WO2024068985A1 - Connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence - Google Patents

Connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence Download PDF

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WO2024068985A1
WO2024068985A1 PCT/EP2023/077152 EP2023077152W WO2024068985A1 WO 2024068985 A1 WO2024068985 A1 WO 2024068985A1 EP 2023077152 W EP2023077152 W EP 2023077152W WO 2024068985 A1 WO2024068985 A1 WO 2024068985A1
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WO
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insulating element
connection
connector
cable
housing
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PCT/EP2023/077152
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Laurent PICHON
Jean DUTERTRE
Vincent SALOU
Original Assignee
Thermocoax
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    • H01R13/52—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases
    • H01R13/5216—Dustproof, splashproof, drip-proof, waterproof, or flameproof cases characterised by the sealing material, e.g. gels or resins
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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R13/46—Bases; Cases
    • H01R13/533—Bases, cases made for use in extreme conditions, e.g. high temperature, radiation, vibration, corrosive environment, pressure

Definitions

  • High frequency connector for coaxial cable for transmitting high frequency signals
  • the present invention relates to the field of connectors for cables and in particular a high frequency connector of type N, SMA, HN and TNC for coaxial cables for transmitting high frequency signals and more particularly coaxial cables with mineral insulation.
  • a type N connector is designed to carry signals at frequencies up to 11 GHz, also up to 18 GHz (type N) and, for those of type SMA, even up to 65 GHz.
  • Such connectors thus make it possible to connect cables, in particular cables with mineral insulation allowing the transmission of high frequency signals which are used in fields of application such as the space sector, the field of energy plants, the military domain. These areas of application may be subject to severe conditions of use, pressure, radiation and temperature, in particular severe temperature conditions which may exceed 500°C.
  • Shielded cables with mineral insulation are coaxial cables made up of a central metallic conductor and a hollow cylindrical metallic sheath surrounding said central conductor and between which is introduced a powdered refractory insulation such as mineral such as magnesia, alumina or silica, the metallic outer sheath being made of stainless steel, copper or a nickel alloy such as that known under the trade name Inconel 600.
  • a powdered refractory insulation such as mineral such as magnesia, alumina or silica
  • the metallic outer sheath being made of stainless steel, copper or a nickel alloy such as that known under the trade name Inconel 600.
  • Such cables are in particular fire resistant and used in places capable of welcoming the public, such as shopping centers, airports, reception rooms, or in industrial environments comprising risk zones such as military zones, spaces or areas with a high level of cleanliness (Semi-Conductor). They are particularly used in many areas of industry in which sensors, heating elements or electrical signal transmission cables are used which must withstand environments presenting increasingly severe conditions such as vacuum, pressure, temperature, cryogenics, radiative environment, humidity...
  • Cable connector devices are extremely critical parts of these components since they must ensure the electrical continuity of the conductors, prevent the migration of humidity into the insulation while preserving the dielectric strength of the cable.
  • a connector of this type therefore constitutes a male connection part or a female connection part, comprising a sealed and hermetic bushing consisting of an insulator housed in a metal sheath.
  • the insulation is preferably PTFE (PolyTetraFluoroEthylene).
  • PTFE PolyTetraFluoroEthylene
  • a hermetic glass-metal crossing is used which typically withstands 400°C.
  • This connector is composed of a housing in which and housed an insulating element made of PTFE.
  • This connector comprises a housing, in which is housed a PTFE insulating element and in which is inserted the inner conductor of a cable, one end in the form of a socket constitutes the connection part on another connector and the other end of which constitutes a connection part with the conductive wire of the cable, the insulating element being made of PTFE.
  • this type of connector however requires exposing the conductor wire of the cable, thus leaving the possibility of an electric arc forming in service between conductor and shielding (external metal sheath). This risk is all the greater as the power cable operates under high voltage (for example for a signal transmission cable connected to specific detectors). High tensions are then not applicable in the long term.
  • the invention therefore aims to provide a high frequency connector for connecting signal transmission cables such as HF signals under severe conditions of use making it possible to guarantee good transmission of signals without risk of signal degradation .
  • signal transmission cables such as HF signals
  • it is crucial to guarantee the integrity of the signals which propagate through the cables and connectors. Indeed, signals above 100MHz are impacted by the impedance of the circuit components which, if poorly taken into account, can cause signal losses at the output of the transmission cable and therefore loss of power. information through this cable.
  • the impedance of a connector for a signal transmission cable concerned by the present invention is 50 Ohms, and depends on different factors such as the dielectric constant of certain elements within the connector.
  • the invention therefore aims to provide a high frequency connector which has an identical impedance, of 50 ohms for example, all along said connector, that is to say without a zone presenting a different impedance.
  • the invention relates to a high frequency connector for a coaxial cable for transmitting high frequency signals
  • a high frequency connector for a coaxial cable for transmitting high frequency signals comprising at least one cylindrical metal housing in which is housed an insulating element in which is inserted a connection pin, of which one end constitutes the connection part of the connector on another connector or on a device and the other end of which constitutes a connection part with the conductive wire of the cable, the invention consisting in that the insulating element consists of a ceramic.
  • the insulating element is a ceramic
  • this is preferably chosen so as to be able to exhibit good mechanical strength at temperatures above 500°C, and the high frequency connector according to the invention can then be used in environments presenting severe, even extreme conditions, particularly in terms of temperature conditions which can be higher than 500°C, even up to 1000°C, without alteration or loss of the transmitted signal. .
  • the insulating element is made up of a material chosen from ceramics of the oxide or nitride type such as silicon carbide SiC, aluminum nitride AIN, boron nitride BN, silica SiO2, alumina A12O3, quartz.
  • the insulating element is in the form of a disc having a central orifice in which the pin is engaged.
  • the impedance of the connector according to the invention must be of a predetermined value, preferably 50 Ohms, the shape such as disk, tube and the dimensions of the insulating element are defined as a function of the dielectric permittivity of the material constituting said insulating element, the frequency of the signal to be transmitted and the temperature of the environment of use, greater than 500°C, so as to obtain an impedance of predetermined value, in this case 50 Q, in the connector.
  • a predetermined value preferably 50 Ohms
  • the shape such as disk, tube and the dimensions of the insulating element are defined as a function of the dielectric permittivity of the material constituting said insulating element, the frequency of the signal to be transmitted and the temperature of the environment of use, greater than 500°C, so as to obtain an impedance of predetermined value, in this case 50 Q, in the connector.
  • the dimensions of the insulating element are preferably defined using a mathematical formula allowing, from the impedance, to dimension the interior and exterior diameters of said insulating element as a function of the relative permittivity of the material and the desired impedance, this formula being usually applied for the definition of coaxial cables: in which :
  • L represents the length and C the capacity of the connector
  • D being the internal internal diameter of the external conductor and representing in the present case the external diameter of the insulating element d being the external diameter of the internal conductor of the coaxial cable, in the present case corresponding to the diameter of the passage orifice of the connection pin in the insulating element; the units of D and d having to be identical, such that in meters it is the speed of light 299 792 458 m.s' 1
  • Such sizing of the insulating element also has an impact on the cut-off frequency of the connector according to the formula:
  • D being the internal internal diameter of the external conductor and representing in the present case the external diameter of the insulating element, d being the external diameter of the internal conductor of the coaxial cable, in the present case corresponding to the diameter of the passage orifice of the connection pin in the insulating element; the units of D and d that must be identical are in meters
  • Fc is the cutoff frequency in Hz sr is the relative pennittivity of the insulating element.
