<Desc/Clms Page number 1>
CONDUCTEURS COAXIAUX OU CABLES A PAIRE DE CONDUCTEURS EQUI-
LIBRES .
La présente invention se rapporte aux conducteurs coaxiaux ou câbles à paires de conducteurs équilibrés, pour la transmission de courants de signalisation électriques à haute fréquence et, en particulier, à des modes de confection de joints pour de tels câbles.
L'objet de l'invention est la constitution d'un joint, ou dispositif de terminaison ne causant aucune réfle- xion à aucune fréquence de la bande à transmettre.
' Un dispositif de terminaison consiste simplement en une forme spéciale de joint suivant laquelle un équipement de connexion convenablement établi remplace l'un des câbles et dans tout le cours de la présente description, le mot "joint"
EMI1.1
sera utilisé pour couvrir soit des oint. 'I1ment dits . >;',,#<,.
<Desc/Clms Page number 2>
entre deux longueurs de câble, soit des dispositifs de terminai- son, unissant un câble à un équipement de connexion. Lorsqu'il sera nécessaire de se référer de façon particulière à un dispositif de terminaison, ce dernier sera désigna comme tel.
Il est bien connu que, à mesure que la bande de fréquences à transmettre sur un câble de télécommunication à haute fréquence augmente de largeur, l'augmentation résultante de la fréquence la plus élevée à transmettre peut obliger à tenir compte de la longueur électrique des joints, car ceux- ci peuvent introduire des irrégularités d'impédance, causant des réflexions indésirables des courants de signalisation. Les longueur physiques des joints, de même que les longueurs des joints dans les câbles utilisés pour la transmission des basses fréquences, peuvent être très faibles, par exemple inférieures à 30 centimètres.
Quand le joint a une longueur électrique faible, mais néanmoins appréciable à la fréquence la plus élevée à transmettre, il doit être établi de manière à pouvoir être connecté au câble sans causer une réflexion appréciable du signal transmis. Il est également bien connu qu'une ma- nière d'obtenir cette indépendance désirée vis-à-vis des ré- flexions consiste à construire le joint de façon telle qu'en tout point de sa longueur, son impédance caractéristique soit égale à l'impédance caractéristique du câble auquel il est connecté.
L'impédance caractéristique du câble, ou de tout élément des joints qui vont être décrits, est l'impédance calculée par des formules bicn connues a partir des paramètres électriques appropriés. Dans le cas des hautes fréquences aux- quelles se rapporte la présente description, l'impédance carac- téristique en ohms est définie de façon suffisamment précise par la formule #L/C ou L et C sont respectivement la self- induction en Henrys et la capacité en Farads par unité de
<Desc/Clms Page number 3>
longueur du câble, ou de l'élément du joint.
En général, pour des raisons mécaniques ou phy- siques, la structure diélectrique des joints est différente de celle du câble à haute fréquence. Par exemple, de tels câbles à haute fréquence sont d'ordinaire construits avec un diélectrique d'air et il est nécessaire de prévoir un dispo- sitif de terminaison scellé pour éviter la pénétration de l'humidité à l'extrémité du câble. Selon certains modes de construction, la matière diélectrique est susceptible d'être endommagée à la chaleur et, pour cette raison, il est né- cessaire de prévoir aux joints un mode de construction spé- cial, afin qu'aucun endommagement du diélectrique ne se pro- duise par suite de la chaleur appliquée au cours de la soudure des conducteurs.
Il est également à désirer, dans le cas de câbles à diélectrique d'air, de prévoir, à de certains intervalles, des barrières étanches, pour limiter le dommage dû à l'entrée d'eau dans le câble par suite d'un dommage mécanique acciden- tel. Les joints entre longueurs adjacentes du câble constituent des emplacements appropriés pour de telles barrières étanches.
La nécessité que l'impédance caractéristique soit maintenue constante d'un bout à l'autre, malgré les différences entre les propriétés électriques des diélectriques utilisés dans les joints et celles du diélectrique utilisé dans les câbles à haute fréquence principaux peut nécessiter une adap- tation des organes conducteurs des joints à des formes compor- tant une variation de leurs dimensions le long de leur longueur, ce qui ne se prête pas aisément à l'assemblage ou à la fa- brication. La présente invention prévoit des moyens parles- quels la condition que le joint doitavoir une impédance anstante sur Toute sa longueur est remplie sans réflexions appréciées du signal transmis.
En conséquence, toutes les variatiais
<Desc/Clms Page number 4>
nécessaires de la structure des diélectriques aux joints peuvent se faire sans imposer des variations des formes et dimensions des organes conducteurs et toutes les variations nécessaires desdites formes et dimensions peuvent avoir lieu sans impliquer des variations de la structure' du diélectrique.
