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CABLE ELECTRIOUE fIAUTE ~'REQUE~TCE
La présente invention concerne un câbla électrique
haute fréquence, et en particulier un câble coaxial ou à
paire symétrique.
Les câbles électriques haute fréquence occupant
l'espace le plus restreint possible, c'est-à-dire capables
de supporter des contraintes de flexion, et donc des
courbures, importantes, sont de plus en plus recherchés à
l'heure actuelle dans le but de gagner de la place notamment
dans les applications spatiales, militaires ou
aéronautiques. On demande de plus à ces câbles 'très souples
d'avoir une endurance mécanique (c°est-â-dire une bonne
résïstance à des contraintes répétêes périodiquement) et des
performances électriques acceptables compte-tenu des
applications effectuées.
C'est en général au niveau des conducteurs
intérieurs de ces câbles que se pose le problême de 1a
souplesse.
On connaît notamment actuellement deux types de
câbles coaxiaux répondant soit à des exigences en termes de
souplesse, soit à des exigences en termes d'affaiblissement
linêique.
Un premier type de câble coaxial â faible
affaiblissement linéique comporte par exemple, disposés
coaxialement de l'intêrieur vers l'extérieur :
- une âme centrale constituêe d'un conducteur métallique
massif, appelée âme massive,
- une enveloppe en un matériau diélectrique, de densité en
gênéral supérieure à 1,
- un conducteur extérieur constitué par exemple d'une tresse
de rubans métalliques à laquelle est superposée une tresse
de fils de section circulaire,
- une gaine extérieure de protection en un matériau isolant.
Un câble de ce type est considéré comme satisfaisant
du point de vue de son affaiblissement linéique : ce dernier
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est de l'ordre de 0,:12 à 0,13 dB/m à 1 GHz pour un câble de
l0 mm de diamètre.
En revanche, un tel câble présente un rayon de
courbure minimal égal environ à huit fois son diamètre
extérieur et une endurance mëcanique médiocre. Pour des
rayons de courbure inférieurs à la valeur précédente, l'âme
massive du câble subit des dégradations préjudiciables.
C'est d°ailleurs grâce à l'utilisation d'un matériau de
densité supérieure à 1 pour 1°eaxveloppe que l'âme centrale
l0 est maintenue mécaniquement et permet de garantir les
valeurs d'affaiblissement linéique donnêes cï-dessus lorsque
le rayon de courbure imposé au câble est égal à huit fois
son diamètre extérieur.
Pour augmenter la souplesse de ces câbles, on a
alors pensé à remplacer l'âme centrale massive par un toron
de fils conducteurs constituant "l'âme divisée" du câble, et
le matêriau diélectrique constituant l'enveloppe par un
matériau de densité en général inférieure â 1.
Dans ce cas, les rayons de courbure minimaux
atteints sont de l'ordre de quatre à cinq fois le diamètre
extérieur du câble, ce qui représente un gain important par
rapport aux câbles à âme massive précédents, et l'endurance
mécanique est amélioréè.
Néanmoins, las performances électriques de ces
câbles sont peu satisfaisantes comparées à celles des câbles
à âme massive. Notamment, l'affaiblissement linéique pour un '
câble â âme divisée dont le conducteur central a un diamètre
sur âme égal au diamètre de l'âme massive du câble à âme
massive correspondant (on appelle diamètre sur âme le
diamètre du cercle circonscrit au toron) est de l'ordre de
30~ supérieur à celui du câble à âme massive.
Des problèmes similaires sont observés dans les
câbles à paire symëtrique, dans lesquels deux conducteurs
intérieurs isolés, massifs, ou divisës, sont insérés dans
une gaine de protection.
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Ainsi, les conducteurs intérieurs utilisês dans les
différents câbles ëlectriques haute fréquence connus ne
permettent pas de répondre à la fois aux exïgences en termes
de performances électriques (affaiblissement linéique proche
de 0,12 à 0,13 dB/m environ à 1 GHz pour un câble de 10 mm
de diamètre), et aux exigences de souplesse (rayon de
courbure minimal de l'ordre de trois à cinq fois le diamètre
extërieur du câble) et d'endurance mécanique.
La présente invention a donc pour but de xéaliser un
câble électrique haute fréquence ayant un affaiblissement
linéique comparable à celui des câbles â âme massive et un
rayon de courbure et une endurance mécanique comparables â
ceux des câbles â âme divisée.
