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Dispositif de oonnoxion pour réduire les réflexions lors du raccordement de deux systèmes élec- triquos.
' La présente invention se rapporte a la conne- xion de chaînes d'impédances (filtres électriques) entre eux, ou à la connexion d'une chaîne d'impédances(filtre électrique) avec un autre système électrique, par exem- ple une ligne non chargée, ou à charge continue.
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L'invention a pour but de réduire les réflexions au point de connexion. Lors de la connexion de deux chaînée d'impédances (filtres électriques), on peut réaliser sur les deux côtés, c'est-à-dire dans les deux directions de transmission, une connexion ne comportant pratiquement pas de réflexion. Ce résultat s'obtient d'après la présen- te invention du fait que les impédances caractéristiques de chacune des chaînes d'impédances qu'il s'agit de con- necter, sont transformées au moyen de réseaux asymétriques de manière que les impédances caractéristiques transfor- mées soient essentiellement réelles et constantes.
Si les impédances caractéristiques transformées sont de même grandeur, les extrémités libres des réseaux peuvent être reliées entre elles directement, et en cas de grandeur différente elles peuvent être reliées à travers des dis- positifs de transformation de tension, par exemple au mo- yen de transformateurs.
Lorsqu'il s'agit de connecter une chaîne d'im- pédances (filtre électrique) avec un autre systèle élec- trique, par exemple avec une ligne homogène, on peut ré- duire la réflexion, au moins pour une direction de trans- mission, à une valeur presque inappréciable.
Ceci peut se faire du fait que l'impédance de la ligne homogène est rendue pratiquement réelle et cons- tante par la conjonction d'un réseau terminal. Si cette valeur de résistance est égale à la grandeur réelle et constante à laquelle l'impédance caractéristique de la chaîne d'impédances du filtre électrique a été transfor- mée par le réseau terminal en question, les deux systèmes peuvent être reliés directement l'un à l'autre, et dans - l'autre cas au moyen d'un dispositif de transformation de tension, par exemple d'un transformateur.
Comme la chaîne d'impédances (filtre électrique) peut alors être
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fermée sur une résistance qui est égale à son impédance caractéristique, la réflexion est évitée lors de la transmission de la chaîne d'impédances à la ligne homo- gène.
Un autre moyen consiste à compléter l'impédan- ce caractéristique de la chaîne d'impédances rendue cons- tante par un réseau terminal en y connectant une autre impédance terminale ou un réseau terminal, de manière que l'impédance qui so manifeste soit, pour toutes les fréquen- ses entrant en ligne de compte, dans un rapport pratique- ment constant avec l'impédance caractéristique de la ligne homogène. Un cas particulier de ce rapport constant est celui dans lequel l'impédance transformée de la chaîne d'impédances (filtre électrique) est égale à l'impédance caractéristique de la ligne homog¯ne, ce qui peut être toujours obtenu par l'emploi de dispositifs de transfor-- mation de tension, donc de préférence de transformateurs..
Dans ce cas, la ligne homogène est chargée d'une impédan- ce qui est égale à son inpédance caractéristique et, en conséquence, il ne se produira pas do réflexion lors de la transmission de la ligne hor.iogène à la chaîne d'impé- dances (filtre électrique).
On décrira dans ce qui va suivre à titre d'e- xemple le mode d'emploi de l'invention en se reportant aux figures des dessins ci-joints.
Les fig. 1 à 4 représentent des dispositifs de réseau qui permettent de rendre pratiquement réelle et constante l'impédance caractéristique des chaînes d'im- pédances pour une très grande partie de leur bande de transmission.
L'impédance caractéristique z1 se manifestant aux bornes 1 et 2 du réseau représenté sur la fig. 1 et que l'on peut calculer d'après les résistances de marche
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à vide et de court-cirucit est égale à l'impédance ca- raotêristique de la chaîne d'impédances du second type, dont les impédances en série sont égales à R1 et dont les impédances transversales sont égales à R2' s'il existe entre les constantes x, y, z, les deux équations conditionnelles : x z = 1 (1)
4z + 4y = z (2) Les valeurs de x, y et z ne sont pas encore déterminées, de aorte qu'on peut encore remplir une autre c ondition.
L'impédance caractéristique Z2 aux bornes 3, 4 a la valeur :
EMI4.1
On peut disposer de la valeur y/z de manière que, pour un intervalle de fréquence donné, k soit approximative- ment constant. Lorsque cette valeur est fixée, on peut, en utilisant les conditions (1) et (2), déterminer les valeurs des constantes x, y, z.
De plus, si les impédances R1 et R2 sont appro- ximativement réciproques en résistance(inverse), leur produit est approximativement constant, de sorte que dans ces conditions l'impédance caractéristique Z2 est appro- ximativement constante et réelle. un a trouvé dans un exemple que les valeurs x = 0,307, y = 0,508, z = 3,25 donnent, pour un très grand intervalle de fréquence, en moyenne la valeur k = 0,999, avec une grande précision.