L'invention prévoit notamment un joint destiné à connecter ensemble deux longueurs de câble de signalisation électrique à haute fréquente, de caractéristiques électriques similaires, comprenant un nombre impair d'éléments disposés successivement, la structure du diélectrique de chacun de ceux-ci différant de celle dudit câble, mais restant uniforme sur toute sa longueur, les propriétés électrique et les lon- gueurs desdits éléments étant telles que le vecteur-somme de toutes les réflexions produites aux jonctions entre éléments successifs et entre les éléments terminaux et ladite longueur de câble soit sensiblement nulle en tout point desdites lon- gueurs de câble.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, laquelle commence par une étude mathématique du problème et se poursuit par une explication de la manière dont les résultats mathématiques sont appliqués et par une description, à titre d'exemple non limitatif, de plusieurs formes de joints comportant certaines caractéris- tiques de l'invention. Les dessins joints représentent sché- matiquement, également à titre d'exemples non limitatifs quelques modes de réalisation de l'invention.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'un joint sur un câble coaxial.
La figure 2 représente de la même manière un dis- positif de terminaison pour un câble à paire équilibrée.
La figure 3 se rapporte à un type de câble coaxial souterrain.
<Desc/Clms Page number 5>
La figure 4 représente, toujours en coupe longi- tudinale, une pièce intérieure de polythène telle qu'utilisée dans le câble que représente la figure 3.
La figure 5 se rapporte à une forme simple de joint pour le câble de la figure 3.
La figure 6 est la coupe longitudinale d'une forme plus complexe de joint, également destinée au câble de la figure 3.
Les joints qui vont être décrits ne sont pas d'une impédance caractéristique constante sur toute leur longueur, mais chacun d'eux est composé d'une série essentiellement symétrique de 3,5, 7, ou d'un plus grand nombre d'impédances de caractéristiques différentes de Z1, Z2, Z3, etc. ohms et de longueurs électriques différentes #1, #2, #3, etc. radians, dans laquelle les valeurs des impédances caractéristiques
Z1, Z,,, Z3 etc. et les longueurs électriques #1 #2 #3 etc.
sont proportionnées de manière que le vecteur- somme de toutes 'les réflexions produites aux jonctions entre lesdits éléments et aux jonctions entre les éléments terminaux et joints et le câble soient sensiblement nulles à la fréquence la plus élevée à transmettre et puisse être rendue négligeable à toutes les fréquences intérieures à la bande qa' on désire transmettre. c'est-à-dire que le joint n'est pas exempt de réflexion aux jonctions de ces divers éléments mais que, grâce à un proportionnement convenable, on s'arrange pour que les réflexions positives sur les jonctions où il se produit une élévation d'impédance soient compensées par les réflexions négatives sur les jonctions où il se produit une diminution d'impédance.
La première condition de l'obtention de cette compensation de réflexions est que les éléments, qui doivent être en nombre impair, soient disposés symétriquement, comme indiqué plus haut, Par exemple, s'il y a 5 éléments, ils
<Desc/Clms Page number 6>
doivent comprendre un élément central d'impédance caractéris- tique Z1 ohms et de longueur électrique #1 radian encadré de deux éléments égaux, chacun d'impédance caractéristique Z2 ohms et chacun de longueur électrique #2 radian et les deux éléments extrême,. doivent être chacun d'impédance caractéris- tique Z3 ohms et de longueur électrique G3 radian.
La seconde condition est qu'au moins l'élément central unique, où une paire des éléments symétriques, doit avoir une impédance carac- téristique supérieure à l'impédance caractéristique Z du câble à haute fréquence auquel le joint doit être connecté et, en outre, qu'au moins l'élément central unique, ou une paire des éléments symétriques, doit avoir une impédance caracté- ristique inférieure à l'impédance caractéristique Z0 du câble.
La troisième condition est que les longueurs élec- triques #1 G2 #3 etc, radians des divers éléments doivent être proportionnées correctement à leurs impédances caracté- ristiques Z1, Z2, Z3, etc. ohms et à l'impédance caractéris- tique Z0 ohms du câble à haute fréquence.
Ce proportionnement convenable peut être déterminé en posant les équations de transmission, à la manière bien connue, pour le joint complet et, sinsi, en résolvant les rapports de #1/#2, #2/#3 etc. en fonction des ra.pports Z1/Z0,Z2/Z1, Z/Zetc. pour la condition-frontière, c'est-à-dire de manière que l'impédance Zs de l'extrémité transmettrice du joint soit égale à l'im- pédance caractéristique Z0 du câble à haute fréquence auquel est connecté le joint ou le dispositif de terminaison. L'im- pédance Zs de l'extrémité transmettrice du joint complet est l'impédance, mesurée à l'une des extrémités du joint complet, quand l'autre extrémité est terminée sur une impédance égale à Z0.
A titre d'exemple on examinera le comportement à la fréquence la plus élevée à transmettre d'un joint à trois
<Desc/Clms Page number 7>
éléments : un élément milieu d'impédance caractéristique Z1 ohms et de longueur électrique #1 radians et une paire d'élé- .vents extérieurs chacun d'impédance caractéristique Z2 ohms et de longueur électrique #2 radians, qui doit être connecté à un câble à haute fréquence d'impédance caractéristique Z ohms.
