FR2815165A1 - Cable axial jumele electrique - Google Patents

Abstract

Ce câble (10) comprend un noyau central extrudé (20) en matériau polymère rigide, un noyau extérieur extrudé (24) entourant le noyau central et comportant deux rainures hélicoïdales (22a, 22b) diamétralement opposées à fond semi-circulaire, comportant des parois divergeant vers l'extérieur, deux conducteurs électriques isolés (32) disposés dans les rainures et pouvant se déplacer longitudinalement indépendamment l'un de l'autre, un tube extrudé (40) en matériau diélectrique recouvrant le noyau extérieur et les conducteurs, un blindage hautement conducteur (44) entourant le premier tube diélectrique, et une gaine extrudée (48) en matériau diélectrique enveloppant le blindage.Application notamment aux câbles électriques axiaux jumelés.

Description

i L'invention concerne d'une manière générale des câbles électriques

blindés et en particulier un câble axial jumelé blindé destiné à être utilisé dans des applications de transmission de données à haute fréquence. De façon plus spécifique, le câble axial jumelé selon la présente inven- tion est destiné à être utilisé dans des environnements hostiles comme par exemple sur le fond de l'océan, o le

câble est soumis à une contrainte de flexion due au cin-

trage ainsi qu'à la pression hydrostatique de l'eau.

Le câble axial jumelé est formé d'une manière générale par enveloppement de deux conducteurs électriques, séparés d'une distance prédéterminée, dans une couche diélectrique. La distance séparant les deux conducteurs est choisie en partie pour empêcher une altération du signal électrique. Une altération du signal se produit lorsqu'il existe une modification dans le signal électrique. Les caractéristiques électriques, qui représentent deux formes

d'altération, sont le taux "d'atténuation" et une désadap-

tation entre "la valeur de l'impédance caractéristique de transmission" et les exigences d'interface du système d'accouplement. Ces deux caractéristiques peuvent être commandées partiellement par la distance séparant les deux conducteurs. Si le câble contient d'autres matériaux conducteurs se présentant par exemple sous la forme d'un blindage métallique, alors la distance de séparation entre chacun des conducteurs et le matériau conducteur est, de façon similaire, critique pour les caractéristiques électriques du câble. C'est pourquoi il est souhaitable de maintenir une distance optimale de séparation entre les

conducteurs et entre chacun des conducteurs et le blindage.

Ces deux distances de séparation affectent directement l'altération du signal et la performance globale d'un câble

axial jumelé blindé.

Un problème important associé aux distances de séparation entre les éléments du câble est le maintien de cette séparation sur toute la longueur du câble pendant la fabrication de ce dernier. Des câbles à conducteurs jumelés réalisés conformément à l'art antérieur requièrent un degré élevé d'habileté pour qu'une distance de séparation entre les deux câbles conducteurs et en outre entre les conducteurs et le blindage soit garantie. Bien qu'un type de câble ait des exigences spécifiques, satisfaire à ces exigences dépend souvent dans une large mesure du niveau d'habileté du fabricant particulier. Un autre problème se présente pour l'ajustement des distances de séparation d'un type spécifique de manière à satisfaire à différentes exigences du point de vue électrique. De façon typique, dans l'art antérieur, différentes modifications doivent être apportées à la conception d'un câble pour satisfaire à de nouvelles exigences du point de vue électrique. A leur tour ces modifications conduisent à des modifications

importantes du procédé de fabrication.

C'est pourquoi il est souhaitable que pour le traitement de problèmes de séparation des conducteurs on réduise de réduire les exigences du point de vue niveau d'habileté du fabricant et on conçoive un câble qui soit aisément modifié pour satisfaire à des exigences

électriques spécifiques.

Dans l'art antérieur, la couche diélectrique, qui enveloppe les conducteurs est utilisée pour plusieurs objectifs. Tout d'abord elle est utilisée pour conserver la configuration géométrique propre des conducteurs. En second

lieu elle sert de barrière de protection pour les conduc-

teurs. Dans certaines applications, un câble peut être sou-

mis à des environnements chimiques ou physiques difficiles,

comme par exemple à des températures extrêmes, à des pres-

sions élevées et à des conditions corrosives. En particu-

lier dans des applications au fond de l'océan, la pression extrêmement élevée peut provoquer une déformation du câble ou même son aplatissement lorsque la couche diélectrique n'est pas suffisamment solide pour résister aux pressions

externes. La conséquence naturelle d'une quelconque défor-

mation se traduit par des modifications des distances de séparation entre les éléments du câble. Dans le cas le plus extrême, dans lequel les conducteurs viennent en contact avec l'environnement, à la fois une altération du signal et

une défaillance du câble sont inévitables.

Un problème usuel, qui se pose avec la couche diélectrique, se situe dans la capacité de cette couche à agir en tant que barrière de protection. Si la couche n'est

pas suffisamment épaisse autour des conducteurs, des fis-

sures, qui se forment dans la couche diélectrique, peuvent

pénétrer jusqu'aux conducteurs en les exposant à des envi-

ronnements externes. Néanmoins, si la couche est trop épaisse, le câble est moins flexible, ce qui rend le câble

inapproprié pour son utilisation dans de nombreuses appli-

cations. Un autre problème, qui est lié à l'enveloppement

des conducteurs par la couche diélectrique, est la forma-

tion d'espaces interstitiels. Si le processus d'envelop-

pement n'est pas exécuté correctement, les espaces interstitiels se forment fréquemment entre les conducteurs isolés et la couche diélectrique. La formation d'espaces interstitiels s'ajoute aux problèmes liés à la formation de

fissures dans la couche diélectrique en permettant la péné-

tration de matériaux indésirables dans les zones critiques du câble. En outre dans des applications en eau profonde, la présence d'éléments d'espaces interstitiels entre des éléments de câble augmente la probabilité que le câble s'aplatisse ou se déforme d'une autre manière sous les

pressions externes extrêmes.