La présente invention propose à cet effet un câble
électrique haute frëquence comportant au moins un conducteur
électrique intérieur comprenant un toron de fils
conducteurs, caractérisé en ce qu'un ruban métallique est
rubané avec recouvrement autour dudit toron.
Grâce à ce ruban métallique, on conserve la
souplesse de l'âme divisée tout en assurànt une meilleure
répartition des densités de courant à la surface du
conducteur, ce qui permet d'obtenir une meilleure
répartition du champ éïectromagnêtique dans le câble
électrique haute frëquence selon l'invention ; ceci garantit
le long d'un tel câble un affaiblissement linéique supërieur
de 10~ au maximum à celui d'un câble identique possédant une
âme massive de méme diamètre que celuï de l'ensemble toron-
ruban.
Avantageusement, une enveloppe en un matériau
diélectrique, appelée peau diélectrïque, est disposée autour
du ruban métallique de manière à le maintenir mécaniquement.
La peau diélectrique peut être obtenue par extrusion
ou rubanage autour du ruban métallique.
Lorsqu'elle est extrudée autour du ruban métallique,
elle peut être constituée de polytëtrafluoroéthylène (PTFE),
de résine perf7.uoroalkoxy (PFA), de copolymêre d'êthyléne et
~~~8~:~.
de propylène fluoré (FEp), d'éthylènetétrafluoroêthylène
(ETFE), de polyéther-éthercétone (pEEK), de polyéthylène
(PE) ou de polypropylène (Pp).
La peau diélectrique peut aussi être constituée d°un
ruban à base de PTFE ou d'un ruban composite à base de
polyamide et de PTFE, ou de pol~,~imide et de FEP, ou de
polyamide et de résine PFA, rubané avec recouvrement autour
du ruban métallique et dont les spires peuvent être ou non
soudées entre elles.
l0 Avantageusement, le matériau constituant 1a peau
diélectrique est massif pour pei:mettre un maintien mécanique
suffisant du ruban métallique.
Un câble coaxial selon l'invention peut comporter,
disposés coaxaalement de l'ïntérieur vers 1°extérieur autour
d'un conducteur intérieur
- une enveloppe en un matériau diélectrique,
- un conducteur extérieur,
- une gaine de protection extérieure en un matériau isolant.
Le matériau diélectrique constituant l'enveloppe est
de préférence expansë et a une densité i~hférieure à la
moitié de celle du même matériau non expansé. Le câble est
ainsi rendu plus souple.
Un câble à paire symétrique selon l'invention
comporte deux conducteurs intérieurs assemblés en hélice ou
disposés en long et entourés chacun d'une enveloppe en un
matériau diélectrique.
Ce matériau est de préférence expansé et a une densité
inférieure à la moïtaé de celle du même matériau non
expansé.
L'ensemble des deux conducteurs peut être recouvert
d'une gaine diélectrique. Cette dernière peut en outre étre
entourée d'un blindage.
Le câble à..paire symétrique ainsi constitué peut
être protégé au moyen d'une gaine de protection extérieure
en un matériau isolant.
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D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention apparaîtront dans la description suivante
d°un câble êlectrique selon l'invention, donnée â titre
illustratif et nullement limitatif.
Dans les figures suivantes :
- la figure 1 représente en perspective éclatée un câble
coaxial selon l'invention,
- la figure 2 représente en perspective éclatée un câble à
paire symétrique selon 1°invention.
Le câble 1 comprend, disposés coaxialement de
l'intérieur vers l'extérieur
- un toron 2 de fils métalliques 20, le diamètre sur
âme du toron 2 étant de 3,1 mm,
- un ruban métallique 3 en cuivre argenté par
exemple, rubané autour du toron 2 avec recouvrement, de
sorte que le diamètre de l'ensemble est de 3,2 mm,
- une enveloppe 4, appelée également peau
diélectrique, en PTFE massif de densité environ égala à 2 et
d'épaisseur égale à 0,15 mm environ,
- une enveloppe 5 en PTFE expansé de densité
infërieure à 1, et d'épaisseur égale à 2,2 mm,
- une tresse 6 de rubans métalliques à laquelle est
superposée une tresse 7 de fils métalliques de section
circulaire, le diamêtre de l'ensemble étant alors de 8,8 mm,
- une gaine extêrieure de protection 8 en un
matériau ïsolant, d'épaisseur égale â 0,5 mm,
Le ruban 3 confère à l'âme divisée 2 des propriétës
êlectriques peu ëloignées de celles d°une âme massive tout
en garantissant au câble 1 la même souplesse qu'un câb7.e à
âme divisée classique. Ainsi, l'affaiblissement linéique du
câble 1 est de l'ordre de lOg supérieur à celui d'un câble â
âme massive en tout point. identique par ailleurs, et le
rayon de courbure minimal atteint est de trois à cinq fois
le diamètre extérieur du câble. Le câble selon l'invention
permet donc d'associer les avantages d'un câble à âme
massive et ceux d'un câble à âme divisée.
