GABIOUD, André (11 rue des Gentianes, THONON LES BAINS, F-74200, FR)
GALLET, Gilles (Le Brenalin, CERVENS, F-74550, FR)
ROBERT, Christian (6 impasse de Ripaille, THONON LES BAINS, F-74200, FR)
GABIOUD, André (11 rue des Gentianes, THONON LES BAINS, F-74200, FR)
GALLET, Gilles (Le Brenalin, CERVENS, F-74550, FR)
REVENDICATIONS
1. Tube électronique comprenant un canon à électrons (1), une cavité résonnante (7) et un collecteur (15), le canon à électrons (1) générant un faisceau d'électrons (10) en direction d'un espace d'interaction (6) situé dans la cavité résonnante (7), l'espace d'interaction (6) comprenant une capacité assurant l'interaction entre le faisceau d'électrons (10) et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante (7), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (27, 28) pour modifier la capacité de couplage, en ce qu'il comporte des becs (5, 8) délimitant l'espace d'interaction (6), en ce qu'un premier bec (5) forme une anode du tube électronique, en ce qu'un second bec (8) est relié au potentiel du collecteur (15), en ce que la capacité de couplage est formée entre les becs (5, 8) et en ce que les moyens pour modifier la capacité de couplage comportent des moyens pour modifier une distance (d1 , d2) séparant les becs (5, 8).
2. Tube électronique selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à vide (20) à l'intérieure de laquelle circule le faisceau d'électrons (10), en ce que l'enceinte à vide (20) comporte une paroi flexible (22) solidaire, à une première de ses extrémités (23), d'un des becs (5, 8) dit bec mobile (8) et, à une seconde de ses extrémités (24), d'une paroi rigide (21 ) de l'enceinte à vide (20).
3. Tube électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que en ce que le faisceau d'électrons (10) s'étend selon un axe (XX') et en ce que la paroi flexible (22) et le bec mobile (8) sont de révolution autour de l'axe (XX').
4. Tube électronique selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens pour modifier une distance (d) séparant les becs (5, 8) comportent un système vis-écrou comprenant deux éléments et un ressort (53, 67) tendant à écarter les deux éléments du système vis-écrou.
5. Tube électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que un premier élément (27) du système vis-écrou est solidaire du bec mobile (8) et un second élément (28) du système vis-écrou est en liaison pivot par rapport à la paroi rigide (21).
6. Tube électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bec mobile (8) et le collecteur (15) sont solidaires d'une collerette (18) rigide ayant la forme d'une rondelle présentant une ouverture dans laquelle est fixé le bec mobile (8) et en ce que le premier élément (27) du système vis-écrou est solidaire de la collerette (18).
7. Tube électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le bec mobile (8) est solidaire d'une collerette (18) rigide ayant la forme d'une rondelle présentant une ouverture dans laquelle est fixé le bec mobile (8), en ce que le faisceau d'électrons (10) s'étend selon un axe (XX 1 ), en ce que la collerette (18) est de révolution autour de l'axe (XX'), en ce que le système vis-écrou comprend un filetage (50, 60) réalisé autour de l'axe (XX') solidairement avec la paroi rigide (21) et un écrou (51 , 63, 70) coopérant avec le filetage (50, 60) pour assurer le réglage de la distance (d) séparant les becs (5, 8) et en ce que l'écrou (51 , 63, 70) prend appui contre la collerette (18).
8. Tube électronique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système vis écrou est déporté le long de l'axe (XX') en direction du collecteur (15) de façon à permettre sa manœuvre lorsque le tube électronique est en fonctionnement.
9. Tube électronique selon la revendication 8, caractérisé en ce que le filetage est réalisé sur une première rondelle (62) concentrique du collecteur (15), la première rondelle (61) étant rendue solidaire de la paroi rigide (21 ) au moyens de premières tiges (62) s'étendant parallèlement à l'axe (XX'), en ce que l'écrou (63) prend appui contre la collerette (18) par l'intermédiaire de secondes tiges (64) et d'une seconde rondelle (65) concentrique du collecteur (15).
