EP0084311B1 - Dispositif de protection d'un câble coaxial contre les impulsions parasites de basse fréquence et de forte puissance - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a device for protecting a coaxial cable against parasitic pulses of low frequency and high power, in particular electrical discharges from disturbing effects whose frequency is between a few hertz and a few megahertz while the frequencies of use of the coaxial cable can be between around thirty megahertz and a few gigahertz.
- FIG. 1 A classic example of embodiment with coaxial lines is represented in FIG. 1.
- each of the lateral arms and the transverse arms have for length a quarter of the wavelength at the frequency of use.
- a short circuit 3 between the outer sheath of the tee and the central conductor brings back to the center 4 of the tee between the central conductor and the outer sheath an infinite impedance at the frequency of use and an impedance practically zero for the signals at the disturbance frequency.
- the lateral arms of the tee having a half wavelength of total length at the frequency of use cause a coupling between the two coaxial plugs 1 and 2.
- Tees and traps of the prior art made of rigid conductive metal such as copper are heavy and bulky because their largest mechanical dimension is half a wavelength.
- the device according to the present invention overcomes this drawback. This in fact makes it possible to provide effective protection against parasitic power pulses while having more compact dimensions in order to reduce the bulk and the weight.
- the subject of the present invention is a device for protecting a coaxial cable against low frequency and high power parasitic pulses comprising quarter-wave transmission line impedance transformers, in which said lines of transmission are made in folded microstrip to reduce the size of the device.
- the device comprising coaxial input and output plugs for the use signals and a Tee whose lateral arms and the transverse arm form a quarter wavelength at the frequency of the signals d use is characterized by the fact that said conductive microstrip arranged on a dielectric substrate secured to a ground plate comprises the two lateral arms and the transverse arm folded back in an E shape, each of the lateral arms being folded back so as to be connected to said conductor central of said coaxial plug whose outer sheath is connected to said ground plate, and the transverse arm or horizontal central bar of the E being folded over said substrate to be connected to said ground plate.
- the device comprising coaxial input and output plugs for the usage signals and a trap consisting of a quarter wave transmission line at the frequency of the usage signals, connected to a circuit break connecting the central conductors of said coaxial plugs characterized in that two folded microstrips are disposed respectively between a first and a third dielectric substrate, a first ground plate and a second ground plate respectively covering the outside of said first and third substrates.
- the outer sheaths of said coaxial plugs being connected to at least one of said ground plates, said plugs being arranged substantially symmetrically with respect to two portions facing the two microstrips, these portions having a length equal to a quarter of wave the folded parts of each of the two microstrips being connected to each of said central conductors of said coaxial plugs.
- said mass and / or microstrip plates are produced by screen printing or by chemical attack, metallization by projection or electrolytic deposition.
- said substrates are made of a dielectric material from the group of charged or uncharged polymers (for example glass-polymer), ceramics (for example alumina, beryllium oxide, titanium dioxide), enamels , etc ...
- charged or uncharged polymers for example glass-polymer
- ceramics for example alumina, beryllium oxide, titanium dioxide
- enamels etc ...
- a quarter wave Tee is used to decouple the parasitic signals coming for example from electromagnetic pulses of low frequency and high power.
- the Tee has a conductive microstrip trice 5, which can be either a conductive ink deposited by screen printing or a conductive metal whose shape is obtained by chemical attack.
- the microstrip 5 is supported by one face of the dielectric substrate 6. On the opposite face of the substrate 6 is disposed a ground plate 7 covering all of this face and obtained by the same methods as the microstrip 5.
- the outer sheaths 11 and 21 of the coaxial plugs 1 and 2 are secured to the ground plate 7, for example by welding.
- the central conductors 12 and 22 of the coaxial plugs 1 and 2 are connected to the E-shaped microstrip 5 respectively at the lower and upper horizontal ribs of the E.
- the length between the apex A of the tee and the central conductors 12 or 22 is equal to Ag / 4.
- the horizontal central bar of the E is extended and folded towards a point B arranged on the side of the substrate 6 to connect it to the ground plate 7.
- the length AB is also equal to ⁇ g / 4.
- the guided wavelength ⁇ g is obtained from the wavelength in a vacuum ⁇ o by the relation
- the dimensions of the device are greatly reduced compared to the Tee device of the known art.
- the width of the microstrip determines the characteristic impedance thereof and makes it possible to increase, by a judicious choice thereof, the bandwidth of the device which can be contained in a metal enclosure forming a Faraday cage.
- FIG. 3 shows an example of a quarter-wave trap arranged between two coaxial plugs 1 and 2.
- Three dielectric substrates 61, 62, 63 which may be of the same materials as in FIG. 2 are superimposed between two ground plates 71 and 72.
- Two microstrips 51 and 52 are disposed respectively between the substrates 61 and 62 and between the substrates 62 and 63 either on the substrate 61 and the substrate 63 or on the opposite faces of the substrate 62.