  • a connector according to the invention consists of either a male connection part or a female connection part.
  • the interface between the male and female connectors according to the invention complies with applicable standards (MIL-C-39012C / MIL-STD-202 / MIL-STD-348, etc.) in order to also be connectable to connectors of the same type, namely SMA type, standard N type (low temperature) such as for example a male N type connector according to the invention with a standard female N type connector.
  • the connector according to the invention therefore comprises a cylindrical metal housing, of mainly tubular shape, whose dimensions and in particular the diameter, correspond to these standards.
  • the shape and dimensions of the insulating element are defined as a function of the frequency of the transmitted signal and the operating temperature, to obtain an impedance of a predetermined value such as 50 Q, taking into account the dielectric permittivity of the insulating element; the latter being an intrinsic characteristic of said material constituting the insulating element.
  • a predetermined value such as 50 Q
  • the frequency and temperature to be considered are those of the final intended application.
  • the dimensioning of the connector is, for example, different for an application at 1 GHz / 20°C and 50 GHz / 400°C.
  • the insulating element can be in particular in the form of a disc whose external diameter is greater than the internal diameter of the cylindrical metal housing, said housing then comprising a receiving housing adapted to said insulating element.
  • the insulating element of the connector is preferably positioned substantially in the center of the cylindrical housing between the “standard” ends of the connector.
  • connection element such as a connection pin, preferably metallic, extends through the insulating element comprising a through hole for this purpose, housed in the metal housing.
  • connection ends of the metal connection pin are therefore arranged on either side of said insulating element, and preferably spaced apart from said insulating element, to be able to be positioned in the end zones of the metal housing which allow for one the connection with the cable and for the other, the connection to another connector in compliance with the standards in force.
  • connection and connection ends of the pin are therefore spaced apart from said insulating element and from the receiving housing provided in the housing, which creates a defined spacing zone between the insulating element and each end of the pin. connection, in said housing.
  • the connector according to the invention which integrates a sealed ceramic/metal bushing, comprises a metal housing whose end parts are called "standard", namely that the dimensions of these housing ends allow On the one hand the connection with a connector of complementary standard dimensions according to the standards in force, and on the other hand the connection with a cable with high frequency transmission insulation of standard type as well.
  • the metal housing of this connector according to the invention further comprises a part between said ends of the housing, this part defining a receiving housing for the insulating element, which may in particular be of dimensions different from the dimensions of the end parts of said housing .
  • the insulating element is in the form of a disc with a diameter greater than the internal diameter of the housing
  • said housing includes a receiving housing and the connection ends of the connection pin extend on both sides other of said insulating element, spaced apart from said insulating element, so that once the connection is made on each end of the pin by the other connector and by the cable, a so-called spacing zone is created on each side of said insulating element.
  • the spacing zone on the connection end side of the pin on a cable with mineral insulation defines, between the insulating element and the end of the cable, preferably with mineral insulation, a compartment which can advantageously be filled of an electrical insulating material such as a ceramic insulating material, a mineral insulator such as silica, a gas, for example helium, air, which makes it possible to guarantee a predetermined impedance value and as appropriate for a connector according to the invention, namely an impedance of 50 Ohms.
  • an electrical insulating material such as a ceramic insulating material, a mineral insulator such as silica, a gas, for example helium, air, which makes it possible to guarantee a predetermined impedance value and as appropriate for a connector according to the invention, namely an impedance of 50 Ohms.
  • the pin which has passed through the insulating element has a connection portion around which a sheath is attached to protect said connection portion and define a housing in which the stripped conductive wire of a cable can be accommodated to come into connection with the connection end of the pin, this sheath makes it possible to create the spacing zone between the insulating element and the end of the cable.
  • the compartment comprises an insulating material, preferably one mineral insulation preferably identical to that constituting the mineral insulation of the cable.
  • the dimensions of this compartment are defined by fixed parameters such as the internal diameter of the housing (fixed by the standard), and by variable parameters such as the length of the spacing zone, the diameter of the sheath to define an impedance of predetermined value, preferably 50 Q of the connector.
  • the spacing zone allows, during connection, to define a compartment filled with air, which makes it possible to guarantee a predetermined impedance value, for the high frequency connector, namely a value of 50 Ohms.
  • connection pin has, between its connection end to another connector or a device and the insulating element, a pin portion extending between said connection end and the insulating element, and thus defining in the cylindrical metal housing, the spacing zone.
  • This spacing area around this pin portion is filled with air upon connection.
  • the dimensions of this spacing zone are then defined by fixed parameters such as the internal diameter DC of the housing (fixed due to standards), the permittivity of the air contained in this spacing zone and the permittivity of the ceramic material used and by variable parameters such as the length and diameter of the pin portion, in order to obtain an impedance of predetermined value of 50Q.
  • the dimensions of the spacing zones can thus vary depending on the ceramic used and its permittivity, these dimensions possibly being thousands, at the level of the spacing zones on the connection end side.
  • the insulating element is in the form of a disc with an external diameter greater than the internal diameter of the cylindrical metal housing, said cylindrical metal housing comprising a housing for receiving said insulating element .
  • the metal cylindrical housing is made up of two assembled housing parts, the joining end of these two housing parts being shaped to constitute the receiving housing which accommodates the insulating element.
  • the end of a first part of the metal cylindrical housing has a radially projecting collar provided with a rim delimiting the housing for receiving the insulating element, the end of the second part of the housing having a radially projecting collar which, coming to rest on the edge of the first housing part, thus forms a cover which closes the housing for receiving the insulating element.
  • the invention also relates to a coaxial cable with mineral insulation for transmitting high frequency signals provided at least at one end with a high frequency connector according to the invention.
  • the invention thus relates to a cable, in which the spacing zone, between the insulating element and the end of the cable with mineral insulation, defines a compartment filled with an insulating material such as an insulating material made of ceramic, a gas, the connection end on another connector or on a device, having a spacing zone which, upon connection, defines a compartment between this connection end and the insulating element, filled with air.
  • an insulating material such as an insulating material made of ceramic, a gas
  • the connection end on another connector or on a device having a spacing zone which, upon connection, defines a compartment between this connection end and the insulating element, filled with air.
  • each zone of the connector is sized according to the insulation that composes it (air, ceramic, etc.) to obtain an impedance of 50 at each zone.
  • the cylindrical metal housing is made of a material suitable for use in corrosive environments and subjected to high temperatures chosen from stainless steel such as those of the references 304L, 316L, nickel under the reference 200, 270, an Iron/Nickel alloy such as ferronickel, made of copper, and alloys of the type known under the trade name Inconel.
