 - 58 possèdent toutes une section transversale allongée, le conducteur étant positionné d'une manière décentrée dans l'isolant, comme cela est représenté. En agençant les conducteurs isolés de cette manière et en assemblant ensuite les conducteurs dans un câble, dans lequel les conducteurs sont disposés vers le centre du câble 10, les conducteurs sont directement positionnés plus près de l'axe central 32 du câble 10 que du blindage 20. Par conséquent, l'avantage de la présente invention peut être obtenu sans qu'il soit

nécessaire de prévoir une couche d'entretoisement séparée.

Dans la forme de réalisation de la figure 4, comme cela a été expliqué précédemment en référence à la forme de réalisation de la figure 1, le câble 10 comprend une masse de remplissage 34 facilitant le maintien des

positions relatives des conducteurs à l'intérieur du câble.

Dans la forme de réalisation de la figure 5, comme cela a été expliqué précédemment en référence à la forme de réalisation de la figure 2, le câble 10 comprend un adhésif 38 ou un matériau similaire facilitant le maintien de

telles positions relatives.

Sur les figures 6 et 7, on a représenté une autre forme de réalisation d'un câble selon la présente invention. Ce câble est un système hybride des formes de réalisation des figures 1 et 4, le câble 10 comprenant quatre conducteurs 60, 62, 64, 66, qui sont entourés respectivement par des isolants diélectriques dissymétriques 68, 70, 72, 74, une couche d'entretoisement 34, un blindage 20 et une gaine 22 pour le câble. A

nouveau, il est prévu une masse centrale de remplissage 34.

Comme on peut le voir dans cet agencement, les conducteurs - 66 sont disposés très près de l'axe central du câble

par rapport au blindage 20.

La figure 8 représente un câble 10 selon la présente invention, dans lequel on utilise un blindage 76 en forme de feuille enroulée. Comme cela a été indiqué, un polyester métallisé ou un matériau semblable est moins coûteux à acheter et à assembler qu'un blindage métallique tressé. D'une manière générale, avec des câbles de transmission à grande vitesse, de tels blindages ne sont

pas appropriés en raison de la protection insuffisante vis-

à-vis d'une interférence électrique. Cependant, les propriétés améliorées du câble selon la présente invention permettent d'utiliser ces matériaux plus minces et moins coûteux avec succès sans que ceci ne réduise fortement les performances du câble. On notera que ce type de câble possède normalement une gaine (non représentée), sauf s'il doit être incorporé dans une autre structure, telle que

celle représentée sur la figure 9.

Bien que le câble selon la présente invention puisse être utilisé à lui seul avec succès, la figure 9 montre que l'on peut combiner des câbles multiples pour former un gros câble circulaire 78. Comme on peut le voir, ce câble 78 comprend dix câbles 10 à quartes, qui possèdent l'agencement représenté sur la figure 8 et sont disposés autour d'un centre commun 80 et sont entourés conjointement par un blindage tressé 82 et par une gaine 84. Il est évident qu'un câble rond 78 agencé de cette manière et comportant les multiples câbles différentiels 10 selon la présente invention, est à même de transmettre des nombres

élevés de signaux de données.

Dans toutes les formes de réalisation de la présente invention, la pluralité de paires différentielles à l'intérieur du câble transmettent une pluralité correspondante de signaux à haute fréquence au moyen de chaque paire différentielle, la pluralité de signaux à haute fréquence transmis subissant une faible distorsion à l'intérieur de chaque paire différentielle et une faible interférence, due à la diaphonie et au bruit d'intermodulation, entre les différentes paires

différentielles.