10. Tube électronique selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que le système vis écrou comprend un système à pas différentiel permettant de démultiplier la course du bec mobile (8) lors d'une manœuvre du système vis-écrou.
11 Tube électronique selon la revendication 10 prise en combinaison avec l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que l'appui de l'écrou (70) sur la collerette (18) se fait par l'intermédiaire d'un second système vis-écrou dont le pas est différent du pas du premier système vis-écrou.
12. Tube électronique selon les revendications 9 et 11 caractérisé en ce que la seconde rondelle (65) est filetée et coopère avec un taraudage de l'écrou (70) pour former le second système vis-écrou.
13. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à vide (20) à l'intérieure de laquelle circule le faisceau d'électrons (10) et en ce que les moyens pour modifier une distance (d1 , d2) séparant les becs (5, 8) sont manoeuvrables de l'extérieur de l'enceinte à vide (20).
14. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons (10) s'étend selon un axe (XX'), en ce que la collerette (18) est de révolution autour de l'axe (XX') et en ce qu'elle comprend, de façon concentrique autour de l'axe (XX') en s'éloignant de celui-ci, une première zone de raccordement (40) avec le second bec (8), une embase (41) permettant de fixer le collecteur (15) et une seconde zone de raccordement (42) avec les moyens (27, 28) pour modifier une distance (d1 , d2) séparant les becs (5, 8).
15. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tube est à sortie inductive.
16. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à amplifier un signal radiofréquence dont la fréquence est supérieure à 1GHz. |
Accord d'un tube électronique
L'invention concerne un tube électronique à cavité résonnante destiné à amplifier un signal haute fréquence, par exemple supérieure à 1 GHz, pour des applications scientifiques.
L'invention sera décrite en rapport à un tube à sortie inductive bien connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom d'IOT (Inductive Output Tube).
Les tubes à sortie inductive sont notamment utilisés comme dernier étage d'amplification d'un signal radiofréquence, la sortie du tube étant connectée à une charge comme par exemple une cavité accélératrice. Plus précisément, un tube comporte dans une enceinte à vide un canon générant un faisceau d'électrons traversant une anode et un espace d'interaction avant d'atteindre un collecteur. L'espace d'interaction est situé dans une cavité résonnante. Un signal d'entrée introduit au niveau du canon à électrons est amplifié au niveau de la cavité résonnante. Dans cette cavité, le faisceau traverse l'espace d'interaction et se couple à un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante.
Les tubes électroniques travaillent dans une bande de fréquence relativement fine et il est nécessaire d'accorder la cavité résonnante en fonction de la fréquence retenue, notamment pour pallier un écart de fréquence du aux tolérances de fabrication des différentes pièces mécaniques composants le tube. Jusqu'à présent, l'accord de la cavité se fait par réglage du volume de celle-ci. Cette méthode de réglage est facile à mettre en œuvre pour des fréquences inférieures à environ 1 GHz. En effet, à ces fréquences, la cavité est en partie réalisée dans l'enceinte à vide autour de l'espace interaction et se prolonge en dehors de l'enceinte à vide. Entre ces deux parties de la cavité, un manchon diélectrique assure l'étanchéité de l'enceinte à vide. Le volume de la partie externe de la cavité peut être modifié par des moyens mécaniques simples permettant de déplacer les parois de la cavité. Cette méthode de réglage est plus difficile à mettre en œuvre lorsque la fréquence d'utilisation du tube électronique augmente. En effet, lorsque cette fréquence augmente, les dimensions de la cavité résonnante diminuent et au-delà d'environ 1Ghz, la cavité résonnante est complètement située à l'intérieur de l'enceinte à vide. Il devient alors difficile de déplacer des parois de la cavité résonnante situées à l'intérieure
de l'enceinte à vide en manœuvrant les moyens mécaniques associés au déplacement des parois par l'extérieur de l'enceinte à vide afin d'assurer le réglage une fois le vide réalisé dans l'enceinte.
