La présente invention est relative à un condensateur, notamment pour tensions et fréquences élevées.
Les équipements produisant un signal radiofréquence du type employé par les émetteurs de radiodiffusion et de télévision comprennent généralement une partie produisant le signal radiofréquence et une source de courant continu qui alimente cette partie.
Des condensateurs sont utilisés dans la liaison entre la source de courant et la partie produisant le signal radiofréquence afin d'isoler l'énergie à radiofréquence produite dans la partie engendrant le signal par rapport à la source de courant. Un tel isolement est essentiel pour le fonctionnement convenable de la partie produisant le signal. Le condensateur constitue en fait un circuit à faible impédance par lequel les courants à radiofréquence peuvent passer à la terre. Le condensateur constitue en même temps une im pédance trés élevée pour le courant continu, impédance qui peut pratiquement être considérée comme étant infinie.
Les condensateurs pouvant être utilisés comme condensateurs d'entrée pour de telles applications comportent jusqu'à présent une matiére céramique revêtue d'une couche de métal. Toutefois, la tension nominale maximale sous laquelle de tels condensateurs peuvent effectivement être utilisés est d'environ 5000 V. Cela est dû au fait que la matiére céramique a une faible rigidité diélectrique, ce qui nécessite l'augmentation de l'épaisseur si la tension est plus élevée. L'augmentation de l'épaisseur provoque cependant la diminution de la capacité et l'augmentation de l'impédance pour l'énergie à radiofréquence. Ces demiers temps, les émetteurs de signaux radiofréquence sont conçus pour des puissances de plus en plus grandes.
Pour obtenir cette augmentation de puissance, il est nécessaire de faire fonctionner les émetteurs à des tensions plus élevées que jusqu'à présent. Des tensions supérieures à 30 000
V sont devenues courantes.
Compte tenu de ce qui précéde, I'invention vise à réaliser un condensateur apte à fonctionner sous des tensions pouvant atteindre 30 000 V ou davantage, qui est capable d'assurer un isolement efficace des signaux radiofréquence, et qui peut être utilisé pour davantage d'applications que les condensateurs connus jusqu'ici, qui est plus compact et qui est d'une réalisation originale.
Le condensateur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une unité comprenant un conducteur intérieur en forme de tige portant un élément radial en matière élec tnquement conductrice disposé en un point situé entre les extrémités du conducteur intérieur, deux disques de condensateur présentant chacun un trou central et disposés sur le conducteur intérieur, de part et d'autre de l'élément radial et de maniére que le conducteur traverse les trous centraux, chacun des disques ayant un diamétre supérieur à celui de l'élément radial et comprenant un élément de base en matiére ayant une grande rigidité diélectrique, une premiére électrode annulaire mince laminée sur la face du disque située en regard de l'élément radial,
cette électrode s'étendant depuis le trou central jusqu'à un bord extérieur situé radialement à l'intérieur de la périphérie du disque et en contact avec l'élément radial, et une seconde électrode annulaire mince laminée sur la face du disque située à l'opposé de l'élément radial et s'étendant de la périphérie du disque jusqu'à un bord situé radialement à l'extérieur du trou central mais à l'intérieur du bord extérieur de la premiére électrode, un élément de retenue conducteur entourant les disques, en contact avec les périphéries de ceuxci et en contact électrique avec leurs secondes électrodes, mais isolé du conducteur intérieur et de leurs premières électrodes, et des moyens pour établir des connexions électriques indépendantes d'une part avec le conducteur intérieur et d'autre part avec l'élément de retenue conducteur.
Dans une forme d'exécution particuliérement avantageuse plusieurs de ces unités peuvent être empilées de maniére que les conducteurs intérieurs soient électriquement reliés les uns aux autres et que les éléments de retenue extérieurs soient également reliés électriquement les uns aux autres.
D'autres caractéristiques et avantages de formes d'exécution de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif. ainsi que des dessins annexés dans lesquels
La fig. I est une vue en plan d'un condensateur simple réalisé conformément à une première forme d'exécution de l'invention.
La fig. 2 est une vue en élévation du condensateur représenté sur la fig. 1.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 1, mais à plus grande échelle.
La fig. 4 est une vue en plan d'un des côtés d'un disque de condensateur utilisé dans le condensateur représenté sur la fig. 1.