  • connection pin is made of a metallic material of low electrical resistivity, to limit losses by Joule effect, chosen from copper, such as designated Cuc2, Cua, Cub (according to standard NFA 51050) , stainless steel such as 304L/316L, nickel 200/270, Fe/Ni alloys, alloys of the type known under the trade name Inconel.
  • copper such as designated Cuc2, Cua, Cub (according to standard NFA 51050)
  • stainless steel such as 304L/316L, nickel 200/270, Fe/Ni alloys, alloys of the type known under the trade name Inconel.
  • the assembly of the insulating element, the metal housing and the metal pin is carried out by soldering, the type of solder being chosen according to the predetermined thermal resistance for the connector.
  • This solder also makes it possible to provide the desired level of waterproofing and hermeticity.
  • Such assemblies can be produced by active brazing processes, by direct reactive brazing, by direct eutectic brazing or by diffusion or thermocompression welding.
  • the connector thus obtained is waterproof and hermetic and has a helium seal with a leakage level lower than 3.10-8 atm.cm- 3.s .
  • the connectors according to the invention are designed to adapt specifically to cables with mineral insulation and advantageously make it possible to limit losses as much as possible in terms of transmission of the transmitted signals.
  • the assembly between the connector and the mineral insulated cable is carried out by brazing or welding.
  • the outer diameter of the cables is between 0.5 and 10 mm.
  • the internal diameter of the metal cylindrical housing is chosen to be complementary.
  • the connector according to the invention can advantageously be used in numerous areas of industry with environments of use presenting increasingly severe temperature conditions.
  • FIG. 1 a sectional view of a connector according to the invention of the male type
  • FIG. 2 an exploded perspective view of the connector according to Figure 1;
  • FIG. 3 a sectional view of a connector according to the invention of the female type
  • FIG. 4 a sectional view of two connectors according to the invention before connection.
  • a connector according to the invention of the male type, is shown in Figure 1 and comprises a cylindrical metal housing 1 consisting of two assembled housing parts 11, 12.
  • This cylindrical metal housing 1 has an internal diameter DC corresponding to the diameter external of a mineral insulated cable C which can be housed inside and fixed by brazing or welding. These dimensions comply with the applicable standards for this type of connectors.
  • the joining end of the two housing parts 11, 12 is shaped to constitute a receiving housing 10 which accommodates an insulating element 2 such as a ceramic bushing.
  • the insulating element 2 is, in the example described, made of a material such as an A12O3 alumina ceramic.
  • the nature of the material constituting the insulator as well as its dimensioning (thickness) are chosen according to the frequency of the transmitted signal, the operating temperatures and the dielectric permittivity of said material in order to produce a connector having an impedance of 50 ohms.
  • this insulating material makes it possible to provide helium sealing with a leakage level of less than 3.10-8atm.cm' 3 .s as well as mechanical resistance at high temperatures, that is to say say greater than 500°C.
  • This insulating element or ceramic bushing 2 has the shape of a disk. Depending on the type of ceramic used, this disc has an external diameter DD which is greater than the internal diameter DC of the cylindrical metal housing 1.
  • the end of a first part 11 of the housing 1 has a radially projecting flange 111 provided a rim 112 delimiting a receiving housing in which the disk constituting the insulating element 2 is housed
  • the end of the second part of the housing 12 has a radially projecting flange 121 which, coming to rest on the rim 112, thus forms a cover which closes the receiving housing 10 of the insulating element 2.
  • the rim 112 and the rim of the flange 121 are of complementary shape, nestable and linked by welding, for example laser welding.
  • the housing 1 is made of an alloy of the type known under the trade name Inconel or any other metallic material.
  • a metal connection pin 3 forming the central contact of the connector extends through the insulating element 2 in a central passage orifice 21. It thus presents on either side of the insulating element 2 , a first end 31 of male type (in Figure 1) or of female type 310 (in Figure 3) allowing connection to another connector of complementary type and a second end to form a connection portion 34 with the conductive wire FC of a C cable.
  • the pin has a pin portion 32 extending between said first end 31 and the insulating element 2, so that the first connection end 31 is spaced from the insulating element 2.
  • the pin further has a pin portion 33 which passes through the insulating element 2 and extends projecting from the opposite side of the insulating element 2 in the form of the connection portion 34.
  • connection end 31 therefore extends into a first housing part 11 forming the connection end with another connector and the connection end 34 extends into the second housing part 12 in which the cable C is being engaged.
  • a sheath 4 is provided and surrounds the connection portion of pin 34 to form a connection end of the connector with the cable.
  • connection end 31 is a male type connection end in the form of a plugging tip.
  • the connection end can also be a female type connection end 310 in the form of a plug housing as can be seen in Figure 3.
  • connection end of pin 3 with the cable consists of the connection portion 34 surrounded by the sheath 4 defining a receiving housing 41 in which the stripped FC conductor wire of a cable can be engaged C with mineral insulation.
  • This sheath 4 defines between the insulating element 2 and the end of the cable, that is to say the metal sheath and the mineral insulation, a ZEC spacing zone (delimited by dotted lines in Figure 1) of so that said end of the cable presenting the mineral insulation is kept spaced from the insulating element 2 by said spacing zone ZEC.
  • This ZEC spacing zone defines between the insulating element 2 and the end of the mineral insulated cable, within the housing 1, a compartment into which an insulating material is introduced, preferably a mineral insulator preferably identical to that constituting the mineral insulation of the cable.
  • the dimensions of this ZEC spacing zone are defined by fixed parameters such as the internal diameter of the housing (fixed by the standard), and by variable parameters such as the diameter of the sheath 4 and the length of this spacing zone ZEC to set an impedance of 50 Q of the connector.
  • a connector according to the invention of the female type has a structure similar to that of the male type connector of Figure 1, except the connection end 310 of pin 3 which has an axial bore in which the connection end 31 can be engaged in the form of a plugging tip of a male type connector.
  • Line spacing zone ZEA (delimited by dotted lines) around this portion of pin 32 is filled with air during connection.
  • the dimensions of this ZEA spacing zone are defined by fixed parameters such as the internal diameter DC of the housing (fixed due to standards), the permittivity of the air contained in this ZEA spacing zone and the permittivity of the material ceramic used and variable parameters such as the length of the spacing zone and the diameter of the pin portion 32, in order to obtain an impedance of 50Q.
  • the ceramic insulating element 2 is located in the center of the connector C thus formed.
  • the geometry of the ceramic insulating element 2, namely its outer diameter, its inner diameter, diameter of the passage of the connection pin, are defined to obtain an impedance of 50Q, taking into account the dielectric permittivity of said insulating material. This geometry is defined using the formula, in which :
  • L represents the length and C the capacity of the connector, D being the interior diameter of the outer conductor, representing in the present case the exterior diameter DD of the insulating element 2 d being the exterior diameter of the interior conductor of the coaxial cable, in the present case corresponding to the diameter of the central passage orifice 21 for the passage of the connection pin 3 in the insulating element 2; it is the speed of light 299 792 458 m.s' 1
  • the relative permittivity of the insulating material varies as a function of frequency and temperature.
  • the connector further comprises fixing means such as a screw nut 5 capable of cooperating with complementary fixing means provided on another connector.
