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Montage destiné à la transmission d'oscillations électriques de fréquence -élevée.
L'invention concerne un dispositif, destine à la trans- mission, en particulier à l'amplification d'oscillations électri- ques de très haute fréquence, équipé d'un tube à décharge dont la longueur du système d'électrodes, composé d'une cathode et d'au moins deux autres électrodes, dépasse dans la direction axiale, le huitième environ de la longueur d'onde des oscillations trans- mises et dans lequel les oscillations à transmettre sont appliquées à une électrode d'entrée tandis que les oscillations transmises sont prélevées d'une électrode de sortie.
La transmission d'oscillations de fréquence très élevée à l'aide de tubes à décharge courants subit une régression lorsque la longueur d'onde de ces oscillations est de l'ordre de grandeur des dimensions des tubes à décharge utilisés.
La présente invention est basée sur l'idée qu'en général la régression est plus marquée lorsque la longueur d'onde des oscillations transmises est inférieure à 8 fois environ la lon- gueur du système d'électrodes et que cette régression est essen- tiellement attribuable à une répartition défavorable de la ten- sion dans la direction axiale le long de l'électrode d'entrée et à une répartition défavorable conjuguée du courant alternatif de sortie dirigé vers l'électrode de sortie.
L'invention fournit des moyens d'éviter cette régression, de sorte qu'elle assure une transmission efficace d'oscillations - de longueur d'onde inférieure à 8 fois la longueur du système d'électrodes.
Suivant l'invention, au moins l'un des systèmes électro- de d'entrée-cathode et électrode de sortie-cathode est fermé à l'extrémité à laquelle on n'applique pas les oscillations à trans- mettre et dont on ne prélève pas les oscillations transmises, par une impédance, exempte de pertes, dimensionnée de manière que la transmission atteigne approximativement sa valeur maximum.
Dans le cas où seul le système électrodes d'entrée- cathode est fermé par une impédance, on obtient une excellente transmission lorsque l'impédance est choisie de manière qu'aux parties de l'électrode de sortie qui s'étendent dans la direc- tion axiale de 1 jusqu'à (1-1/4#) environ de (1-3/4#) environ jusqu'à (1-1 1/4#) environ, de (1-1 3/4#) environ jusqu'à (1-2 1/4#) environ, etc., compté à partir de l'extrémité de l'é- lectrode de sortie dont on prélève les oscillations transmises,
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arrivent uniquement des courants alternatifs de sortie en opposition de phase par rapport aux courants alternatifs de sortie qui parviennent aux autres parties de l'électrode de sortie, # étant la longueur d'onde des oscillations transmises et 1,
la longueur du système électrode de sortie-cathode.
On obtient de meilleurs résultats encore lorsque l'impédance spécifiée est dimensionnée de manière qu'aux parties de l'électrode de sortie qui s'étendent dans la direction longitu-
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dinale de 1 jusqu'. (1-4 a ), de ll -3,/4 ) environ jusqu'à (11-14 '1 ) environ, de (lI-1 6/4R environ jusqu'à (11-2) environ, etc., compté à partir de l'extrémité de @@@@@@@@@@@@@@@ l'électrode de sortie dont on prélève les oscillations transmises, arrivent uniquement des courants alternatifs de sortie en opposition de phase par rapport aux courants alternatifs qui parviennent sur les autres parties de l'électrode de sortie.
Dans ce qui précède, et dans la suite de l'exposé, 1 est la longueur du systeme électrode de sortie-cathode,,\ la longueur d'onde des oscillations transmises, tandis que 11 est la plus grande valeur inférieure à 1 - qui satisfasse à l'équation:
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1. 2 1Í 1/a . tg 2 If 11). tg 21Í 11/;;\ :: 21Í l/i1 + tg 21T 1/ On obtient aussi une excellente transmission lorsque l'impédance mentionnée est dimensionnée de manière que le long de l'électrode de sortie dans la direction longitudinale la répartition des courants alternatifs de sortie présente un maximum à une distance 11 de l'extrémité dont on prélève les oscillations transmises.