La figure 1, annexée à la présente demande,

représente un type de câble axial jumelé 36 de l'art anté-

rieur tel que représenté et décrit dans le brevet US N 5 313 020. Ce câble est constitué de deux conducteurs isolés 30, 30', qui sont torsadés entre eux et sont logés dans une couche diélectrique 31. Lors de la fabrication du câble 36, la première étape consiste à envelopper chaque conducteur par une gaine isolante 32, 32' ayant un diamètre important. L'épaisseur de la gaine est choisie de manière à être égale à la moitié de la distance désirée entre les deux conducteurs. Les conducteurs isolés doivent être en contact réciproque, et non espacés comme représenté sur la figure 1, si l'épaisseur de la gaine est égale à la moitié de la distance de séparation désirée. Cet intervalle entre les conducteurs isolés n'est pas prévu de façon intentionnelle et dépend du procédé, mais de façon typique est maintenu à une valeur aussi faible que possible. A l'évidence, lorsque l'espacement théorique entre les conducteurs doit être réglé uniquement au moyen du diamètre de l'isolant, cette variabilité du procédé conduit à des

variations de la performance électrique du câble.

Une fois que les conducteurs isolés ont été tor-

sadés entre eux, les conducteurs sont séparés par au moins l'épaisseur combinée formée par la somme des épaisseurs des gaines isolantes autour des conducteurs. Après qu'une couche diélectrique 31 a été formée autour des conducteurs

isolés torsadés, on fixe par tressage un blindage métal-

lique 33 au-dessus de la couche diélectrique, et on forme la gaine extérieure 35 autour du blindage tressé, pour

achever le câble.

Le câble axial jumelé représenté sur la figure 1 présente plusieurs inconvénients. Les conducteurs isolés peuvent être espacés de telle sorte que la distance entre le diélectrique au niveau du point "a" soit relativement faible par rapport à la distance au niveau du point "b", ce qui a pour effet que le diélectrique est défaillant au niveau de ce point, lorsqu'on fléchit le câble. En outre, si les conducteurs isolés ne restent pas essentiellement concentriques avec la couche diélectrique 31 pendant la fabrication, des parties des conducteurs isolés dans des zones o l'épaisseur de la couche est faible, c'est-à-dire le point "a", peuvent ne pas être recouvertes du tout par la couche. C'est pourquoi, en fonction de l'habileté du fabricant, ces sections minces de la couche diélectrique forment au mieux uniquement une barrière comparativement mince de protection pour des conducteurs isolés et au pire

ne fournissent absolument aucune barrière de protection.

Un second inconvénient du câble de la figure 1 réside également dans les sections épaisses et minces de la couche diélectrique 31, qui entoure les conducteurs isolés

, 30'. De façon typique, la couche diélectrique est for-

mée par extrusion autour des conducteurs isolés. Le proces-

sus d'extrusion produit de façon idéale un corps tubulaire

isolant, qui est essentiellement concentrique aux conduc-

teurs torsadés isolés. Cependant l'agencement physique du câble 36 pose des problèmes pour atteindre cet objectif en

raison de la contraction ou du retrait de la couche diélec-

trique 31 pendant la cuisson et le refroidissement de la

couche. Etant donné que l'épaisseur de paroi du corps tubu-

laire formé d'un matériau diélectrique n'est pas uniforme, la contraction de sections de la paroi d'épaisseur variable n'est pas uniforme. Des sections plus épaisses, telles que celles du point "b" tendent à se contracter d'une manière plus conséquente que la section plus mince du point "a". La disparité dans la contraction produit une extrusion qui n'est pas cylindrique. La forme non cylindrique de la couche diélectrique pose des problèmes supplémentaires et conduit à une dépense supplémentaire de fabrication et

d'installation du blindage tressé 33.

L'agencement du câble de la figure 1 peut égale-

ment conduire à la formation d'espaces interstitiels. Les matériaux sélectionnés pour la couche diélectrique 31 et les gaines isolantes 32, 32' ne comportent en général pas la même base chimique pour empêcher une liaison de sorte

que les deux couches peuvent être séparées sans endommage-

ment des conducteurs pendant le processus de terminaison du câble. Lorsque la couche diélectrique 31 est extrudée autour des conducteurs isolés, les deux matériaux ne sont pas réunis l'un à l'autre en raison de différences entre ces matériaux. Au niveau des points o une liaison n'est

pas formée entre lesdits matériaux, des espaces intersti-

tiels se forment en raison de la contraction du diélec-

trique 31. En outre, un espace interstitiel est formé dans les interstices présents entre les conducteurs isolés. Ces interstices ne sont pas remplis en raison de la viscosité qui limite l'écoulement du diélectrique 31. Sinon, lorsque des matériaux diélectriques sont choisis pour garantir une liaison robuste entre ces éléments de câble, il apparaît une perte correspondante de flexibilité. C'est pourquoi,

lorsqu'un câble flexible est requis, il n'est pas souhai-

table de relier l'isolant du conducteur ou les entretoises au matériau diélectrique. Au contraire il est préférable que les différents conducteurs ne soient pas séparés par une distance fixe l'un de l'autre et par rapport aux autres éléments conducteurs du câble, mais qu'ils puissent se déplacer longitudinalement sur la longueur du câble pour

atténuer la contrainte et garantir la flexibilité.