L'invention vise à simplifier l'accord du couplage de la sortie d'un tube électronique même lorsque la cavité résonnante est complètement située dans l'enceinte à vide.
A cet effet, l'invention a pour objet un tube électronique comprenant un canon à électrons, une cavité résonnante et un collecteur, le canon à électrons générant un faisceau d'électrons en direction d'un espace d'interaction situé dans la cavité résonnante, l'espace d'interaction comprenant une capacité assurant l'interaction entre le faisceau d'électrons et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour modifier la capacité de couplage.
Malgré l'ajout de moyens pour modifier la capacité de couplage, l'invention permet réduire le coût de réalisation d'un tube électronique conforme à l'invention grâce à l'augmentation des tolérances de fabrication des différentes pièces mécaniques composants le tube.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente un tube à sortie inductive ; les figures 2 à 5 représentent plus en détail des variantes de moyens pour modifier la capacité de couplage entre le faisceau d'électron et la capacité résonnante du tube de la figure 1.
Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
Le tube électronique, représenté figure 1 , possède un faisceau électronique axial et utilise en entrée le principe de la modulation d'amplitude comme dans les tubes classiques à grille et en sortie la structure axiale des tubes à modulation de vitesse comme dans les klystrons.
Plus précisément, le tube comporte successivement un canon à électrons 1 construit autour d'un axe de révolution XX' et, le long de l'axe, une anode 5 ayant la forme d'un bec qui débouche dans un espace d'interaction 6 d'une cavité résonnante 7 de sortie, l'espace d'interaction 6 étant délimité par un second bec d'interaction 8 qui fait face au premier, puis un collecteur 15. Les deux becs 5 et 8 sont en vis à vis. Le bec d'interaction 8 et le collecteur 15 sont montés de par et d'autre d'une collerette 18.
Le canon à électrons 1 comporte une cathode 2, son filament de chauffage 3 et une grille 4. L'espace cathode 2/grille 4 forme le circuit d'entrée du tube et l'acheminement du signal d'entrée E au circuit d'entrée du tube se fait généralement par une cavité coaxiale résonnante d'entrée 9 couplée à l'espace cathode/grille. Le signal d'entrée E à amplifier est introduit dans la cavité 9 à l'aide de moyens de couplage direct dans l'exemple décrit. Ce signal d'entrée E est fourni par des moyens extérieurs au tube incluant généralement un préamplificateur (non représenté sur la figure 1).
La grille 4 et la cathode 2 sont portées à des hautes tensions continues négatives et les électrons émis par la cathode émergent de la grille 4 sous forme d'un faisceau 10 en paquets déjà modulé en densité par le signal d'entrée E. Le faisceau 10 est longitudinal d'axe XX'. Les électrons du faisceau 10 attirés et focalisés par l'anode 5 pénètrent dans la cavité résonnante 7 et traversent l'espace d'interaction 6 où ils se couplent au champ électromagnétique de la cavité résonnante 7. De cette cavité de sortie 7 un signal de sortie S, de puissance bien supérieure à celle du signal d'entrée E, peut être extrait. Les électrons ayant cédé une grande partie de leur énergie sont ensuite recueillis par les parois du collecteur 15. L'anode 5 est généralement portée à la masse.
La cavité coaxiale d'entrée 9, formée de deux cylindres 90, 91 conducteurs coaxiaux, est généralement pourvue d'un dispositif 11 de réglage de sa fréquence de résonance, par exemple de type piston dont la position est réglable. Pour des raisons de sécurité et pour découpler le préamplificateur de la haute tension, cette cavité coaxiale d'entrée 9 est portée à la masse électrique. Un condensateur de découplage C1 assure un isolement électrique, du point de vue continu, entre le cylindre intérieur 90 et la cathode 2 et un autre condensateur de découplage C2 assure un isolement électrique entre le cylindre extérieur 91 et la grille de modulation 4.