Dans le cas où seul le système électrode de sortiecathode est fermé par une impédance, on obtient une excellente transmission lorsque cette impédance est dimensionnée de manière que, si l'on appliquait une oscillation électrique, de longueur d'onde égale à celle des oscillations transmises, à l'extrémité du système dont on prélève autrement les oscillations transmises, il se produirait le long de l'électrode de sortie, dans la direction axiale, une répartition de tension qui présenterait un maximum au point de l'électrode de sortie qui, dans le système d'électrodes, correspond à l'extrémité de l'électrode d'entrée à laquelle on n'applique pas les oscillations.
On peut encore améliorer légèrement la transmission obtenue de la façon spécifiée ci-dessus en fermant le système électrode de sortie-cathode par une impédance dimensionnée de manière, que, si l'on appliquait une oscillation électrique, de longueur d'onde égale à celle des oscillations transmises, a l'extrémité du système dont on prélève autrement les oscillations transmises, il se produirait le long de l'électrode de sortie, dans la direction axiale, une répartition de tension qui présenterait un maximum à une distance li du point qui, dans le système d'électrodes, correspond à l'extrémité de l'électrode d'entrée à laquelle on applique les oscillations, 1 le étant la plus grande valeur inférieure à la longueur 1' du système électrode d'entréecathode qui satisfasse à l'équation:
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,)' 211 l 2'( 1 2 If il ###- . tg --7tg 1 #####. ..
 211' l + tg 2/1 1 a
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La transmission peut encore être notablement améliorée lorsque les systèmes électrode d'entrée-cathode et électrode de sortie- cathode sont tous deux fermés par une impédance à pertes aussi faibles que possible, les deux impédances étant dimensionnées de manière à assurer pratiquement une transmission maximum.
Suivant l'invention, l'impédance de fermeture du système électrode d'entrée-cathode est alors choisie de manière que les parties qui de part et d'autre du milieu de l'électrode de sortie s'étendent dans la direction axiale sur des distances de 0 jusqu'à environ, d'environ 3/4 à 1 1/4 environ, de 1 3/4 environ à 2 1/4 en-- viron, reçoivent uniquement ou à peu près uniquement des courants alternatifs de sortie de phase opposée à celle des courants al- ternatifs qui parviennent aux autres parties de l'électrode de sortie et que l'impédance de fermeture du système électrode de sortie-cathode soi.t dimensionnée de manière que, si l'on appli- quait à ce système une oscillation électrique de longueur d'onde égale à celle des oscillations transmises, il se produirait, le long de l'électrode de sortie, dans la direction axiale,
une ré- partition de la tension avec maximum au milieu de l'électrode de sortie.
On obtient aussi d'excellents résultats lorsque l'im- pédance de fermeture du système électrode d'entrée-cathode est choisie de manière que la répartition des courants alternatifs de sortie, relevée dans la direction axiale, le long de l'élec- trode de sortie, présente un maximum au milieu de cette électrode.
Lorsque la longueur du système électrode d'entrée-ca- thode est égale à celle du système électrode de sortie-cathode, ce qui est pratiquement toujours le cas, du moins approximative- ment, il est bon de choisir les impédances de sortie de manière que leursvaleurs soient entre elles comme les résistances d'onde des systèmes.
En général, l'impédance de fermeture est un condensateur, généralement variable, ou un système de fils "Lecher" court- circuités. Lorsque le montage ne doit être utilisé que pour une fréquence déterminée des oscillations transmises, le condensa- teur est loge, de préférence, dans le tube à décharge.
La description du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement le système d'élec- trodes d'une triode utilisable dans un montage, conforme à l'in- vention, destiné à l'amplification d'oscillations électriques.
La fig. 2 est une représentation graphique des variations de la tension vgk entre la grille et la cathode et partant du courant anodique alternatif la)' dans la direction axiale, le long du système d'électrodes (donc le long de la cathode par exemple) dans le cas où le système grille-cathode n'est pas fer- mé par une impédance.
Les figs. 3 et 4 donnent les variations du courant alternatif conformémen dans le cas où le système grille-cathode
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est fermé, conforméméa.'invention, par une impédance. La corrélation entre les quatre figures est indiquée par des droi- tes verticales en pointillés. Sur la figure 1, l'extrémité de gauche du système d'électrodes est indiquée par P1 et l'extrémité
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de droite par Q1' sur les figures 2, 3 et 4, ces extrémités sont indiquées par P2, P3, P4, et Q2' Q3, Q4'
La fig. 5 représente le même système d'électrodes que la fig.l, cependant, au lieu du système grille-cathode, c'est le sys- tème anode-cathode qui est fermé par une impédance. Les figs. 6 et 7 représentent graphiquement les variations correspondantes du courant alternatif anodique ia.
