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BELL TELEPHONE MANUFAOTURING OOr,ANY 4, rue Boudewyns ANVERS SYSTEMES DE TRANSMISSION D'ONDES A FREQUENCE TRES ELEVEE.
Cette invention fait l'objet d'une demande de brevet déposée en France le 15 Septembre 1937 au nom de la Sooiété dite: LE M&TERIEL TELEPHONIQUE.
La présente invention se rapporte à des systèmes de transmission d'ondes à fréquence très élevée, en particulier à des systèmes de transmission utilisant des guides diélectriques.
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Un des objets de l'invention est de prévoir des systèmes de transmission d'ondes guidées dans lesquels l'efficacité de transmission des ondes est augmentée.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des systèmes de transmission d'ondes par guides diélectriques dans lesquels des moyens sont établis à la réception et/ou au cours de la transmission pour compenser ou même pratiquement éliminer des déformations d'ondes dues à des défectuosités matérielles du guide ou des guides diélectriques par lesquels les dites ondes sont transmises.
Un autre objet de l'invention est de prévoir, dans des systèmes de transmission d'ondes par guides diélectriques, des moyens pour transformer des ondes à polarisation rectiligne en ondes à polarisation elliptique et inversement.
L'invention sera exposée en détail dans la description suivante basée sur les dessins annexés, dans lesquels :
Les figures 1 à 4 représentent quatre types principaux d'ondes qui peuvent être transmises dans des guides diélectriques;
La figure 5 représente des courbes correspondant à divers types d'ondes, dont les lignes nodales sont indiquées sur le tableau de la figure 6, donnant un coefficient dit constante modulaire,pour une propagation par guides de section droite rectangulaire de surface unité ;
Les figures 7 et 8 représentent, pour divers types d'ondes guidées, des courbes donnant ce même coefficient de transmission pour des guides elliptiques ou ovales, dans le cas d'ondes électriques et d'ondes magnétiques respectivement;
Les figures 9a, 9b, 9c sont des schémas utilisés dans l'exposé pour expliquer la formation d'une onde à polarisation inclinée tandis que la figure 9d montre une polarisation d'onde elliptique ; et
Les figures 10 à 13 représentent des dispositifs,incorporant des caractéristiques de l'invention, disposés pour compenser à la réception et/ou au cours de la transmission des déformations d'ondes dues à des déformations accidentelles ou inévitables des guides dans
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Sur les figures 1 à 4 inclusivement des dessins, sont re- présentés difrérents types d'ondes électriques et magnétiques à haute fréquence qui peuvent être propagées dans des guides diélectriques à section circulaire avec enveloppe métallique à haute conductibilité.
Ces divers types d'ondes sont dits symétriques lorsqu'ils présentent une symétrie totale par rapport à l'axe du guide et asymétriques lors -que leurs lignes de force se trouvent en majorité parallèles à un ou plusieurs plans passant par l'axe du guide. Ces ondes sont également dites électriques lorsqu'elles ont une composante de force électrique dans la direotion de propagation ou magnétiques lorsqu'elles présen- tent une ligne de force magnétique dans la direction de propagation.
Ainsi, la figure 1 représente en coupes transversales et longitudina -les une onde guidée de type électrique symétrique ou onde Eo, la fi -gure 2 une onde symétrique ou onde Ho, la figure 3 une onde asymétri -que électrique ou onde E1 et la figure 4 une onde asymétrique magné- tique ou onde H1.
Les ondes précédentes ont été décrites pour le cas de sec- tion circulaire maisces diverses ondes sont capables d'être transmi- ses dans des tubes conducteurs de forme quelconque; on a trouvé que certaines de ces ondes sont plus particulièrement appropriées à cer- taines formes de structures de guides d'ondes.
Pour chacun des types d'ondes guidées sus-mentionnés, ainsi que pour tous les autres types d'ondes susceptibles d'être propagées dans des guides diélectriques, le guide fonctionne comme un filtre passe-haut et laisse passer les fréquences supérieures à une certaine limite #c; on définit une constante k caractéristique du guide ou constante modulaire, qui est reliée à #c par la relation k = #c ou V est la vitesse de la lumière.
