EP0055642B1 - Ligne de transmission hyperfréquence, du type triplaque à air, et ses utilisations - Google Patents

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EP0055642B1
EP0055642B1 EP81401892A EP81401892A EP0055642B1 EP 0055642 B1 EP0055642 B1 EP 0055642B1 EP 81401892 A EP81401892 A EP 81401892A EP 81401892 A EP81401892 A EP 81401892A EP 0055642 B1 EP0055642 B1 EP 0055642B1
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Georges Cohen
Jean Heroux
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/085—Triplate lines

Definitions

  • the present invention relates generally to transmission lines of electromagnetic waves, and relates more particularly to a transmission line of the air triple plate type operating at microwave frequency.
  • a line of the air triplate type comprises two parallel conductive plates, distant from each other, and electrically folded back to each other, the space separating these two plates being filled with air serving dielectric, and a central conductive tape interposed between the two plates, and parallel to them.
  • the object of the present invention is to solve this problem by proposing a transmission line of the air triple plate type with dielectric pieces of support profiled so as to avoid any disturbance of the field inside the line.
  • the line has the advantages of being inexpensive, of being light in weight, of having very good power handling, of generating low losses, of being able to be mass produced, and of be able to be very long.
  • the subject of the invention is a microwave transmission line comprising two parallel conductive plates distant from one another and electrically connected to each other, the space separating these two plates being filled with air, a central conductive strip interposed between the two plates and parallel to them, and two sets of parts forming supports of dielectric material each arranged along one of the two sides of the ribbon, each support being integral with the two conductive plates and being provided with a notch in which the ribbon is positioned so as to be held in place, characterized in that each of the two sets of supports consists of a plurality of supports distributed along one of the two sides of the ribbon and in that each support is in the form of a parallelepiped block comprising a tapered longitudinal extension at the end of which the notch is formed, the two conductive plates being respectively in support on the lower and upper faces of each block.
  • the invention also relates to a use of the microwave transmission line according to the invention, this use being characterized in that the line constitutes a power divider of great length supplying a set of radiating sources arranged in alignment.
  • a microwave transmission line 1, of the air triplate type in accordance with the invention, comprises two rectangular conductive parallel plates lower 2a and upper 2b, of width I and of length L, spaced from each other by a distance d and electrically connected to each other, and a conductive strip 3, of thickness e, interposed in the middle of the two plates 2a and 2b, and parallel to these.
  • the space separating the ribbon 3 from the respective plates 2a and 2b is filled with air.
  • the two conductive plates 2a and 2b, and the conductive tape 3, are made of a metal with good conductivity, such as for example electrolytic copper.
  • the central strip 3 is obtained either by chemical cutting or by machining.
  • the two conductive plates 2a and 2b can be replaced by two plates of dielectric material covered with a metallization, without departing from the scope of the invention.
  • the triple air line 1 also comprises a plurality of parts forming supports 5 according to a first embodiment, made of dielectric material having a low tangent of losses, distributed alternately on each side of the central strip 3, and over the entire length of said ribbon.
  • the distance separating two alternating supports 5 is equal to ⁇ / 4.
  • each support 5 is in the form of a parallelepipedal block 6a extending longitudinally by an additional block keep quiet 6b of substantially triangular shape in longitudinal section.
  • a notch 8 At the end of the block 6b is formed a notch 8, of height h equal to the thickness e of the ribbon 3, extending transversely relative to the longitudinal axis of the parallelepipedal block 6a.
  • Each support 5 is obtained for example by molding, and is made of a light material, such as for example expanded foam.
  • each support 5 as shown in FIG. 2 is mounted transversely relative to the central strip 3, the underside of the parallelepipedal block 6a of each support 5 being fixed, for example by gluing , on the lower conductive plate 2a.
  • the conductive tape 3 is positioned in the notches 8 of the supports 5 so as to be held in place, and the upper conductive plate 2b is mounted to bear on the upper face of the rectangular block 6a of each support 5.