La corrélation entre les figures 5,6 et 7 est indiquée par des droites verticales en traits poin- tillés; l'extrémité de gauche du système d'électrodes est indiquée par P5, P6 respectivement P7, tandis que l'extrémité de droite est indiquée par Q5, Q6 respectivement Q7.
La fig. 8 représente de nouveau le même système d'électro- des mais cette fois, non seulement le système grille-cathode mais aussi le système anode-cathode sont fermés par une impédance. La fig.9 représente graphiquement les variations correspondantes du courant anodique alternatif ia. La corrélation entre la fig. 8 et la fig.9 est donnée par les droites verticales en traits pointillés; l'extrémité de gauche du système d'électrodes est indiquée par Ps respectivement Pg, tandis que l'extrémité de droite est indiquée par Q8, respectivement Q9.
La triode représentée sur la fig.l comporte une anode 1, une grille de commande 2 et une cathode 3 dont les dimensions, dans la direction axiale, sont les mêmes (ce qui n'est évidemment pas toujours le cas). De ce fait, la longueur 1' du système élec- trode d'entrée-cathode est égale à la longueur du système électrode de sortie-cathode, tandis que les longueurs 11 et-il sont aussi égales entre elles. Dans le cas considéré la longueur 1 du système d'électrodes est approximativement égale aux 7/8 de la longueur d'onde des oscillations à amplifier.
La tension à amplifier est appliquée à l'extrémité de gauche de la grille de commande, en P1' tandis que la tension amplifiée est prélevée de l'extrémité de droite Q1 de l'anode.
Le circuit anodique comporte une impédance qui porte l'indice 4, et qui consiste, par exemple, en un système de fils "Lecher".
A son extrémité de droite, le système grille de commande-cathode est fermé par une impédance 5. Pour simplifier le dessin, on n'y a pas fait figurer les sources de courant continu.
Pour faciliter la compréhension du fonctionnement du montage, on supposera provisoirement que l'impédance 5 est sup- prinée, de sorte que l'extrémité de droite Q1 peut être considérée comme ouverte. Les oscillations appliquées au système grille de commande-cathode sont réfléchies a cette extrémité, ce qui pro- voque une onde stationnaire, dans la direction longitudinale, le long des électrodes spécifiées. Dans le cas envisagé, cette onde stationnaire présente un maximum de tension à l'extrémité ouverte, un noeud de tension à une distance égale à une demi- longueur d'onde de cette extrémité, ensuite, à une distance égale à 3/4 de longueur d'onde, de nouveau un maximum de tension etc.
Dans les zones indiquées par A, qui s'étendent de 0 à 1/4 de lon- gueur d'onde et de 3/4 de longueur d'onde jusqu'à l'extrémité P2' la tension vgk est en opposition de phase avec la tension dans 2' zone repérée par B, comprise entre les deux zones précitées. La tension v k provoque un courant anodique alternatif qui, mesuré daris la direction axia.le le long du système d'électrodes, varie de la même manière que la tension vgk et qui peut donc, moyennant un choix judicieux de l'échelle, être représentée par la même courbe. Ce fait est montré sur la fig. 2.
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La répartition des courants anodiques alternatifs obtenue de la façon décrite le long de l'anode est très désavantageuse pour assurer une bonne amplification du montage. Conformément à l'invention, on améliore notablement l'amplification en veillant à ce que les courants alternatifs anodiques qui parviennent sur l'anode dans les zones qui s'étendent de 1 jusqu'à($-1/4 #) environ, de (1-3/4#) environ jusqu'à (1-1 1/4#) environ etc. (mesuré à par- tir de l'extrémité de l'anode dont on prélève les oscillations amplifiées) soient en opposition de phase par rapport aux courants alternatifs anodiques qui parviennent dans les autres zones de l'anode.
On peut satisfaire à cette condition en fermant le sys- tème grille- de commande-cathode d'une manière appropriée par une impédance exempte de pertes- et non par la résistance d'onde de ce système.
Ci-après on expliquera à l'aide de la fig.3 tout d'abord cette condition elle-même et ensuite la manière dont cette condi- tion peut être satisfaite.