On peut démontrer que la condition de compensation des réfle- xions est obtenue quand on a:
EMI7.1
où les coefficients de réflexion (p) sont définis par les égalités suivantes:
EMI7.2
Si la seconde condition mentionnée plus haut est réalisée, l'équation (1) donne des valeurs positives pour tg -1 pourvu que Z1 soit supérieur à Z0 et Z2 inférieur à Z0, ou bien que Z1 soit inférieur à Z0 et Z2 supérieur à Z0 et pourvu également que #1 et #2 tombent tous deux dans des quadrants impairs.
Pour une raison qui apparaîtra plus loin, la solution qui est d'ordinaire nécessaire est celle pour la- quelle les valeurs de #1 et de #2 tombent dans le premier quadrant, c'est-à-dire pour laquelle ni #1 ni #2 ne sont supé- rieures à @/2. En d'autres termes, aucun élément du joint ne doit d'ordinaire être d'une longueur électrique supérieure à un quart de longueur d'onde.
L'équation (1) donne une solution à partir de la- quelle on peut déterminer le rapport de #1 à #2. En pratique, une longueur convenable de l'un des éléments du joint est choisie pour des raisons mécaniques. L'impédance caractéristique et la longueur électrique de cet élément sont alors calculées à partir des paramètres électriques connus et la longueur électrique des autres éléments nécessaires pour satisfaire à
<Desc/Clms Page number 8>
l'équation peut alors être déterminée.
Quand les conditions de l'équation (1) sont satis- faites, le vecteur-somme de toutes les réflexions qui se pro- duisent entre les parties du système ayant des impédances ca- ractéristiques Z0, Z1 et Z2 est sensiblement nul à la fré- quence unique considérée, que l'on a choisie égale a la fré- quence la plus élevée transmettre, Toutefois, une condition additionnelle sera d'ordinaire que le vecteur-somme des réfle- xions à une fréquence à transmettre quelconque soit négligeable, et ceci conduit à une quatrième condition d'établissement.
Cette quatrième condition est que la longueur élec- trique radians, à la fréquence la plus élevée à transmettre, ne doit pas dépasser une valeur en radians, qui peut être dé- terminée par les techniciens d'après la nature de la solution donnant la compensation des réflexions à la plus haute fréquence à transmettre, ce dont l'équation (1) donne un exemple. a longueur électrique e d'une ligne de transmission est le produit de sa constante de déphasage /3 en radians par unité de longueur et de sa longueur 1 dans les mêmes unités de longueur.
Aux hautes fréquences, la constante de déphasage p varie en grandeur en raison directe de la fréquence. il s'ensuit qu'une solution d'équilibre des réflexions de la forme donnée par l'équation (1) ci-dessus ne s'applique rigoureusement qu'à la fréquence unique pour laquelle on a déterminé les longueurs électriques #1 et #2. Si #1 et #2 sont assez grands pour que les fonctions trigonométriques tg #1 et sin 2#2 différent de façon notable des valeurs de #1 et de 2#2 respectivement et pour que cos 2#2 diffère notablement de l'unité,
la solution peut ne pas fournir un vecteur-somme suffisamment petit des réflexions à toutes les fréquences les plus basses de la bande à transmettre. Il est cependant nécessaire d'éviter les réfle- xions appréciables aux joints pour toutes les fréquences à
<Desc/Clms Page number 9>
transmettre sur des systèmes à large bande et l'invention est applicable à de tels systèmes.
En effet, on peut encore dé- montrer que la grandeur du vecteur résultant de deux réfle- xions causées par un élément unique quelconque d'un joint du type ici décrit est proportionnelle à la fréquence qui le tra- verse si la longueur électrique dudit élément unique est une petite fraction'd'un quart de longueur d'onde. Par suite, lors- qu'on compense les réflexions à la fréquence la plus élevée à transmettre, elles sont compensées à la fréquence à laquelle leurs vec teurs-résultantes sont de plus grande valeur et il s'ensuit qu'un petit écart d'équilibrage à une fréquence plus basse, résultant des longueurs électriques des éléments #1 #2 etc.
à la fréquence la plus élevée à transmettre, étant supé- rieure à la limite posée par: sin = tg # = #, ou cos d = 1.000 est en. quelque mesure éliminé par le fait qu'il constitue un déséquilibrage de réflexions qui sont elles-mêmes d'ampli- tude beaucoup plus faible. La longueur électrique maximum admissible pour l'élément le plus long du joint à la fréquence la plus élevée à transmettre est celle qui limite la réflexion non équilibrée maximum à l'une quelconque des fréquences les plus basses à la fraction maximum admissible de l'onde incidente.
