CA1126372A - Matrice de commutation pour signaux electriques de transmission a large bande - Google Patents
Matrice de commutation pour signaux electriques de transmission a large bandeInfo
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Abstract
DESCRIPTIF Matrice de commutation pour signaux électriques de transmission à large bande, comprenant des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs aboutissant aux entrées sorties et formant l'un les colonnes, l'autre les lignes de la matrice et des points de communtation disposés aux croisements des conducteurs. Cette matrice comporte pour son câblage des supports plans en nombre égal à celui de ses lignes et de ses colonnes, chaque conducteur ligne ou colonne étant câblé sur un support distinct, assemblés en deux empilements disposés perpendiculairement l'un à l'autre et constitués, l'un des supports de câblage des conducteurs colonnes, l'autre des supports de câblage des conducteurs lignes. Une telle matrice s'utilise avantageusement pour la commutation de signaux de telécommunication.
Description
"~ JB/NV r F 11222~Z~37~
CIT-ALCATEL/T
4 pl.
BREVET D'INVENTION
MATRICE DE COMMUTATION POUR SIGNAUX ELECTRIQUES
DE TRANSMISSION A LARGE BANDE :~
Invention de Pierre SEMUR et Marcel BASSET
..... _ :~:
Société Anonyme dite COMPAGNIE I~DUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL
' La présente invention est relative à la commutation des signaux électriques de transmission à large bande tel que ceux des systèmes de ;;
transmission analogique hautes fréquences 12 et 60 MHz, des systèmes de transmission numérique à grand débit, des systèmes de télévision vidéo ou encore tels que les signaux désignés par groupes primaires, secondaires, tertiaires, quaternaire~ délivrés par des circuits téléphoniques. Elle concerne, d'une manière générale, les dispoqiti~s de commutation organisés ~ ;
en une ou plusieurs matrices et, plus partioulièrement, l'architecture ~:
d'une matrice de commutation. ~ .
:
...
~2~3~ 2.
Une matrice de commutation comporte des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs aboutissant aux entrées sorties et ~ormant l'un les colonnes, l'autre les lignes de la matrice, et des points de commu-tation commandés disposé3 aux croisements des conducteurs. Les caractéri~-tiques électriques (diaphonie, pertes d'insertion...) d'une liaisonétablie dans une matrice de commutation sont dégradées par la pré~ence des points de commutation à l'état bloqué directement connectés aux conduc-teurs lignes et colonnes emprurltés par la liaison ainsi que par celle des longueurs de ces conducteurs en dérivation sur la liaison. Pour limiter ces dégradations on a déjà songé à partager les dispositifs de commutation de type matriciel en un réseau de matrices élémentaires préadressées par des sélecteurs. Malgré la limitation de leurs dimensionq les matrices élémen taires de commutation restent la source prinoipale de dégradation de la qualité des liai~ons.
La présente invention a pour but la réalisation d'une matrice de commutation aux caractéri~tiques améliorées.
Elle a pour ob~et une matrice de commutation ayant pour le câblage de ses éléments, entrées sorties, conducteurs lignes et colonnes, point de commutation, des supports plans qui sont en nombre égal à celui des lignes et colonnes de la matrice, chacun d'eux supportant un seul conducteur ligne ou colonne, et qui sont assemblés en deux empilements l'un formé des supports contenant les conducteurs lignes, l'autre de ceux contenant les conducteurs colonnect. Les deux empilements sont di3posés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche de manière qu'un support appartenant à un empilement ait un bord venant au contact des bords de l'ensemble des supports de 1 t autre empilement, des raccords éleotriques étant placés aux intersections pour assurer les liaisons : :, : :.: : .
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21~372 3.
électriques entre les supports des deux empilements.
Selon ~In mode préferé de réalisation les points de commutation sont formés de deux demi-points de commutation à diode disposés en série et commandés à l'aide d'une source à courant constant. Les demi-points de commutation sont câblés sur le support contenant; le conducteur ligne ou colonne auxquels ils sont directement raccordés. Les raccords électriques placés aux intersections des bords des supports réalisent le9 liaisons électriques entre les deux demi-points de commutation constituant chaque point de commutation.
La structure selon l'invention respecta la symétrie existant du point de vue électrique entre les lignes et les colonnes de la matrice.
~lle permet de réduire les longueurs des conducteurs lignes et colonnes et par conséquent les longueurs de câblage en dérivation sur les liaisons, loneueurs qui sont à l'origine de la diaphonie et de pertes par réflexion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront des revendications Jointes et de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d1exemple. Cette description sera ~aite en regard du dessin dans lequel :
- la figure 1 représente le schéma électrique d'une liaison établie dans un dispositi~ ~ormé d'un ré.seau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs, - la figure 2 e~t un schéma éleotrique illustrant la répartition des éléments d'une matrice élémentaire de commutation entre plusieurs ;~
plaquettes de câblage, - la figure 3 détaille la constitution d'une bolte individuelle de blindage pour un type de plaquette de cablage, `
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~637;~
4.
- et la figure 4 montre l'aspect extérieur d'une ~atrice élémentaire de commutation réalisée par assembla~e de plusieurs plaquettes de cablage disposées dans des boîtiers de blindage individuels.
On va décrire ci-après la réalisation d'un dispositif de commu-tation pour un signal électrique de transmissi.on à large ~ande constituéd t un réseau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs. Dans un tel dispositif une liaison est établie entre deux entrées sorties par l'intermédiaire d'un point de commutation connectant une ligne à une colonne dans une matrice élémentaire et de deu~ points de commutation auxiliaires appartenant à des sélecteurs et reliant ltun la ligne considérée à l'une des entrées sorties, l'autre la colonne considérée à l'autre entrée sortie.
La figure 1 donne un exemple de schéma électrique pour une telle liaison. On distingue sur cette figure des en-trées sorties 1 et 2 d'un di.spositif de commutation entre lesquelles la liaison est supposée établie, une matrice élémentaire 3 et des sélecteurs 4 et 5 à points de commutation à diodes qui sont traversés par la liaison et des câbles coaxiaux 6 et 7 empruntés par la liaison entre les sélecteurs 4 et 5 et la matrice élémentaire de commutation 3.