On peut considérer le système d'électrodes comme subdi- visé en une série d'étroites zones partielles - dont une est indi- quée par 6-7 sur la fig.l (une telle zone partielle comporte donc les points correspondants de l'anode de la grille de commande et de la cathode) et déterminer l'influence exercée par chacun des courants partiels ia de chacune de ces zones partielles sur la tension obtenue aux bornes de l'impédance de sortie 4.
En admet- tant que le système anode-cathode consiste en une ligne de trans- mission exempte de pertes, dont l'extrémité de gauche peut être considérée comme ouverte et l'extrémité de droite comme fermée par une impédance arbitraire, tous les courants partiels la contribueront ou en phase, ou en opposition de phase à la tension de sortie obtenue aux bornes de l'impédance 4, il n'existe pas de déphasage entre ces diverses contributions. Pour que tous ces courants partiels participent en phase (ce qui est désirable pour assurer un bon effet amplificateur, cependant, de faibles écarts sont traités dans la suite du mémoire), tous ces courants par- tiels doivent satisfaire à la condition spécifiée,¯
Sur la fig.3 sont indiquées les diverses zones anodiques dont il a été question dans la condition.
Les premières zones (de 1 jusqu'à questic environ) sont indiquées par Ci et la zone restante par Dl. Il faut donc que, dans les zones Ci d'une part, et dans la zone Dl.d'autre part, les courants anodiques alterna- tifs soient en opposition de phase.
, Aussi longtemps que le système grille de commande-catho- de n'est pas fermé par une impédance, il arrive cependant sur tou- te l'anode des courants alternatifs en opposition de phase dans les zones A d'une part et dans la zone B d'autre part (voir fig.2), de sorte que la condition imposée n'est pas satisfaite en tous les endroits de l'anode (donc pas dans toutes les zones partielles du système d'électrodes..)
Suivant l'invention, le système grille de commande-catho- de est fermé par une impédance telle que cette condition soit sa- tisfaite sur toute la longueur de l'anode.
En effet, il suffit de fermer l'extrémité Qi par une im- pédance judicieusement choisie, pour faire en sorte que l'onde stationnaire de tension qui se produisait initialement le long de l'électrode d'entrée voir les variations de vgk sur la fig.2) lisse le long de cette electrode de manière qu'à des distances gils #), (1-3/4 #), etc. de l'extrémité de droite Q1 on obtienne
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un noeud de tension. Dans ce cas, la nouvelle onde de tension affecte la forme de la courbe représentée sur la fig.3.
Le courant alternatif anodique qui en résulte varie, dans la direction axiale, de la même manière que la nouvelle onde de tension, de sorte que dans les zones Ci de l'anode d'une part, et dans la zone Dl de l'anode d'autre part, parviennent des courants alternatifs en opposition de phase et de ce fait, tous les endroits de l'anode satisfont à la condition imposée.
Suivant l'invention, il est possible d'augmenter encore légèrement l'amplification en choisissant l'impédance de fermeture de manière que l'onde de tension déplacée présente un noeud de tension à des distances (11-1/4#), (11-3/4#), etc. de l'extrémité de droite, 11 étant la plus grande valeur - inférieure à 1 qui satisfasse a la relation déjà mentionnée:
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tg STT 11 2 ïf 1/ . tg 2\T II?, 2 T 1/ il + tg 2 TI 11 ;\ Dans le cas envisagé (1 = 7/8#), 11 est approximativement égal à 0.86 1. L'onde de tension ainsi deplacée engendre un courant alternatif anodique ia' dont les variations coincident avec celles de cette onde ae tensions. Ces variations sont représen- tées sur la fig. 4.
Les courants alternatifs anodiques qui par- viennent dans les zones anodiques qui s'étendent depuis 1 jus- qu'à (11-1/4#) environ et de (11-3/4#) environ jusqu'à l'extrémité Q., sont en opposition de phase par rapport aux courants alternatifs anodiques qui parviennent sur les autres parties de l'anode. Les premières zones mentionnées sont indiquées par C2 et la partie restante par D2.