Bien que l'on connaisse des câbles à paires parallèles et des câbles à paires parallèles doubles pour la transmission de signaux différentiels et qu'on les ait utilisés depuis de nombreuses années, on n'a pas fabriqué de câbles à paires parallèles, dans lesquels tous les conducteurs sont entourés par un seul blindage et une seule gaine pour la transmission de signaux différentiels à grande vitesse et sur une longue distance (de l'ordre de i Gbps). En outre, on n'a pas fabriqué de câbles à paires différentielles dans lesquels la distance entre tous les conducteurs et le blindage est supérieure ou égale à la distance entre un conducteur et l'axe central du câble sur la longueur du câble. Il s'est avéré que la géométrie unique de câble, utilisée selon la présente invention, ainsi que la réunion par paires de conducteurs diagonaux pour la transmission de signaux différentiels, fournissent des résultats étonnamment bons de sorte que le câble 10 selon la présente invention possède une caractéristique de distorsion de temps de propagation très faible (inférieur à 200 ps/30m). Des câbles antérieurs à paires parallèles transmettent d'une manière générale des données à des vitesses de l'ordre de 250 Mbps et présentent une distorsion de temps de propagation de l'ordre de 32,8 ps/m, tandis que les câbles 10 selon la présente invention peuvent effectuer une transmission à des vitesses de l'ordre de 1000 Mbps avec une distorsion de temps de propagation inférieure à 6,66 ps/m. En outre, la taille physique du câble selon la présente invention est nettement inférieure à la taille des câbles antérieurs, de sorte que ce câble est d'une fabrication moins coûteuse et d'une pose plus facile entre deux points et occupe un volume moins important.

A partir de la description précédente, on peut

voir que la forme de réalisation préférée de l'invention comprend un câble à paires différentielles doubles pour la transmission bidirectionnelle de signaux à des cadences élevées de données. Le câble présente une excellente caractéristique de largeur de bande et une caractéristique de très faible distorsion, de sorte que des signaux transmis au moyen des paires différentielles ne sont pas soumis à une distorsion excessive entre les paires même lorsqu'ils sont transmis sur de longues distances ou lorsque le câble est soumis à une flexion ou à un torsadage. En outre, on peut fabriquer ce câble aisément et

d'une manière efficace.

On notera que l'on peut apporter des changements et modifications aux formes de réalisation décrites

précédemment sans sortir du concept de l'invention.

On a utilisé dans la description une certaine

terminologie uniquement à titre de commodité et sans aucun caractère limitatif. La terminologie utilisée inclut les mots spécifiquement mentionnés, des dérivés de tels mots et

des mots ayant une signification similaire.

C'est pourquoi, on comprendra que la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation particulière décrite, mais est censée inclure tous les changements et modifications entrant dans le cadre de l'invention.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Câble (10) de transmission de données à haute vitesse comportant une pluralité de paires différentielles de conducteurs, (12,14,16,18; 40,42, 44,46; 60,62,64,66) une certaine longueur et un axe central (32), caractérisé en ce que: chaque paire différentielle (12,14; 16, 18)

comprend deux conducteurs écartés l'un de l'autre d'en-

viron 180 , un premier isolant (24,26,28,30; 36; 52,54,56, 58; 68,70,72,74) isole électriquement les conducteurs l'un de l'autre, un blindage électriquement conducteur (20) entoure les conducteurs et l'isolant, et un second isolant (34,50) isole électriquement le blindage vis-à-vis des conducteurs, la distance entre l'un quelconque des conducteurs et le blindage étant sensiblement égale ou supérieure à la distance entre ce conducteur et l'axe central (32) du

câble.

2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier isolant (24,26,28,30; 52,54,56,58,68,70,72,74) comprend une couche d'un

diélectrique isolant entourant chacun des conducteurs.

3. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier isolant (52,54,56,58; 68,70,72,74), et le second isolant (34,50) comprennent une couche dissymétrique d'un diélectrique isolant entourant chacun des conducteurs de manière à maintenir chacun de ces derniers à une distance du blindage, qui est sensiblement égale ou supérieure à la distance entre ce conducteur et l'axe

central (32) du câble.

4. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que chacun des diélectriques isolants (24,26,28,30; 52,54,56,58) s'étend dans une position relative constante par rapport aux autres diélectriques, ce qui confère aux conducteurs une longueur physique et une longueur

électrique adaptées.

5. Câble selon la revendication 4, caractérisé en ce que les conducteurs sont disposés en hélice autour de

l'axe central.

6. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une masse de remplissage (36;48)

disposée au centre entre les conducteurs.

7. Câble selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une masse de remplissage (36;48)

disposée au centre entre les conducteurs.

8. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche d'entretoisement (34,50) entourant tous les conducteurs isolés et séparant

ces derniers du blindage.

9. Câble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche d'entretoisement est apte à maintenir le blindage dans une position uniformément écartée par rapport

à l'axe central du câble.

10. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier isolant (36;48) comprend un noyau isolant disposé en position centrale entre les conducteurs et isolant les conducteurs les uns des autres, et que le second isolant (34;50) comprend une couche diélectrique isolante entourant les conducteurs et le noyau isolant de manière à isoler les conducteurs vis-à-vis du blindage (20).

11. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de conducteurs électriques comprend quatre conducteurs électriques (12,14,16,18; 40,42, 44,46; ,62,64,66) constituant des première et seconde paires différentielles de conducteurs électriques, les conducteurs étant espacés circonférentiellement à des intervalles

d'environ 90'.

12. Câble (78) de transmission de données à quartes possédant une certaine longueur et un axe central, caractérisé en ce qu'il comporte:

quatre conducteurs électriques (12-18; 40-46; 60-

66) définissant des première et seconde paires diagonales de conducteurs, les conducteurs étant espacés dans une position relative constante sur la longueur du câble, un diélectrique isolant (24-30; 52-58; 68-74) entourant chacun des quatre conducteurs et isolant les conducteurs les uns des autres, un blindage électriquement conducteur (20) entourant les conducteurs et le diélectrique isolant, le diélectrique isolant (24-30; 52-58; 68-74) isolant en outre électriquement le blindage par rapport aux conducteurs, et la distance entre l'un quelconque des conducteurs et le blindage étant approximativement égale ou supérieure à la distance entre ce conducteur et l'axe central du câble.

13. Câble selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une masse de remplissage (36;48) disposée en position centrale entre les conducteurs.

14. Câble selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche de diélectrique isolant (34;50) entourant les conducteurs isolés à l'intérieur du blindage (20) et concentriquement à ce dernier.

15. Câble selon la revendication 12, caractérisé en ce que le blindage (20) est une tresse électriquement conductrice.

16. Câble selon la revendication 12, caractérisé en ce que le blindage (20) est une feuille électriquement conductrice.

17. Câble de transmission de données comportant

une pluralité de paires différentielles de conducteurs (12-

18; 40-46; 60-66), une certaine longueur et un axe central (32), caractérisé en ce qu'il comporte:

des diélectriques isolants (24-30; 36; 52-58; 68-

74), qui isolent électriquement les conducteurs les uns des autres et maintiennent les conducteurs les uns par rapport aux autres; un blindage électriquement conducteur (20) entourant les conducteurs et les diélectriques isolants; une couche d'entretoisement (34; 38) disposée entre les conducteurs et le blindage, la distance entre l'un quelconque des conducteurs et le blindage étant égale à au moins 0,8 fois la distance

entre le conducteur et l'axe central.

18. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce que le rapport de la distance entre le conducteur et le blindage à la distance entre le conducteur et l'axe

central est égale à au moins 0,9.

19. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce que le rapport de la distance entre le conducteur et le blindage à la distance entre le conducteur et l'axe

central est égale à au moins 1.

20. Câble selon la revendication 17, caractérisé en ce que le blindage comprend une feuille électriquement conductrice.

21. Câble selon la revendication 20, caractérisé en ce que plusieurs câbles (10) sont réunis dans un câble cylindrique (78),le câble cylindrique comprenant un

blindage extérieur (82) et une gaine (84).