Exprimé en termes de l'impédance d'extrémité transmettrice Z du joint, lorsqu'il est connecté à un câble à haute fréquence d'impédance caractéristique Z0, ceci signifie qu'à la plus haute fréquence Zs = Z comme montré plus haut et qu'à une fré- quence quelconque de la large bande à transmettre Zau-dessous de cette fréquence la plus haute est donné par:
Zs = Z0 (1 + a + jb) ................(3)
Une limite peut être fixée, telle que l'irrégula- rité d'impédance due aux réflexions z ne doit pas dépasser, par exemple, u,uOO1, z étant défini par
EMI9.1
<Desc/Clms Page number 10>
Si le joint est établi de cette manière, en gardant l'esprit la diminution de grandeur des vecteurs-résultantes individuels des paires de réflexion aux fréquences les plus basses, on constate que son élément le plus long, ou sa paire d'éléments les plus longs peut, en pratique, avoir une longueur électrique ou 2#, à la fréquence la plus élevée, deux ou trois fois plue grande que v,u45 radians bien que les cosinus des angles supérieurs à ,u45 radians différent de l'unité de plus d'un millième et, en conséquence,
au-delà de cette valeur, la solution de l'équation 1 n'est strictement applicable qu'à la seule fréquence pour laquelle les longueurs électriques ont été déterminées.
Dans certaines applications, il peut se faire qu'un joint de longueur beaucoup plus grande soit nécessaire pour des raisons mécaniques et il est à noter que l'invention est applicable à une longueur quelconque,pourvu que le joint com- prenne une succession de groupes d'éléments disposés symétrique- ment, dans laquelle chaque groupe satisfasse aux conditions posées ci-dessus.
on peut établir des équations analogues a l'équa- tion (1) pour des joints consistant en un nombre impair d'élé- ments supérieur à trois, mais le processus est laborieux et, si l'on comprend bien les principes mis en jeu, il sera géné- ralement préférable de déterminer des valeurs convenables pour les différentes longueurs électriques par 1.'expérience, en s'aidant de diagrammes vectoriels. rour indiquer la manière dont les principes mathé- matiques ci-dessus peuvent être appliqués à la construction ratique des joints, on décrira ci-dessous quatre exemples de réalisation.
Sur la figure 1, les extrémités des deux câbles coaxiaux à joindre entre elles sont représentées en 1 et 2 respectivement et, pour la compréhension de la présente des-
<Desc/Clms Page number 11>
cription, les détails de construction des câbles coaxiaux sont su-;fisamment clairs sur le dessin. Un y voit un conducteur extérieur tubulaire 3 dont le diamètre intérieur peut être d'environ 25 mm. A l'intérieur de ce conducteur tubulaire extérieur on a représenté un diélectrique 4 et, contenu à l'intérieur dudit diélectrique et supporté par lui, on voit un conducteur central 5, disposé coaxialement par rapport au conducteur extérieur 3.
Le conducteur central peut être tubu- laire ou en forme de cylindre plein et, dans le cas de l'exemple considéré, on peut admettre que son diamètre extérieur est d'environ b mm. Sur la figure 1, le diélectrique 4 est repré- senté sous forme d'une matière solide transparente pour sim- plifier le dessin et la description, mais, en pratique, il sera fréquemment constitué par une structure à espace d'air composée de disques de matière diélectrique à faibles pertes espacés à intervalles réguliers avec leurs surfaces planes à angle droit @e l'axe du câble et supportant le conducteur intérieur qui traverse alors des trous convenables prévus au centre des disques.
Sclon une variante, on peut employer une combinaison de disques à de certains intervalles et d'un tube de matière diélectrique à faibles pertes garnissant la surface inté- rieure du conducteur tubulaire extérieur, ou bien encore la Ltructure diélectrique peut consister en un fil hélicoidal de matière diélectrique à faibles pertes avec ou sans tube de matière diélectrique garnissant la surface intérieure du conduc- teur extérieur. L'invention s'applique également à l'une quelconque des structures diélectriques ci-dessus décrites, ou à d'autres encore.
Les deux conducteurs intérieurs sont représentés joints au moyen d'une tige cylindrique de cuivre 7, introduite entre les extrémités ouvertes desdits conducteurs s intérieurs (supposés tubulaires dans ce cas) et solidement coudés en place.
<Desc/Clms Page number 12>
Dans certains cas, il peut être désirable de joindre entre eux les conducteurs intérieurs au moyen d'un manchon tubulaire L'adaptant sur leurs extrémités et coudés en place. Les deux conducteurs extérieurs 3 sont joints entre eux au moyen d'un manchon de cuivre cylindrique creux 6 auquel ils ont solide- ment .oudés. Fermement fixé au milieu de la tige de cuivre 7, un disque 8 de matière diélectrique mécaniquement robuste, par exemple d'bonite ou de caoutchouc durci vulcanisé, centre la tige ce cuivre 7 de façon ferme, coaxialement au manchon 6.
