EP0441293A1 - Guide d'ondes refroidi - Google Patents

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EP0441293A1
EP0441293A1 EP91101456A EP91101456A EP0441293A1 EP 0441293 A1 EP0441293 A1 EP 0441293A1 EP 91101456 A EP91101456 A EP 91101456A EP 91101456 A EP91101456 A EP 91101456A EP 0441293 A1 EP0441293 A1 EP 0441293A1
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EP
European Patent Office
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waveguide
cannula
termination
envelope
cooled
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Withdrawn
Application number
EP91101456A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Joel Boby
Guy Perrot
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Nexans France SAS
Original Assignee
Alcatel Cable SA
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Publication date
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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
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/30—Auxiliary devices for compensation of, or protection against, temperature or moisture effects ; for improving power handling capability

Definitions

  • the invention relates to the cooling of waveguides.
  • the cooling of the microwave waveguides is necessary when it is desired to obtain a significant reduction in the line losses.
  • a rectangular X-band waveguide (10 GHz) made of aluminum has linear losses of 12 dB / 100m at 20 ° C. These losses fall to 3.2 dB / 100m at the temperature of liquid nitrogen, and to 0.4 dB / 100m at the temperature of liquid hydrogen.
  • the superconductive properties of certain materials may also make it possible to obtain, at microwave frequencies, a notable reduction in the resistivity of the conductive outer sheath constituting the waveguide and therefore linear losses.
  • the cooling is obtained by circulation of liquid nitrogen in a sheath, independent of the radioelectric structure to be cooled and surrounding said structure.
  • Such devices are complicated and difficult to implement.
  • the present invention aims to cool the waveguides in a simpler and less expensive way than the devices used.
  • the subject of the invention is a cooled waveguide, provided with sealing windows at each end, characterized in that it is cooled by a cooling fluid circulating inside the waveguide which comprises in this case effect an inlet cannula and an outlet cannula, that the cannulas are each arranged at an opposite end of the waveguide, and that each cannula is located in a non-disturbing area of the radio wave propagation of the waveguide.
  • This can be of elliptical, oval, circular or square cross section.
  • it is preferably of rectangular section, with two large faces, and the cannulas are each arranged on a large face.
  • each cannula is located near a sealing window.
  • the waveguide is surrounded by an envelope from which it is separated by spacers providing a space between the waveguide and the envelope.
  • the space between the envelope and the waveguide is filled with a thermal insulating material.
  • the space between the envelope and the waveguide is under vacuum, so as to ensure thermal insulation.
  • each cannula is fixed to a termination which covers the waveguide at the end thereof, said termination being provided with a sealing window and the waveguide having an opening opposite of the cannula, to allow the circulation of the coolant in the waveguide.
  • each cannula is fixed to a termination provided with a sealing window, said termination coming to cover the waveguide at the end thereof, the waveguide having an opening opposite the cannula to allow the circulation of the coolant in the waveguide, and the envelope being fixed in leaktight manner at the termination.
  • the refrigerant fluid is a liquefied gas.
  • FIG. 1 represents a rectangular waveguide having a small face 1 and a large face 2, and closed at each end by a sealing window 5, 6 of any known type; the waveguide ends on each side with a connection flange 11; it has on each of its large faces 2 a cannula 3, 4 for a circulation of coolant inside the waveguide.
  • These cannulas are preferably arranged at each end of the waveguide, in a non-disturbing zone of the waveguide, so as not to disturb the radioelectric propagation in the waveguide.
  • the cannulas are arranged along the axis XX 'of each large face 2.
  • the waveguide cooling device here consists, in its simplest form, of the two cannulas 3 and 4, the waveguide not being limited to the rectangular structure shown by way of example, but can be of any type, square, rectangular, elliptical, circular or oval.
  • the refrigerant is advantageously a liquefied gas.
  • the cannulas 3 and 4 of Figure 1 are obviously connected to a liquefied gas installation; it is possible, for example, to use a tank of liquefied gas to which the cannula 3, for entering the liquefied gas, is connected, the outlet cannula 4 being for example in the open air, the liquefied gas escaping through the cannula 4 obviously with a very low flow.
  • the liquid gas will circulate slowly in the waveguide.
  • FIG. 2 represents an alternative embodiment of a cooled waveguide of the invention.
  • the waveguide of Figure 1 for example, is isolated from the outside by an envelope 7, of the same shape as the waveguide and slightly larger than the latter; spacers 8 make it possible to provide a space 9 between the envelope and the guide.
  • the envelope 7 is for example metallic or plastic or composite.
  • the spacers 8 are constituted for example by a spiral rod, preferably made of thermal insulating material.
  • the connection flanges 11 are pierced with junction holes 13 with a flange of the same type.
  • the space 9 between the envelope 7 and the waveguide is for example filled with a thermal insulating material; it is also possible to create a vacuum in said space to limit the loss of calories and thus optimize the thermal insulation.
  • FIG. 3 represents a termination of the waveguide of the invention in the simplest embodiment illustrated in FIG. 1.
  • the termination consists of a sleeve 10, a sealing window 6 and a cannula 4.
  • the sealing window is fixed, in known manner, to one end of the sleeve 10 of section slightly larger than that of the waveguide, the end of which it covers.
  • the cannula 4 is fixed in the middle of the large face of the sleeve, in the case of a waveguide rectangular, and comes opposite an opening made in the long face of the waveguide. Obviously the sleeve is tightly fixed on the waveguide.
  • FIG. 4 represents an alternative embodiment of the termination of FIG. 3.
  • the termination is a conventional flange 11 provided with a sealing window 6 and a cannula 4 on the large face of the sleeve 12 of the flange which has holes 13 for connection with a flange likewise type.
  • the cannula 4 comes a look of an opening in the large face of the waveguide when the flange covers the end of said waveguide. Obviously, the sleeve 12 is tightly fixed on the waveguide.
  • FIG. 5 represents an alternative embodiment of a termination in the case of the cooled waveguide of FIG. 2.
  • the termination consists for example of a sleeve 10 and a sealing window 6, as in FIG. 3, as well as by a shoulder 14, perpendicular to the sleeve 10 and situated opposite the sealing window 6.
  • the envelope 7, FIG. 2 is fixed to this shoulder 14, in a sealed manner, so as to be able to create a vacuum in the space 9 between the envelope 7 and the waveguide.
  • the termination could be that of FIG. 4, the sleeve 12 of which would include the shoulder 14 of FIG. 5.