Il est vrai qu'il existe cer- *,aines zones anodiques (indiquees par E1 sur la fig. 4) dans les- quelles parviennent des courants anodiques alternatifs qui par- ticipent en opposition de phase à la tension de sortie et qui affaiblissent donc cette tension de sortie, mais par contre, en d'autres zones de l'anode arrivent des courants anodiques alter- natifs d'amplitude beaucoup plus grande, de sorte que ces zones font plus que compenser (en phase) la diminution de tension de sortie provoquée par l'atténuation spécifiée. Au total, l'ampli- fication est donc quelque peu plus grande.
La fig.5 montre le même système d'électrodes que celui reproduit sur la fig.l avec cette différence cependant que le système anode-cathode est fermé au lieu du système grille de com- mande-cathode; la fermeture est effectuée par uhe impédance 8 et ce, à l'extrémité du système dont on ne prélève pas la tension de sortie.
Aussi longtemps que le système anode-cathode n'est pas fermé de cette manière il est nécessaire, pour obtenir une bonne amplification, que sur les zones anodiques qui s'étendent de 1 jusqu'à 1-1/4#) environ et de (1-3/4 il ) environ jusqu'à (1-1 1/4#) environ etc, calculé à partir de l'extrémité du système dont on prélève la tension de sortie (zones Ci sur la fig.3) parviennent des courants anodiques alternatifs qui sont en opposition de phase par rapport aux courants anodiques alternatifs qui parviennent dans les autres zones (zone Dl sur la fig.3).
En effet, lorsque cette condition n'est pas satisfaite, toutes les zones partielles ne contribuent pas en phase et l'amplification diminue (dans la suite de l'exposé, on ne tiendra pas compte de l'écart relative- ment petit de cette condition qui, conformément à l'exposé rela- tif à la fig. 4, est parfois désirable). Les zones C et D1 ont donc un emplacement fixe sur l'anode aussi longtemps que le sys- tème anode-cathode n'est pas fermé.
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La présente invention est basée entre autres sur l'idée que la fermeture du système anode-cathode par une impédance pro- voque le glissement des zones C et D le long de l'anode; par un choix judicieux de l'impédance de fermeture, on peut faire en sorte que les zones Cl et D1 occupent l'emplacement des zones C3 et D3 sur la fig.3. Un tel glissement implique que dans ce seul cas, toutes les zones partielles contribuent en phase à la ten- sion de sortie lorsque les courants anodiques alternatifs qui parviennent dans les zones anodiques C3 sont en opposition de phase par rapport aux courants alternatifs qui parviennent dans la zone D3.
Dans le cas ehvisagé, le système grille de commande- cathode n'est pas fermé par une impédance, de sorte que le long de ce système se produit une onde de tension telle que représen- tée sur la fig.2; la répartition des courants alternatifs ano- diques ia qui en résulte présente la même allure : les courants alternatifs anodiques qui parviennent à l'anode dans les zones A sont en opposition de phase par rapport aux courants alterna- tifs anodiques reçus par la zone anodique B. Les zones anodiques A (de la fig.2) coincident avec les zones C3 (de la fig.6), et la zone B (de la fig.2) avec la zone D3 (de la fig.6).
Lorsqu'on donne à l'impédance 8 une valeur telle que les zones initiales Cl et D1 soient déplacées, de façon à occuper l'emplacement de C3 et de D3, la condition que toutes les zones partielles con- tribuent en phase à la. tension de sortie est effectivement sa- tisfaite.
On constate qu'il est aussi possible d'obtenir une am- plification légèrement plus grande encore en donnant à l'impé- dance de fermeture 8 une valeur qui s'écarte légèrement de celle mentionnée ci-dessus. La fig.7 donne l'emplacement (C4 et D4) des zones initiales Ci et D1 correspondant à cette nouvelle va- leur de l'impédance de fermeture. Les zones C4 s'étendent de l'extrémité Q7 jusqu'à (11-1/4#) et de (11-3/4#) jusqu'à l'ex- trémité P7, tandis que la zone D est comprise entre celles mentionnées ci-dessus.
D'une manière analogue à celle exposée en détail pour la discussion de la fig.4, on peut de nouveau prouver que, malgré l'effet atténuateur des zones E2 (ce sont les zones indiquées sur la fig.7 dans lesquelles la condition spécifiée ci-dessus n'est pas satisfaite), l'amplification to- tale devient légèrement meilleure.