La figure 2, annexée à la présente demande,

illustre un second procédé de l'art antérieur pour fabri-

quer un câble axial jumelé. Ce câble est représenté sur la figure 4 du brevet US N 5 313 020 déposé par le déposant indiqué précédemment. Le câble 26 est constitué de deux conducteurs non isolés 20, 20', séparés par une distance

prédéterminée et logés dans une couche diélectrique 21.

Lors de la formation du câble, la première étape consiste à extruder une couche diélectrique autour des deux conducteurs non isolés. Etant donné que le diélectrique est extrudé autour des conducteurs, les conducteurs sont retenus essentiellement parallèlement entre eux à la distance requise. A nouveau on dispose un blindage tressé 23 formé d'un matériau conducteur autour de la partie extrudée, et on extrude la gaine de protection 25 sur la tresse. Ce type de configuration axiale jumelée présente par rapport au câble de la figure 1 l'avantage consistant

en ce qu'il n'existe aucune gaine d'isolation des conduc-

teurs, au moyen de laquelle le matériau de la couche diélectrique ait à être fixé. Au lieu de cela, la couche diélectrique est fixée directement aux conducteurs et il

n'existe aucun risque que des espaces interstitiels se for-

ment autour des conducteurs. La contrepartie de cet avan-

tage réside dans la perte de flexibilité du câble. La for-

mation d'une liaison directe entre la couche diélectrique

et les conducteurs, lors de l'extrusion du matériau diélec-

trique sur les conducteurs non isolés, établit une liaison

entre ces éléments de câble sur toute la longueur du câble.

Cette liaison fixe les conducteurs en place à l'intérieur du câble et empêche leur déplacement longitudinal à

l'intérieur du câble.

C'est une condition indésirable étant donné que la capacité des conducteurs à se déplacer longitudinalement à l'intérieur du câble leur permet d'atténuer une partie de la traction et de la compression, qui sont créées lorsque

le câble fléchit.

Un autre inconvénient du type axial jumelé repré-

senté sur la figure 2 réside dans le fait que les conduc-

teurs sont fixés dans le même plan géométrique sur toute la longueur du câble. Lorsque le câble fléchit ou est coudé perpendiculairement au plan contenant les conducteurs, une même traction et une même compression sont appliquées aux

deux conducteurs. Cependant, si le câble est amené à flé-

chir au point qu'il est coudé dans le plan des conducteurs de telle sorte que la direction de coudage est coplanaire aux deux conducteurs, l'un des conducteurs est placé dans un état de traction beaucoup plus intense que ne l'est l'autre conducteur. Cet agencement des conducteurs sur l'ensemble de la longueur du câble rend ce dernier plus sensible à une contrainte par fatigue et par conséquent à

une défaillance.

Un inconvénient supplémentaire du type axial conjugué de l'art antérieur représenté sur la figure 2 est qu'il est difficile de terminer le câble comme par exemple au niveau d'une jonction ou d'un appareil. Pour terminer le câble, il faut fendre la couche diélectrique extrudée solide 21 et la retirer de chaque conducteur 20 sur une

longueur suffisante pour permettre la fixation du conduc-

teur à l'appareil. Le retrait de la couche diélectrique solide extrudée est difficile et perturbe fortement cette procédure. La figure 3, annexée à la présente demande, représente un troisième type de câble axial jumelé de l'art antérieur, qui élimine certains des problèmes d'espacement des conducteurs, indiqués précédemment. Sur la figure 3 on a représenté un câble 10 possédant un noyau central 11, autour duquel une paire de conducteurs isolés 12, 12' sont enroulés en hélice le long d'une pluralité d'entretoises 14 utilisées pour maintenir les conducteurs isolés dans des positions relatives fixes. Une couche 15 du matériau diélectrique entoure le noyau, les conducteurs et les entretoises. On place une tresse 16 formée d'un fil métallique sur la couche diélectrique 15 et on achève la fabrication du câble en mettant en place une gaine

extérieure 17 formée d'un matériau électrique.

L'agencement du câble axial jumelé de la figure 3 permet d'obtenir un espacement correct des conducteurs à l'intérieur du câble et le maintien de ces conducteurs dans des positions relatives fixes. Ce câble fait l'objet du

brevet US N 5 313 020. Les moyens, qui permettent de réali-

ser cet espacement dans ce câble, créent des espaces inter-

stitiels inévitables. En particulier l'utilisation d'entretoises 14 visant à garantir un espacement correct des conducteurs crée des vides entre les conducteurs, les entretoises et le noyau, qui ne peuvent pas être remplis par le matériau diélectrique extrudé. La présence de tels espaces interstitiels peut permettre une déformation du câble et même éventuellement un aplatissement du câble dans

des conditions à haute pression présentes dans des applica-

tions en eau profonde. Naturellement n'importe quelle

déformation ou aplatissement de la structure du câble modi-

fie l'espacement entre les éléments de câble, ce qui' modi-

fie ses caractéristiques électriques.