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  • Non-Reversible Transmitting Devices (AREA)

Abstract

Le guide d'ondes est refroidi par circulation d'un fluide réfrigérant qui assure en même temps la transmission hyperfréquence, et comporte à cet effet une canule d'entrée (3) et une canule de sortie (4) situées à chaque extrémité du guide d'ondes et à proximité des fenêtres d'étanchéité (5; 6) fermant le guide d'ondes. Les canules sont situées dans des zones non perturbatrices de la propagation radioélectrique. Une enveloppe (7) entoure le guide d'ondes dont elle est séparée par des écarteurs (8). L'espace (9) entre l'enveloppe et le guide est soit sous vide, soit rempli d'un matériau isolant thermique. L'abaissement de la température améliore les caractéristiques de transmission du guide d'ondes. <IMAGE>

Description

  • L'invention concerne le refroidissement des guides d'ondes.
  • Le refroidissement des guides d'ondes hyperfréquences est nécessaire lorsque l'on désire obtenir une importante diminution des pertes linéiques.
  • L'abaissement de la température en-dessous de la température critique de matériaux supraconducteurs, de même que l'abaissement de la température de l'aluminium constituant la gaine extérieure du guide d'ondes, a pour but de diminuer de façon notable la résistivité du conducteur, paramètre majeur définissant les pertes linéiques. Ainsi, un guide d'ondes rectangulaire en bande X (10 GHz) réalisé en aluminium a des pertes linéiques de 12 dB/100m à 20°C. Ces pertes tombent à 3,2 dB/100m à la température de l'azote liquide, et à 0,4 dB/100m à la température de l'hydrogène liquide.
  • Les propriétés supraconductrices de certains matériaux pourront aussi permettre d'obtenir en hyperfréquences une diminution notable de la résistivité de la gaine extérieure conductrice constituant le guide d'ondes et par conséquent des pertes linéiques.
  • Dans les dispositifs de refroidissement utilisés jusqu'à présent, le refroidissement est obtenu par circulation d'azote liquide dans une gaine, indépendante de la structure radioélectrique à refroidir et entourant ladite structure. De tels dispositifs sont compliqués et difficiles à mettre en oeuvre.
  • La présente invention a pour but de refroidir les guides d'ondes de manière plus simple et moins onéreuse que les dispositifs utilisés.
  • L'invention a pour objet un guide d'ondes refroidi , muni de fenêtres d'étanchéité à chaque extrémité, caractérisé par le fait qu'il est refroidi par un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du guide d'ondes qui comporte à cet effet une canule d'entrée et une canule de sortie, que les canules sont disposées chacune à une extrémité opposée du guide d'ondes, et que chaque canule est située dans une zone non perturbatrice de la propagation radioélectrique du guide d'ondes. Celui-ci peut être de section droite elliptique, ovale, circulaire ou carrée. Toutefois, selon une autre caractéristique, il est de préférence de section rectangulaire, à deux grandes faces, et les canules sont disposées chacune sur une grande face.
  • Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule est située à proximité d'une fenêtre d'étanchéité.
  • Selon une autre caractéristique préférée, le guide d'ondes est entouré par une enveloppe dont il est séparé par des écarteurs ménageant un espace entre le guide d'ondes et l'enveloppe.
  • Selon une autre caractéristique préférée, l'espace entre l'enveloppe et le guide d'ondes est rempli d'un matériau isolant thermique.
  • Selon une autre caractéristique préférée, l'espace entre l'enveloppe et le guide d'ondes est sous vide, de manière à assurer l'isolation thermique.
  • Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule est fixée sur une terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémité de celui-ci, la dite terminaison étant munie d'une fenêtre d'étanchéité et le guide d'ondes comportant une ouverture en regard de la canule, pour permettre la circulation du fluide réfrigérant dans le guide d'ondes.
  • Selon une autre caractéristique préférée, chaque canule est fixée sur une terminaison munie d'une fenêtre d'étanchéité, ladite terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémité de celui-ci, le guide d'ondes comportant une ouverture en regard de la canule pour permettre la circulation du liquide réfrigérant dans le guide d'ondes, et l'enveloppe étant fixée de manière étanche à la terminaison.
  • Selon encore une autre caractéristique avantageuse, le fluide réfrigérant est un gaz liquéfié.
  • L'invention sera bien comprise par la description qui va suivre d'exemples de réalisation illustrés par les figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 représente schématiquement un guide d'ondes refroidi, de l'invention, de section rectangulaire et sous surgainage d'isolation thermique.
    • la figure 2 représente une variante de réalisation d'un guide d'ondes refroidi, de l'invention.
    • la figure 3 représente une terminaison du guide d'ondes refroidi de l'invention.
    • la figure 4 représente une variante de réalisation de la terminaison de la figure 3.
    • la figure 5 représente une variante de réalisation d'une terminaison dans le cas d'un guide d'ondes refroidi selon la figure 2.