  • the two conductive plates 2a and 2b are made integral with one another by any suitable fixing system, constituted for example by rivets.
  • the lower and upper faces of the parallelepiped block 6a of each support 5 can be partially covered with a metal layer 9, made of zinc, formed for example by shooping, while the end face of the parallelepiped block 6a can be completely covered with this same metal layer 9, thus ensuring the electrical connection between the two conductive plates 2a and 2b.
  • each piece forming a support 10 is in the form of a parallelepipedic block 11 a comprising a tapered longitudinal extension 11b at the end of which is a notch 13, of height equal to the thickness e of the tape 3, and in which the conductive tape 3 is positioned so as to be held in place.
  • Each support 10 is obtained for example by molding, and is made of a hard material, such as for example fluorinated resin (teflon) or polyphenylene oxide.
  • the tapered portion 11b of each support 10 includes a recess 15 intended to avoid any disturbance of the electric field inside the triplate line.
  • each support 10 as shown in FIG. 3 is mounted transversely with respect to the conductive tape 3, the lower and upper faces of each parallelepipedal block 11a being supported on the conductive plates lower 2a and upper 2b, respectively.
  • the parallelepipedal block 11a of each support 10 has a hole or recess 17 formed over its entire height, and in which is engaged a metal spacer (not shown) ensuring the fixing of each support 10 with the two conductive plates 2a and 2b, as well as the electrical connection of these two plates.
  • the triple air line 1 In order to reduce the bulk in depth of the triple air line 1 which has just been described, it can be turned over or folded over one of the two conductive plates 2a or 2b.
  • the triplate line 1 is folded over its upper plate 2b by the curvature of its lower plate 2a and of its central strip 3, thus creating a superposition of two air triplate lines.
  • the curves of the lower plate 2a and of the central strip 3 are shown in C and in D, respectively.
  • FIG. 5 shows a discrete element of the power divider, the central strip 3 of which ends, for example, by two branches 20a and 20b each intended to supply power to a radiating source (not shown).
  • non-limiting examples will be the production of a radiating element, such as for example a half-wave dipole, and the production of a ring.
  • the conductive strips 22 and 23 of the two lines intended to be connected comprise two complementary recesses 25 and 26, obtained for example by chemical cutting, and formed on their respective ends.
  • the two ribbons 22 and 23 are fitted one inside the other, then are fixed to each other, for example by welding. It will be noted that this connection system by complementary steps allows the ribbons, once connected, to maintain good temperature resistance.
  • the applicant has produced a three-plate air line transmitting a power greater than 40 KW peak, and generating losses of the order of 0.2 dB / m in the “S” band.

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Description

  • La présente invention se rapporte d'une manière générale aux lignes de transmission d'ondes électromagnétiques, et concerne plus particulièrement une ligne de transmission du type triplaque à air opérant en hyperfréquence.
  • D'une façon générale; on sait qu'une ligne du type triplaque à air comporte deux plaques conductrices parallèles, distantes l'une de l'autre, et repliées électriquement l'une à l'autre, l'espace séparant ces deux plaques étant rempli d'air servant de diélectrique, et un ruban central conducteur interposé entre les deux plaques, et parallèle à celles-ci.
  • En outre, il est connu d'après le brevet anglais 864,016 de supporter le ruban central au moyen de deux tubes en matériau diélectrique disposés chacun longitudinalement sur l'un des deux côtés du ruban et pourvus chacun d'une encoche longitudinale dans laquelle vient se positionner le ruban pour y être maintenu en place.
  • Toutefois, le problème technique que pose l'utilisation de pièces diélectriques de support du ruban central, même disposées sur les bords de celui-ci, c'est-à-dire à champ faible, réside en une perturbation du champ électrique à l'intérieur de la ligne.
  • La présente invention a pour but de résoudre ce problème en proposant une ligne de transmission du type triplaque à air avec des pièces diélectriques de support profilées de manière à éviter toute perturbation du champ à l'intérieur de la ligne. De plus, la ligne présente les avantages d'être peu coûteuse, d'être d'un poids peu élevé, d'avoir une très bonne tenue en puissance, d'engendrer de faibles pertes, de pouvoir être fabriquée en série, et de pouvoir être de grande longueur.