La fig. 5 est une vue analogue à celle de la fig. 4, mais montrant l'autre côté du disque.
La fig. 6 est une courbe d'atténuation typique d'un condensateur réalisé suivant les fig. 1 à 5 et ayant une capacité de 500 picofarads.
La fig. 7 est une courbe d'atténuation typique d'un condensateur semblable, mais ayant une capacité de 1000 picofarads.
La fig. 8 est une vue en élévation partielle d'un condensateur multiple formé par l'empilage de deux unités de condensateur du type représenté sur les fig. I à 3, et
La fig. 9 est une coupe longitudinale d'un élément de connexion utilisé dans l'empilage représenté sur la fig. 8.
La fig. 10 est une coupe d'un autre mode de réalisation du condensateur selon l'invention.
La fig. Il est une coupe d'un empilage de deux unités de condensateur du type représenté sur la fig. 10.
Sur les différentes figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner des éléments identiques ou semblables.
Comme on le voit sur les fig. I à 5, le conducteur intérieur en forme de tige du condensateur est désigné par 10; il porte une rondelle 11 montée à un point situé entre les extrémités du conducteur intérieur. La rondelle a la forme d'une plaquette circulaire plate présentant un trou central dans lequel passe le conducteur 10. La rondelle 1 1 est reliée électriquement et mécaniquement au conducteur 10 par une soudure à l'argent ou d'une manière analogue.
Comme mentionné ci-dessus, le condensateur comprend deux disques de condensateur. Comme il ressort le mieux des fig. 4 et 5.
les disques, désignés dans leur ensemble par la référence 12, comprennent un élément de base 13 en une matière ayant une rigidité diélectrique élevée. Il peut s'agir notamment d'un produit laminé du type utilisé couramment dans la réalisation de plaquettes à circuit imprimé et composé d'un tissu de fibre de verre et d'époxy.
Une telle matière a une rigidité diélectrique trés élevée et elle peut être utilisée en couches trés minces dans le but d'obtenir une capacité élevée sous une haute tension nominale. La titulaire a trouvé que le polytètrafluoréthylène convient également comme matière pour l'élément de base 13 lorsqu'il est souhaitable de maintenir les pertes par dissipation à un minimum ou lorsque le condensateur doit être utilisé à des fréquences trés élevées.
Comme il ressort également des fig. 4 et 5, le disque 12 porte, sur l'une de ses faces, une électrode annulaire mince 14 qui est laminée sur cette face et qui s'étend d'un trou central 15 jusqu'à un bord extérieur 16 qui est situé radialement à l'intérieur de la périphérie 17 du disque. Le cercle 18 en traits mixtes indique le diamètre de la rondelle 11 avec laquelle le disque 12 est assemblé. La face opposée du disque, le mieux visible sur la fig. 5, porte une autre électrode annulaire mince 19 qui est laminée sur la matière de base et qui s'étend de la périphérie 17 du disque jusqu'à un bord 20 situé radialement à l'extérieur du trou 15, mais à l'intérieur du bord extérieur 16 de l'électrode 14 se trouvant sur la face opposée du disque.
Deux disques 12, I'un désigné par 12a et l'autre par 12b sont montés de part et d'autre de la rondelle 11 sur le conducteur 10 (voir fig. 3), de manière que les électrodes ayant le plus petit diamètre, c'est-à-dire les électrodes 14, soient tournées vers la ron delle 1 1 et soient en contact électrique avec elle. Pour assurer un contact électrique convenable, I'électrode 14 de chacun des disques 12 peut être soudée sur la rondelle 11. Comme représenté sur les dessins, le conducteur 10 traverse les trous 15 des disques 12.
Une enveloppe radiale conductrice 21 avec un rebord radial de montage 22 entoure les disques 12 et est en contact avec les périphéries de ceux-ci ainsi qu'en contact électrique avec la paire d'électrodes située sur les faces extérieures des disques, c'est-à-dire avec les électrodes 19. Le contact électrique est assuré par le soudage de l'enveloppe sur les électrodes 19. On notera cependant que l'enveloppe 21 est isolée du conducteur intérieur 10 et de la paire d'électrodes 14.