Ces condensateurs C1 , C2 peuvent être réalisés par des feuilles isolantes serrées entre respectivement un cylindre 90, 91 de cavité et une pièce cylindrique 13, 16 connectée à l'électrode respective 2, 4.
Dans cette application les hautes tensions sont de l'ordre de quelques dizaines de kilovolts, la cathode étant moins négative que la grille.
Le signal de sortie S amplifié en puissance par rapport au signal d'entrée E est extrait de la cavité de résonnante 7 par couplage par exemple capacitif ou selfique. Sur la figure 1 c'est un couplage inductif qui est représenté sous la forme d'un conducteur 12 qui définit une boucle dans la cavité de sortie 7. Il est transmis à un dispositif utilisateur tel qu'une antenne (non représentée).
Lorsque la fréquence d'utilisation du tube électronique dépasse 1
GHz, le volume de la cavité résonnante 7 est petit, et cette dernière peut donc être brasée avec le tube et fera partie intégrante de celui-ci. L'étanchéité est assurée par une rondelle diélectrique 14, situé au niveau du couplage de sortie radiofréquence où l'on prélève le signal S.
Le collecteur 15 peut comporter plusieurs électrodes portées à différents potentiels. Cette structure de collecteur 15 comportant plusieurs électrodes est appelée collecteur déprimé. Ces différentes électrodes ont pour but de ralentir les électrons avant qu'ils ne frappent les parois des électrodes. Ainsi la chaleur dissipée dans le collecteur 15 est moindre et le rendement du tube électronique augmente.
Une capacité assure le couplage entre le faisceau d'électrons 10 et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante 7. Selon l'invention, le tube, représenté sur la figure 1 , comporte des moyens pour modifier la capacité de couplage. Cette capacité est formée dans l'espace d'interaction 6 entre les becs 5 et 8. Avantageusement, les moyens pour modifier la capacité de couplage comportent des moyens pour modifier une distance d séparant les becs 5 et 8. En effet, du fait de la forte différence de potentiel générée entre les becs 5 et 8, une capacité se crée entre ces becs.
C'est cette capacité qui assure le couplage dans l'espace d'interaction 6. On choisit de conserver la position du bec 5 fixe dans le tube électronique, du fait de sa fonction d'anode, pour assurer une bonne focalisation du faisceau d'électron 10 en sortie du canon 1. En conséquence, c'est le bec 8 que l'on
déplace dans le tube électronique pour assurer le réglage de la capacité de couplage. Le bec 8 est appelé par la suite bec mobile 8. Il est bien entendu possible de réaliser l'inverse, à savoir de conserver le bec 8 fixe et de déplacer le bec 5. Le faisceau d'électrons 10 circule dans une enceinte à vide 20 essentiellement formée de trois compartiments : le canon à électrons 1 , la cavité résonnante 7 et le collecteur 15. Ces trois compartiments communiquent aux niveaux des becs 5 et 8 à l'intérieur desquels circule le faisceau d'électrons 10. La figure 2 est représentée en deux demi-coupe partielle par un plan contenant l'axe XX'. Chaque demi-coupe, représentée de part et d'autre de l'axe XX', montre une position du bec mobile 8.