Un inconvénient supplémentaire du type de câble axial jumelé représenté sur la figure 3 est à nouveau un

inconvénient du point de vue fabrication. Le niveau d'habi-

leté requis pour garantir un produit uniforme sur toute la longueur du câble 10 est relativement élevé en raison des problèmes liés aux espaces interstitiels et aux vides dans la couche diélectrique. Une reconfiguration de l'agencement du câble pour différentes spécifications électroniques est également un processus de mise en oeuvre qui requiert une

modification de multiples éléments de câble.

C'est pourquoi un but et une caractéristique de la présente invention est de fournir un câble axial jumelé

qui possède un noyau essentiellement solide servant à sup-

porter les conducteurs, afin de maintenir les conducteurs dans des positions latérales relativement fixes, et de réduire la probabilité de formation d'espaces interstitiels

et de vides entre les éléments de câble. De façon spéci-

fique, le câble selon la présente invention comprend un

noyau central qui est relativement rigide et incompres-

sible, et un noyau extérieur formé d'un matériau polymère flexible qui entoure le noyau intérieur et est pourvu de rainures diamétralement opposées, dans lesquelles sont

positionnées des conducteurs isolés.

Un autre but et une autre caractéristique de la présente invention est de maintenir les conducteurs isolés

dans une relation espacée et fixe latéralement, à l'inté-

rieur du câble. Cette caractéristique est obtenue conformé-

ment à la présente invention par le fait que les conduc-

teurs sont retenus appliqués contre les fonds des rainures formées dans le noyau extérieur, par une couche formée

d'une bande diélectrique enroulée autour du noyau exté-

rieur, conjointement avec un corps annulaire ayant une épaisseur uniforme, formée d'un matériau électrique et

extrudée autour de la bande diélectrique.

Une autre caractéristique de la présente inven-

tion est de fournir un type de câble axial jumelé qui per-

met de déplacer chaque conducteur isolé longitudinalement à l'intérieur du câble indépendamment de l'autre conducteur isolé. Cette caractéristique est obtenue grâce au maintien des conducteurs isolés dans des rainures formées dans le noyau extérieur par la bande diélectrique qui sépare les

conducteurs d'un corps annulaire extérieur formé d'un maté-

riau électrique, auquel le conducteur isolant pourrait sinon être fixé pendant la fabrication du câble. Un composé de blocage de l'eau peut être utilisé facultativement pour remplir des espaces interstitiels entre les conducteurs isolés et les parois des rainures. Si on utilise un tel composé, il doit être d'une nature telle qu'il permet aux conducteurs de se déplacer longitudinalement à l'intérieur

des rainures.

Une autre caractéristique de la présente inven-

tion est de fournir un câble axial jumelé blindé, dans

lequel une couche annulaire d'un matériau métallique haute-

ment conducteur entoure le corps annulaire du matériau diélectrique qui entoure la bande diélectrique, les conducteurs et le noyau, en créant ainsi une distance de séparation fixe entre les conducteurs et le blindage. Etant donné que le câble selon la présente invention est destiné à des applications en eau profonde, la solidité de la

couche diélectrique et son aptitude à résister aux pres-

sions externes élevées sans déformation sont critiques. Le blindage annulaire est de façon typique un fil métallique

tressé autour de la couche diélectrique. Un composé de rem-

plissage peut être utilisé pour remplir les espaces inter-

stitiels qui peuvent exister dans le blindage.

Une autre caractéristique de la présente inven-

tion est de fournir un câble axial jumelé, qui soit durable et moins sensible à une contrainte à la fatigue sous

l'effet d'un coudage excessif et d'une flexion excessive.

Cette caractéristique est obtenue grâce au choix de matériaux pour le câble, en permettant aux conducteurs de se déplacer longitudinalement dans le câble et en disposant les conducteurs à l'intérieur du câble de telle sorte qu'une contrainte appliquée peut être plus facilement relaxée. Chaque conducteur est retenu dans l'une de deux rainures hélicoïdales séparées qui s'étendent longitudinalement en étant diamétralement opposées et sont formées dans le noyau central. Cet agencement des conducteurs permet d'obtenir une distribution améliorée des contraintes de traction et de compression qui sont créées

dans les conducteurs dans le cas d'une flexion du câble.

De façon plus précise l'invention concerne un

câble électrique de transmission de données à haute fré-

quence destiné à être utilisé dans un environnement hos-

tile, caractérisé en ce qu'il comprend: un noyau central extrudé formé d'un matériau polymère rigide et incompressible, un noyau extérieur extrudé recouvrant le noyau

central et possédant deux rainures hélicoïdales diamétrale-

ment opposées, dont chacune possède une paroi inférieure et des parois latérales semi-circulaires qui divergent en direction de l'extérieur à partir du fond de la rainure, deux conducteurs électriques isolés, dont chacun est positionné dans l'une des rainures hélicoïdales de