La variation d'un tel coefficient ou plus exactement d'une quantité proportionnelle au carré de ce coefficient est représentée sur la figure 5 pour des tubes de section rectangulaire de surface uni- té en fonction d'une dimension du rectangle désignée par a, pour des lesquels elles sont propagées.
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ondes de types électriques et magnétiques, sur la figure 7 pour des ondes électriques se propageant dans un tube de section elliptique ou ovale de surface égale à # et sur la figure 8 pour des ondes ma- gnétiques de propageant dans des tubes de section elliptique ou ovale, en fonotion de la grandeur a d'un demi-axe de l'ovale ou de l'ellipse, Ces courbes résultent de travaux théoriques.
Sur la figure 5, les courbes en traits pleins correspondent à des ondes qui peuvent être soit magnétiques, soit électriques, et les courbes en traits interrompus à des ondes seulement magnétiques.
La figure 6 donne dans un tableau les diverses lignes nodales dans la section droite du tube, pour les ondes auxquelles correspondent les courbes de la figure 5, ainsi que leurs désignations au moyen de deux chiffres accolés indiquant le premier le nombre de lignes nodales sui- vant le premier axe de la section et le deuxième le nombre de lignes nodales de l'onde suivant le second axe de la section. par exemple, l'onde H21 désignera une onde magnétique ayant aeux lignes nodales parallèles au premier côté du rectangle et une ligne nodale parallèle au second côté du rectangle. En ordonnées sont portées les valeurs de k2 et en abscisses les longueurs d'un côté du rectangle de sur- #2 face unité ; la valeur 1 correspond donc au carré.
.pour les figure 7 et 8 on a porté en ordonnées les valeurs de k2 et en abscisses les longueurs d'un aemi-axe ae l'ellipse de
4 surface # ; la valeur 1 correspond à un tube à section circulaire; le tableau correspondant a la figure 6 n'a pas été fait pour les cour -bes des figures 7 et 8, mais les positions des lignes nodales par rapport aux sections ont été indiquées le long des courbes mêmes. Les ondes désignées Eo et Ho correspondent aux ondes montrées sur les fi- gures 1 et 2, qui sont symétriques dans le cas d'un tube à section circulaire. Les ondes désignées par E1s et H1s ont dans le plan de section droite du tube une ligne nodale horizontale, les ondes dési- gnées par E1c et H1c ont une ligne nodale verticale.
Il résulte de l'examen des courbes des figures 5, 7 et 8, que des variations dans la section droite du guide entraînent des varia- tions des constantes modulaires intervenant dans les équations de
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propagation de ces ondes et par suite introduisent dans la transmission de telles ondes des distorsions appréciables. En conséquence, dans le cas de tubes dont la section droite peut subir des variations le long du câble diélectrique, un aspect de l'invention réside dans le choix de l'onde à transmettre tel que les distorsions introduites par les dits changements de section droite soient plus faibles avec le type d'onde choisi qu'avec les autres types d'onde qui peuvent exister dans un guide diélectrique.
En efret, on voit sur la figure 5, que certaines des ondes ,qui sont de l'ordre indiqué sur le tableau de la figure 6 ont des courbes correspondantes présentant des minima pour la section carrée;: c'est le cas par exemple pour des ondes de types électrique et magnétique dénommées E11 et H11 sur le tableau, dont la courbe est montrée en A. L'onde Ell correspond à l'onde électrique symétrique dont la représentation est donnée sur la figure 1 des dessins.
Les courbes B et C qui représentent également des minima pour certains rapports des côtés du guide rectangulaire dans lequel elles sont propagées, et correspondent respectivement à des ondes électriques ou magnétiques, E12 ou H12 et H21, s'entrecroisent pour une section carrée. Une onde E12 en ce point d'entrecroisement pourra donc se transformer spontanément en une onde E21 par exemple pour une variation faible de la section du guide. Ces ondes sont dono instables dans un tube à section carrée, elles seront stables dans un tube rectangulaire à cotés inégaux et particulièrement dans un tube dont les dimensions correspondent au minimum de la courbe B ou C; pour une section unité l'un des côtés est 0,71, l'autre 1,44, le rapport des deux c6tés est donc 1/2 approximativement.