  • fixing means such as a screw nut 5 capable of cooperating with complementary fixing means provided on another connector.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
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Abstract

L'invention concerne un connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence comprenant au moins un boîtier cylindrique métallique (1) dans lequel est logé un élément isolant (2) dans lequel est inséré une broche de connexion (3), dont une extrémité constitue la partie de connexion du connecteur sur un autre connecteur ou sur un appareil et dont l'autre extrémité constitue une partie de connexion avec le fil conducteur du câble. L'invention consiste en ce que l'élément isolant (2) est constitué d'une céramique Figure 1.

Description

Description
Titre de l’invention : Connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence
[0001] La présente invention concerne le domaine des connecteurs pour câbles et en particulier un connecteur haute fréquence de type N, SMA, HN et TNC pour les câbles coaxiaux de transmission de signaux haute fréquence et plus particulièrement des câbles coaxiaux à isolant minéral.
[0002] Un connecteur de type N est conçu pour transporter des signaux à des fréquences allant jusqu’à 11 GHz, également jusqu’à 18 GHz (type N) et, pour ceux de type SMA, voire même jusqu’à 65 GHz.
[0003] De tels connecteurs permettent ainsi de relier des câbles, en particulier des câbles à isolant minéral permettant la transmission de signaux haute fréquence qui sont utilisés dans des domaines d’application tels que le domaine spatial, le domaine des centrales d’énergies, le domaine militaire. Ces domaines d’application peuvent être soumis à des conditions sévères d’utilisation, de pression, de radiations et de température, notamment des conditions sévères en température pouvant dépasser les 500°C.
[0004] Les câbles blindés à isolant minéral sont des câbles coaxiaux constitués d’un conducteur central métallique et d’une gaine métallique creuse cylindrique entourant ledit conducteur central et entre lesquels est introduit un isolant réfractaire en poudre tel que minéral de type magnésie, alumine ou silice, la gaine externe métallique étant en acier inoxydable, cuivre ou en un alliage de nickel tel que celui connu sous la dénomination commerciale Inconel 600.
[0005] De tels câbles sont notamment résistants au feu et utilisés dans des lieux pouvant accueillir du public, tels que des centres commerciaux, des aéroports, des salles de réception, ou dans des environnements industriels comportant des zones à risques comme des zones militaires, spatiales ou des zones avec un niveau élevé de propreté (Semi-Conducteur). Ils sont notamment utilisés dans de nombreux domaines de l’industrie dans lesquels on utilise des capteurs, des éléments chauffants ou des câbles de transmission de signaux électriques qui doivent résister à des environnements présentant des conditions de plus en plus sévères telles que vide, pression, température, cryogénie, environnement radiatif, humidité...
[0006] De tels câbles servent ainsi à relier des dispositifs espacés les uns des autres et il est donc nécessaire de prévoir des moyens de raccordement de ces câbles aux dispositifs, voire des câbles entre eux.
[0007] Les dispositifs connecteurs de câbles sont des parties extrêmement critiques de ces composants puisqu’elles doivent assurer la continuité électrique des conducteurs, empêcher la migration d’humidité dans l’isolant tout en préservant la tenue diélectrique du câble.
[0008] En pratique il s’agit souvent d’un point faible car il s’avère, parfois, compliqué de réunir toutes ces qualités lorsqu’on se trouve dans un environnement très chaud et humide.
[0009] Lorsqu’un câble à isolant minéral est dénudé pour mettre en place un dispositif connecteur, on retire donc la gaine extérieure et l’isolant minéral pour laisser apparaître le fil conducteur métallique de manière à le relier à un autre composant tel qu’un passage ou traversée verre-métal ou céramique-métal ou tout autre composant approprié formant connecteur.
[0010] Un connecteur de ce type constitue donc une partie de connexion mâle ou une partie de connexion femelle, comprenant une traversée étanche et hermétique constituée d’un isolant logé dans une gaine en métal.
[0011] Ces connecteurs sont conformes aux normes applicables MIL-C-39012C / MIL- STD-202 / MIL-STD-348. . ., et présentent généralement une impédance de 50 ohms.
[0012] Lors d’une utilisation de ce type de connecteur dans des conditions de température standard, inférieures à 200°C, l’isolant est de préférence du PTFE (PolyTé- traFluoroEthylène). Un tel connecteur est notamment décrit dans le document FR-A-2 700 223. Dans des conditions de température plus élevées, on utilise une traversée hermétique verre-métal qui supporte typiquement 400°C.
[0013] Ce connecteur est composé d'un boîtier dans lequel et logé un élément isolant constitué par du PTFE. Ce connecteur comprend un boîtier, dans lequel est logé un élément isolant en PTFE et dans lequel est inséré le conducteur intérieur d’un câble dont une extrémité en forme de douille constitue la partie de connexion sur un autre connecteur et dont l'autre extrémité constitue une partie de connexion avec le fil conducteur du câble, l'élément isolant étant constitué en PTFE.
[0014] Comme déjà évoqué, ce type de connecteur nécessite toutefois de mettre à nu le fil conducteur du câble, laissant ainsi la possibilité à un arc électrique de se former en service entre conducteur et blindage (gaine métallique extérieure). Ce risque est d’autant plus grand que le câble de puissance fonctionne sous une tension élevée (par exemple pour un câble de transmission de signaux reliés à des détecteurs spécifiques). De fortes tensions ne sont alors pas applicables durablement.
[0015] L’invention a donc pour but de proposer un connecteur haute fréquence pour connecter des câbles de transmission de signaux tels que des signaux HF dans des conditions d’utilisation sévères permettant de garantir une bonne transmission des signaux sans risque de dégradation du signal. [0016] Dans le cas de transmission de signaux à haute fréquence, il est crucial de garantir l’intégrité des signaux qui se propagent au travers des câbles et connecteurs. En effet les signaux au-dessus de 100MHz, sont impactés par l’impédance des composants du circuit qui, si elle est mal prise en compte, peut provoquer des pertes de signaux, à la sortie du câble de transmission et donc des pertes d’informations au travers de ce câble.
[0017] Lorsqu’un signal passe d’un conducteur ayant une certaine impédance à un autre ayant une impédance identique, il se transmet de manière optimale sans perte du signal transmis. En revanche, si les impédances sont différentes, il se produit des réflexions et des atténuations qui dégradent le signal transmis.
[0018] L’impédance d’un connecteur pour câble de transmission de signaux concerné par la présente invention est de 50 Ohms, et dépend de différents facteurs tels que la constante diélectrique de certains éléments au sein du connecteur.
[0019] Il est donc important de s’assurer que, pour les signaux à haute fréquence, un connecteur garantisse une valeur cible d’impédance, avec une certaine tolérance.
[0020] L’invention a donc pour but de proposer un connecteur haute fréquence qui présente une impédance identique, de 50 ohms par exemple, tout le long dudit connecteur, c’est-à-dire sans zone présentant une impédance différente.