telle sorte que les conducteurs sont essentiellement diamé-

tralement opposés et sont également espacés l'un de l'autre sur l'étendue en longueur du noyau extérieur, chaque conducteur étant libre de se déplacer longitudinalement indépendamment de l'autre conducteur, un premier tube extrudé formé d'un matériau diélectrique recouvrant le noyau extérieur et les conducteurs isolés, un blindage formé d'un matériau hautement conducteur logeant la première couche diélectrique pour protéger les conducteurs isolés vis-à-vis d'influences électriques extérieures et accorder les caractéristiques électriques du câble, et

une gaine extrudée formée d'un matériau diélec-

trique et enveloppant le blindage.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le câble de transmission comporte en outre une seconde couche diélectrique mince disposée entre le noyau extérieur

et les conducteurs et la première couche diélectrique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la seconde couche de matériau diélectrique est une couche

formée d'une bande diélectrique.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la première couche diélectrique est formée de polyéthylène

haute densité.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la gaine est formée d'un matériau polymère choisi dans le groupe comprenant le polyéthylène, le polyuréthane, le

polypropylène, le néoprène et des caoutchoucs thermoplas-

tiques.

L'invention concerne en outre un câble de trans-

mission de données à haute fréquence dans lequel le noyau

central est formé par du polyéthylène haute densité solide.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

le noyau extérieur est formé d'un caoutchouc thermoplas-

tique. Selon une autre caractéristique de l'invention, le blindage formé d'un matériau hautement conducteur est

une tresse métallique.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

le câble de transmission de données à haute fréquence com-

porte en outre un composé de remplissage situé dans les

espaces interstitiels de la tresse métallique.

Selon une autre caractéristique de l'invention,

le câble de transmission de données à haute fréquence com-

porte en outre un composé de blocage de l'eau disposé entre

les conducteurs et les parois des rainures.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur les-

quels:

- la figure 1, dont il a été fait mention, repré-

sente une vue en coupe transversale d'un câble axial jumelé

de l'art antérieur comportant un couple de conducteurs iso-

lés et une couche non uniforme de matériau diélectrique disposé autour des conducteurs;

- la figure 2, dont il a été fait mention, repré-

sente une coupe transversale d'un câble axial jumelé de l'art antérieur comportant un couple de conducteurs non isolés, qui sont enveloppés dans une couche diélectrique épaisse formant un câble relativement rigide;

- la figure 3, dont il a été fait mention, repré-

sente une vue en coupe transversale d'un agencement de l'art antérieur d'un câble axial jumelé possédant un couple

de conducteurs isolés, qui sont maintenus dans leurs posi-

tions relatives par une pluralité d'entretoises autour d'un noyau massif; - la figure 4 est une vue en coupe transversale

de la forme de réalisation préférée de la présente inven-

tion, qui représente un noyau central massif, un noyau extérieur dans lequel sont aménagées des rainures, une couche formée d'une bande diélectrique servant à maintenir les conducteurs à l'intérieur des rainures, et des couches extérieures formées d'un matériau électrique situées de chaque côté d'un blindage métallique; - la figure 4A est une vue à plus grande échelle du composé 28a de blocage de l'eau, disposé entre les conducteurs et les parois de la rainure 22b; -la figure 4B est une vue à plus grande échelle d'une partie du blindage métallique 44 et du composant de remplissage 44a; et - la figure 5 est une coupe transversale d'un câble typique disposé au fond de l'océan et qui utilise des câbles axiaux jumelés pour transmettre des signaux d'hydrophones ou d'autres capteurs à l'appareillage

d'enregistrement installé sur le bateau tirant le câble.

La figure 4 représente une coupe transversale d'un câble de transmission de données à haute fréquence 10 possédant un noyau central 20 et un noyau extérieur 24 et qui possède au moins un couple de rainures hélicoïdales

diamétralement opposées 22a et 22b formées dans ce noyau.

Des câbles électriques 30a et 30b sont disposés dans chaque rainure 22 de manière à suivre la configuration hélicoïdale de cette rainure. Chaque câble comprend des conducteurs 32

et un isolant 28. Les rainures hélicoïdales 22a et 22b pos-

sèdent des fonds semi-circulaires qui sont adaptés à la surface circulaire extérieure de câble 30a et 30b de manière à retenir les câbles en des positions également espacées par rapport au centre du câble et directement à l'opposé du noyau central. Les rainures comportent des parois latéralesqui s'évasent vers l'extérieur à partir des fonds semi- circulaires des rainures de sorte qu'il existe un contact suffisant entre les câbles et le fond des rainures pour retenir les câbles dans la position désirée avec un contact minimum avec les parois des rainures. Une bande diélectrique 36 retient les câbles dans les rainures avec une résistance minimale vis-à-vis d'un déplacement longitudinal des câbles. Cela permet au câble de fléchir aisément conjointement avec le câble parent dans lequel il est situé et de se déplacer longitudinalement par rapport

aux rainures.