Les types d'ondes oorrespondant aux autres courbes, D, F, G, I, qui ne présentent pas de minimum mais se coupent au contraire pour une section car -rée, sont de même instables, c.à.d. qu'une légère déformation du guide à partir de la section carrée, déformation systématique ou acci -dentelle, pourra provoquer une transformation réoiproque des ondes correspondantes qui sont instables. En particulier, les ondes de ty-
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-pes H0, E1 et Hl représentées sur les figures 2, 3 et 4 correspon- dant aux oourbes B, C pour les types Ho et E1 et G, I pour le type H1 seront instables en tubes oarrés.
Les -figures 7 et 8 donneront à l'examen des indications analogues sur la stabilité ou l'instabilité d'ondes électriques et magné -tiques respectivement dans des guides à section droite circulaire, elliptique ou ovale.
Les courbes J de la figure 7, oorrespondant à l'onde de type E0 de la figure 1, M de la figure 8 oorrespondant à l'onde de type H0 de la figure 2, et N de la figure 8 oorrespondant à une onde magnétique à deux lignes nodales suivant les deux axes principaux perpendi- culaires de la section droite du guide, présentent des minima pour une section oiroulaire. Ces ondes sont par suite stables dans les tubes circulaires. Par contre, les autres oourbes L et K correspondant à des ondes de types E1 (figure 3) à polarisation verticale et horizontale respectivement se coupent pour cette forme de section. De même, les oourbes 0 et P de la figure 8, correspondant à des ondes du type H1 (figure 4) se ooupent pour un point oorrespondant à une section circulaire.
Il en résulte que pour des tubes de section droite approximativement oiroulaires, les ondes des types E0 et Ho sont stables pour de légères déformations des tubes guides, mais que les ondes E1 et H1 sont instables. Une onde E12 en revanohe sera stable dans un tube elliptique un peu aplati, surtout si ce tube a des dimen -sions qui oorrespondent au minimum de la courbe L, les deux demiaxes seraient, pour une section de surface #, 0,7 et 1,35 soit un rapport des axes voisin de 1/2.
Il est olair que des ondes de types complexes ou d'ordre plus élevé pourraient également être considérées du point de vue de leur stabilité de propagation suivant la forme du guide utilisé pour les transmettre. il en résulte que sont stables les ondes symétriques pour la section circulaire ou présentant une symétrie double par rapport aux axes principaux des seotions droites des guides employés.
A titre d'exemple, l'influenoe de déformations accidentelles
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d'une section circulaire sur la propagation d'une onde de type général E1 (électrique asymétrique, figure 3) sera exposée en se référant aux figures 9a, 9b, 9c et 9d.
Les deux oomposantes d'une onde de type E1, l'une ayant une ligne nodale horizontale et l'autre une ligne nodale verticale sont représentées en E1s et E1c respectivement sur les figures 9a et 9b; ces deux ondes ont même constante modulaire donc même vitesse de pro -pagation dans le guide diélectrique circulaire. En superposant ces deux ondes'avec la même phase, l'onde résultante sera une onde de polarisation plane E1e dont la ligne nodale sera inclinée comme représenté sur la figure 90; en superposant ces deux ondes aveo des phaset différentes, l'onde résultante aura une forme plus oomplexe qui conser -vera sa forme pendant sa propagation: ce type d'onde sera analogue à ce qu'on appelle en optique l'onde à polarisation elliptique représentée sur la figure 9d ; nous dirons donc que cette onde a une polarisation elliptique.
Un guide à section droite circulaire constante peut donc propager des ondes de polarisation rectiligne ou elliptique, de façon stable.
Une onde à polarisation reotiligne oblique est envoyée dans un guide diélectrique circulaire par tout moyen émetteur convenable, soit E1e cette onde. Si le tube guide présente un léger aplatissement suivant une direction quelconque, l'onde guidée se soinde en deux ondes reproduisant chacune une des oomposantes à polarisation reotiligne originales, horizontale et verticale. Chacune de ces oomposan -tes a une vitesse propre. Après que l'étranglement ovale a été tra- versé, ces deux composantes se recomposent mais leurs phases ne sont plus identiques et par suite l'onde résultante à partir de l'étrangle -ment est une onde à polarisation elliptique.