Le sélecteur 4 comporte une entrée sortie dite commune qui correspond à l'entrée sortie 1 du dispositif de commutation et plusieurs entré2s sorties dites de dérivation connectées chacune par un point de commutation à diode à l'entrée sortie commune 1. Les points de commutation du sélecteur 4 ont des structures identiques. Par soucis de clarté on a représenté sur la figure 1 qu'une entrée sortie de dérivation 8, celle qui est empruntée par la liaison considérée,et le point de commutation qui la relie à l'entrée sortie co~mune 1. L'existence des autres points de ` .:: . :~ ~
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~63~;~ 5.
commutation est rappelée par des diodes 4Q représentées l'anode non connectée. Le point de commutation reliant l'entrée sortie commune 1 à
l'entrée sortie de dérivation 8 comporte essentiellement une diode 41 connectée en série entre ces deux entrées sorties, la cathode tournée vers 1'entrée sortie commune 1, et une résistance 42 qu'il partage avec les autres points de commutation du sélecteur 4 et qui est connactée entre la masse et l'entrée sortie commune 1. Il est passant lorsque la diode 41 est traversée par un courant continu de polarisation provenant de l'entrée sortie de dérivation 8 et se refermant à la masse par l'intermédiaire de la résistance 42, et bloqué en l'absence de ce courant de polarisation.
Le point de commutation reliant l'entrée sortie oommune 1 à
l'entrée sortie de dérivation ~ comporte en outre une résistance 43 disposée en série avec la diode 41 et un montage série constitué d'une ré~istance 44 et d'une capacité 45, et disposé entre la masse et l'entrée sortie de dérivation 8. Ces éléments résisti~s et capaciti~s constituent avec la résistance 42 une ligne d'affaiblissement en ~ permettant d'adapter l'impédance du point de commutation lorsqu'il est à l'état passant, à celle du câble coaxial 6 qui le relie à la matrice élémentaire de commutation 3.
Le sélecteur 5 a une structure identique à celle du sélecteur 4.
Son entrée sortle commune se confond avec l'entrée sortie 2 du dispositi~
de commutation. La liaison aboutit à l'entrée sortie de dérivation 9 qui est reliée à l'entrée sortie commune 2 par l'intermédiaire d'un point de commutation comportant e~sentiellement une diode 51 connectée en série, la cathode tournée vers l'entrée sortie commune 2, et une résistance 52 conneotant l'entrée sortie commune 2 à la masse. Comme pour le sélecteur 4 il y a une résistance 53 intercalée en série avec la diode 51 et un montage série constitué par une résistance 54 et une capacité 55 et disposé entre la masse et l'entrée sortie de dérivation 9.
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~2~372 6.
La matrice élémentaire de co~mutation 3 comporte deu~ groupes de conducteurs que l'on appelle pour les distinguer conducteurs lignes et conducteurs colonnes, des entrées sorties lignes raccordées aux conduc-teurs lignes, des entrées sorties colonnes rac:cordées aux conducteurs colonnes et des points de commutation commandés, tous identiques, disposés entre les conducteurs lignes et les conducteurs colonnes. L'une quelconque de ses entrée sorties lignes peut être mise en relation avec l'une quelconque de ses entrées sortie3 colonnes par la mise en conduction du point de commutation placé entre la ligne et la colonne concernées. Sur la figure 1 on n'a représenté que les entrées sorties ligne et colonne 10 et 11 intéressant la liaison considérée, le conducteur ligne 12, le conduc-teur colonne 13 et le point de co~mutation commun à ces deux conducteurs, l'existence des autres points de commutation connectés à l'un ou à l'autre de ces deux conducteurs étant rappelée par des diodes 12', 13' représentées l'anode non connectée. Les points de commutation de la matrice élémen-taire 3 sont des points de com~utation à diodes commandés simultanément avec les points de commutation de sélecteurs auxquels ils sont directement relié~, par la présence ou l'absence d'un courant de polarisation. Ils ont une structure symétrique et sont ~ormés par la mise en série de deux demi points de commutation identiques. Le point de commutation co~mun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte essentiellement deux diodes 14 et 15 oonnectées en aérie par leurs anodes et leur circuit de commande de polarisation 16. Ce circuit comporte d'une part une source de courant ~ormée par les transistors PNP 18 et 19 montes en Darlington et par la résistance 17, et connectée par sa borne positive au point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et d'autre part un circuit de shunt alter-nati~ connecté entre la masse et le point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et constitué par une capacité 20 disposée en série avec un .: , ,: .. : ::
37~ 7.
transistor 21 du type NPN ~onctionnant en interrupteur. Le point de commutation commun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte également une résistance 22 respectivement 23 intercalée en série avec chaque diode 14 respectivement 15 et un montage série aonstitué d'une résistance 24 respectivement 25 et d'une capacité 26 respectivement 27 assurant la mise à la ma~se de chaque entrée sort;ie ligne et colonne 10 et 11. ~e9 éléments résisti~s et capacitifs constituent avec la résistance 17 une ligne d'affaiblissement en ~ permettant d'adapter l'impédance du point de commutation, lorsqu?il est passant, à celle des câbles coaxiaux 6 et 7.
Le circuit de co~mande de polarisation 16 peut prendre deux états selon le niveau appliqué sur son entrée de contrôle 28. Dans un premier état correspondant à un niveau haut le transistor 21 est bloqué et le~ transistors 18 et l9 conducteurs. La capacité 20 n'est pas reliée à la mas9e et le oircuit se comporte comme une source à courant constant dont l'impédance du point de vue alternati~ est déterminée par la valeur de la résistance 17. Le courant constant débité par le circuit 16 se partage en deux parties avant d'atteindre la maqse, l'une parcourant la résistance 22 et la diode 14 de la matrice élémentaire 3, le câble coaxial 6, la résis-tance 43, la diode 41 et la résistance 42 du sélecteur 4, l'autre parcou-rant la résistance 23 et la diode 15 de la matrice élémentaire 3, le câble ooaxial 7, la résistance 537 la diode 51 et la résistance 52 du sélec-teur 5. Un signal de transmission paroourt la liaiqon entre les entrées sorties 1 et 2. Dans un deuxième état du circuit de commande de polari-sation 16 correspondant à un niveau bas appliqué sur son entrée de contrôle, le transistor 21 est saturé et les transistors 18 et l9 bloqués Le circuit de commande de polarisation 16 ne fournit plus aucun courant aux diodes 14, 15, 41 et 51 qui de ce ~ait présentent une grande impédance - ; . . ~ .:
263~Z 8.
et s'opposent au passage d'un signal de transmission. Il a en outre une très faible impédance du point de vue alternatif en raison de la saturation du transistor 21 qui provoque la mise en circuit de la capacité 20. Cette très faible impédance complète la coupure de la liaison et diminue la diaphonie entre les différente3 liaisons.