Une couche formée d'une bande diélectrique 36,

qui retient les câbles appliqués contre le fond des rai-

nures et empêche l'isolant 28 des conducteurs de se fixer à la première couche diélectrique 40 qui entoure le noyau extérieur 24, est enroulée autour du noyau extérieur 24 et

des câbles 30a et 30b. Autour de la première couche diélec-

trique 40 est formé par tressage un blindage métallique 44

qui est recouvert par une gaine extérieure 48. Facultative-

ment, l'isolant 28 des conducteurs peut être recouvert par un composé 28a de blocage de l'eau, qui sert à remplir tous les espaces interstitiels 52 qui peuvent se former entre les conducteurs isolés, les parois des rainures 22 et la bande diélectrique 36. En outre le blindage 44 peut être recouvert d'un composé de remplissage 44a destiné à remplir tous les espaces interstitiels présents dans le métal tressé. De façon plus spécifique, le noyau central 20 est relativement rigide et incompressible. Le noyau central établit un espacement entre les conducteurs et confère une rigidité au noyau extérieur 24, ce qui applique un soutien radial au noyau extérieur en séparant les conducteurs et en les maintenant dans des positions relatives fixes. Le noyau central 20 est de préférence formée d'un polyéthylène haute densité ou du matériau Téflon' ou d'une matrice composite polymère contenant le matériau désigné par Kevlar ', ou un

autre matériau non conducteur améliorant la résistance.

Bien qu'il soit de type structurel, il est préférable que le noyau central 20 ne contienne pas d'élément métallique

qui pourrait interférer par ailleurs avec le signal élec-

trique du câble 10. Le noyau central 20 peut être formé au moyen d'une variété de techniques de traitement, comme par exemple l'extrusion, la pultrusion ou l'enroulement de filaments. Le noyau extérieur 24 est formé d'un matériau

polymère plus mou que le noyau central 20 et est de préfé-

rence un caoutchouc thermoplastique qui est extrudé sur le noyau central. Pendant la fabrication, le noyau extérieur est de préférence extrudé avec des rainures 22a et 22b situées sur des côtés opposés et qui s'étendent d'une

manière rectiligne sur l'étendue en longueur du noyau exté-

rieur. Les rainures 22a et 22b peuvent avoir n'importe quelle forme qui contient les conducteurs isolés lorsqu'ils sont disposés dans ces rainures, de manière à réduire les emplacements o des vides et des interstices peuvent apparaître, et il est préférable d'extruder le noyau extérieur avec des rainures semi-circulaires et des rainures qui sont sinon adaptées à la surface extérieure des conducteurs isolés. En outre la taille des rainures doit être également choisie de manière qu'il existe un espace minimum entre les conducteurs isolés et les parois des rainures de manière à permettre au conducteur de se déplacer longitudinalement par rapport aux rainures comme cela a été expliqué précédemment. Les rainures 22a et 22b doivent être séparées essentiellement de 180 dans leur

relation physique sur la périphérie du noyau extérieur.

Puis on applique un torsadage au noyau extérieur pendant le

processus de formation du câble pour obtenir une disposi-

tion hélicoidale des rainures 22a et 22b autour du noyau

central.

Le noyau central et le noyau extérieur 20 et 24 fournissent la distance nécessaire entre les conducteurs

isolés pour satisfaire aux exigences électriques désirées.

Ils rendent également la séparation des conducteurs pendant la fabrication moins dépendante d'une habileté de fabrication que dans le cas de l'un ou l'autre des câbles des figures 1, 2 et 3. Conformément à la présente invention, il n'est pas nécessaire de modifier l'épaisseur de l'isolant 28 des conducteurs pour satisfaire aux exigences électriques requises d'un câble spécifique étant donné que le noyau central et le noyau extérieur sont les éléments du câble qui déterminent la distance de séparation entre les conducteurs. Par conséquent, le même fil à conducteurs isolés peut être utilisé dans des câbles ayant

des exigences électriques requises variables.

Pour être certain que les éléments centraux for-

ment une configuration cylindrique, sur laquelle la pre-

mière couche diélectrique et la gaine extérieure peuvent

être extrudées, on peut recouvrir l'isolant 28 des conduc-

teurs avec un composé réalisant un blocage de l'eau ou un

remplissage du câble. Par exemple, pour empêcher la forma-

tion d'espaces interstitiels entre le conducteur isolé 30 et les parois de la rainure 22, on remplit l'espace 52 au moyen du composé pendant le câblage. En outre, le composé sélectionné doit permettre aux conducteurs 30a et 30b de se

déplacer relativement librement longitudinalement respecti-

vement dans les rainures 22a et 22b. Le composé peut être n'importe quel composé de blocage de l'eau, connu dans la technique et présentant les caractéristiques désirées comme par exemple de la graisse à base de diméthylpolysiloxane disponible auprès de la société dite Dow Corning, sous la

désignation commerciale DC-111.

En outre, on applique une couche mince d'un maté-

riau diélectrique 36 sur le noyau central et le noyau exté-

rieur et sur les conducteurs isolés de manière à garantir l'uniformité de la configuration du câble. Cette couche mince est de préférence une couche formée d'une bande diélectrique, qui est enroulée autour des éléments centraux du câble. La bande 36 est de préférence formée de polyester scellable à chaud tel que le matériau désigné sous le terme de Mylar, sur une face duquel est déposé un adhésif activé

par la chaleur, renforcé par des fibres. Comme indiqué pré-

cédemment, le rôle de la bande diélectrique 36 est double.

* Tout d'abord la bande utilisée pour retenir des conducteurs isolés 30a et 30b en position dans leurs rainures respec- tives. En second lieu la bande 36 est destinée à bloquer et éventuellement empêcher une fixation de l'isolant 28 des conducteurs sur la première couche diélectrique 40, ce qui peut se produire lorsque cette couche est extrudée sur les

conducteurs isolés.