La constante modulaire k varie rapidement pour les sections elliptiques et entraîne par suite un changement correspondant de la fréquence de coupure. Par suite, si l'onde envoyée dans le guide est d'une fréquence peu supérieure à la fréquence de ooupure caractérisque du guide, une des oomposantes pourra être partiellement ou totale-
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-ment arrêtée et même réfléohie. Il en résulte qu'après un certain nombre d'étranglements de ce genre diversement orientés, l'onde originale aura perdu par suite de réflexions, une partie notable de son amplitude.
De plus à la réception, la forme de l'onde aura subi des variations suffisamment importantes pour que les dispositifs récepteurs fixes ne conviennent plus à une réception efficace de l'onde déformée dont la polarisation de reotiligne est devenue elliptique.
Suivamt un aspeot de l'invention, on dispose à l'extrémité réoeptrice d'un guide diélectrique de forme normale prédéterminée dans lequel sont transmises des ondes de types reoonnus instables pour cette forme de section, des dispositifs permettant de rattraper la différence de phase entre les deux oomposantes de cette onde. On obtient ainsi une onde à ligne nodale reotiligne d'orientation bien définie. Mais les dispositifs réoepteurs particuliers au type d'onde transmis ayant été prévus pour une ligne nodale reotiligne ayant une orientation bien déterminée, ne recevront pas aveo efficacité cette onde oorrigée en amenant en ooinoidenoe la ligne nodale prévue au réoepteur aveo la ligne nodale de l'onde reçue.
Suivant un autre aspeot, l'invention prévoit des dispositifs permettant d'orienter des dispositifs récepteurs de façon à obtenir les meilleurs résultats.
Les figures suivantes 10 à 13 représentent à titre d'illustration quelques exemples de dispositifs d'extrémité réceptrice de guides diéleotriques permettant une réoeption convenable d'ondes inste -blea dont la transmission a été perturbée par des déformations matérielles du guide.
Dans oes dispositifs, un élément récepteur oonsistant en un simple fil reotiligne résistant R oorrespondant à une onde de type H1 a été représenté, mais il est clair que l'invention peut comporter tout dispositif récepteur d'ondes convenable tel que par exemple, un fil à résistance massée en un point réglable, des détecteurs à cristaux ou autres dispositifs unidirectionnels, des couples thermoéleo- triques convenablement disposés, des fils de Leoher, eto,.. pour le type d'onde H1, tout autre dispositif récepteur convenable pour le
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type d'onde E1, détecteurs à cristaux, oouples thermoéleotriques, système de Leoher, eto...
et, dans le cas d'ondes de type H0 qui présentent le même genre d'instabilité, dans des tubes rectangulaires seulement, de fils annulaires résistants, de chaînes circulaires de détecteurs à cristaux, eto...... Il est olair également que les dispositifs à pellicule résistante et élément réflecteur convenant à la réception d'une onde de type quelconque peuvent être utilisée. Dans ce dernier cas, le dispositif récepteur n'a évidemment plus besoin d'être prévu orientable.
Sur la figure 10 est représentée une terminaison de guide diélectrique D dont le corps a subi diverses déformations et dans lequel par suite l'onde transmise s'est déformée. A cette extrémité de guide D est directement reliée une portion souple S qui peut être aplatie sur une partie de sa longueur au moyen d'une presse P réglable par tout moyen convenable, par exemple au moyen de vis V. A l'au -tre extrémité de cette portion souple S est reliée une portion rigi -de de guide tubu lai re D1, à l'intérieur de laquelle se trouve le± dispositif récepteur R de position fixe ; cette partie est réglable et terminée par un piston parfaitement réfléchissant PR.
Suivant la teohnique connue, une onde de type H1 arrivant dans le guide D sera réfléchie par le piston PR et son énergie sera absorbée par la résistance R. Cette résistance reotiligne R peut être fixe dans la por-' tion Dl et cette portion prise entre des maohoires M et orientée à volonté, cette opération étant permise grâce à la souplesse de la portion S antérieure du guide. Ou bien, comme montré figure 11, le dit élément récepteur R peut être fixé dans une autre portion de guide D2 portant à son extrémité du coté du tronçon de guide Dl un rebord fileté F qui se visse dans une bague B de plus grand diamètre fixée à l'extrémité du guide D1. La portion D2 est de même diamètre intérieur que la portion D1 et peut être vissée de manière à orienter oonvenablement le récepteur R.