[0021] A cet effet, l’invention se rapporte à un connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence comprenant au moins un boîtier cylindrique métallique dans lequel est logé un élément isolant dans lequel est inséré une broche de connexion, dont une extrémité constitue la partie de connexion du connecteur sur un autre connecteur ou sur un appareil et dont l’autre extrémité constitue une partie de connexion avec le fil conducteur du câble, l’invention consistant en ce que l’élément isolant est constitué d’une céramique.
[0022] Ainsi de manière avantageuse, dans la mesure où l’élément isolant est une céramique, celle-ci est préférentiellement choisie de manière à pouvoir présenter une bonne tenue mécanique à des températures supérieures à 500°C, et le connecteur haute fréquence selon l’invention est alors utilisable dans des milieux présentant des conditions sévères, voire extrêmes notamment au niveau des conditions de température qui peuvent être supérieures à 500°C, allant même jusqu’à 1000°C et, ce sans altération ou perte du signal transmis.
[0023] Selon une forme de réalisation préférée, l’élément isolant est constitué d’un matériau choisi parmi les céramiques de type oxyde ou nitrure tel que le carbure de silicium SiC, le nitrure d’aluminium AIN, le nitrure de Bore BN, la silice SiO2, l’alumine A12O3, le quartz. De préférence, l’élément isolant se présente sous forme d’un disque présentant un orifice central dans lequel la broche est engagée. [0024] L’impédance du connecteur selon l’invention devant être d’une valeur prédéterminée, de préférence de 50 Ohms, la forme tel que disque, tube et les dimensions de l’élément isolant sont définies en fonction de la permittivité diélectrique du matériau constituant ledit élément isolant, de la fréquence du signal à transmettre et de la température de l’environnement d’utilisation, supérieure à 500°C, de manière à obtenir une impédance de valeur prédéterminée, en l’occurrence 50 Q, dans le connecteur.
[0025] Ainsi, les dimensions de l’élément isolant sont de préférence définies à l’aide d’une formule mathématique permettant à partir de l’impédance de dimensionner les diamètres intérieur et extérieur dudit élément isolant en fonction de la permittivité relative du matériau et de l’impédance souhaitée, cette formule étant habituellement appliquée pour la définition des câbles coaxiaux :
Figure imgf000006_0001
dans laquelle :
L représente la longueur et C la capacité du connecteur,
D étant le diamètre intérieur interne du conducteur extérieur et représentant dans le cas présent le diamètre extérieur de l’élément isolant d étant le diamètre extérieur du conducteur intérieur du câble coaxial, dans le cas présent correspondant au diamètre de l’orifice de passage de la broche de connexion dans l’élément isolant ; les unités de D et d devant être identiques, tel qu’en mètre c est la vitesse de la lumière 299 792 458 m.s'1
So est la permittivité du vide d’environ 8,854187817620. . .xlO'12 F/m
8r est la permittivité relative de l’élément isolant.
[0026] Un tel dimensionnement de l’élément isolant a également un impact sur la fréquence de coupure du connecteur selon la formule :
Figure imgf000006_0002
[0027]
D étant le diamètre intérieur interne du conducteur extérieur et représentant dans le cas présent le diamètre extérieur de l’élément isolant, d étant le diamètre extérieur du conducteur intérieur du câble coaxial, dans le cas présent correspondant au diamètre de l’orifice de passage de la broche de connexion dans l’élément isolant ; les unités de D et d devant être identiques sont en mètre
Fc est la fréquence de coupure en Hz sr est la pennittivité relative de l’élément isolant.
[0028] Un connecteur selon l’invention est constitué soit d’une partie de connexion mâle soit d’une partie de connexion femelle. L’interface entre les connecteurs mâle et femelle selon l’invention est conforme aux normes applicables (MIL-C- 39012C / MIL-STD-202 / MIL-STD-348. . .) afin d’être connectable également à des connecteurs du même type à savoir du type SMA, du type N standard (basse température) tel que par exemple un connecteur de type N mâle selon l’invention avec un connecteur de type N standard femelle.
[0029] A cet effet, le connecteur selon l’invention comprend donc un boîtier cylindrique métallique, de forme principalement tubulaire, dont les dimensions et notamment le diamètre, correspondent à ces normes.
[0030] Comme déjà évoqué, la forme et les dimensions de l’élément isolant sont définies en fonction de la fréquence du signal transmis et de la température d’utilisation, pour obtenir une impédance de valeur prédéterminée tel que 50 Q, en tenant compte de la permittivité diélectrique de l’élément isolant ; cette dernière étant une caractéristique intrinsèque dudit matériau constituant l’élément isolant. Ces deux paramètres sont intégrés dans la notion de permittivité relative du matériau qui varie en fonction de la fréquence et de la température. La fréquence et la température à considérer sont celles de l’application finale visée. Le dimensionnement du connecteur est, par exemple, différent pour une application à 1 GHz / 20°C et 50 GHz / 400°C.
[0031] Ainsi, l’élément isolant peut se présenter notamment sous la forme d’un disque dont le diamètre externe est supérieur au diamètre interne du boîtier cylindrique métallique, ledit boîtier comportant alors un logement de réception adapté audit élément isolant.
[0032] Afin de ne pas modifier le connecteur qui doit rester conforme aux normes utilisées, on prévoit de décaler l’élément isolant par rapport à l’extrémité de connexion du connecteur. Ainsi, l’élément isolant du connecteur selon l’invention est de préférence positionné sensiblement au centre du boîtier cylindrique entre les extrémités « standard » du connecteur.
[0033] Ainsi, un élément de connexion tel qu’une broche de connexion, de préférence métallique, s’étend au travers de l’élément isolant comportant un orifice traversant à cet effet, logé dans le boîtier métallique. Une fois la broche de connexion métallique engagée au travers de l’élément isolant, les extrémités de la broche sont disposées de part et d’autre dudit élément isolant, et permettent pour l’une la connexion avec le fil conducteur d’un câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence et pour l’autre la connexion avec un autre connecteur ou appareil, selon les normes standards.
[0034] Les extrémités de connexion de la broche de connexion métallique sont donc disposées de part et d’autre dudit élément isolant, et de préférence écartées dudit élément isolant, pour pouvoir être positionnées dans les zones d’extrémité du boîtier métallique qui permettent pour l’une le raccordement avec le câble et pour l’autre, la connexion sur un autre connecteur en conformité avec les normes en vigueur.
[0035] Les extrémités de connexion et de raccordement de la broche sont donc écartées dudit élément isolant et du logement de réception ménagé dans le boîtier, ce qui crée une zone d’espacement définie entre l’élément isolant et chaque extrémité de la broche de connexion, dans ledit boîtier.
[0036] Ainsi, le connecteur selon l’invention qui intègre une traversée étanche céra- mique/métal, comporte un boîtier métallique dont les parties d’extrémité sont dites « standard », à savoir que les dimensions de ces extrémités de boîtier permettent d’une part la connexion avec un connecteur de dimensions standard complémentaires selon les normes en vigueur, et d’autre part le raccordement avec un câble à isolant de transmission à haute fréquence de type standard également. Le boîtier métallique de ce connecteur selon l’invention comporte en outre une partie entre lesdites extrémités du boîtier, cette partie définissant un logement de réception pour l’élément isolant, qui peut notamment être de dimensions différentes des dimensions des parties d’extrémité dudit boîtier.