La combinaison du composé de blocage de l'eau et de la bande diélectrique garantit que (1) les éléments centraux du câble sont uniformément cylindriques, (2) que les conducteurs isolés sont retenus dans des positions relatives fixes sans possibilité de déplacement latéral, et (3) que les conducteurs sont relativement libres de se déplacer longitudinalement à l'intérieur des rainures, sur

l'étendue en longueur du câble.

Les exigences concernant l'habileté de fabrica-

tion d'un câble selon l'invention sont réduites par rapport à celles requises pour l'agencement de la figure 3. De façon spécifique, étant donné que les éléments formant

noyaux de la présente invention fournissent une base cylin-

drique relativement uniforme, sur laquelle la première couche diélectrique et la gaine extérieure peuvent être extrudées, il existe une disparité moins grande en ce qui concerne la contraction des matériaux. Etant donné que la

contraction des matériaux diélectriques dépend de l'épais-

seur des matériaux, il est souhaitable de maintenir une

épaisseur uniforme autour des éléments centraux. La pré-

sence de l'élément central et d'éléments extérieurs et des conducteurs isolés crée une base uniformément cylindrique, sur laquelle les couches diélectriques peuvent être

extrudées, ce qui conduit à une contraction plus uniforme.

Naturellement plus la contraction est uniforme, plus le câble est uniforme et symétrique. Les exigences d'habileté pour la fabrication d'un câble selon la présente invention sont en outre réduites par la nature essentiellement massive du noyau central et du noyau extérieur, étant donné qu'il existe un moins grand nombre d'emplacements o des interstices et des vides peuvent se former entre les

éléments du câble.

La première couche diélectrique 40 établit l'espacement entre des conducteurs isolés 30a et 30b et le blindage 44. La première couche diélectrique 40 doit être

suffisamment robuste pour maintenir une distance sélection-

née de séparation entre ces matériaux conducteurs, lorsque

le câble 10 est soumis à des pressions externes anticipées.

La première couche diélectrique 40 est de préférence formée de polyéthylène haute densité, qui est extrudé sur la

couche mince de la bande diélectrique 36. Les rôles princi-

paux de la première couche diélectrique 40 sont de fournir un support radial pour le blindage 44 et d'assister la

bande diélectrique 36 pour le maintien des conducteurs iso-

lés dans les rainures 22a et 22b. En outre la couche diélectrique 40 agit en tant que barrière continue à paroi

épaisse entre l'extérieur du câble 10 et les éléments cen-

traux critiques.

Le blindage 44 est disposé autour de la première couche diélectrique à titre de protection et pour créer un plan de masse prédictible pour accorder les caractéristiques de transmission en hautes fréquences afin de protéger l'environnement électrique des composants internes vis-à-vis d'influences électriques extérieures. On applique le blindage en utilisant des techniques connues et de préférence on tresse un fil métallique autour de la première couche diélectrique 40. Plus particulièrement, le blindage 44 peut être formée de cuivre contenant un composé d'étamage, un métal argenté ou n'importe quel autre métal qui n'est pas très sensible à la corrosion et à l'oxydation

et qui est hautement conducteur et possède une caractéris-

tique de faible perte de signal. En outre la tresse métal-

lique 44 peut être recouverte par un composé de remplissage du câble servant à lubrifier et à remplir les interstices du métal tressé de même qu'à empêcher l'oxydation du métal tressé. Sinon, une extrusion du polymère électriquement conducteur peut être utilisée pour réunir le blindage à la première couche diélectrique 40 et remplir les interstices

formés dans le blindage tressé.

La gaine extérieure 48 est une seconde couche annulaire de matériau diélectrique qui est extrudée sur le blindage 44. La gaine 48 peut être la plupart du temps n'importe quel matériau polymère qui est un polymère ayant une bonne qualité pour former une gaine et qui est choisi pour les conditions envisagées auparavant d'applications

particulières du câble. Pour des applications en eau pro-

fonde et au fond de l'océan, il est préférable que la gaine 48 soit formée de polyéthylène, bien que du polyuréthanne,

du polypropylène, du néoprène, des caoutchoucs thermoplas-

tiques et différentes matrices composites polymères

puissent être également appropries.

Le câble selon la présente invention peut être aisément modifié avant sa fabrication de manière à fournir

les caractéristiques mécaniques et électriques désirées.

L'agencement peut être "accordé" électriquement par (1)

modification des distances de séparation entre les conduc-

teurs et entre les conducteurs et le blindage, (2) modifi-

cation des matériaux du noyau central et du noyau exté-

rieur, (3) modification des matériaux des première et seconde couches diélectriques et (4) modification des matériaux et de la conductivité des conducteurs et/ou du blindage métallique. En réglant le diamètre du noyau par exemple, on peut concevoir un câble conçu pour fournir une impédance caractéristique désirée de transmission. Un choix correct de matériaux pour le noyau central et le noyau extérieur et pour les couches diélectriques permet de conformer le champ électrique comme cela est souhaité sur la base des constantes diélectriques du matériau. Par exemple les composants internes pourraient être un polyéthylène solide haute densité afin de réduire l'impédance caractéristique de la transmission, ou un polyéthylène à l'état de mousse pour accroître l'impédance caractéristique de la transmission. Lors de la sélection des matériaux nécessaires pour produire les caractéristiques désirées du câble 10, il est avantageux de choisir les matériaux ayant une base chimique commune, comme par exemple du polyéthylène. Ceci garantit une liaison adéquate entre les éléments constitutifs et réduit la formation d'interstices. Comme cela est représenté dans les exemples indiqués précédemment, un matériau peut posséder la même base chimique commune, par exemple le polyéthylène, tandis que différents éléments dans la famille chimique peuvent fournir une gamme étendue de

caractéristiques électriques et mécaniques.