Au niveau de la cavité résonnante 7, l'enceinte à vide 20 comporte une paroi rigide 21 et une paroi flexible 22 solidaire à une première de ses extrémités 23 du bec mobile 8 et à une seconde de ses extrémités 24 de la paroi rigide 21. La paroi flexible 22 et le bec mobile 8 peuvent être de révolution autour de l'axe XX'. Les deux parois 21 et 22 assurent l'étanchéité de l'enceinte à vide 20 au niveau de la cavité résonnante 7. La flexibilité de la paroi 22 permet le déplacement du bec mobile 8 en translation selon l'axe XX'. Le fait de modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 permet de modifier la valeur de la capacité de couplage sans altérer la symétrie des champs électromagnétiques régnant dans la cavité résonnante 7 autour du faisceau d'électrons 10. Sur la partie gauche de la figure 2, la distance d séparant les becs 5 et 8 a pour valeur : d1 et sur la partie droite de la figure 2, la distance d à pour valeur d2. Dans la pratique, le fait de déformer la paroi flexible 22 fait évoluer le volume de la cavité résonnante 7 ce qui influe sur la fréquence d'utilisation du tube électronique. Néanmoins le déplacement relatif des becs 5 et 8 est très nettement prépondérant dans le réglage de la fréquence d'utilisation du tube électronique. Avantageusement, les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 comportent un système vis-écrou dont un premier élément 27 est solidaire du bec mobile 8 et dont un second élément 28 est en liaison pivot par rapport à la paroi rigide 21. Plus précisément un goujon 29 s'étend parallèlement à l'axe XX' est fixé à l'une de ses extrémités 30 dans la paroi rigide 21 , par exemple au moyen d'un filetage 31 du goujon
bloqué dans un taraudage 32 de la paroi rigide 21. Le second élément 28 forme un écrou en liaison pivot par rapport au goujon 29. La liaison pivot est située à une seconde extrémité 33 du goujon 29. Cette liaison comprend par exemple un roulement 34 dont une cage intérieure 35 est fixée au goujon 29 et dont une cage extérieure 36 est fixée à l'écrou 28. Le premier élément 27 forme une vis coopérant avec l'écrou 28. La vis 27 est comporte un alésage 37 permettant de réaliser une liaison pivot glissant entre le goujon 29 et la vis
27. La manœuvre du système vis-écrou est assurée par rotation de l'écrou
28. Le système vis-écrou permet une translation de la vis 27 par rapport à la paroi rigide 21 dans une direction parallèle à l'axe XX'.
Avantageusement, le bec mobile 8 et le collecteur 15 sont solidaires d'une collerette 18 ayant la forme d'une rondelle présentant une ouverture dans laquelle est fixé le bec mobile 8. De plus, la collerette 18 et la vis 27 sont solidaires. La collerette 18 est rigide et le bec mobile 8 suit le mouvement de translation de la vis 27 pour assurer le réglage de la capacité de couplage. Le bec mobile 8, la collerette 18 et la vis 27 peuvent ne former qu'une seule pièce mécanique par exemple usinée. Dans chaque demi- coupe de la figure 2, un seul système vis 27 et écrou 28 est représenté. On peut bien entendu mettre en œuvre plusieurs systèmes vis-écrou disposés autour de l'axe XX'.
La collerette 18 est par exemple de révolution autour de l'axe XX'. La collerette 18 comprend, de façon concentrique autour de l'axe XX' en s'éloignant de celui-ci, une première zone de raccordement 40 avec le bec mobile 8, une embase 41 permettant de fixer le collecteur 15 et une seconde zone de raccordement 42 avec les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8. L'embase 41 peut, tout comme le bec mobile 8 et la vis 27, former une seule pièce mécanique avec la collerette 18. La fixation du collecteur 15 sur l'embase 41 peut se faire par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 44 permettant d'assurer le maintien du vide dans l'enceinte 20. Avantageusement, les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 sont manœuvrable de l'extérieur de l'enceinte à vide 20. On peut ainsi agir sur la fréquence d'utilisation du tube électronique lorsque le vide est réalisé dans l'enceinte 20 et lorsque le faisceau d'électrons 10 est établi dans l'enceinte à vide 20.