Par ailleurs, lorsque le câble est utilisé à des
frêquences élevées (typiquement de 1°ordre de 100 MHz), une
très faible épaisseur de métallisation suffit au niveau du
conducteur central, et ce en raison de l'effet de peau ;
alors que l'âme divisée des câba.es souples classiques est
peu performante aux hautes fréquences du fait de
l'irrégularité de sa surface extérieure, le câble selon
l'invention permet une utilisat9.on optimale grâce à la
présence d'un ruban métallique cle faible épaisseur,
compatible avec l'épaisseur de peau.
En outre, la peau diélectrique 4 assure un maintien
mécanique du ruban 3 larsque le câble 1 est soumis à des
contraintes de flexion, ce qui permet d'éviter, le cas
échêant, l'ouverture du ruban 3. En effet, l'ouverture du
ruban 3 risquerait d'entraîner des variations indésirables
de l'affaiblissement linéique du câble autour de sa valeur
nomïnale, et l'enveloppe 5, généralement constituée d'un
matériau de faible densitê (pour des raisons électriques),
peut ne pas suffire à effectuer ce maintien. On utilise donc.
la peau diëlectrique ~, fine et rigide et constituêe d'un
matériau diêlectrique pour maintenir éventuellement le ruban
3.
Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée au
mode de réalisation qui vient d'être décrit, et elle peut
s'appliquer, si le besoin s'en fait sentir, à d'autres types
de câbles haute fréquence que les câbles coaxiaux.
L'invention s'applique par exemple aux câbles dits à
paire symétrique (par opposition aux câbles coaxiaux qui
sont parfois appelés câbles à paire coaxiale).
Ces câbles comportent habituellement deux âmes
divisées 12 et 12' (voir figure 2) éventuellement entourées
l'une et l'autre d'une enveloppe en un matériau diélectrique
15, 15' du même type que l'enveloppe 5, et placées côte à
côte ou assemb:Lées en hélice. L'ensemble peut être recouvert
d'une gaine diélectrique 30, puis d'un blindage métallique
36, 17, et peut: être protégé par une gaine externe de
~~~c~~~.~
protection 18 en un matériau isolant. Selon l'invention,
chacun des conducteurs iwtérïeurs (âmes) 12, 12' du câble 10
â paire symétrique reprêsenté en figure 2 est entouré d'un
ruban métallique 13, 13' puis éventuellement d'une peau
diélectrique 1~, 14' avant d'être isolé si besoin est au
moyen de l'enveloppe 15, 15' en un matériau diélectrique.
Quel que soit le type de câble, la peau diélectrique
peut être obtenue par rubanage ou extrusion, et constituée
d'un autre matériau diélectrique que le PTFE. Elle peut par
exemple être constituée d'un ruban à base de polyamide et de
PTFE comme le "KAPTON" (marque déposée). Elle cioit cependant
avoir une densitê suffisante, c'est--à-dire en pratique être
constituée d'un matériau non expansé (ou massif) pour
permettre le maintien mécanique du ruban mëtallique. La peau
diêlectrique n'est pas nécessaire dans tous les cas, et le
câble selon l'invention peut ou non en être muni.
L'enveloppe diélectrique peut être obtenue par
rubanage ou extrusion. Elle peut être constituëe d~ tout
autre matériau diélectrique que le PTFE expansé, par exemple.
du PE expansé, du moment que sa densité n'empêche pas le
câble d'atteindre les rayons de courbure et l'endurance
souhaités.
Lorsque l'enveloppe diélectrique et/ou 1a peau
diélectrique sont rubanêes, elles peuvent subir un
traitement thermique classique à chaud permettant de souder
entre elles les différentes spires du rubanage et d'obtenir
une enveloppe homogène de bonne tenue mécanique.
D'autre part, le conducteur extérieur peut être
constitué d'une seule tresse métallique â base de rubans ou
de fils, ou d'un ruban métallique posé en hélice autour de
l'enveloppe diélectrique.
Enfin, on pourra remplacer tout moyen par un moyen
équivalant sans sortir du cadre de l'invention.