[0037] Ainsi, si l’élément isolant est sous forme d’un disque de diamètre supérieur au diamètre interne du boîtier, ledit boîtier comporte un logement de réception et les extrémités de connexion de la broche de connexion s’étendent de part et d’autre dudit élément isolant, de manière écartée dudit élément isolant, de sorte qu’une fois la connexion effectuée sur chaque extrémité de la broche par l’autre connecteur et par le câble, une zone dite d’espacement est créée de chaque côté dudit élément isolant.
[0038] La zone d’espacement du côté extrémité de connexion de la broche sur un câble à isolant minéral, définit, entre l’élément isolant et l’extrémité du câble, de préférence à isolant minéral, un compartiment qui peut avantageusement être rempli d’un matériau isolant électrique tel qu’un matériau isolant en céramique, un isolant minéral tel que la silice, un gaz, par exemple de l’hélium, de l’air, ce qui permet de garantir une valeur d’impédance prédéterminée et tel qu’appropriée pour un connecteur selon l’invention à savoir une impédance de 50 Ohms.
[0039] A l’extrémité de connexion de la broche sur un câble à isolant minéral, la broche qui a traversé l’élément isolant présente une portion de connexion autour de laquelle un fourreau est rapporté pour protéger ladite portion de connexion et définir un logement dans lequel le fil conducteur dénudé d’un câble est logeable pour venir en connexion avec l’extrémité de connexion de la broche, ce fourreau permet de créer la zone d’espacement entre l’élément isolant et l’extrémité du câble.
[0040] De préférence, le compartiment comprend un matériau isolant de préférence un isolant minéral de préférence identique à celui constituant l’isolant minéral du câble. Les dimensions de ce compartiment sont définies par des paramètres fixes tels que le diamètre intérieur du boîtier (fixé par la norme), et par des paramètres variables tels que la longueur de la zone d’espacement, le diamètre du fourreau pour définir une impédance de valeur prédéterminée, de préférence de 50 Q du connecteur.
[0041] D’autre part, au niveau de l’extrémité de connexion sur un autre connecteur ou sur un appareil, la zone d’espacement permet, lors de la connexion de définir un compartiment rempli d’air, ce qui permet de garantir une valeur d’impédance prédéterminée, pour le connecteur haute fréquence, à savoir une valeur de 50 Ohms.
[0042] Afin de définir cette zone d’espacement, la broche de connexion présente, entre son extrémité de connexion à un autre connecteur ou un appareil et l’élément isolant, une portion de broche s’étendant entre ladite extrémité de connexion et l’élément isolant, et définissant ainsi dans le boîtier cylindrique métallique, la zone d’espacement. Cette zone d’espacement autour de cette portion de broche est remplie d’air lors de la connexion. Les dimensions de cette zone d’espacement sont alors définies par des paramètres fixes tels que le diamètre interne DC du boîtier (fixe du fait des normes), la permittivité de l’air contenu dans cette zone d’espacement et la permittivité du matériau céramique utilisé et par des paramètres variables tels que la longueur et le diamètre de la portion de broche, afin d’obtenir une impédance de valeur prédéterminée de 50Q.
[0043] Les dimensions des zones d’espacement (longueur) peuvent ainsi varier en fonction de la céramique utilisée et de sa permittivité, ces dimensions pouvant notamment être milles, au niveau des zones d’espacement côté extrémité de connexion.
[0044] Comme déjà évoqué, selon une forme de réalisation préférée, l’élément isolant se présente sous forme d’un disque de diamètre extérieur supérieur au diamètre interne du boîtier cylindrique métallique, ledit boîtier cylindrique métallique comportant un logement de réception dudit élément isolant.
[0045] Selon une forme de réalisation particulièrement préférée, le boîtier cylindrique métallique est constitué de deux parties de boîtier assemblées, l’extrémité de jonction de ces deux parties de boîtier étant conformée pour constituer le logement de réception qui accueille l’élément isolant.
[0046] De préférence, l’extrémité d’une première partie du boîtier cylindrique métallique présente une collerette en saillie radiale pourvu d’un rebord délimitant le logement de réception de l’élément isolant, l’extrémité de la seconde partie du boîtier présentant une collerette en saillie radiale qui, venant en appui sur le rebord de la première partie de boîtier, forme ainsi un capot qui ferme le logement de réception de l’élément isolant. [0047] Ainsi, l’invention vise également un câble coaxial à isolant minéral de transmission de signaux haute fréquence pourvu au moins à une extrémité d’un connecteur haute fréquence selon l’invention.
[0048] L’invention concerne ainsi un câble, dans lequel la zone d’espacement, entre l’élément isolant et l’extrémité du câble à isolant minéral, définit un compartiment rempli d’un matériau isolant tel qu’un matériau isolant en céramique, un gaz, l’extrémité de connexion sur un autre connecteur ou sur un appareil, présentant une zone d’espacement qui, lors d’une connexion, définit un compartiment entre cette extrémité de connexion et l’élément isolant, rempli d’air. Ces deux zones d’espacement permettent de garantir une valeur d’impédance prédéterminée, pour le connecteur haute fréquence à savoir une valeur de 50 Ohms, avec des connecteurs conformes aux normes. En fonction de l’élément isolant utilisé on peut donc avoir une longueur de ces zones d’espacement qui varie entre 0 et une valeur L.
[0049] Ainsi, il est notamment aisé de définir une impédance déterminée de 50 ohms sur ces zones d’espacement en réglant la longueur et diamètre de la portion de broche par rapport à la permittivité diélectrique de l’air.
[0050] Avec une telle structure, on obtient un connecteur qui permet une tenue à des températures élevées tout en garantissant une impédance homogène sur l’ensemble du connecteur. Ainsi, chaque zone du connecteur est dimensionnée en fonction de l’isolant qui la compose (air, céramique. . .) pour obtenir au niveau de chaque zone, une impédance de 50 .
[0051] Le boîtier cylindrique métallique est réalisé en un matériau adapté à une utilisation dans des environnements corrosifs et soumis à de hautes températures choisi parmi l’acier inoxydable tel que ceux des références 304L, 316L, le nickel sous la référence 200, 270, un alliage de Fer/Nickel tel que le ferronickel, en cuivre, et des alliages du type de ceux connus sous la dénomination commerciale Inconel.
[0052] De préférence, la broche de connexion est constituée d’un matériau métallique de faible résistivité électrique, pour limiter les pertes par effet Joule, choisi parmi le cuivre, tel que désigné Cuc2, Cua, Cub (selon la norme NFA 51050), l’inox tel que 304L/316L, nickel 200/270, alliages Fe/Ni, des alliages du type de ceux connus sous la dénomination commerciale Inconel.