De même il est olair que la presse P servant à aplatir la portion S de l'extrémité réceptrice du guide peut être unique ou formée par une série de presses indépendantes qui peuvent @tre réglées
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à volonté, ou bien la longueur de la presse P peut elle-même être réglable.
La portion du guide qui peut être modifiée, peut encore être réalisée comme montré sur les figures 12 et 13, au moyen d'une portion de guide aplatie par avance et interchangeable suivant les cas.
Cette portion D2 peut être enfilée sur l'extrémité D. Une portion coulissante de marne section droite que le guide D, désignée par Dl sur le dessin, contient le dispositif de réoeption R et peut être introduite de la longueur désirée à l'intérieur de la portion aplatie D2. Le dispositif récepteur R peut ainsi être mis directement en position à une orientation oonvenable, ou être ensuite réglé par exem -ple par l'un des deux moyens indiqués ci-dessus. Le guide D et la portion terminale D1 peuvent être soit de même diamètre comme représenté figure 12, soit de diamètres différents oomme représenté figure 13. De toutes façons ces dispositifs de correction devront préférable -ment être dimensionnés de manière à adapter leur impédance à celle du tube au bout duquel on les introduit.
Il est olair que si les exemples représentés l'ont été pour des guides de section circulaire, des dispositifs analogues peuvent être prévus pour des guides de toutes formes, elliptiques, reotangulaires et carrés, au moyen de tronçons de guide convenablement éorasés intercalés sur leur longueur.
Il est olair également que ces dispositions n'ont été données qu'à titre d'illustration et que d'autres réalisations utilisant des caractéristiques de l'invention peuvent également être prévues sans sortir de son domaine.
Suivant un autre de ses aspeots, l'invention prévoit un mode d'établissement d'une ligne ou canalisation diéleotrique disposée pour transmettre des ondes de différents types, dans lesquelles lors de la mise en place des différentes sections, un dispositif de correction réglable incorporant des caractéristiques précédemment décrites est interoalé entre chaque section et la suivante. Une fois que la canalisation complète est achevée, un premier réglage destiné à rattraper les déformations provoquées par les manipulations de pose est fait
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section par seotion, les dits dispositifs étant placée de manière à offrir oonstamment un accès faoile, pour les réglages ultérieurs qui pourraient être néoessaires.
De tels dispositifs peuvent également être inoorporés dans des canalisations diélectriques, aux points de raccordement de seo -tions de guides, de section droite et de dimensions différentes, ainsi qu'avant tous dispositifs permettant de transformer des ondes d'un type en ondes d'un autre type qui seraient interoalés dans le guide, afin d'augmenter le rendement et la séourité de tels rao- oords et transformateurs.
REVENDICATIONS.
1. Système de transmission d'ondes électriques utilisant des guides diéleotriques, dans lequel le type d'onde propagée dans le guide est adapté à la section transversale particulière de ce guide de manière que l'onde n'est pas pratiquement déformée par des irrégularités accidentelles du guide.
2. Système de transmission d'ondes électriques utilisant un guide diéleotrique,dans lequel la section transversale du guide en forme de tube est dimensionnée en oonoordanoe aveo le type d'on -de à transmettre.
3. Système à guides diélectriques, dans lequel un dispositif est inséré à une ou aux deux extrémités du guide, ou en un ou plusieurs points intermédiaires de ce guide dans le but de oorriger la déformation de l'onde transmise due à des défauts physiques du dit guide.
4. Système à guides diéleotriques tel que revendiqué en 3, dans lequel le dit dispositif comprend une section déformable interposée dans le guide.
5. Système à guides diéleotriques tel que revendiqué en 4, dans lequel le dit dispositif comprend un guide flexible seotionné et adapté pour âtre aplati sur une certaine partie de sa longueur par des moyens réglables.
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