Le système vis-écrou représenté sur la figure 2 comprend plusieurs vis 27 et écrous 28 associés disposées autour de l'axe XX'. La manœuvre des différents écrous 28 doit être simultanée pour que le bec mobile 8 se déplace bien en translation en suivant l'axe XX'. On peut simplifier la manœuvre de réglage de la distance d entre les becs 5 et 8 en utilisant des moyens de pour modifier la distance d tels que représentés sur la figure 3. Le système vis-écrou comprend un filetage 50 réalisé autour de l'axe XX' solidairement avec la paroi rigide 21 et un écrou 51 coopérant avec le filetage 50 pour assurer le réglage de la distance d séparant les becs 5 et 8. L'écrou 51 prend appui contre la collerette 18 au moyen d'un épaulement intérieur 52.
Le système vis-écrou peut comprendre un ressort 53 tendant à écarter l'écrou 51 de la paroi rigide 21 et plus généralement le ressort 53 tend à écarter les deux éléments du système vis-écrou. Dans l'exemple représenté, plusieurs ressorts 53 disposés autour de l'axe XX' sont mis en œuvre. Ce ou ces ressorts 53 permettent d'assurer un bon contact entre la collerette 18 et l'écrou 51. Les ressorts 53 permettent également de rattraper le jeu fonctionnel du système vis écrou afin d'obtenir une position précise du bec mobil 8.
Avantageusement, le système vis écrou est déporté le long de l'axe (XX') en direction du collecteur 15 de façon à permettre sa manœuvre lorsque le tube électronique est en fonctionnement. Un exemple de mise en œuvre de cette fonction de déport est représenté figure 4. Le tube électronique peut comprendre un volume V situé autour du collecteur 15 et occupé par divers équipements nécessaires à son fonctionnement. Pour manœuvrer le système vis-écrou même en présence de ces équipements, l'écrou peut être déporté au-delà du volume V dans une zone accessible lors du fonctionnement du tube. Un filetage 60 est réalisé sur une première rondelle 61 concentrique du collecteur 15. La première rondelle 61 est rendue solidaire de la paroi rigide 21 au moyen de plusieurs tiges 62 s'étendant parallèlement à l'axe XX'. Sur la figure 4 une seule tige 62 est représentée. Les différentes tiges 62 peuvent être disposées autour du collecteur 15 Un écrou 63 prend appui contre la collerette 18 par l'intermédiaire de plusieurs tiges 64 et d'une
seconde rondelle 65 concentrique du collecteur 15. Comme précédemment, l'écrou 63 prend appui contre la seconde rondelle 62 au niveau d'un épaulement intérieur 66. Des ressorts 67 permettent d'assurer un bon contact entre la collerette 18 et l'écrou 63 par l'intermédiaire de la rondelle 65 et des tiges 64.
Avantageusement, le système vis écrou comprend un système à pas différentiel permettant de démultiplier la course du bec mobile 8 lors d'une manœuvre du système vis-écrou. Un exemple de mise en œuvre de cette fonction de démultiplication est représenté figure 5. La démultiplication peut être utile lorsqu'on vaut ajuster finement la position du bec mobile 8. En effet, les inventeurs se sont rendu compte qu'un faible déplacement du bec mobile 8 entraînant une forte modification de la capacité entre les becs 5 et 8. Dans cette variante de réalisation, la rondelle 61 coopère avec un écrou 70 et un second système vis écrou est formé entre l'écrou 70 et la rondelle 65 qui comprend un filetage 71 dans cette variante. Plus précisément, l'écrou 70 comprend deux taraudages 72 et 73 coopérant respectivement avec la rondelle 61 et avec la rondelle 65. L'association de l'écrou 70 et de la rondelle 61 forme le premier système vis-écrou et L'association de l'écrou 70 et de la rondelle 65 forme le second système vis- écrou.
L'appui de l'écrou 70 sur la collerette 18 se fait par l'intermédiaire du second système vis-écrou dont le pas est différent du pas du premier système vis-écrou. Une différence de pas de l'ordre du dixième de millimètre permet de régler la distance d entre les becs 5 et 8 avec une précision meilleure que le centième de millimètre en agissant sur l'écrou 70 d'une fraction de tour.
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