[0053] L’assemblage de l’élément isolant, du boîtier métallique et de la broche métallique est réalisé par brasage, le type de brasure étant choisi en fonction de la résistance thermique prédéterminée pour le connecteur. Cette brasure permet également de conférer le niveau d’étanchéité et d’herméticité souhaité. De tels assemblages peuvent se réaliser par procédés de brasage actif, par brasage réactif direct, par brasage eutectique direct ou par soudage diffusion ou thermocompression. [0054] De préférence, le connecteur ainsi obtenu est étanche et hermétique et présente une étanchéité à l’hélium avec un niveau de fuite inférieur à 3.10-8 atm.cm-3.s . Les connecteurs selon l’invention sont conçus pour s’adapter spécifiquement aux câbles à isolant minéral et permettent avantageusement de limiter au maximum les pertes en terme de transmission des signaux transmis.
[0055] De préférence, l’assemblage entre le connecteur et le câble à isolant minéral est réalisé par brasage ou soudage. Le diamètre extérieur des câbles est compris entre 0,5 et 10 mm.
[0056] En conséquence le diamètre intérieur du boîtier cylindrique métallique est choisi complémentaire.
[0057] Le connecteur selon l’invention est avantageusement utilisable dans de nombreux domaines de l’industrie avec des environnements d’utilisation présentant des conditions de plus en plus sévères de températures.
[0058] On décrira maintenant l’invention plus en détails en référence au dessin dans lequel les figures représentent :
[0059] [Fig. 1] une vue en coupe d’un connecteur selon l’invention de type mâle ;
[0060] [Fig. 2] une vue en perspective éclatée du connecteur selon la figure 1 ;
[0061] [Fig. 3] une vue en coupe d’un connecteur selon l’invention de type femelle ;
[0062] [Fig. 4] une vue en coupe de deux connecteurs selon l’invention avant connexion.
[0063] Un connecteur selon l’invention, de type mâle est représenté à la figure 1 et comprend un boîtier cylindrique métallique 1 constitué de deux parties de boîtier assemblées 11, 12. Ce boîtier cylindrique métallique 1 présente un diamètre interne DC correspondant au diamètre externe d’un câble à isolant minéral C pouvant être logé dedans et fixé par brasure ou soudure. Ces dimensions sont conformes aux normes applicables pour ce type de connecteurs.
[0064] L’extrémité de jonction des deux parties de boîtier 11, 12 est conformée pour constituer un logement de réception 10 qui accueille un élément isolant 2 tel qu’une traversée en céramique.
[0065] L’élément isolant 2 est, dans l’exemple décrit, constitué d’un matériau tel qu’une céramique alumine A12O3. La nature du matériau constituant l’isolant ainsi que son dimensionnement (épaisseur) sont choisis en fonction de la fréquence du signal transmis, des températures d’utilisation et de la permittivité diélectrique dudit matériau afin de réaliser un connecteur présentant une impédance de 50 ohms.
[0066] De préférence, ce matériau isolant permet de conférer une étanchéité à l’hélium avec un niveau de fuite inférieur à 3.10-8atm.cm'3.s ainsi qu’une tenue mécanique à haute température, c’est-à-dire supérieure à 500°C.
[0067] Cet élément isolant ou traversée en céramique 2 présente la forme d’un disque. En fonction du type de céramique utilisée, ce disque présente un diamètre externe DD qui est supérieur au diamètre interne DC du boitier cylindrique métallique 1. Ainsi, l’extrémité d’une première partie 11 du boîtier 1 présente une collerette en saillie radiale 111 pourvu d’un rebord 112 délimitant un logement de réception dans lequel est logé le disque constituant l’élément isolant 2, l’extrémité de la seconde partie du boîtier 12 présente une collerette 121 en saillie radiale qui, venant en appui sur le rebord 112, forme ainsi un capot qui ferme le logement de réception 10 de l’élément isolant 2.
[0068] De manière à favoriser la liaison entre les deux parties de boîtiers 11, 12, le rebord 112 et le rebord de la collerette 121 sont de forme complémentaire, emboîtables et liés par une soudure par exemple une soudure laser.
[0069] Le boîtier 1 est réalisé en alliage du type de ceux connus sous la dénomination commerciale Inconel ou tout autre matériau métallique.
[0070] Une broche de connexion métallique 3 formant le contact central du connecteur, s’étend au travers de l’élément isolant 2 dans un orifice de passage central 21. Elle présente ainsi de part et d’autre de l’élément isolant 2, une première extrémité 31 de type mâle (à la figure 1) ou de type femelle 310 (à la figure 3) permettant la connexion à un autre connecteur de type complémentaire et une seconde extrémité pour former une portion de connexion 34 avec le fil conducteur FC d’un câble C.
[0071] De plus, entre la première extrémité 31 de connexion et l’élément isolant, la broche présente une portion de broche 32 s’étendant entre ladite première extrémité 31 et l’élément isolant 2, de sorte que la première extrémité de connexion 31 est écartée de l’élément isolant 2. La broche présente en outre une portion de broche 33 qui traverse l’élément isolant 2 et s’étend en saillie du côté opposé de l’élément isolant 2 sous la forme de la portion de connexion 34.
[0072] L’extrémité de connexion 31 s’étend donc dans une première partie de boîtier 11 formant l’extrémité de connexion avec un autre connecteur et l’extrémité de connexion 34 s’étend dans la seconde partie de boîtier 12 dans laquelle le câble C est étant engagé. Un fourreau 4 est prévu et entoure la portion de connexion de la broche 34 pour former une extrémité de connexion du connecteur avec le câble.
[0073] L’extrémité de connexion 31 est une extrémité de connexion de type mâle sous forme d’une pointe d’enfichage. L’extrémité de connexion peut également être une extrémité de connexion de type femelle 310 sous forme d’un logement d’en- fichage comme cela est visible sur la figure 3.
[0074] La broche de connexion métallique 3 est fixée dans l’élément isolant 2 par brasure et l’élément isolant 2 est lui-même fixé dans le boîtier métallique 1 par brasure également. Cette brasure permet de garantir une étanchéité au sein du connecteur. [0075] Comme déjà évoqué, l’extrémité de connexion de la broche 3 avec le câble est constituée de la portion de connexion 34 entourée du fourreau 4 définissant un logement de réception 41 dans lequel est engageable le fil conducteur FC dénudé d’un câble C à isolant minéral. Ce fourreau 4 définit entre l’élément isolant 2 et l’extrémité du câble, c’est-à-dire la gaine métallique et l’isolant minéral, une zone d’espacement ZEC (délimité par des pointillés sur la figure 1) de sorte que ladite extrémité du câble présentant l’isolant minéral est maintenue écartée de l’élément isolant 2 par ladite zone de d’espacement ZEC.
[0076] Cette zone d’espacement ZEC définit entre l’élément isolant 2 et l’extrémité du câble à isolant minéral, au sein du boîtier 1 un compartiment dans lequel est introduit un matériau isolant de préférence un isolant minéral de préférence identique à celui constituant l’isolant minéral du câble. Les dimensions de cette zone d’espacement ZEC sont définies par des paramètres fixes tels que le diamètre intérieur du boîtier (fixé par la norme), et par des paramètres variables tels que le diamètre du fourreau 4 et la longueur de cette zone d’espacement ZEC pour définir une impédance de 50 Q du connecteur.