Comme on peut le voir sur la figure 1, à la traversée d'une matrice élémentaire de commutation une liaison n'utilise pas nécessai-rement un conducteur li~ne et un conducteur colonne sur toutes leurs longueurs. Les longueurs inutilisées qui aboutissent à des points de commutation bloqués sont le siè8e de réflexion3 et provoquent des déqadap-tationq. Il importe de les réduire au maximum et par conséquent de réduire le~ longueurs de câblage. Pour ce faire on répartit les éléments d'une matrice élémentaires de commutation sur deux empilements de plaquettes di~posés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche. Les plaquettes du premier empilemsnt comportent chacune un conducteur ligne ainsi que l'entrée Yortie et les demi-points de commutation directement relie~ à ce conducteur ligne. Les plaquettes du deuxième empilement comportent chacune un conducteur colonne ainsi que l'entrée sortie et les demi-points de commutation directement reliés à ce conducteur colonne. Des connecteurs électriques, d'un type complémentaire pour chaque empilement, sont disposés sur les bords en regard des plaquettes des deux empilements et as~urent le raccordement des demi~points de commutation de chaque plaquette d'un empilement avec un demi_point de commutation de chaque plaquette de l'autre empilement afin de constituer des points de commu-tation complets entre chaque conducteur ligne et colonne de la matrice. Le circuit de commande de polarisation d'un point de commutation est disposé ~ :
indifférem~ent sur 1'une ou 1'autre des plaquettes où sont câblés le3 deux demi~points de commutation qui le constituent.
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9.
La figure 2 représente deux types de plaquettes qui, réunies endeux empilements de quatre, permettent la constitution d'une matrice élémentaire de commutation à quatre ligne~ et quatre colonnes avec 16 points de commutations et des liaisons reprenant :Le schéma électrique de la figure 1. Le premier type de plaquette 60 comporte un conducteur ligne 62, l'entrée sortie ligne correspondante 63 quatre demi-points de commutation constitués essentiellement par les diodes 64, 65, 66 et 67 raccordées par leurs cathodes au conducteur ligne 62, quatre raccord~ électriques coaxiaux 68, 69, 70 et 71 connectés aux anodes de ces diodes 64, 65, 66 et 67, et quatre circuits de commande de polarisation 72, 73, 74et 75 avec leurs entrées de contôle 76, identiques entre eux et correspondant au circuit 16 de la ~igure 1 complété par la rési3tance l7. On distingue également dans ce premier type de plaquette 60 les éléments rési~ti~s et capa¢lti~s constituant les lignes d'a~faiblissement en ~ qui servent à
adapter l'impédance des points de commutation, lorsqu'ils sont à l'état passant, à celle des câbles coaxiaux de liaison. Le deuxième type de plaquette 80 comporte un conducteur colonne 83, l'entrée sortie colonne correspondante 81, quatre demi-points de commutation constitués essentiel-lement par les diodes 83, 84, 85 et 86 connectées par leurs cathodes au conducteur colonne 83 et quatre raccords électriques coaxiaux 87, 88, 89 et 90 d'un type complémentaire à celui des raccords 68, 69, 73 et 71 de la plaquette 60, connectées aux anodes des diodes 83, 84, 85 et 86. Ce deuxième type de plaquette 80 comporte également des éléments résisti~s et capacitifs constituant des lignes d'af~aiblissement en ~ adaptant l'impé-dance des points de commutation, lorsqu'ils sont à l'état passant, à celles des câbles coaxiaux de liaison. Les deux types de plaquettes 60 et 80 sont destinés à etre disposés perpendiculairement l'un à l'autre et à être connectés ensemble par un couple de raccords ooaxiaux qui sont représentés , , ,, ~ . . , ., ................ , .. , . " .- ~. .
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-~ 10.
sur la figure 2 comme étant les raccords 70 et 89. Le schéma electrique de la liaison ainsi établie entre l'entrée ~ortie ligne 63 et l'entrée sortie colonne 81 reproduit celui de la liaison représentée à la ~igure l.
Une matrice ~lémentaire est rormée de deux empilements l'un constitué de quatre plaquettes du premier type 60, l'autre par quatre plaquettes du second type 80, disposés perpendiculairement l'un à l'autra et reliés électriquement par les raccords coaxiaux, les quatre raccords coaxiaux d'une plaquette d'un premier type 60 étant connectés à quatre raccords coaxiaux appartenant à quatre plaquettes distincteq du deuxième type 80 de l'autre empilement et inversement.
Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de realisation méca-nique d'une telle matrice. Les quatre plaquettes de ohaque type 60 et 80 90nt disposée3 dans des bottes individuelles de blindage qui sont des bottes métallique~, plates, rectangulaires de mêmes dimensions avec leurs quatre raccord3 ooaxiaux alignés sur l'une des grandes faces latérales des boltes et espacé3 entre eux de l'épaisseur d'une boîte.