Le disque 8 ert également nécessaire comme barrière contre l'invasion de l'eau comme expliqua plus haut et doit, par buite, être d'épaisseur appréciable telle que, par exemple 10 mm, pour des raisons mécaniques. Les câbles coaxiaux de 25 mm de diamètre intérieur peuvent être nécessaires pour trans- mettre des signaux électriques couvrant une large bande de fréquences susceptible de s'étendre jusqu'à, par exemple, 40 Me/s.
On peut démontrer que, si les câbles coaxiaux 1 et ont chacun une impédance caractéristique Z0 de 75 ohms (correspondant à une permittivité diélectrique de câble de 1,15) et si la courte section du joint de longueur 11 occupée par le disque 8 a une impédance caractéristique Z1 de 46 ohms (correspondant à une constante diélectrique, ou permittivité de 3), le disque 8 de 9,5 mm de longueur, causera une irrégu- larité d'impédance due aux réflexions z = #a2 + b2 des équations (3) et (4) ci-dessus telle que z = 0,013 à 40 Mc/s, c'est-à-dire une irrégularité de 1,3%.
Une. telle irrégularité ne serait pas admissible dans les systèmes de transmission à qualité poussée et, par suite, elle devrait être compensée, conformément à certaines caractéristiques de l'invention, en cupprimant toute matière diélectrique solide de part et d'autre du disque 8, sur la distance convenable 12 comme indiqué sur la
<Desc/Clms Page number 13>
figure 1; c'est-à-dire jusqu'aux plans 9, à l'intérieur des deux extrémités des câbles. Ceci a pour résultat que les deux sections de longueur 12 du joint ont une impédance caracté- ristique Z2de 80 ohms.
La disposition du joint est ainsi conforme aux trois premières conditions d'équilibrage des réflexions et, @i l'on résout numériquement l'équation (1) pour 2#2, on constate que les deux parties 12 doivent avoir une longueur de 63,5 mm.
Dans cet exemple, 2#2 a une valeur de 0,11 radians et, pour cette valeur, cos 2Q2 diffère de l'unité de - 0,6%, étant égal à 0,994. Il est donc nécessaire de vérifier la gran- deur de l'irrégularité d'impédance due au dU'---équilibrage des réflexions à une fréquence inférieure à 40 Mo/s, par exemple à 20 Me/s et, pour le joint décrit, z =#a b2 de l'équa- tion (4) ci-dessus est, on le constate, inférieur à 0,0001 à 20 Mo/s et, de la sorte, le joint peut être considéré comme satisfaisant. De cette manière, on peut obtenir un joint pra- tiquement sans réflexion entre deux câbles coaxiaux souterrains dans lequel les deux organes conducteurs 6 et 7 du joint mont exempts de variations de dimension sur leur longueur et, de façon générale,
le joint peut être confectionné pratiquement d'accord avec la coutume admise pour les câbles coaxiaux sou- terrains à des fréquences beaucoup plus basses.
Sur la figure 2, l'extrémité du câble à paire équi- librée qu'il s'agit de terminer est représentée en 11 et, en ce qui concerne l'invention, les détails de construction du câble sont indiqués de façon suffisamment claire sur le dessin par les deux conducteurs intérieurs 13 et 14 soutenus par un diélectrique 15 qui sera d'ordinaire une structure à espace d'air, à l'intérieur d'un écran tubulaire externe 16. Cet écran 16 et la structure diélectrique 15 somt brusquement interrompus sur le plan 12 et les deux conducteurs 13 et 14 se projettent au-delà.dudit plan 12 de, par exemple, 2,5 cm, comme représenté.
<Desc/Clms Page number 14>
.Le dispositif de terminaison est alors assemblé en enfonçant à force un disque 17 de matière diélectrique mécaniquement robuste sur les deux conducteurs en saillie 13 et 14 jusqu'à ce que ledit disque vienne buter sur l'extré- mité de l'écran extérieur 16 dans le plan 12; Deux tiges de cuivre cylindriques 18 et 19, dont les extrémités 20 cent évidées, sont alord placées sur les extrémités en saillie des conducteurs 13 et 14 respectivement et, portant à la surface extérieure du disque 17, elles sontsoudées fermement aux conduxteurs extérieurs 13 et 14 respectivement.
Les deux tiges de cuivre 18 et 19 sont, à leurs extrémités 21, de diamètre réduit et fil'et'ées. Un recoud disque 22 de même dimension et de même matière que le disque 17 est alors placé sur les parties filetées 21 des tiges 18 et 19 et maintenu en place par deux écrous 23 et 24. On enfile ensuite un tube de cuivre 25 sur les disques 22 et 17, jusqu'à ce qu'ils :;'engagent @ur l'écran extérieur 16 du câble 11, auquel il est fermement soudé.
Un anneau à filetage intérieur 26 est ensuite vissé sur l'extré- mité extérieure filetée du tube 25 jusqu'à ce qu'il porte fer- mement sur la surface extérieure du tube 22, scellant ainsi de façon efficace tout le dispositif de terminai.¯on contre la pénétration de l'air ou de l'humidité. Un conducteur conve- nable provenant d'un équipement de connexion quelconque peut alors être relié au câble au moyen d'une fiche à deux broches (non représentée sur le dessin) qui - dans les évide- ments terminaux 27, 28 des tiges le et 19.