Les meilleurs résultats sont cependant obtenus lorsoue l'on ferme chacun des systèmes anode-cathode et grille de commande- cathode par une impédance, de la manière représentée sur la fig.8.
Comme déjà mentionné, la fermeture du premier système permet de déplacer l'emplacement des zones C1 et D1 le long de l'anode; de plus, par une fermeture judicieuse du second système, on peut faire en sorte que, 'pour chaque nouvel emplacement occupé par les zones initiales C1 et D1 après un tel déplacement, les cou- rants anodiques alternatifs qui parviennent dans la zone anodique 'Ci soient effectivement en opposition de phase par rapport aux courants anodiques alternatifs qui parviennent dans la zone D1.
En admettant que cette condition est toujours satisfaite, il s'agit de déterminer à quel endroit des zones Ci et D1, donc à quelle valeur de l'impédance 8, correspond l'amplification maximum de la tension aux bornes de l'impédance'4.
Suivant l'invention, l'amplification maximum est obte- nue lorsque les zones Ci, respectivement D1, sont symétriques
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par rapport au milieu de l'anode; sur la fig.9, ces deux zones sont indiquées par C5 et par D5, la zone D5 s'étend de part et d'autre du milieu sur une distance de 0 à1/4# et les zones C5 de )% à
Lorsque, par un choix judicieux des deux impédances de fermeture 5 et 8, ces conditions sont satisfaites, on ob- tient généralement une amplification plus grande que ne permet- terait de l'obtenir la fermeture d'un seul des systèmes.
En réalité, les considérations émises ci-dessus ne se vérifieront pas en pratique, car plusieurs conditions compli- çuent l'exposé simple des faits. C'est ainsi que dans l'expli- cation des figs. 1 à 5, on a supposé que le système anode-ca- thode comportait une extrémité ouverte en P1; cependant, par suite de la présence des supports en mica qui étayent le sys- tème d'électrodes à ces extrémités, cette hypothèse n'est plus rigoureusement exacte. De plus, dans l'exposé, il n'a pas été tenu compte du fait que, dans certaines circonstances, la ten- sion alternative anodique exerce encore une influence sur le ' courant alternatif anodique et que les deux systèmes rille- de commande-cathode et anode-cathode ne sont pas entierement exempts de pertes.
En outre, on a supposé que, pour aller de la cathode vers l'anode, les électrons suivaient la voie la plus directe, et l'on a négligé l'effet des temps de parcours des électrons dans le tube à décharge sur le fonctionnement du montage. Fnfin, dans le cas général, il y a lieu de tenir compte de la répartition de la tension alternative et de la présence éventuelle d'autres grilles, telles que les grilles-écrans par exemple. C'est pourquoi, en pratique, il sera fréquemment néces- saire de déterminer l'impédance de fermeture non seulement par le calcul mais aussi par voie expérimentale.
Le montage conforme à l'invention est particulièrement important lorsqu'on utilise des tubes dans lesquels l'applica- tion des oscillations à transmettre et le prélèvement des oscil- lations transmises s'effectuent à des extrémités opposées du système d'électrodes.
En effet, lorsque l'alimentation et le prélèvement s'ef- fectuent à la même extrémité, les parties A (de la fig.2) coinci- dent avec les parties Ci (de la fig.3) et la partie B (de la fig.2) avec la partie D1 (de la fig.3), lorsque la grille et l'anode du tube sont rigoureusement de même longueur. Dans ce cas, la condi- tion déjà plusieurs fois mentionnée est automatiquement satis- faite - du moins théoriquement - donc sans que l'un des systèmes soit fermé par une impédance. Cependant, pratiquement, il sera nécessaire de déterminer par voie expérimentale les écarts par rapport au cas théoricue et de déterminer la valeur de l'impé- dance de fermeture en tenant compte de ces éca.rts.
En général, l'alimentation en tension et le prélèvement de tension ne sont pas effectués du même côté du tube, car ceci provoquerait un couplage indésirable entre le circuit d'entrée et le circuit de sortie.
Dans les montages à changement de fréquence, le réglage de l'impédance de sortie ou des impédances de sortie permet de faire en sorte que les courants anodiques alternatifs parvien- nent en tous les endroits de l'anode avec la phase désirée, car la longueur d'onde des oscillations à transmettre n'est pas égale
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à celle des oscillations transmises. Il va de soi que les impédances de fermeture peuvent être réglées de manière à obtenir une amplification maximum.