- the metallizations are carried out in the same way as in FIG. 2.
- the microstrips 51 and 52 are respectively connected to the central conductors 12 and 22 of the coaxial plugs 1 and 2.
- the opposite parts of the microstrips 51 and 52 constitute a portion of quarter of a guided wavelength.
- the open circuit C brings back in D a circuit of zero impedance at the frequency of use and a trap for the continuous signals or lower frequencies.
- the protection device according to the present invention is in the field of microstrip resonant circuits.
Description
- La présente invention concerne un dispositif de protection d'un câble coaxial contre les impulsions parasites de basse fréquence et de forte puissance, notamment des décharges électriques provenant des effets perturbateurs dont la fréquence est comprise entre quelques hertz et quelques mégahertz alors que la fréquences d'utilisation du câble coaxial peut être comprise entre une trentaine de mégahertz et quelques giga- hertz.
- Il est connu selon la brevet français FR-A-2254864 de favoriser le passage des signaux d'utilisation et de bloquer les signaux parasites au moyen de "Té" ou de piège en lignes coaxiales basés sur le principe du filtrage partranformation d'impédance d'une ligne quart d'onde.
- En effet une ligne quart d'onde terminée à une extrémité par un court-circuit ou un circuit ouvert ramène respectivement à l'autre extrémité une impédance infinie ou une impédance nulle. Un exemple classique de réalisation avec des lignes coaxiales est représenté dans la figure 1. Sur celle-ci on voit deux fiches coaxiales 1 et 2 d'entrée at de sortie du signal d'utilisation disposées sur un Té dont chacun des bras latéraux et le bras transversal ont pour longueur le quart de la longueur d'onde à la fréquence d'utilisation. A l'extrémité du bras transversal un court-circuit 3 entre la gaine extérieure du Té et le conducteur central ramène au centre 4 du Té entre conducteur central et gaine extérieure une impédance infinie à la fréquence d'utilisation et une impédance pratiquement nulle pour les signaux à la fréquence de perturbation. De plus, les bras latéraux du Té ayant une demi longueur d'onde de longueur totale à la fréquence d'utilisation provoquent un couplage entre les deux fiches coaxiales 1 et 2.
- Cependant les Té et piège de l'art antérieur réalisés en métal conducteur rigide tel que-du cuivre sont lourds et encombrants car leur dimension mécanique la plus grande est d'une demi- longueur d'onde.
- Le dispositif selon la présente invention remédie à cet inconvénient. Celui-ci en effet permet d'assurer une protection efficace contre les impulsions parasites de puissance tout en ayant des dimensions plus ramassées afin de réduire l'encombrement et le poids.
- La présente invention, telle que revendiquée a pour objet un dispositif de protection d'un câble coaxial contre les impulsions parasites de basse fréquence et de forte puissance comportant des transformateurs d'impédance à ligne de transmission quart d'onde, dans lequel lesdites lignes de transmission sont réalisées en microbande repliée afin de réduire l'encombrement du dispositif.
- Selon une particularité de l'invention, le dispositif comportant des fiches coaxiales d'entrée et de sortie des signaux d'utilisation et un Té dont les bras latéraux et le bras transversal forment un quart de longueur d'onde à la fréquence des signaux d'utilisation, est caractérisé par le fait que ladite microbande conductrice disposée sur un substrat diélectrique solidaire d'une plaque de masse comporte les deux bras latéraux et le bras transversal repliés en forme de E, chacun des bras latéraux étant replié pour être relié audit conducteur central de ladite fiche coaxiale dont la gaine extérieure est reliée à ladite plaque de masse, et le bras transversal ou barre centrale horizontale du E étant replié par dessus ledit substrat pour être connecté à ladite plaque de masse.
- Selon une autre particularité de l'invention le dispositif comportant des fiches coaxiales d'entrée et de sortie des signaux d'utilisation et un piège constitué d'une ligne de transmission quart d'onde à la fréquence des signaux d'utilisation, branchée sur une coupure du circuit reliant les conducteurs centraux desdits fiches coaxiales caractérisé par le fait que deux microbandes repliées sont disposées respectivement entre un premier et un troisième substrat diélectrique, une première plaque de masse et une deuxième plaque de masse recouvrant respectivement l'extérieur desdits premier et troisième substrats . diélectriques, les gaines extérieures desdites fiches coaxiales étant reliées à au moins une desdites plaques de masse, lesdites fiches étant disposées sensiblement d'une façon symétrique par rapport à deux portions en regard des deux microbandes, ces portions ayant une longueur égale au quart d'onde les parties repliées de chacune des deux microbandes étant reliées à chacun desdits conducteurs centraux desdites fiches coaxiales.
- Selon une autre particularité de l'invention lesdites plaques de masse et/ou microbande sont réalisées par dépôt sérigraphique ou par attaque chimique, métallisation par projection ou dépôt électrolytique.