La figure 3 ~ontre une vue en perspective d'une pla~uette du premier type 60 fractionnée en plusieurs parties pour des commodités de montage et de sa boite individuelle de blindage lO0 représentée avec son ~ond 101 et qon oouverole 102 démontés. La boîte de blindage 100 a son fond 101 et son couvercle 102 vissés. Les raccords coaxiaux 68, 69, 70 et 71 aboutissant aux quatre demi point~ de oommutation oablé~ sur la plaquette 90nt ~ixés sur l'extérieur, le long d'un des grands cotés, 10 de la tranche de la bolte tandis que l'entrée sortie ligne et les entrées de contrôle des circuits de com~ande de polarisation également câblés sur la plaquette sont accessibles respectivement par un raccord coaxial 104 et une prise à fiches ~ultiples 105 disposés à l'opposé sur l'autre grand .,, . ,, . ,, , ~ ~ ' 1 1 .
côté 111 de la tranche de la boîte 100. La bolte de blindage 100 est partagee en deux compartiments par une cloison métallique longitu-dinale 106. Le compartiment 107 dans lequel abouti~sent le raccord coaxial 104 et la prise à ~iches multiple~ 105 sert de logement à une partie de la plaquette supportant le câblage du conducteur ligne et des quatre demi_polnts de commutation. L'autre compartiment est subdivisé par trois cloisons métalliques 108 perpendiculaires à la première 106 en quatre alvéoles rectangulaires identiques dans chacun desquels aboutit l'un des raccords coaxiaux 68, 69, 70 et 71. Ces alvéoles contiennent chacun une partie de la plaquette supportant le câblage d'un circuit de commande de polari~ation et d'un conducteur assurant la liaison entre le raccord coaxial, le circuit de commande de polarisation précité et un demi-point de commutation placé dans le compartiment 107. La cloison longitu-dinale 106 est pourvue de traverses électriques isolantes permettant le passage de ce conducteur ainsi que de ceux assurant l'alimentation et constituant les entrées de contrôle des clrcuits de commande de polari- ~
sation placé dans les alvéoles. ;
Pour une amélioration de la diaphonie les cloisons s'étendent sur toute l'épai~seur de la boite de blindage lO0 et la plaquette est fractionnée en cinq parties maintenues en place dan~ leurs logemerts par des doubles ergots lO9, llO soudés par leur base aux parois et repliés lors du montage de part et d'autre de~ plaquettes.
La bo~te de blin~age d'une plaquette du deuxième type 80 dont un exemplaire apparalt en 200 à la ~igure 4, n'a pas été représentée ouverte car elle ne présente pas de caractéristiques particulières. Elle a les mêmes dimensions que la boîte de blindage lO0 d'une plaquette du premier type 60 sans en avoir la prise à fiches multiples en raison de l'absence : ~ , . ,, .. : . .:
3~Z
des circuits de commande de polarisation. Les raccords coaxiaux (87, 88, 89 et 90 ~igure 2) aboutissent aux demi~points de commutation ~ont alignés sur l'une des grande~ faces de la tranche de la bolte avec un espacement correspondant à l'épaisqeur de la bolte tandis que la ~ace latérale opposée porte un raccord coaxial 210 donnant accès au conducteur colonne de la plaquette du deuxième type 80.
La ~igure 4 repré3ente en perspective l'assemblage des boltes de blindage ren~ermant des plaquettes du premier et second types 60 et 80, pour la con3titution de matrices élémentaires de commutation à quatre lignes et quatre colonnes. On distingue sur cette figure un support 201 comportant deux étagères 202 et 203 supportant des matrices élémentaires de commutation à di~Pérents stades de leur construction. On dispose tout d'abord, comme rsprésenté sur l'étagère in~érieure 202, quatre boltes de blindage 200 empilées côte à cote, debout sur leur tranche, les raccords ooaxiaux 87, 88,89 et 90 tournés vers le devant de l'étagère. On conqtitue ainsi un empilement visible en 204 sur l'étagère supérieure 203 qui pré-sente une face arrière avec ure rangée horizontale de quatre raccords coaxiaux correspondant aux entrées sorties colonr.es de la matrice et une faoe avant avec un réseau de 16 raccords coaxiaux correqpondant aux 16 demi~
points de commutation directement raccordés aux quatre conducteurs colonnes de la matrice On digpose ensuite quatre boltes de blindage lOO, à
plat, les unes sur les autres avec leur rangée de quatre raccords coaxiaux enga~ées dans celles présentées en regard par l'empilement de bolte de blindage 200. Ces quatres boîtes de blindage forme un deuxième empile-ment 205 qui présente sur ~a face a~ant une colonne de quatre raccordscoaxiaux 104 correspondant aux entrées lignes de la matrice et une colonne de quatre connecteur-s à ~iches multiples 105 correspondant aux entrées de .. .. .. .. . .. . . . . .............. . . . ............. ..
~ : : : : . : ,. :' : , ', : . .
~2637Z 13.
contrôle des circuits de commande de polar-lsation servant à la commande des 16 points de commutation.
Pour la constitution d'un di~positi~ complet de co~mutation, chaque matrice élémentaire formée par un assembla~se de deux empilements de bolte~ de blindage 204 et 205 est raccordée à des présélecteurs non représentés, par la rangée de raccords coaxiaux 210 disposée sur la face arrière de l'a3semblage et par la colonne de raccor-ds coaxiaux 104 disposée sur la face avant de l'assemblage.
On remarque que l'adoption pour la structure d'une matrice élémentaire de deux empilements de plaquettes de câblage disposés perpendiculairementl'un à l'autre,l'un réservé aux plaquettes support de câblage des conducteurs lignes et des demi-points de commutation qui leur ~ont direotement reliés et l'autre réservé aux plaquettes supportant les conducteurs colonnes et les demi-points de commutation qui leur sont dire¢tement reliés permet de réduire au maximum la longueur du câblage tout en re~pectant la symétrie électrique existant entre les lignes et les colonneY d'une matrice de commutation.
Avec une telle structure on a obtenu pour un signal de trans-mission ayant une bande de ~réquence de 4 à 60 MHz entre deux chemins séparés passant par la matrice une diaphonie supérieure à 100 db et un coef~icient de ré~lexion inférieur à 5%.
On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispo~itions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment supprimer les bo;tes de blindage dans le cas d1un signal de transmission à bande de fréquence restreinte.
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BREVET D'INVENTION
MATRICE DE COMMUTATION POUR SIGNAUX ELECTRIQUES
DE TRANSMISSION A LARGE BANDE :~
Invention de Pierre SEMUR et Marcel BASSET
..... _ :~:
Société Anonyme dite COMPAGNIE I~DUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS CIT-ALCATEL
' La présente invention est relative à la commutation des signaux électriques de transmission à large bande tel que ceux des systèmes de ;;
transmission analogique hautes fréquences 12 et 60 MHz, des systèmes de transmission numérique à grand débit, des systèmes de télévision vidéo ou encore tels que les signaux désignés par groupes primaires, secondaires, tertiaires, quaternaire~ délivrés par des circuits téléphoniques. Elle concerne, d'une manière générale, les dispoqiti~s de commutation organisés ~ ;
en une ou plusieurs matrices et, plus partioulièrement, l'architecture ~:
d'une matrice de commutation. ~ .