  • A cet effet, l'invention a pour objet une ligne de transmission hyperfréquence comportant deux plaques conductrices parallèles distantes l'une de l'autre et reliées électriquement l'une à l'autre, l'espace séparant ces deux plaques étant rempli d'air, un ruban central conducteur interposé entre les deux plaques et parallèle à celles-ci, et deux ensembles de pièces formant supports en matériau diélectrique disposés chacun le long d'un des deux côtés du ruban chaque support étant solidaire des deux plaques conductrices et étant pourvu d'une encoche dans laquelle est positionné le ruban de façon à être maintenu en place, caractérisée en ce que chacun des deux ensembles de supports se compose d'une pluralité de supports distribués le long d'un des deux côtés du ruban et en ce que chaque support se présente sous forme d'un bloc parallélépipédique comportant un prolongement longitudinal effilé à l'extrémité duquel est pratiquée l'encoche, les deux plaques conductrices étant respectivement en appui sur les faces inférieure et supérieure de chaque bloc.
  • L'invention vise également une utilisation de la ligne de transmission hyperfréquence selon l'invention, cette utilisation étant caractérisée par le fait que la ligne constitue un diviseur de puissance de grande longueur alimentant un ensemble de sources rayonnantes disposées en alignement.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux dans la description détaillée qui suit et se réfère aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en perspective de la ligne de transmission hyperfréquence selon l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en perspective d'un support diélectrique selon un premier mode de réalisation ;
    • la figure 3 est une vue en perspective d'un support diélectrique selon un second mode de réalisation ;
    • la figure 4 est une vue en perspective, avec arrachement, de la ligne de transmission selon l'invention en position repliée ;
    • la figure 5 est une vue en perspective de la ligne de transmission selon l'invention pour un diviseur de puissance ; et
    • la figure 6 est une vue en perspective de deux rubans conducteurs, mettant en évidence le raccordement de ceux-ci.
  • Suivant un exemple de réalisation, et en se reportant à la figure 1, une ligne de transmission hyperfréquence 1, du type triplaque à air, conforme à l'invention, comporte deux plaques rectangulaires conductrices parallèles inférieure 2a et supérieure 2b, de largeur I et de longueur L, espacées l'une de l'autre d'une distance d et reliées électriquement l'une à l'autre, et un ruban conducteur 3, d'épaisseur e, interposé au milieu des deux plaques 2a et 2b, et parallèle à celles-ci. L'espace séparant le ruban 3 des plaques respectives 2a et 2b est rempli d'air. Les deux plaques conductrices 2a et 2b, et le ruban conducteur 3, sont réalisés en un métal à bonne conductivité, tel que par exemple du cuivre électrolytique. De plus, le ruban central 3 est obtenu soit par découpe chimique, soit par usinage.
  • On notera que les deux plaques conductrices 2a et 2b peuvent être remplacées par deux plaques en matériau diélectrique recouvertes d'une métallisation, sans sortir du cadre de l'invention.
  • Comme il apparaît sur la figure 1, la ligne triplaque à air 1 comporte de plus une pluralité de pièces formant supports 5 selon un premier mode de réalisation, en matériau diélectrique présentant une faible tangente de pertes, distribuées en alternance sur chaque côté du ruban central 3, et sur toute la longueur dudit ruban. De préférence, la distance séparant deux supports 5 alternés est égale à λ/4.
  • Selon ce mode de réalisation représenté sur la figure 2, chaque support 5 se présente sous la forme d'un bloc parallélépipédique 6a se prolongeant longitudinalement par un bloc supplémentaire 6b de forme sensiblement triangulaire en section longitudinale. A l'extrémité du bloc 6b est pratiquée une encoche 8, de hauteur h égale à l'épaisseur e du ruban 3, s'étendant transversalement par rapport à l'axe longitudinal du bloc parallélépipédique 6a. Chaque support 5 est obtenu par exemple par moulage, et est en un matériau léger, tel que par exemple la mousse expansée.