On peut démontrer de même manière que les dis- positifs de connexion selon les fig. 2 à 4, lesquels se
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composent également d'impédances qu'on a obtenu de R1 et R2 par multiplication avec certaines constantes, possèdent les propriétés que d'un côté leur impédance Ca- raotéristique peut être rendue égale à celle de la chaîne d'impédances (filtre électrique) du premier ou du second type, et de l'autre peut être rendue approximativement réelle et constante.
En partant des mêmes suppositions que dans l'e- xemple en chiffres décrit ci-dessus, on obtient pour le cas de la fig. 2 les valeurs x = 3,26, y = 1,97, z =
0.307 La forme de la f ig. 3 s'obtient d'après la fig.
1 du fait que, par adjonction de 1/2 R1 en série et de
2 R2 en parallèle, on complète le réseau du côté gauche de manière qu'il ait l'impédance caractéristique de la chaîne d'impédances du premier type. En montant en sé- riel'impédance 1/2 R1 et en parallèle l'impédance
2 R2 on obtient de manière correspondante, de la f ig. 2 dont l'impédance caractéristique est égale à celle de la chaîne d'impédances (filtre électrique) du premier type, le réseau de la fig 4 .ayant 2'impédance caractéristique d'une chaîne d'impédances, du second type.
En conséquence il est possible d'après la fig. presque sans réflexion,
5 de relier entre elles, / deux chaînes d'impédances K1et
K2 pour les deux directions de transmission de telle manière qu'on relie à chacune des chaînes le réseau terminal N1 et N2 quirend son impé- dance caractéristique presque réelle et constante, et qui per- met derelier entre eux les deux réseaux directement, ou par exem- ple à travers un transformateur T.
Les impédances de chacun des deux réseaux doivent alors être déterminées par multiplication avec des valeurs constantes' à par- tir des impédances R1' R2 de la chaîne d'impédances correspondante, Dans un grand nombre de cas) il sera préférable de distribuer les impédances en série sur les
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deux conducteurs, par exemple pour maintenir l'équilibre par rapport à la terre.
Un cas particulièrement important est celui dans lequel on relie entre elles deux lignes pupinisées différentes, de sorte que leurs fréquences limites et l'allure de leurs courbes d'impédance caractéristique en dépendance de la fréquence sont différentes.
L'intercalation des dispositifs de réseau asy- métriques permet d'éviter des réflexions pour les deux directions de transmission, car chacune des chaînes d'im- pédances (filtres électriques) d'après la fig. 5 est fer- mée sur son impédance caractéristique et le transf orma- teur sert à relier entre elles deux impédances caracté- ristiques réelles et c onstantes. L'avantage principal ré- side dans la suppression ou la réduction des perturba- tions d'écho ou des fluctuations de l'impédance caracté- ristique à l'extrémité éloignée, perturbations qui se ma- nifestent et rendent la reproduction difficile ou impossi- ble chaque fois qu'une chaîne d'impédances (filtre élec- trique) n'est pas fermée approximativement sur son impé- dance caractéristique.
Les fig. 6 à 9 représentent à titre d'exemple la réduction des réflexions lors de la connexion de chat- nes d'impédances (filtres électriques) avec des lignes homogènes, et les fig. 6 à 8 montrent particulièrement des réseaux qui peuvent être utilisés pour rendre approximati- vement constante et réelle l'impédance d'une ligne homogè- ne. Dans ce but, on a déjà proposé un dispositif de conne- xion dans lequel on monte en parallèle à la ligne et en série les uns aux autres une résistance ohmique, une bo- bine et plusieurs éléments d'une chaîne d'impédances (filtre électrique). Ce dispositif est très compliqué étant donné qu'il faut employer un nombre assez élevé d'éléments
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de chaîne, afin d'obtenir .une approximation suffisante.
D'après la présente invention, le montage peut être notablement simplifié du fait qu'on monte en paral- lèle à la ligna homogène une connexion en série d'une résistance ohmique sensiblement égale à l'impédance carac- téristique de la ligne pour les fréquences élevées,, et d'une impédance qui est réciproque en résistance au réseau d'équilibre asdditoonnel(excess simulater) de la ligne ho- mogène .
Cn sait que l'impédance caractéristique d'une ligne homogène peut être reproduite an première approxi- mation par une résistance ohmique constante dont la gran- deur égale celle de l'impédance caractéristique pour des fréquences élevées et qui sert de réseau d'équilibre fon- (basic network) damental Pour des fréquences plus basses dont la valeur dépend des constances de ligne, cette reproduction ne suffit cependant pas, et il est nécessaire de tenir comp- te des divergences de l'impédance caractéristique par rap- port à la résistance réelle et constante. Ce résultat s'ob- tient au moyen d'une impédance qui est montée en série à la résistance ohmique et quo l'on désigne par réseau d'é- quilibre additionnel (excess simulator). Dans le cas le plus simple. elle peut être constituée par une capacité.
Pour obtenir une plus grande précision on se sert de ré- seaux d'équilibre additionnels constitués par des résis- tances ohmiques et des condensateurs.