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~2~3~ 2.
Une matrice de commutation comporte des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs aboutissant aux entrées sorties et ~ormant l'un les colonnes, l'autre les lignes de la matrice, et des points de commu-tation commandés disposé3 aux croisements des conducteurs. Les caractéri~-tiques électriques (diaphonie, pertes d'insertion...) d'une liaisonétablie dans une matrice de commutation sont dégradées par la pré~ence des points de commutation à l'état bloqué directement connectés aux conduc-teurs lignes et colonnes emprurltés par la liaison ainsi que par celle des longueurs de ces conducteurs en dérivation sur la liaison. Pour limiter ces dégradations on a déjà songé à partager les dispositifs de commutation de type matriciel en un réseau de matrices élémentaires préadressées par des sélecteurs. Malgré la limitation de leurs dimensionq les matrices élémen taires de commutation restent la source prinoipale de dégradation de la qualité des liai~ons.
La présente invention a pour but la réalisation d'une matrice de commutation aux caractéri~tiques améliorées.
Elle a pour ob~et une matrice de commutation ayant pour le câblage de ses éléments, entrées sorties, conducteurs lignes et colonnes, point de commutation, des supports plans qui sont en nombre égal à celui des lignes et colonnes de la matrice, chacun d'eux supportant un seul conducteur ligne ou colonne, et qui sont assemblés en deux empilements l'un formé des supports contenant les conducteurs lignes, l'autre de ceux contenant les conducteurs colonnect. Les deux empilements sont di3posés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche de manière qu'un support appartenant à un empilement ait un bord venant au contact des bords de l'ensemble des supports de 1 t autre empilement, des raccords éleotriques étant placés aux intersections pour assurer les liaisons : :, : :.: : .
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21~372 3.
électriques entre les supports des deux empilements.
Selon ~In mode préferé de réalisation les points de commutation sont formés de deux demi-points de commutation à diode disposés en série et commandés à l'aide d'une source à courant constant. Les demi-points de commutation sont câblés sur le support contenant; le conducteur ligne ou colonne auxquels ils sont directement raccordés. Les raccords électriques placés aux intersections des bords des supports réalisent le9 liaisons électriques entre les deux demi-points de commutation constituant chaque point de commutation.
La structure selon l'invention respecta la symétrie existant du point de vue électrique entre les lignes et les colonnes de la matrice.
~lle permet de réduire les longueurs des conducteurs lignes et colonnes et par conséquent les longueurs de câblage en dérivation sur les liaisons, loneueurs qui sont à l'origine de la diaphonie et de pertes par réflexion.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront des revendications Jointes et de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d1exemple. Cette description sera ~aite en regard du dessin dans lequel :
- la figure 1 représente le schéma électrique d'une liaison établie dans un dispositi~ ~ormé d'un ré.seau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs, - la figure 2 e~t un schéma éleotrique illustrant la répartition des éléments d'une matrice élémentaire de commutation entre plusieurs ;~
plaquettes de câblage, - la figure 3 détaille la constitution d'une bolte individuelle de blindage pour un type de plaquette de cablage, `
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~637;~
4.
- et la figure 4 montre l'aspect extérieur d'une ~atrice élémentaire de commutation réalisée par assembla~e de plusieurs plaquettes de cablage disposées dans des boîtiers de blindage individuels.
On va décrire ci-après la réalisation d'un dispositif de commu-tation pour un signal électrique de transmissi.on à large ~ande constituéd t un réseau de matrices élémentaires de commutation préadressées par des sélecteurs. Dans un tel dispositif une liaison est établie entre deux entrées sorties par l'intermédiaire d'un point de commutation connectant une ligne à une colonne dans une matrice élémentaire et de deu~ points de commutation auxiliaires appartenant à des sélecteurs et reliant ltun la ligne considérée à l'une des entrées sorties, l'autre la colonne considérée à l'autre entrée sortie.
La figure 1 donne un exemple de schéma électrique pour une telle liaison. On distingue sur cette figure des en-trées sorties 1 et 2 d'un di.spositif de commutation entre lesquelles la liaison est supposée établie, une matrice élémentaire 3 et des sélecteurs 4 et 5 à points de commutation à diodes qui sont traversés par la liaison et des câbles coaxiaux 6 et 7 empruntés par la liaison entre les sélecteurs 4 et 5 et la matrice élémentaire de commutation 3.
Le sélecteur 4 comporte une entrée sortie dite commune qui correspond à l'entrée sortie 1 du dispositif de commutation et plusieurs entré2s sorties dites de dérivation connectées chacune par un point de commutation à diode à l'entrée sortie commune 1. Les points de commutation du sélecteur 4 ont des structures identiques. Par soucis de clarté on a représenté sur la figure 1 qu'une entrée sortie de dérivation 8, celle qui est empruntée par la liaison considérée,et le point de commutation qui la relie à l'entrée sortie co~mune 1. L'existence des autres points de ` .:: . :~ ~
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~63~;~ 5.
commutation est rappelée par des diodes 4Q représentées l'anode non connectée. Le point de commutation reliant l'entrée sortie commune 1 à
l'entrée sortie de dérivation 8 comporte essentiellement une diode 41 connectée en série entre ces deux entrées sorties, la cathode tournée vers 1'entrée sortie commune 1, et une résistance 42 qu'il partage avec les autres points de commutation du sélecteur 4 et qui est connactée entre la masse et l'entrée sortie commune 1. Il est passant lorsque la diode 41 est traversée par un courant continu de polarisation provenant de l'entrée sortie de dérivation 8 et se refermant à la masse par l'intermédiaire de la résistance 42, et bloqué en l'absence de ce courant de polarisation.