Bien qu'en principe, les impédances de fermeture ne puissent être réglée&d'une façon exacte que pour une seule fréquence à transmettre, la pratique a trouvé que la fermeture conforme à l'invention peut aussi être efficacement utilisée pour la transmission d'oscillations modulées, dont la modulation recouvre une large bande de fréquences, ce qui est le cas, par exemple pour l'émission de télévision ou pour l'émission d'oscillations modulées en fréquence.
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Assembly intended for the transmission of electric oscillations of high frequency.
The invention relates to a device, intended for the transmission, in particular for the amplification of very high frequency electric oscillations, equipped with a discharge tube, the length of which of the electrode system, consisting of a cathode and at least two other electrodes, protrudes in the axial direction about one-eighth of the wavelength of the oscillations transmitted and in which the oscillations to be transmitted are applied to an input electrode while the oscillations transmitted are taken from an output electrode.
The transmission of very high frequency oscillations using common discharge tubes undergoes regression when the wavelength of these oscillations is of the order of magnitude of the dimensions of the discharge tubes used.
The present invention is based on the idea that in general the regression is more marked when the wavelength of the transmitted oscillations is less than about 8 times the length of the electrode system and that this regression is essentially. attributable to an unfavorable distribution of the voltage in the axial direction along the input electrode and a combined unfavorable distribution of the output alternating current directed to the output electrode.
The invention provides means to avoid this regression, so that it ensures efficient transmission of oscillations - of wavelength less than 8 times the length of the electrode system.
According to the invention, at least one of the input electrode-cathode and output electrode-cathode systems is closed at the end to which the oscillations to be transmitted are not applied and from which they are not taken. not the oscillations transmitted, by an impedance, free of losses, dimensioned so that the transmission reaches approximately its maximum value.
In the case where only the input electrode-cathode system is closed by impedance, excellent transmission is obtained when the impedance is chosen so that the parts of the output electrode which extend in the direction. axial tion from 1 to approx. (1-1 / 4 #) from approx. (1-3 / 4 #) to approx. (1-1 1/4 #), from (1-1 3/4 #) approx. up to approx. (1-2 1/4 #), etc., counted from the end of the output electrode from which the transmitted oscillations are taken,
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arrive only output alternating currents in phase opposition to the output alternating currents which reach other parts of the output electrode, # being the wavelength of the transmitted oscillations and 1,
the length of the output electrode-cathode system.
Even better results are obtained when the specified impedance is dimensioned so that parts of the output electrode which extend in the longitudinal direction
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dinal from 1 to. (1-4 a), from about ll -3, / 4) to about (11-14 '1), from about (lI-1 6 / 4R to about (11-2), etc., counted from the end of @@@@@@@@@@@@@@@ the output electrode of which is taken the transmitted oscillations arrive only alternating currents in phase opposition output over current alternatives which reach the other parts of the output electrode.
In the foregoing, and in the remainder of the discussion, 1 is the length of the output electrode-cathode system ,, \ the wavelength of the oscillations transmitted, while 11 is the greatest value less than 1 - which satisfies the equation:
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1. 2 1Í 1 / a. tg 2 If 11). tg 21Í 11 / ;; \ :: 21Í l / i1 + tg 21T 1 / An excellent transmission is also obtained when the mentioned impedance is dimensioned so that along the output electrode in the longitudinal direction the distribution of the currents output alternatives have a maximum at a distance 11 from the end from which the transmitted oscillations are taken.
In the case where only the cathode output electrode system is closed by an impedance, excellent transmission is obtained when this impedance is dimensioned so that, if an electrical oscillation is applied, of wavelength equal to that of the transmitted oscillations , at the end of the system from which the transmitted oscillations are otherwise taken, there would occur along the output electrode, in the axial direction, a voltage distribution which would present a maximum at the point of the output electrode which, in the electrode system, corresponds to the end of the input electrode to which the oscillations are not applied.