En désignant par C la valeur kilométrique de la capacité de la ligne et par L celle de l'inductance, on peut remplacer l'impédance de la ligne par la conne- xion en série d'une résistance ohmique W de la grandeur . approximative ÚL/C. et d'une impédance J dépendant de la fréquence. Si on monte en parallèle à cette combinai- son (voir fig. 6) la connexion en série d'une résistanoe
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ohmique dont la grandeur est également W, et d'une im- pédance J' qui est réciproque en résistance à J par rapport à la puissance d'inversion W, on obtient entre les points 1 et 2 une impédance constante et réelle de la grandeur W. La condition de la réciprocité de ré- sistance est, comme on sait, identique à la condition que
J.
J' = W2
En conséquence dans le cas le plus simple, l'impédance J' peut être constituée par une bobine. On obtient un meilleur effet lorsqu'on établit J' d'après la fig. 7, par une bobine L1 en parallèle à la conne- xion en série d'une résistance r et d'une bobine L2 ou, d'après la fig. 8 par une bobine L1 en série avec la oonnexion en parallèle d'une résistance r et d'une bobine L2
L'invention peut être utilisée de diverses manières, par exemple lorsqu'un système de transmission ou un appareil électrique ayant une impédance caracté- ristique réelle et constante doit être relié à une li- gne homogène de manière à éviter des réflexions lors du passage de l'énergie de ce système de transmission à la ligne homogène.
La fig. 9 représente à titre d'exemple le mode d'emploi de ce genre, dans lequel il s'agit de re- lier une ligne pupinisée P à une ligne homogène H de manière qu'il ne se produise pas de réflexion lors de la transmission de P à H. La ligne pupinisée proprement dite ne possède pas une impédance caractéristique réelle et constante, mais on peut, au moyen d'un réseau terminal N, en arriver à ce que l'impédance caractéristique Z du système de transmission constitué par N et P, à partir du point 1 - 1, soit pratiquement constante et réelle
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pour la partie pratiquement utilisée de la bande de transmission de la ligne pupinisée.
De cette manière on évite des réflexions si l'impédance à 1 - 1 mesurée vers la droite est réelle, constante et égale à l'impédance caractéristique du système de transmission N, P. D'après l'invention ce résultat peut être obtenu au moyen du dispositif de transformation de W et J' en série, tel qu'il est décrit ci-dessus.
L'impédance du montage situé à droite de 2-2 est égale à W, c'est-à-dire réelle et constante, et peut être amenée à la valeur Z au moyen de dispositifs de transformation de tension, par exemple au moyen d'un transformateur T.
Ces connexions ont par exemple une importance apéciale lorsqu'une courte ligne pupinisée et une longue ligne homogène sont montées en série entre deux amplifi- cateurs successifs. Dans ce cas, la réflexion se mani- festant à l'entrée de la ligne pupinisée est alors sup- primée, mais il reste des réflexions à l'entrée de la ligne homogène, cette ligne n'étant pas fermée en 3 - 3 sur son impédance caractéristique. Mais avec un affai- blissement suffisant de la ligne homogène, les réfle- xions produites à la sortie en 3 - 3 ne sont plus gênan- tes à l'entrée de la ligne homogène.
La transformation de l'impédance d'une ligne homogène peut aussi être utilisée pour la reproduction.
On reconnaît que le réseau d'équilibre peut être consti- tué par une résistance ohmique de la valeur approximati- ve W.
La fig. 10 fait voir à titre d'exemple, qu'il N'agit de compléter après qu'elle a été rendue constante l'impédance caractéristique d'une chaîne d'impédances (filtre électrique) à l'aide d'un réseau terminal en
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montant en série un autre réseau terminal de manière que l'impédance de l'ensemble du dispositif devienne égale à celle de la ligne homogène qui doit être reliée au dis- positif.
Un cas particulièrement important est celui dans lequel une courte ligne homogène est terminée par une lon- gue ligne pupinisée, par exemple lorsque, à partir de l'amplificateur, un câble urbain homogène et un câble in- terurbain pupinisé succèdent l'un à l'autre.
La ligne prpoinisée P est fermée sur un réseau terminal N, qui rend pratiquement réelle et constante de la ligne l'impédance caractéristique pupinisée, de aorte que le transformateur T aux bornes 3-3 est chargé d'une ré- sistance ohmique constante. Le rapport de transformation du transformateur est calculé de manière que l'impédance aux bornes 2-2 vers la droite soit égale à l'impédance caractéristique de la ligne homogène pour des fréquences élevées.
On a monté en série à cette résistance le ré- seau d'équilibre additionnel U du type connu, et l'im- pédance aux bornes 1 - 1 vers la droite est en conséquen- ce pratiquement égale à l'impédance caractéristique de la ligne homogène, \ussi la ligne homogène est-elle chargée ä ses extrémités 1-1 par son impédance caractéristique, de sorte qu'on évite des réflexions, et que l'impédance de la ligne homogène à l'extrémité de gauche est égale à l'im- pédance caractéristique de la ligne homogène. Dans ces conditions, la combinaison de la ligne homogène et de la ligne pupinisée peut être reproduite sans difficulté de la manière connue..