Le point de commutation reliant l'entrée sortie oommune 1 à
l'entrée sortie de dérivation ~ comporte en outre une résistance 43 disposée en série avec la diode 41 et un montage série constitué d'une ré~istance 44 et d'une capacité 45, et disposé entre la masse et l'entrée sortie de dérivation 8. Ces éléments résisti~s et capaciti~s constituent avec la résistance 42 une ligne d'affaiblissement en ~ permettant d'adapter l'impédance du point de commutation lorsqu'il est à l'état passant, à celle du câble coaxial 6 qui le relie à la matrice élémentaire de commutation 3.
Le sélecteur 5 a une structure identique à celle du sélecteur 4.
Son entrée sortle commune se confond avec l'entrée sortie 2 du dispositi~
de commutation. La liaison aboutit à l'entrée sortie de dérivation 9 qui est reliée à l'entrée sortie commune 2 par l'intermédiaire d'un point de commutation comportant e~sentiellement une diode 51 connectée en série, la cathode tournée vers l'entrée sortie commune 2, et une résistance 52 conneotant l'entrée sortie commune 2 à la masse. Comme pour le sélecteur 4 il y a une résistance 53 intercalée en série avec la diode 51 et un montage série constitué par une résistance 54 et une capacité 55 et disposé entre la masse et l'entrée sortie de dérivation 9.
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~2~372 6.
La matrice élémentaire de co~mutation 3 comporte deu~ groupes de conducteurs que l'on appelle pour les distinguer conducteurs lignes et conducteurs colonnes, des entrées sorties lignes raccordées aux conduc-teurs lignes, des entrées sorties colonnes rac:cordées aux conducteurs colonnes et des points de commutation commandés, tous identiques, disposés entre les conducteurs lignes et les conducteurs colonnes. L'une quelconque de ses entrée sorties lignes peut être mise en relation avec l'une quelconque de ses entrées sortie3 colonnes par la mise en conduction du point de commutation placé entre la ligne et la colonne concernées. Sur la figure 1 on n'a représenté que les entrées sorties ligne et colonne 10 et 11 intéressant la liaison considérée, le conducteur ligne 12, le conduc-teur colonne 13 et le point de co~mutation commun à ces deux conducteurs, l'existence des autres points de commutation connectés à l'un ou à l'autre de ces deux conducteurs étant rappelée par des diodes 12', 13' représentées l'anode non connectée. Les points de commutation de la matrice élémen-taire 3 sont des points de com~utation à diodes commandés simultanément avec les points de commutation de sélecteurs auxquels ils sont directement relié~, par la présence ou l'absence d'un courant de polarisation. Ils ont une structure symétrique et sont ~ormés par la mise en série de deux demi points de commutation identiques. Le point de commutation co~mun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte essentiellement deux diodes 14 et 15 oonnectées en aérie par leurs anodes et leur circuit de commande de polarisation 16. Ce circuit comporte d'une part une source de courant ~ormée par les transistors PNP 18 et 19 montes en Darlington et par la résistance 17, et connectée par sa borne positive au point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et d'autre part un circuit de shunt alter-nati~ connecté entre la masse et le point de jonction des anodes des diodes 14 et 15 et constitué par une capacité 20 disposée en série avec un .: , ,: .. : ::
37~ 7.
transistor 21 du type NPN ~onctionnant en interrupteur. Le point de commutation commun aux conducteurs ligne et colonne 12 et 13 comporte également une résistance 22 respectivement 23 intercalée en série avec chaque diode 14 respectivement 15 et un montage série aonstitué d'une résistance 24 respectivement 25 et d'une capacité 26 respectivement 27 assurant la mise à la ma~se de chaque entrée sort;ie ligne et colonne 10 et 11. ~e9 éléments résisti~s et capacitifs constituent avec la résistance 17 une ligne d'affaiblissement en ~ permettant d'adapter l'impédance du point de commutation, lorsqu?il est passant, à celle des câbles coaxiaux 6 et 7.
Le circuit de co~mande de polarisation 16 peut prendre deux états selon le niveau appliqué sur son entrée de contrôle 28. Dans un premier état correspondant à un niveau haut le transistor 21 est bloqué et le~ transistors 18 et l9 conducteurs. La capacité 20 n'est pas reliée à la mas9e et le oircuit se comporte comme une source à courant constant dont l'impédance du point de vue alternati~ est déterminée par la valeur de la résistance 17. Le courant constant débité par le circuit 16 se partage en deux parties avant d'atteindre la maqse, l'une parcourant la résistance 22 et la diode 14 de la matrice élémentaire 3, le câble coaxial 6, la résis-tance 43, la diode 41 et la résistance 42 du sélecteur 4, l'autre parcou-rant la résistance 23 et la diode 15 de la matrice élémentaire 3, le câble ooaxial 7, la résistance 537 la diode 51 et la résistance 52 du sélec-teur 5. Un signal de transmission paroourt la liaiqon entre les entrées sorties 1 et 2. Dans un deuxième état du circuit de commande de polari-sation 16 correspondant à un niveau bas appliqué sur son entrée de contrôle, le transistor 21 est saturé et les transistors 18 et l9 bloqués Le circuit de commande de polarisation 16 ne fournit plus aucun courant aux diodes 14, 15, 41 et 51 qui de ce ~ait présentent une grande impédance - ; . . ~ .:
263~Z 8.
et s'opposent au passage d'un signal de transmission. Il a en outre une très faible impédance du point de vue alternatif en raison de la saturation du transistor 21 qui provoque la mise en circuit de la capacité 20. Cette très faible impédance complète la coupure de la liaison et diminue la diaphonie entre les différente3 liaisons.