Pendant l'assemblage du condensateur représenté sur les fig. 1 à 3, les disques de condensateur sont montés de telle manière sur le conducteur intérieur 10 que la rondelle 11 soit située entre eux; le sous-ensemble ainsi obtenu est introduit dans l'enveloppe 21 de manière que le disque intérieur s'applique contre l'épaulement 23 prévu dans l'enveloppe 21. L'espace entre les deux disques 12 dans la zone 24 située entre la périphérie de la rondelle 1 1 et la paroi intérieure de l'enveloppe est rempli de façon connue d'une masse isolante appropriée. Le bord 26 de l'enveloppe est rabattu pour que les disques soient maintenus à l'intérieur. Enfin, le condensateur est fermé de façon étanche par le dépôt de couches 27 et 28 de masse isolante.
Pour permettre le montage du condensateur ainsi que son branchement électrique, le conducteur intérieur peut être pourvu d'un trou fileté 29, tandis que le rebord 22 peut être pourvu d'une série d'ouvertures ou de trous 30 pour le passage de vis.
Selon un mode de réalisation typique, le conducteur intérieur 10, la rondelle 11 et l'enveloppe 21 sont en laiton. Les disques 12 peuvent être obtenus à partir d'un produit laminé revêtu d'une couche de cuivre du type Panelyte grade 1655 , Ce produit laminé correspond au type FR4 de la National Electrical Manufacturers Association . Il correspond en outre à la norme miliaire
MIL-P13 949 Type GF epoxy-glass laminate des E.U.A. Bien que l'utilisation du produit laminé cité ci-dessus ait donné satisfaction, tout autre produit équivalent correspondant aux normes mentionnées peut être employé avec les mêmes résultats satisfaisants.
Des disques d'une épaisseur d'environ 0,32 mm (comprenant un mince revêtement de cuivre sur les deux côtés) ont été utilisés avec de bons résultats pour la réalisation de condensateurs d'une capacité de 500 picofarads et une tension nominale de 5000
V courant continu. Un condensateur d'une capacité de 1000 picofarads et une tension nominale de 20000 V courant continu a été réalisé en utilisant des disques d'une épaisseur d'environ 0,85 mm, y compris le revêtement en cuivre sur les deux côtés. Bien que des disques ayant une épaisseur inférieure à 0,4 mm aient été utilisés avec de bons résultats, il peut s'avérer nécessaire d'utiliser des disques d'une épaisseur atteignant plus de 3 mm si le condensateur doit être utilisé sous une tension très élevée.
Comme il ressort le mieux de la fig. 3, la rondelle ou plaquette 11 a un diamètre relativement important et une faible épaisseur.
Cela assure que l'inductance du condensateur est maintenue minimale et que la rondelle agit en même temps comme un élément d'absorption de la chaleur. Une épaisseur typique pour la rondelle il est3mm.
La matière de remplissage utilisée dans la fabrication des condensateurs doit avoir une faible perte diélectrique. Des résultats
satisfaisants ont été obtenus avec un époxy à faibles pertes vendu
sous la désignation Stycast 2471 LV par Emerson & Cuming,
Inc. Les caractéristiques d'atténuation de condensateurs réalisés
comme décrit sont représentées sur les fig. 6 et 7. La fig. 6 se rap
porte à un condensateur ayant une capacité de 500 picofarads. La
fréquence de résonance propre du condensateur en question était
supérieure à 500 megahertz. La courbe de la fig. 7 se rapporte à
un condensateur d'une capacité de 1000 picofarads dont la fré
quence de résonance propre est de l'ordre de 350 megahertz.
La fig. 10 représente une autre forme d'exécution du condensateur suivant l'invention. Dans ce mode de réalisation, le conducteur intérieur 100 porte un élément radial 101 constitué par une douille métallique montée à un point situé entre les extrémités du conducteur. La rondelle 101 est cylindrique et présente un trou central traversé par le conducteur 10, auquel elle est reliée mécaniquement et électriquement.
Le condensateur comprend deux disques de condensateur 102 qui sont espacés l'un de l'autre et qui comprennent chacun un élément de base 103 composé d'une matière ayant une grande rigidité diélectrique. La titulaire a trouvé que le polyétrafluoréthylène convient particulièrement pour cette application.
Le disque 102 présente en outre, sur l'une de ses faces, une électrode annulaire mince 104 qui est laminée sur ladite face et qui s'étend d'un trou central 105 jusqu'à un bord extérieur 106 qui est situé radialement à l'intérieur de la périphérie 107 du disque.