Un dispositif de terminai.'on de ce type peut être pratiquement exempt de réflexions à toutes les fréquences jusqu'à par exemple 40 Me,s, en déterminant l'impédance carac- téristique Z2 et la constante de déphasage #2 à 40 Me/sdes deux disques élémentaires 17 et 22, dont chacun est de longueur 12 et, de même, Z1 et # 1 de la partie à espace d'air de
<Desc/Clms Page number 15>
longueur 11 comprise entre les disques 17 et 22. Au. moyen de ces données, la valeur correcte de la longueur 11 peut être déduite de l'équation (1) ci-dessus (pour un câble à paire équilibrée dont l'impédance caractéristique Z0 est d'une valeur quelconque comprise entre Z2et Z1.
Il est bien entendu que tout équipement de connexion relié à ce dispositif de terminaison doit avoir l'impédance Z0. Dans une réalisation particulière du dispositif de terminaisoh représenté LUI' la figure 2, les valeurs des impédances caractéristiques étaient les suivantes: Z0 = 151 ohms, Z1 = 162 ohms et les constantes de déphasage étaient respectivement de ss 1 - 0,021 radians pour 2,5 em et ss 1 = 0,037 radians pour 2,5 cm ; le tout à 40 Me/s. Four des raisons mécaniques, les disques 17 et 22 étaient de 4,75 mm et la valeur correcte pour 11, pour l'équi- librage des réflexions à 40 Me,s, a @té trouvée égale à 122 mm.
A 20 Me,s, la valeur de l'irrégularité d'impédance due aux réflexions non compensées z de l'équation (4) ci-dessue a été trouvée inférieure à 0,0001, valeur considérée comme satis- faisante. Dans l'assemblage du dispositif de terminaison qu'on vient de décrire, il est à noter que les tiges de cuivre 18 et 19 peuvent être utilisées comme entretoises, pour assurer l'obtention de la valeur nécessaire de la longueur 12 il est à noter que, bien que la figure 1 ait été donnée comme exemple d'un joint convenant à un câble coaxial et la figure comme exemple d'un joint utilisable avec un câble à paire équilibrée, aucune différence de principe n'in- tervient.
De plus, l'exemple de la figure est décrit comme un dispositif de terminaison, mais la même disposition, à part quelques détails mécaniques secondaires, conviendrait à la liaison de deux câbles à haute fréquence d'impédance caracté- ristique Z0 au lieu de celle d'un cible d'impédance Z0 et d'un appareillage de connexion d'impédance Z0.
<Desc/Clms Page number 16>
@n remarquera encore que, bien que dans l'exemple repr'senté sur la figure 1, le joint comporte un élément milieu (le disque ) d'impédance caractéristique inférieure à Z0, encadre par deux éléments symétriques dont l'impédance carac- téristique est supérieure à Z0, dans l'exemple de la figure 2, l'imp3dance caractéristique de la partie milieu est supérieure à Z0, alors que les deux éléments symétriques égaux (constitués par les deux disques 17 et 22) ont une impédance inférieure à
Z0.
On comprendra d'après les deux exemples ci-dessus, desti- nés à montrer des modes d'application des principes mathéma- tiques, que l'invention n'est limitée à aucun type particulier ou à aucune forme spéciale de câble électrique à haute fréquence, nià aucune structure mécanique particulière de joint, de conne- xion ou de dispositif de terminai;on. es exemples qui vont cuivre illustrent l'applica- tion pratique de l'invention à un câble coaxial établi pour la transmission jusqu'à une fréquence de 40 Me,s. La figure 3 est une coupe longitudinale d'un court élément de câble. Ce câble comporte un conducteur intérieur tubulaire 30, entouré par un conducteur extérieur 31.
La structure diélectrique consiste en une succession de pièces extérieures de polythène
32 dont les détails cent indiqués à plus grande échelle sur la figure 4. Cette pièce intérieure consiste en un cylindre fermé à l'une de ses extrémités au moyen d'un disque de polythène
34 venu de moulage avec la partie cylindrique 35 de la pièce.
Le disque est pourvu d'un trou central 36 à travers lequel passe le conducteur intérieur 30, qui est .ainsi supporté.
L'extrémité fermée de la pièce intérieure est pour- vue d'une saillie 33, proportionnée de façon telle que l'ex- trémité ouverte de l'une des pièces s'engage dans la gorge formée par la saillie de la pièce adjacente. La structure diélectrique du câble est ainsi voisine de celle d'un tube mince continu de polythène garnissant la surface intérieure du conduc- teur extérieur, avec des disques de polythène supportant, à de certains intervalles, le conducteur intérieur.