Comme on peut le voir sur la figure 1, à la traversée d'une matrice élémentaire de commutation une liaison n'utilise pas nécessai-rement un conducteur li~ne et un conducteur colonne sur toutes leurs longueurs. Les longueurs inutilisées qui aboutissent à des points de commutation bloqués sont le siè8e de réflexion3 et provoquent des déqadap-tationq. Il importe de les réduire au maximum et par conséquent de réduire le~ longueurs de câblage. Pour ce faire on répartit les éléments d'une matrice élémentaires de commutation sur deux empilements de plaquettes di~posés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche. Les plaquettes du premier empilemsnt comportent chacune un conducteur ligne ainsi que l'entrée Yortie et les demi-points de commutation directement relie~ à ce conducteur ligne. Les plaquettes du deuxième empilement comportent chacune un conducteur colonne ainsi que l'entrée sortie et les demi-points de commutation directement reliés à ce conducteur colonne. Des connecteurs électriques, d'un type complémentaire pour chaque empilement, sont disposés sur les bords en regard des plaquettes des deux empilements et as~urent le raccordement des demi~points de commutation de chaque plaquette d'un empilement avec un demi_point de commutation de chaque plaquette de l'autre empilement afin de constituer des points de commu-tation complets entre chaque conducteur ligne et colonne de la matrice. Le circuit de commande de polarisation d'un point de commutation est disposé ~ :
indifférem~ent sur 1'une ou 1'autre des plaquettes où sont câblés le3 deux demi~points de commutation qui le constituent.
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9.
La figure 2 représente deux types de plaquettes qui, réunies endeux empilements de quatre, permettent la constitution d'une matrice élémentaire de commutation à quatre ligne~ et quatre colonnes avec 16 points de commutations et des liaisons reprenant :Le schéma électrique de la figure 1. Le premier type de plaquette 60 comporte un conducteur ligne 62, l'entrée sortie ligne correspondante 63 quatre demi-points de commutation constitués essentiellement par les diodes 64, 65, 66 et 67 raccordées par leurs cathodes au conducteur ligne 62, quatre raccord~ électriques coaxiaux 68, 69, 70 et 71 connectés aux anodes de ces diodes 64, 65, 66 et 67, et quatre circuits de commande de polarisation 72, 73, 74et 75 avec leurs entrées de contôle 76, identiques entre eux et correspondant au circuit 16 de la ~igure 1 complété par la rési3tance l7. On distingue également dans ce premier type de plaquette 60 les éléments rési~ti~s et capa¢lti~s constituant les lignes d'a~faiblissement en ~ qui servent à
adapter l'impédance des points de commutation, lorsqu'ils sont à l'état passant, à celle des câbles coaxiaux de liaison. Le deuxième type de plaquette 80 comporte un conducteur colonne 83, l'entrée sortie colonne correspondante 81, quatre demi-points de commutation constitués essentiel-lement par les diodes 83, 84, 85 et 86 connectées par leurs cathodes au conducteur colonne 83 et quatre raccords électriques coaxiaux 87, 88, 89 et 90 d'un type complémentaire à celui des raccords 68, 69, 73 et 71 de la plaquette 60, connectées aux anodes des diodes 83, 84, 85 et 86. Ce deuxième type de plaquette 80 comporte également des éléments résisti~s et capacitifs constituant des lignes d'af~aiblissement en ~ adaptant l'impé-dance des points de commutation, lorsqu'ils sont à l'état passant, à celles des câbles coaxiaux de liaison. Les deux types de plaquettes 60 et 80 sont destinés à etre disposés perpendiculairement l'un à l'autre et à être connectés ensemble par un couple de raccords ooaxiaux qui sont représentés , , ,, ~ . . , ., ................ , .. , . " .- ~. .
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-~ 10.
sur la figure 2 comme étant les raccords 70 et 89. Le schéma electrique de la liaison ainsi établie entre l'entrée ~ortie ligne 63 et l'entrée sortie colonne 81 reproduit celui de la liaison représentée à la ~igure l.
Une matrice ~lémentaire est rormée de deux empilements l'un constitué de quatre plaquettes du premier type 60, l'autre par quatre plaquettes du second type 80, disposés perpendiculairement l'un à l'autra et reliés électriquement par les raccords coaxiaux, les quatre raccords coaxiaux d'une plaquette d'un premier type 60 étant connectés à quatre raccords coaxiaux appartenant à quatre plaquettes distincteq du deuxième type 80 de l'autre empilement et inversement.
Les figures 3 et 4 illustrent un exemple de realisation méca-nique d'une telle matrice. Les quatre plaquettes de ohaque type 60 et 80 90nt disposée3 dans des bottes individuelles de blindage qui sont des bottes métallique~, plates, rectangulaires de mêmes dimensions avec leurs quatre raccord3 ooaxiaux alignés sur l'une des grandes faces latérales des boltes et espacé3 entre eux de l'épaisseur d'une boîte.
La figure 3 ~ontre une vue en perspective d'une pla~uette du premier type 60 fractionnée en plusieurs parties pour des commodités de montage et de sa boite individuelle de blindage lO0 représentée avec son ~ond 101 et qon oouverole 102 démontés. La boîte de blindage 100 a son fond 101 et son couvercle 102 vissés. Les raccords coaxiaux 68, 69, 70 et 71 aboutissant aux quatre demi point~ de oommutation oablé~ sur la plaquette 90nt ~ixés sur l'extérieur, le long d'un des grands cotés, 10 de la tranche de la bolte tandis que l'entrée sortie ligne et les entrées de contrôle des circuits de com~ande de polarisation également câblés sur la plaquette sont accessibles respectivement par un raccord coaxial 104 et une prise à fiches ~ultiples 105 disposés à l'opposé sur l'autre grand .,, . ,, . ,, , ~ ~ ' 1 1 .
côté 111 de la tranche de la boîte 100. La bolte de blindage 100 est partagee en deux compartiments par une cloison métallique longitu-dinale 106. Le compartiment 107 dans lequel abouti~sent le raccord coaxial 104 et la prise à ~iches multiple~ 105 sert de logement à une partie de la plaquette supportant le câblage du conducteur ligne et des quatre demi_polnts de commutation. L'autre compartiment est subdivisé par trois cloisons métalliques 108 perpendiculaires à la première 106 en quatre alvéoles rectangulaires identiques dans chacun desquels aboutit l'un des raccords coaxiaux 68, 69, 70 et 71. Ces alvéoles contiennent chacun une partie de la plaquette supportant le câblage d'un circuit de commande de polari~ation et d'un conducteur assurant la liaison entre le raccord coaxial, le circuit de commande de polarisation précité et un demi-point de commutation placé dans le compartiment 107. La cloison longitu-dinale 106 est pourvue de traverses électriques isolantes permettant le passage de ce conducteur ainsi que de ceux assurant l'alimentation et constituant les entrées de contrôle des clrcuits de commande de polari- ~
sation placé dans les alvéoles. ;
Pour une amélioration de la diaphonie les cloisons s'étendent sur toute l'épai~seur de la boite de blindage lO0 et la plaquette est fractionnée en cinq parties maintenues en place dan~ leurs logemerts par des doubles ergots lO9, llO soudés par leur base aux parois et repliés lors du montage de part et d'autre de~ plaquettes.