L'autre face du disque 102 porte, de façon analogue, une électrode annulaire mince 109 qui est laminée sur l'élément de base 103 et qui s'étend de la périphérie 107 du disque jusqu'à un bord 110 situé radialement à l'extérieur du trou 105, mais à l'intérieur du bord extérieur 106 de l'électrode 104. Les électrodes opposées 102 et 104 produisent ainsi une forte impédance négative du disque 102. La titulaire a trouvé que le cuivre convient particulièrement comme matière métallique pour les électrodes.
Comme il ressort plus particulièrement de la fig. 10, deux disques 102 sont montés de part et d'autre de la rondelle 101 sur le conducteur 100, de manière que l'électrode 104 à faible diamètre de chaque disque 102 soit en contact électrique avec cette rondelle.
Deux anneaux de retenue ou enveloppes conducteurs 112 sont disposés autour des périphéries des disques 102, contre les électrodes 109 de ceux-ci; ils sont traversés par des tiges d'assemblage 114 qui maintiennent les disques 102 à l'état assemblé, comme représenté.
Pour obtenir et maintenir l'alignement convenable des divers éléments, une bague de retenue formant joint 116, de préférence en polyéthylène de forte densité, est prévue à l'intérieur. D'une manière analogue, pour rendre étanche l'intérieur du condensateur, un joint 118 en élastomère est disposé entre les disques 102, près de leurs périphéries 107. I1 est à noter toutefois que le joint 118 et la bague de retenue 116 ne sont pas des éléments essentiels.
Pour permettre le montage du condensateur ainsi que son branchement électrique, le conducteur intérieur 100, qui est en contact électrique avec les électrodes 104, est fileté et pourvu d'écrous 120 pour le branchement, tandis que les tiges d'assemblage 114 qui sont en contact électrique avec les anneaux de retenue 112 et des électrodes 109, sont filetées également à chaque extrémité et pourvues d'écrous 122 qui servent en même temps au branchement.
Etant donné que le conducteur 100 est normalement le conducteur sous tension, chacune de ses extrémités est pourvue d'un capuchon isolant approprié 124 qui est séparé par un joint approprié 126 par rapport à l'intérieur du condensateur.
Les condensateurs réalisés comme décrits ci-dessus et comme
représentés sur les fig. 1 à 5 et 10 se prêtent admirablement à un
empilage destiné à augmenter la capacité pour des tensions nominales élevées. L'un de ces empilages a été réalisé par le montage
en parallèle de cinq condensateurs, ayant ensemble une capacité
de 10 000 picofarads et une tension nominale de 25 000 V courant
continu.
La fig. 8 représente un empilage de condensateurs du type re
présenté sur les fig. 1 à 5; les rebords 22 sont reliés par des vis
d'assemblage 31 qui traversent des tubes entretoises 32, tandis que
les conducteurs intérieurs 10 sont reliés électriquement par un élé
ment de connexion élastique télescopique 33 qui est disposé entre
les conducteurs intérieurs 10 et qui est représenté en détail sur la
fig. 9. A cet effet, les conducteurs 10 ont un fini lisse, tout au moins aux extrémités reliées par l'élément de connexion 33, de sorte que les doigts élastiques 34 de l'élément assurent un contact électrique convenable avec elles. II va de soi que d'autres condensateurs peuvent être ajoutés à l'empilage en utilisant des vis d'assemblage plus longues ainsi que des entretoises et des éléments de connexion supplémentaires.
La fig. Il représente un empilage de condensateurs du type représenté sur la fig. 10; les tiges d'assemblage 114 traversant les anneaux de retenue extérieurs, et le conducteur intérieur 100 sont rallongés en vue de l'empilage de deux condensateurs. Des entretoises 130, pouvant être traversées par des tiges 114, maintiennent les condensateurs à distance l'un de l'autre, tandis qu'une bagueentretoise interne 132, de préférene en polyéthyléne ou une ma trière analogue, et un joint élastomère 134 assurent la cohésion au centre. II va de soi que d'autres condensateurs peuvent être ajoutés à cet empilage en utilisant des tiges d'assemblage et des conducteurs plus longs, ainsi que des joints et des entretoises supplémentaires.