<Desc/Clms Page number 17>
Quand il est nécessaire de faire un joint entre deux longucurs adjacentes de câble de cette disposition, il est @ désirer, comme indiqué plus haut, de prévoir une barrière étanche de force suffisante pour résister à la rupture, au cas où l'eau pénétrerait dans l'une des longueurs de câble, éven- tuellement sous l'effet de la pression, et il est également nécessaire d'utiliser pour ladite barrière -'tanche, des maté- rieux qui ne soient pas endommagés par la chaleur appliquée lorsque l'on soude les conducteurs, @our cette dernière raison, il est également 'désirable d'éviter qu'aucune pièce en polythène ne se trouve à proximité immédiate des joints conducteurs et,
ai l'épaisseur de la barrière et la longueur de la partie du joint qui ne contient pas de polythène ne sont pas correctement proportionnées, il se produit une irrégularité d'impédance suffisante pour donner lieu à des réflexions importantes.
Lorsqu'on fait un joint entre deux longueurs d'un tel câble, les extrémités à joindre sont disposées:' l'une le long de l'autre et maintenues fermement parallèles, avec un recouvrement suffisant pour qu'il y'ait plusieurs disques dans chacune des parties se recouvrant. On détermine enduite, par insertion d'un gabarit convenable, la position du premier disque dans l'extrémité d'un des câbles et on marque cette position à l'extérieur du câble.
en marque ensuite, le long de l'extérieur du câble, les positions des quelques disques suivants, l'espace entre disques étant donnu @n marque de fa- çon analogue les positions des quelques premiers disques de l'autre câble à l'extérieur de celui-ci. Après ctte opéia- tion, on constatera parfois que les disques des deux câbles sont en alignement avec les autres, mais plus ordinairement ils seront décalés les uns par rapport aux autres. @l n'est d'ordinaire pas possible de déplacer longitudinalement l'un ou l'autre des câbles pour obtenir une position mutuelle
<Desc/Clms Page number 18>
quelconque.
Quelle que soit la relation entre les positions des disques dans les deux cas, l'opération auivante consiste couper de faibles longueurs à l'extrémité de chaque câble, de manière à amener les extrémités des câbles à buter, les coupur s étant faites dans des positions telles que la distance de la coupure au premier disque dans un câble soit exactement égele à la distance de la coupure au premier disque dans l'autre câble. coûtes @ractions de pièces intérieures en poly- thène pouvant re: ter aux extrémités de:, longueurs de câble sont dors retirées, de même que la pièce intérieure complète voi- @ine, de chaque câble.
Si les deux parties de pièces intérieures qui ont tout d'abord été enlevées des extrémités de câble après les coupures sont alors réintroduites dans le sens correct et dans les extrémités d'où elles ont té enlevées, et qu'on les pousse jusqu'à ce qu'elles s'engagent avec les pièces intérieures qui n'ont pas été dérangées, il y aura une longueur ne contenant pas de polythène égale à la longueur d'une pièce intérieure à partir de chaque extrémité de câble et (sauf dans un cas spécial@ la distance de la coupure au premier disque dans un câble sera égale à la distance de la coupure au premier disque dans l'autre câble le cas spécial de la parenthèse ci-dessus se produit quand les disques des deux câbles sont alignés entre eux et quand les coupures faites traversent les disques.
Ceci peut être évité en faisant les coupures originales à mi- chemin entre les disques, dans ce cas spécial. Si on ne consi- dère pas comme suffidant de disposer dans chaque câble d'une longueur ne contenant pas de polythène égale à la longueur d'une pièce intérieure, on peut augmenter cette longueur en supprimant une autre pièce intérieure à chaque extrémité et, si nécessaire, en la remplaçant par des fractions de pièce intérleures de toutes longueurs désirées, en prenant garde de
<Desc/Clms Page number 19>
conserver l'espacement normal des disques dans les câbles et la. cymétrie par rapport aux coupures.
De façon analogue, on pourrait laisser à chaque extrémité des longueurs plus faibles sans polythène en enlevant de chacune desdites extré- mités, une pièce intérieure et en la remplaçant par une frac- tion convenable de pièce intérieure. a. figure 5 représente un joint entre deux lon- gueurs de câble du type représenté à la figure 3 et comportant application des principes ci-dessus. Sur la figure 5, les conducteurs intérieurs et extérieurs des deux câbles ont respectivement désignés par les références 30 et 31 et des pièces intérieures complètes sont représentées en 32. Un n'a représenté sur la figure qu'une partie des pièces intérieures complètes.
2',près que les câbles ont été coupés à la longueur voulue et les pièces intérieures et fractions de pièce inté- rieure disposées de manière à présenter la longueur désirée exempte de polythène de chaque côté de la coupure comme décrit ci-dessus, on enlève dans qhaque câble le conducteur 31 sur une distance convenable à partir de l'extrémité, c'est-à-dire én général à peu près sur la moitié de la distance de la coupure originale au commencement du polythène. les extrémités du conducteur extérieur ont indi- quées en 37.