  • Lors de la fabrication de la ligne triplaque à air 1, chaque support 5 tel que représenté sur la figure 2 est monté transversalement par rapport au ruban central 3, la face inférieure du bloc parallélépipédique 6a de chaque support 5 étant fixé, par exemple par collage, sur la plaque conductrice inférieure 2a. Le ruban conducteur 3 est positionné dans les encoches 8 des supports 5 de façon à être maintenu en place, et la plaque conductrice supérieure 2b est montée en appui sur la face supérieure du bloc parallélépipédique 6a de chaque support 5. Les deux plaques conductrices 2a et 2b sont rendues solidaires l'une de l'autre par tout système de fixation approprié, constitué par exemple par des rivets.
  • Comme il apparaît sur la figure 2, les faces inférieure et supérieure du bloc parallélépipédique 6a de chaque support 5 peuvent être partiellement recouvertes d'une couche métallique 9, en zinc, formée par exemple par shoopage, tandis que la face terminale du bloc parallélépipédique 6a peut être recouverte totalement de cette même couche métallique 9, assurant ainsi la liaison électrique entre les deux plaques conductrices 2a et 2b.
  • Selon un second mode de réalisation préféré, représenté sur la figure 3, chaque pièce formant support 10 se présente sous la forme d'un bloc parallélépipédique 11 a comportant un prolongement longitudinal effilé 11b à l'extrémité duquel est pratiquée une encoche 13, de hauteur égale à l'épaisseur e du ruban 3, et dans laquelle est positionné le ruban conducteur 3 de façon à être maintenu en place.
  • Chaque support 10 est obtenu par exemple par moulage, et est en un matériau dur, tel que par exemple la résine fluorée (téflon) ou le polyphénylène oxyde. De plus, la partie effilée 11 b de chaque support 10 comporte un évidemment 15 destiné à éviter toute perturbation du champ électrique à l'intérieur de la ligne triplaque.
  • Lors de la fabrication de la ligne triplaque à air 1, chaque support 10 tel que représenté sur la figure 3 est monté transversalement par rapport au ruban conducteur 3, les faces inférieure et supérieure de chaque bloc parallélépipédique 11 a étant en appui sur les plaques conductrices inférieure 2a et supérieure 2b, respectivement. Comme il apparaît sur la figure 3, le bloc parallélépipédique 11a de chaque support 10 comporte un trou ou évidement 17 ménagé sur toute sa hauteur, et dans lequel est engagée une entretoise métallique (non représentée) assurant la fixation de chaque support 10 avec les deux plaques conductrices 2a et 2b, ainsi que la liaison électrique de ces deux plaques.
  • Afin de réduire l'encombrement en profondeur de la ligne triplaque à air 1 qui vient d'être décrite, celle-ci peut être retournée ou repliée sur l'une des deux plaques conductrices 2a ou 2b. Ainsi, comme il apparaît sur la figure 4, la ligne triplaque 1 est repliée sur sa plaque supérieure 2b par courbure de sa plaque inférieure 2a et de son ruban central 3, créant ainsi une superposition de deux lignes triplaques à air. On a représenté en C et en D les courbures de la plaque inférieure 2a et du ruban central 3, respectivement.
  • L'une des utilisations possibles de la ligne triplaque à air selon l'invention consiste en la réalisation d'un diviseur de puissance de grande longueur alimentant un ensemble de sources rayonnantes disposées en alignement. On a représenté sur la figure 5 un élément discret du diviseur de puissance dont le ruban central 3 se termine par exemple par deux branches 20a et 20b destinées chacune à alimenter en puissance une source rayonnante (non représentée).
  • Comme autre utilisation de la ligne triplaque à air selon l'invention, on citera à titre non limitatif la réalisation d'un élément rayonnant, tel que par exemple un dipôle demi-onde, et la réalisation d'un anneau.