[0077] Comme cela est visible à la figure 3, un connecteur selon l’invention de type femelle présente une structure similaire à celle du connecteur de type mâle de la figure 1, excepté l’extrémité de connexion 310 de la broche 3 qui présente un alésage axial dans lequel peut être engagé l’extrémité de connexion 31 sous forme d’une pointe d’enfichage d’un connecteur de type mâle.
[0078] Comme on l’a vu ci-dessus, entre l’extrémité de connexion 31, 310 de la broche 3 et l’élément isolant 2 s’étend une portion de broche 32. Line zone d’espacement ZEA (délimitée par des pointillés) autour de cette portion de broche 32 est remplie d’air lors de la connexion. Les dimensions de cette zone d’espacement ZEA sont définies par des paramètres fixes tels que le diamètre interne DC du boîtier (fixe du fait des normes), la permittivité de l’air contenu dans cette zone d’espacement ZEA et la permittivité du matériau céramique utilisé et des paramètres variables tels que la longueur de la zone d’espacement et le diamètre de la portion de broche 32, afin d’obtenir une impédance de 50Q.
[0079] L’élément isolant en céramique 2 est localisé au centre du connecteur C ainsi formé. La géométrie de l’élément isolant en céramique 2, à savoir son diamètre extérieur, son diamètre intérieur, diamètre du passage de la broche de connexion, sont définis pour obtenir une impédance de 50Q, en tenant compte de la permittivité diélectrique dudit matériau isolant. Cette géométrie est définie à l’aide de la formule,
Figure imgf000013_0001
dans laquelle :
L représente la longueur et C la capacité du connecteur, D étant le diamètre intérieur du conducteur extérieur, représentant dans le cas présent le diamètre extérieur DD de l’élément isolant 2 d étant le diamètre extérieur du conducteur intérieur du câble coaxial, dans le cas présent correspondant au diamètre de l’orifice de passage central 21 pour le passage de la broche de connexion 3 dans l’élément isolant 2 ; c est la vitesse de la lumière 299 792 458 m.s'1
So est la permittivité du vide d’environ 8, 854187817620... xlO'12 F/m
8r est la permittivité relative de l’élément isolant.
[0080] La permittivité relative du matériau isolant varie en fonction de la fréquence et de la température.
[0081] Ainsi, avec l’alumine en tant que matériau céramique utilisé pour l’élément isolant, on obtient ainsi pour une impédance de Z0 = 50Q, un élément isolant pour lequel d= 1 ; DD=14 et 8r=10.
[0082] Le connecteur comporte en outre des moyens de fixation tels qu’un écrou de vissage 5 propres à coopérer avec des moyens de fixation complémentaires ménagés sur un autre connecteur. On prévoit également un joint 6, une rondelle 8, une bague d’écrou 7.

Claims

Revendications
1. Connecteur haute fréquence pour câble coaxial de transmission de signaux haute fréquence comprenant au moins un boîtier cylindrique métallique (1) dans lequel est logé un élément isolant (2) dans lequel est inséré une broche de connexion (3), dont une extrémité constitue la partie de connexion du connecteur sur un autre connecteur ou sur un appareil et dont l’autre extrémité constitue une partie de connexion avec le fil conducteur du câble, caractérisé en ce que l’élément isolant (2) est constitué d’une céramique.
2. Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément isolant (2) est une céramique présentant une bonne tenue mécanique à des températures supérieures à 500°C.
3. Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l’élément isolant (2) est constitué d’un matériau choisi parmi les céramiques de type oxyde ou nitrure, tel que le nitrure d’aluminium AIN, la silice SiO2, l’alumine A12O3, le nitrure de Bore BN, le quartz.
4. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les dimensions de l’élément isolant (2) sont définies en fonction de la permittivité diélectrique du matériau constituant ledit élément isolant (2), de la fréquence du signal à transmettre et de la température de l’environnement d’utilisation, de manière à obtenir une impédance de valeur prédéterminée dans le connecteur.
5. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la broche de connexion (3) s’étend au travers de l’élément isolant (2), les extrémités de connexion de la broche de connexion (3) étant disposées de part et d’autre de l’élément isolant (2).
6. Connecteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités de connexion de la broche de connexion (3) sont écartées dudit élément isolant (2), une zone d’espacement étant définie entre l’élément isolant (2) et chaque extrémité de connexion de la broche de connexion (3).
7. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, à l’extrémité de connexion de la broche de connexion (3) sur un câble, la broche de connexion (3) présente une portion de connexion (34) autour de laquelle un fourreau (4) est rapporté pour définir un logement dans lequel le fil conducteur (FC) dénudé du câble (C) est logeable pour venir en butée de connexion avec l’extrémité de connexion de la broche (3).
8. Connecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la zone d’espacement du côté extrémité de connexion de la broche de connexion (3) sur un câble, définit, entre l’élément isolant (2) et l’extrémité du câble, un compartiment dont les dimensions sont définies par des paramètres fixes tels que le diamètre intérieur du boîtier cylindrique métallique (1), et par des paramètres variables tels que le diamètre du fourreau et la longueur de la zone d’espacement pour définir une impédance de valeur prédéterminée.
9. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la zone d’espacement du côté extrémité de connexion de la broche de connexion (3) sur un câble est remplie d’un matériau isolant électrique tel qu’un matériau isolant en céramique, un isolant minéral tel que la silice, un gaz, tel que l’hélium, de l’air.
10. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que dans la zone d’espacement (ZEA), entre l’extrémité de connexion à un autre connecteur ou un appareil et l’élément isolant (2), s’étend une portion de broche (3), cette zone d’espacement (ZEA) étant remplie d’air.
11. Connecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les dimensions de cette zone d’espacement (ZEA) sont définies par des paramètres fixes tels que le diamètre interne DC du boîtier cylindrique métallique (1), la permittivité de l’air contenu dans cette zone d’espacement (ZEA) et la permittivité du matériau céramique utilisé pour l’élément isolant (2) et par des paramètres variables tels que la longueur et le diamètre de la portion de broche, afin d’obtenir une impédance prédéterminée.
12. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l’élément isolant (2) se présente sous forme d’un disque dont le diamètre externe (DD) est supérieur au diamètre interne (DC) du boîtier cylindrique métallique (1), ledit boîtier cylindrique métallique (1) comportant un logement de réception (10) adapté audit élément isolant (2).
13. Connecteur selon l’une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le boîtier cylindrique métallique (1) est constitué de deux parties de boîtier assemblées (11, 12), l’extrémité de jonction de ces deux parties de boîtier (11, 12) étant conformée pour constituer le logement de réception 10 qui accueille un élément isolant (2).
14. Câble coaxial à isolant minéral pourvu à une extrémité d’un connecteur haute fréquence selon l’une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la zone d’espacement, entre l’élément isolant (2) et l’extrémité du câble à isolant minéral, définit un compartiment rempli d’un matériau isolant tel qu’un matériau isolant en céramique, un gaz, l’extrémité de connexion sur un autre câble ou sur un appareil, présentant une zone d’espacement qui, lors d’une connexion, définit un compartiment rempli d’air entre cette extrémité de connexion et l’élément isolant (2).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2700223A1 (fr) 1993-01-07 1994-07-08 Spinner Gmbh Elektrotech Connecteur coaxial 7/16.
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