On enfile alors un.manchon tubulaire 38 sur les deux extrémités du conducteur intérieur et on le coude en place comme indiqué monté au milieu du manchon 38 et fixé solidement sur celui-ci, le disque-barrière 39 forme la barrière étanche et sert à maintenir en place le conducteur intérieur- Ce disque-barrière 39 est fait d'une matière diélectrique solide et non aisément endommagée par la chaleur, telle que l'ébonite ou le caoutchouc durci vulcanisé. on anneau de caoutchouc mou (non représenté) peut être introduit au bord du disque-barrière,
<Desc/Clms Page number 20>
pour assurer la formation d'un .oint étanche avec le conducteur extérieur.
Quand les ,;oints entre les conducteurs intérieurs des câbles sont termina, avec le disque-barrière en position, le manchon 40 (qui a été antérieurement enfilé sur l'une des extrémités de câble) est amené en place de manière à déborder sur les deux extrémités 37 des conducteurs extérieurs sur les- quels il L'emmanche à @lissement et il est soudé en place.
orsqu'il a été possible de rendre -'gales entre elles la partie cylindrique 41 de la fraction de pièce intérieure en polythène d'un côté du joint et la partie cylindrique déta- chée 42 de l'autre côté du joint et de réduire de moitié l'espa- cement normal des disques de polythène dans les câbles, la re- lation entre les longueurs électriques du disque-barrière 39 et de la partie du câble ne contenant pas de polythène de part et d'autre du disque satisfaisant à l'équation (1) ci-dessus peut être déterminée et l'épaisseur du disque peut être déter- minée en conséquence.
Dans ce dernier cas, on peut considérer le joint comme consistant en une partie centrale, le disque- barrière, d'impédance caractéristique Z1 et de longueur électri- que (il, encadré par deux longueurs, où le diélectrique n'est constitué que par de l'air, d'impédance caractéristique Z2 et de longueur électrique #2. Le câble proprement dit avec son impédance caractéristique Z0 commence là où le manchon de polythène commence. Quand les longueurs des cylindres de poly- thène 41 et 42 ne sont pas la moitié de la, longueur de la pièce intérieure complète, leur impédance caractéristique effective diffère de celle des câbles à haute fréquence et ils doivent par conséquent être considérés comme deux éléments additionnels du joint.
Dans ce cas, un réglage doit être fait des longueurs de l'élément central ou des éléments à espace d'air pour réta- blir l'équilibre. outefois, une forme de joint modifiée, telle que la représente la figure , constitue une solution de ce
<Desc/Clms Page number 21>
dernier cas, susceptible de donner des résultats aussi voisins de l'idéal qu'on le désire.
Sur la figure @, les conducteurs intérieur et exté- rieur )- et 31 sont représentés respectivement joints au moyen des manchons 30 et 4u, comme sur la figure :,,, le mahchon 38 portent le disque-barrière étanche 39 comme précédemment, Le diélectrique de polythène dans chaque extrémité du câble commence avec les sections cylindriques 43 et 44, de toutes longueurs convenables et des disques 45 et 46 de forme appropriée et de matière semblable à celle du disque-barrière 39 sont enfoncés dans les extrémités du câble de manière à s'engager dans les extrémités des parties cylindriques 43 et 44 des pièces exté- rieures en polythène comme représenté.
.!Jans la première opération de coupure des câbles, il est possible de s'arranger pour que les parties cylindriques 43 et 44 ne soient jamais de longueur inférieure à celle d'une pièce inférieure complète, toutes les longueurs supérieures à'cellesfd'une pièce intérieure doivent être traitées comme des élément- additionnels du joint, ainsi qu'il est expliqué plus haut et ces éléments peuvent être admis en vue du choix d'une épaisseur convenable pour les disques 45 et 46.
Dans la réalisation du joint complet que représente la figure 6 il y a donc sept éléments: le disque-barrière étanche disposé au milieu, les deux longueurs égales à espace d'air de part et d'autre dudit disque, les deux disques extérieurs de même ma- tiare que le disque-barrière et les deux fractions de cylindre de polythène en excès de la valeur idéale d'une demi-longueur de pièce intérieure.
Au-delà de la fraction cylindrique 43 dans un câble et de la pièce intérieure 44 dans l'autre câble, la structure diélectrique se continue sous forme d'une série de pièces inté- ricures en polythène 32, dont seulement des parties ont été
<Desc/Clms Page number 22>
représentées sur la figure..1 doit être bicn compris que les exemples d'application ci-dessus n'ont donnés que pour rendre plus clairs la nature de ladite invention et qu'en con- séquence, l'invention n'est nullement limitée dans :;
on appli- cation à des câbles et des types décrits ou représentés- de plus, les opérations mises en jeu pour la confection des joints ne sont pas nécessairement exécutées de la manière décrite ni dans l'ordre indiqué. dien entendu, l'invention est susceptible de nom- breuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter du domaine de ladite invention.
EMI22.1
l:i ::; u ra E
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.