  • Dans le cas de la réalisation d'un diviseur de puissance de grande longueur, de l'ordre de 3 m, celui-ci est consitué par deux lignes triplaques à air selon l'invention raccordées l'une à l'autre. Plus précisément, comme le montre la figure 6, les rubans conducteurs 22 et 23 des deux lignes destinées à être raccordées, comportent deux décrochements complémentaires 25 et 26, obtenus par exemple par découpe chimique, et pratiqués sur leurs extrémités respectives. Ainsi, les deux rubans 22 et 23 sont emboîtés l'un dans l'autre, puis sont fixés l'un à l'autre, par exemple par soudage. On notera que ce système de raccordement par décrochements complémentaires permet aux rubans une fois raccordés de conserver une bonne tenue en température.
  • A titre illustratif, la demanderesse a fabriqué une ligne triplaque à air transmettant une puissance supérieure à 40 KW crête, et engendrant des pertes de l'ordre de 0,2 dB/m en bande « S •.

Claims (11)

1. Ligne de transmission hyperfréquence comportant deux plaques conductrices parallèles (2a, 2b), distantes l'une de l'autre et reliées électriquement l'une à l'autre, l'espace séparant ces deux plaques étant rempli d'air, un ruban central conducteur (3) interposé entre les deux plaques et parallèle à celles-ci, et deux ensembles de pièces formant supports (5 ; 10) en matériau diélectrique disposés chacun le long d'un des deux côtés du ruban (3), chaque support étant solidaire des deux plaques conductrices et étant pourvu d'une encoche (13) dans laquelle est positionné le ruban (3) de façon à être maintenu en place, caractérisée en ce que chacun des deux ensembles de supports (5 ; 10) se compose d'une pluralité de supports distribués le long d'un des deux côtés du ruban (3), et en ce que chaque support (10) se présente sous forme d'un bloc parallélépipédique (11a) comportant un prolongement longitudinal effilé (11 b) à l'extrémité duquel est pratiquée l'encoche (13), les deux plaques conductrices (2a, 2b) étant respectivement en appui sur les faces inférieure et supérieure de chaque bloc.
2. Ligne selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un évidement (15) est pratiqué dans le prolongement effilé (11 b) de chaque bloc.
3. Ligne selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que chaque bloc (11a) comporte un trou (17) ménagé sur toute sa hauteur et dans lequel est engagée une entretoise métallique assurant la fixation du bloc entre les deux plaques conductrices (2a, 2b) ainsi que la liaison électrique des deux plaques.
4. Ligne selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque support (10) est en résine fluorée ou en polyphénylène oxyde.
5. Ligne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les supports (5 ; 10) sont répartis en alternance sur chaque côté du ruban (3) et sur toute la longueur du ruban.
6. Ligne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ruban central (3) est obtenu par découpe chimique.
7. Ligne selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'ensemble constitué par les deux plaques conductrices (2a, 2b) et le ruban central (3) est replié sur l'une des deux plaques conductrices.
8. Utilisation d'une ligne de transmission selon l'une des revendications précédentes, dans un diviseur de puissance de grande longueur alimentant un ensemble de sources rayonnantes disposées en alignement.
9. Utilisation selon la revendication 8, caractérisée en ce que, pour obtenir le diviseur de puissance de grande longueur, celui-ci comporte deux lignes de transmission raccordées l'une à l'autre au moyen de deux décrochements complémentaires (25 ; 26) pratiqués respectivement à une extrémité du ruban conducteur (22 ; 23) de chacune des deux lignes, ainsi les deux rubans conducteurs sont raccordés fixement l'un à l'autre par positionnement dans les décrochements complémentaires.
10. Utilisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les deux rubans conducteurs (22 ; 23) sont fixés l'un à-t'autre par soudage.
11. Utilisation selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce que les deux décrochements (25 ; 26) sont obtenus par découpe chimique sur les deux rubans conducteurs (22; 23), respectivement.
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