  • La figure 1 représente un guide d'ondes rectangulaire ayant une petite face 1 et une grande face 2, et fermé à chaque extrémité par une fenêtre d'étanchéité 5, 6 de tout type connu; le guide d'ondes se termine de chaque côté par une bride de raccordement 11 ; il comporte sur chacune de ses grandes faces 2 une canule 3, 4 pour une circulation de fluide réfrigérant à l'intérieur du guide d'ondes. Ces canules sont disposées de préférence à chaque extrémité du guide d'ondes, dans une zone non perturbatrice du guide d'ondes, afin de ne pas perturber la propagation radioélectrique dans le guide d'ondes. Dans le cas d'un guide d'ondes rectangulaire, comme représenté figure 1, les canules sont disposées selon l'axe XX' de chaque grande face 2.
  • Le dispositif de refroidissement du guide d'ondes est ici constitué, dans sa forme la plus simple, par les deux canules 3 et 4, le guide d'ondes n'étant pas limité à la structure rectangulaire représentée à titre d'exemple, mais pouvant être de tout type, carré, rectangulaire, elliptique, circulaire ou ovale.
  • Du fait de la présence du fluide réfrigérant dans le guide d'ondes, les dimensions de celui-ci dans le plan du champ électrique, et la longueur d'onde dans le guide, λ g, seront affectées par la permittivité du liquide dans le rapport
    Figure imgb0001
  • Le fluide réfrigérant est avantageusement un gaz liquéfié.
  • Pour l'azote liquide, de 63,3°K à 78°K, la constante diélectrique varie peu, de 1,432 à 1,475.
  • Du fait de la très faible résistivité ρ du métal constituant le guide d'ondes, il est possible de réaliser des cavités résonantes à coefficient de surtension Q très supérieur à celui habituellement obtenu pour une cavité de même type, non refroidi par gaz liquéfié à l'intérieur.
  • Les canules 3 et 4 de la figure 1 sont bien évidemment reliées à une installation de gaz liquéfié ; on peut utiliser par exemple un réservoir de gaz liquéfié auquel la canule 3, d'entrée de gaz liquéfié, est reliée, la canule 4 de sortie étant par exemple à l'air libre, le gaz liquéfié s'échappant par la canule 4, évidemment avec un très faible débit. D'une manière générale le gaz liquide circulera lentement dans le guide d'ondes.
  • La figure 2 représente une variante de réalisation d'un guide d'ondes refroidi, de l'invention. Dans cette figure le guide d'ondes de la figure 1 par exemple, est isolé de l'extérieur par une enveloppe 7, de même forme que le guide d'ondes et légèrement plus grande que celui-ci; des écarteurs 8 permettent de ménager un espace 9 entre l'enveloppe et le guide. L'enveloppe 7 est par exemple métallique ou plastique ou composite. Les écarteurs 8 sont constitués par exemple par un jonc spiralé, de préférence en matériau isolant thermique. Les brides de raccordement 11 sont percées de trous de jonction 13 avec une bride de même type.
  • L'espace 9 entre l'enveloppe 7 et le guide d'ondes est par exemple rempli d'un matériau isolant thermique; on peut également faire le vide dans ledit espace pour limiter les pertes de calories et optimiser ainsi l'isolation thermique.
  • La figure 3 représente une terminaison du guide d'ondes de l'invention dans l'exemple de réalisation le plus simple illustré par la figure 1. La terminaison est constituée par un manchon 10, une fenêtre d'étanchéité 6 et une canule 4. La fenêtre d'étanchéité est fixée, de manière connue, à une extrémité du manchon 10 de section légèrement plus grande que celle du guide d'ondes dont il vient coiffer l'extrémité. La canule 4 est fixée au milieu de la grande face du manchon, dans le cas d'un guide d'ondes rectangulaire, et vient en regard d'une ouverture pratiquée dans la grande face du guide d'ondes. Bien évidemment le manchon est fixé de manière étanche sur le guide d'ondes.
  • La figure 4 représente une variante de réalisation de la terminaison de la figure 3.
  • Dans la figure 4, la terminaison est une bride 11 classique munie d'une fenêtre d'étanchéité 6 et d'une canule 4 sur la grande face du manchon 12 de la bride qui comporte des trous 13 pour un raccordement avec une bride de même type. Comme dans la figure 3 la canule 4 vient un regard d'une ouverture pratiquée dans la grande face du guide d'ondes lorsque la bride coiffe l'extrémité dudit guide d'ondes. Bien évidemment le manchon 12 est fixé de manière étanche sur le guide d'ondes.
  • La figure 5 représente une variante de réalisation d'une terminaison dans le cas du guide d'ondes refroidi de la figure 2. La terminaison est constituée par exemple par un manchon 10 et une fenêtre d'étanchéité 6, comme dans la figure 3, ainsi que par un épaulement 14, perpendiculaire au manchon 10 et situé à l'opposé de la fenêtre d'étanchéité 6.
  • L'enveloppe 7, figure 2, est fixée à cet épaulement 14, de manière étanche, de façon à pouvoir faire le vide dans l'espace 9 compris entre l'enveloppe 7 et le guide d'ondes. Bien évidemment dans la figure 5 la terminaison pourrait être celle de la figure 4 dont le manchon 12 comporterait l'épaulement 14 de la figure 5.
  • Les exemples décrits et représentés ne sont nullement limitatifs, et destinés uniquement à illustrer l'invention qui bien évidemment s'applique aux guides d'ondes en général, et ce quelles que soient leurs formes et leurs dimensions, et que le guide d'ondes soit en métal, tel par exemple l'aluminium, ou en matériau supraconducteur, ou recouvert de matériau supraconducteur.