- Selon une autre particularité de l'invention lesdits substrats sont réalisés dans un matériau diélectrique du groupe des polymères chargés ou non chargés (par exemple verre-polymère), des céramiques (par exemple alumine, oxyde de beryllium, dioxyde de titane), des émaux, etc ...
- En se référant aux figures schématiques 1 à 3, ci-jointes on va décrire ci-après des exemples de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donnés à titre purement illustratif et nullement limitatif.
- La figure 1 représente un schéma électrique d'un Té sous forme coaxiale selon l'art antérieur.
- La figure 2 représente une vue schématique en perspective d'une réalisation d'un Té selon l'invention.
- La figure 3 représente une vue schématique d'un piège quart d'onde selon l'invention.
- On voit sur la figure 2 deux fiches coaxiales 1 et 2 servant d'entrée et de sortie des signaux d'utilisation aux fréquences très haute fréquence ou aux hyperfréquences. Le dispositif, un Té quart d'onde sert à découpler les signaux parasites en provenance par exemple d'impulsions électromagnétiques de basse fréquence et de forte puissance. Le Té comporte une microbande conductrice 5, qui peut être soit une encre conductrice déposée par sérigraphie soit un métal conducteur dont la forme est obtenue par attaque chimique.
- La microbande 5 est supportée par une face du substrat diélectrique 6. Sur la face opposée du substrat 6 est disposée une plaque de masse 7 recouvrant toute cette face et obtenue par les mêmes méthodes que la microbande 5.
- Les gaines extérieures 11 et 21 des fiches coaxiales 1 et 2 sont solidarisées de la plaque de masse 7, par exemple par soudure. Les conducteurs centraux 12 et 22 des fiches coaxiales 1 et 2 sont reliés à la microbande 5 en forme de E respectivement aux côte's horizontaux inférieur et supérieur du E. La longueur entre la sommet A du Té et les conducteurs centraux 12 ou 22 est égale à Àg/4. De plus la barre centrale horizontale du E est prolongée et repliée vers un point B disposé sur le côté du substrat 6 pour la relier à la plaque de masse 7. La longueur AB est aussi égale à Àg/4. La longueur d'onde guidée λg est obtenue à partir de la longueur d'onde dans le vide λo par la relation
-
- Il en résulte qu'en utilisant une microbande courbée en forme de E et un substrat à forte permittivité on réduit fortement les dimensions du dispositif par rapport au dispositif en Té de l'art connu. La largeur de la microbande conditionne l'impédance caractéristique de celle-ci et permet d'augmenter par un choix judicieux de celle-ci la bande passante du dispositif qui peut être contenu dans une enceinte métallique formant cage de Faraday.
- On voit sur la figure 3 un exemple de piège quart d'onde disposé entre deux fiches coaxiales 1 et 2. Trois substrats diélectriques 61, 62, 63 pouvant être des mêmes matériaux que dans la figure 2 sont superposés entre deux plaques de masse 71 et 72. Deux microbandes 51 et 52 sont disposées respectivement entre les substrats 61 et 62 et entre les substrats 62 et 63 soit sur le substrat 61 et le substrat 63 soit sur les faces opposées du substrat 62. Les métallisations sont réalisées de la même façon que dans la figure 2. Les microbandes 51 et 52 sont connectées respectivement aux conducteurs centraux 12 et 22 des fiches coaxiales 1 et 2. Entre deux extrémités des microbandes 51 et 52 symbolisées par le point C (extrémité en circuit ouvert) et un point D où les microbandes sont repliées suivant des directions opposées vers les conducteurs centraux 11 et 12, les parties en regard des microbandes 51 et 52 constituent une portion de quart de longueur d'onde guidée. Le circuit ouvert C ramène en D un circuit d'impédance nulle à la fréquence d'utilisation et un piège pour les signaux continus ou de fréquences plus basses.
- Le dispositif de protection suivant la présente invention est du domaine des circuits résonnants à microbandes.
Claims (1)
- Dispositif de protection d'une câble coaxial contre les impulsions parasites de basse fréquence et de forte puissance, comportant des transformateurs d'impédance à ligne de transmission quart d'onde, caractérisé en ce que les transformateurs d'impédance sont réalisés en une microbande conductrice courbée (5) disposée sur un substrat diélectrique (6) surmontant une plaque de masse (7) dont il est solidaire, et comportant deux bras latéraux et un bras transversal repliés en forme de E, chacun des bras latéraux et le bras transversal formant un quart de longueur d'onde à la fréquence des signaux d'utilisation, en ce qu'il comporte des fiches coaxiales (1, 2) d'entrée et de sortie de ces signaux, en ce que l'extrémité de chacun des bras latéraux est reliée au conducteur (12, 22) de la fiche coaxiale correspondante, dont la gaine extérieure est reliée par dessus le substrat à la plaque de masse (7), et en ce que le bras transversal ou barre centrale horizontale du E est replié par dessus le substrat (6) pour être connecté à la plaque de masse (7).
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