L'agencement du câble peut être également "accor-

dé" mécaniquement grâce au choix de matériaux pour le noyau central et le noyau extérieur. Par exemple le noyau central serait formé par du polyéthylène solide haute densité pour l'obtention d'une résistance maximale à l'écrasement, ou par un polyéthylène à l'état de mousse pour obtenir un poids plus faible. Par conséquent, en modifiant simplement le type de matériau utilisé pour former le noyau central et le noyau extérieur, on peut obtenir des formes appropriées des caractéristiques mécaniques sans modifier le diamètre

global du câble.

L'une des utilisations des câbles de transmission de données à haute fréquence selon l'invention est qu'une partie du câble formant flûte marine ayant des modules électroniques distribués pour émettre des signaux collectés par des hydrophones en direction d'un équipement secondaire

situé sur le bateau, auquel le câble principal est rac-

cordé. Une utilisation associée est un "câble placé au fond de l'océan", qui renvoie également des signaux provenant de capteurs diversifiés, à un navire d'enregistrement. Une coupe transversale d'un tel câble est représentée sur la

figure 5.

Le câble comprend un câble central A résistant à la contrainte, qui est l'élément de support de charge du câble. Une paire de câbles de transmission de données à haute fréquence B sont disposés sur des côtés opposés du câble central A de support de contrainte. Des faisceaux de fils de transmission d'énergie C sont disposés sur des côtés opposés du noyau supportant la contrainte. Deux petits fils D de capteurs sont disposés selon des faisceaux à l'intérieur de la bande E, qui entoure l'ensemble du faisceau de manière à retenir les différents composants dans leurs positions représentées. La gaine F, qui inclut un élément de renfort G en Kevlar, est combinée à la gaine

extérieure H pour renfermer le câble.

A partir de ce qui précède, on voit que l'inven-

tion est bien adaptée pour atteindre les objectifs et buts mentionnés précédemment, et fournir conjointement d'autres avantages qui sont évidents et sont propres au dispositif

et à la structure.

On comprendra que certaines caractéristiques et combinaisons secondaires présentent une utilité et peuvent être utilisées sans référence à d'autres caractéristiques et combinaisons secondaires, et entrent dans le cadre de la

présente invention.

Etant donné que de nombreuses formes de réalisation possibles de l'invention peuvent sortir du cadre de cette dernière, on comprendra que tous les éléments indiqués représentés sur les dessins annexés doivent être considérés

à titre illustratif et non dans un sens limitatif.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Câble électrique de transmission de données à haute fréquence (10) destiné à être utilisé dans un environnement hostile, caractérisé en ce qu'il comprend: un noyau central extrudé (20) formé d'un matériau polymère rigide et incompressible, un noyau extérieur extrudé (24) recouvrant le noyau central et possédant deux rainures hélicoidales diamétralement opposées (22, 22a, 22b), dont chacune

possède une paroi inférieure et des parois latérales semi-

circulaires qui divergent en direction de l'extérieur à partir du fond de la rainure, deux conducteurs électriques isolés (32), dont chacun est positionné dans l'une des rainures hélicoidales de telle sorte que les conducteurs sont essentiellement diamétralement opposés et sont également espacés l'un de l'autre sur l'étendue en longueur du noyau extérieur, chaque conducteur étant libre de se déplacer longitudinalement indépendamment de l'autre conducteur, un premier tube extrudé (40) formé d'un matériau diélectrique recouvrant le noyau extérieur (24) et les conducteurs isolés (32), un blindage (44) formé d'un matériau hautement conducteur logeant la première couche diélectrique pour protéger les conducteurs isolés vis-à-vis d'influences électriques extérieures et accorder les caractéristiques électriques du câble, et une gaine extrudée (48) formée d'un matériau

diélectrique et enveloppant le blindage.

2. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde couche diélectrique mince (36) disposée entre le noyau extérieur (24) et les conducteurs

(32) et la première couche diélectrique (40).

3. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde couche de matériau diélectrique (36) est une couche

formée d'une bande diélectrique.

4. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche diélectrique (40) est formée de

polyéthylène haute densité.

5. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine (48) est formée d'un matériau polymère choisi dans le groupe comprenant le polyéthylène, le polyuréthane, le

polypropylène, le néoprène et des caoutchoucs thermoplas-

tiques.

6. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau central (20) est formé par du polyéthylène haute

densité solide.

7. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le noyau extérieur (24) est formé d'un caoutchouc thermoplastique.

8. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage (44) formé d'un matériau hautement conducteur est

une tresse métallique.

9. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un composé de remplissage situé dans les

espaces interstitiels de la tresse métallique (44).

10. Câble de transmission de données à haute fré-

quence selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un composé (28a) de blocage de l'eau disposé entre les conducteurs (32) et les parois des

rainures (22).