Claims (9)

  1. Guide d'ondes refroidi, muni de fenêtres d'étanchéité (5, 6) à chaque extrémité, caractérisé par le fait qu'il est refroidi par un fluide réfrigérant circulant à l'intérieur du guide d'ondes qui comporte à cet effet une canule d'entrée (3) et une canule de sortie (4), que les canules sont disposées chacune à une extrémité opposée du guide d'ondes, et que chaque canule est située dans une zone non perturbatrice de la propagation radioélectrique du guide d'ondes.
  2. Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est de section rectangulaire ayant deux grandes faces (2), et que les canules (3; 4) sont disposées chacune sur une grande face.
  3. Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque canule (3; 4) est située à proximité d'une fenêtre d'étanchéité (5; 6).
  4. Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est entouré par une enveloppe (7) séparée du guide d'ondes par des écarteurs (8) pour ménager un espace (9) entre le guide d'ondes et l'enveloppe (7).
  5. Guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit espace est rempli d'un matériau isolant thermique.
  6. Guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit espace est sous vide.
  7. Guide d'ondes selon la revendication 3, caractérisé par le fait que chaque canule est fixée sur une terminaison munie d'une fenêtre d'étanchéité (5; 6) ladite terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémités de celui-ci, et que le guide d'ondes comporte une ouverture en regard de la canule, pour permettre la circulation du fluide réfrigérant dans le guide d'ondes.
  8. Guide d'ondes selon la revendication 4, caractérisé par le fait que chaque canule (5; 6) est fixée sur une terminaison munie d'une fenêtre d'étanchéité (5; 6) ladite terminaison venant coiffer le guide d'ondes en extrémité de celui-ci, que le guide d'ondes comporte une ouverture en regard de la canule pour permettre la circulation du fluide réfrigérant dans le guide d'ondes, et que ladite enveloppe (7) est fixée de manière étanche à ladite terminaison.
  9. Guide d'ondes selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fluide réfrigérant est un gaz liquéfié.
EP91101456A 1990-02-05 1991-02-04 Guide d'ondes refroidi Withdrawn EP0441293A1 (fr)

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