La bo~te de blin~age d'une plaquette du deuxième type 80 dont un exemplaire apparalt en 200 à la ~igure 4, n'a pas été représentée ouverte car elle ne présente pas de caractéristiques particulières. Elle a les mêmes dimensions que la boîte de blindage lO0 d'une plaquette du premier type 60 sans en avoir la prise à fiches multiples en raison de l'absence : ~ , . ,, .. : . .:
3~Z
des circuits de commande de polarisation. Les raccords coaxiaux (87, 88, 89 et 90 ~igure 2) aboutissent aux demi~points de commutation ~ont alignés sur l'une des grande~ faces de la tranche de la bolte avec un espacement correspondant à l'épaisqeur de la bolte tandis que la ~ace latérale opposée porte un raccord coaxial 210 donnant accès au conducteur colonne de la plaquette du deuxième type 80.
La ~igure 4 repré3ente en perspective l'assemblage des boltes de blindage ren~ermant des plaquettes du premier et second types 60 et 80, pour la con3titution de matrices élémentaires de commutation à quatre lignes et quatre colonnes. On distingue sur cette figure un support 201 comportant deux étagères 202 et 203 supportant des matrices élémentaires de commutation à di~Pérents stades de leur construction. On dispose tout d'abord, comme rsprésenté sur l'étagère in~érieure 202, quatre boltes de blindage 200 empilées côte à cote, debout sur leur tranche, les raccords ooaxiaux 87, 88,89 et 90 tournés vers le devant de l'étagère. On conqtitue ainsi un empilement visible en 204 sur l'étagère supérieure 203 qui pré-sente une face arrière avec ure rangée horizontale de quatre raccords coaxiaux correspondant aux entrées sorties colonr.es de la matrice et une faoe avant avec un réseau de 16 raccords coaxiaux correqpondant aux 16 demi~
points de commutation directement raccordés aux quatre conducteurs colonnes de la matrice On digpose ensuite quatre boltes de blindage lOO, à
plat, les unes sur les autres avec leur rangée de quatre raccords coaxiaux enga~ées dans celles présentées en regard par l'empilement de bolte de blindage 200. Ces quatres boîtes de blindage forme un deuxième empile-ment 205 qui présente sur ~a face a~ant une colonne de quatre raccordscoaxiaux 104 correspondant aux entrées lignes de la matrice et une colonne de quatre connecteur-s à ~iches multiples 105 correspondant aux entrées de .. .. .. .. . .. . . . . .............. . . . ............. ..
~ : : : : . : ,. :' : , ', : . .
~2637Z 13.
contrôle des circuits de commande de polar-lsation servant à la commande des 16 points de commutation.
Pour la constitution d'un di~positi~ complet de co~mutation, chaque matrice élémentaire formée par un assembla~se de deux empilements de bolte~ de blindage 204 et 205 est raccordée à des présélecteurs non représentés, par la rangée de raccords coaxiaux 210 disposée sur la face arrière de l'a3semblage et par la colonne de raccor-ds coaxiaux 104 disposée sur la face avant de l'assemblage.
On remarque que l'adoption pour la structure d'une matrice élémentaire de deux empilements de plaquettes de câblage disposés perpendiculairementl'un à l'autre,l'un réservé aux plaquettes support de câblage des conducteurs lignes et des demi-points de commutation qui leur ~ont direotement reliés et l'autre réservé aux plaquettes supportant les conducteurs colonnes et les demi-points de commutation qui leur sont dire¢tement reliés permet de réduire au maximum la longueur du câblage tout en re~pectant la symétrie électrique existant entre les lignes et les colonneY d'une matrice de commutation.
Avec une telle structure on a obtenu pour un signal de trans-mission ayant une bande de ~réquence de 4 à 60 MHz entre deux chemins séparés passant par la matrice une diaphonie supérieure à 100 db et un coef~icient de ré~lexion inférieur à 5%.
On peut, sans sortir du cadre de l'invention modifier certaines dispo~itions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. On peut notamment supprimer les bo;tes de blindage dans le cas d1un signal de transmission à bande de fréquence restreinte.
- . . . . .
Claims (3)
REVENDICATIONS
1/ Matrice de commutation pour signaux électriques de transmission à large bande comprenant des entrées sorties, deux ensembles de conducteurs abou-tissant aux entrées sorties et formant l'un les colonnes, l'autre les lignes de la matrice, et des points de commutation commandés, disposés aux croisements des conducteurs et contrôlés par des sources à courant constant, ladite matrice étant caractérisée en ce qu'elle a des points de commutation à structure symétrique formés de deux demi-points de commu-tation disposés en série et qu'elle comporte pour son câblage des supports plans en nombre égal à celui des lignes et des colonnes, chaque conducteur ligne ou colonne étant câblé avec les demi-points de commutation qui lui sont directement reliés sur un support distinct, assemblés en deux empile-ments constitués l'un des supports contenant les conducteurs lignes l'autre de ceux contenant les conducteurs colonnes, les deux empilements étant disposés perpendiculairement l'un à l'autre et accolés par la tranche, les supports des deux empilements comportant à leurs points de contact des raccords assurant des liaisons électriques entre les demi-points de commutation.
2/ Matrice de commutation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les sources à courant constant de tous les points de commutation connectés à un conducteur ligne sont toutes câblées sur le support conte-nant le conducteur ligne précité.
15.
15.
3/ Matrice de commutation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte des boîtes de blindage individuel de forme rectangulaire plate et de mêmes dimensions renfermant chacune un support plan, servant d'éléments aux deux empilements et comportant sur leur tranche qui forme les faces en regard de chaque empilement des connecteurs mâle femelle assurant les raccordements électriques entre les deux empilements et sur leur tranche opposée des connecteurs servant d'entrées sorties à la matrice ainsi que des connecteurs pour la commande des points de commutation.
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