The transmission obtained as specified above can still be slightly improved by closing the output electrode-cathode system with an impedance dimensioned so that, if an electrical oscillation is applied, of a wavelength equal to that of the transmitted oscillations, at the end of the system from which the transmitted oscillations are otherwise taken, there would be produced along the output electrode, in the axial direction, a voltage distribution which would present a maximum at a distance li from the point which , in the electrode system, corresponds to the end of the input electrode to which the oscillations are applied, 1 le being the greatest value less than the length 1 'of the input electrode system which satisfies l 'equation:
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,) '211 l 2' (1 2 If il ### -. Tg --7tg 1 #####. ..
 211 'l + tg 2/1 1 a
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Transmission can be further improved significantly when the input electrode-cathode and output electrode-cathode systems are both closed with as low loss impedance as possible, both impedances being sized to provide substantially maximum transmission.
According to the invention, the closing impedance of the input electrode-cathode system is then chosen so that the parts which on either side of the middle of the output electrode extend in the axial direction over distances from 0 to about, from about 3/4 to about 1 1/4, from about 1 3/4 to about 2 1/4, receive only or about only alternating currents output from phase opposite to that of the alternating currents which reach the other parts of the output electrode and that the closing impedance of the output electrode-cathode system is dimensioned in such a way that, if one applied to this system an electric oscillation of wavelength equal to that of the transmitted oscillations, it would occur, along the output electrode, in the axial direction,
a voltage distribution with maximum in the middle of the output electrode.
Excellent results are also obtained when the closing impedance of the input electrode-cathode system is chosen so that the distribution of the output alternating currents, noted in the axial direction, along the electrode. output, has a maximum in the middle of this electrode.
When the length of the input electrode-cathode system is equal to that of the output electrode-cathode system, which is practically always the case, at least approximately, it is good to choose the output impedances in such a way. that their values are between them like the wave resistances of the systems.
In general, the closing impedance is a capacitor, usually variable, or a system of shorted "Lecher" wires. When the assembly is to be used only for a determined frequency of the transmitted oscillations, the capacitor is preferably housed in the discharge tube.
The description of the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the features which emerge both from the text and from the drawing, of course, forming part of the invention.
Fig. 1 schematically represents the system of electrodes of a triode which can be used in an assembly, in accordance with the invention, intended for the amplification of electrical oscillations.
Fig. 2 is a graphic representation of the variations of the voltage vgk between the grid and the cathode and starting from the anode alternating current la) 'in the axial direction, along the system of electrodes (thus along the cathode for example) in the case where the grid-cathode system is not closed by an impedance.
Figs. 3 and 4 give the variations of the alternating current according to the case where the grid-cathode system
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is closed, conforméméa.'invention, by an impedance. The correlation between the four figures is indicated by vertical dotted lines. In figure 1, the left end of the electrode system is indicated by P1 and the end
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on the right by Q1 'in figures 2, 3 and 4, these ends are indicated by P2, P3, P4, and Q2' Q3, Q4 '
Fig. 5 shows the same electrode system as in Fig. 1, however, instead of the grid-cathode system, it is the anode-cathode system which is impedance closed. Figs. 6 and 7 graphically represent the corresponding variations of the anode alternating current ia.
The correlation between Figures 5, 6 and 7 is indicated by vertical lines in dotted lines; the left end of the electrode system is indicated by P5, P6 respectively P7, while the right end is indicated by Q5, Q6 respectively Q7.
Fig. 8 again represents the same electrode system but this time not only the grid-cathode system but also the anode-cathode system are closed by an impedance. Fig. 9 graphically represents the corresponding variations of the anode alternating current ia. The correlation between fig. 8 and fig.9 is given by the vertical lines in dotted lines; the left end of the electrode system is indicated by Ps respectively Pg, while the right end is indicated by Q8, respectively Q9.
The triode shown in fig.l comprises an anode 1, a control grid 2 and a cathode 3 whose dimensions, in the axial direction, are the same (which is obviously not always the case). Therefore, the length 1 'of the input electrode-cathode system is equal to the length of the output electrode-cathode system, while the lengths 11 and -II are also equal to each other. In the case considered, the length 1 of the system of electrodes is approximately equal to 7/8 of the wavelength of the oscillations to be amplified.
The voltage to be amplified is applied to the left end of the control gate, at P1 ′ while the amplified voltage is taken from the right end Q1 of the anode.
The anode circuit comprises an impedance which carries the index 4, and which consists, for example, of a system of "Lecher" wires.
At its right-hand end, the control grid-cathode system is closed by an impedance 5. To simplify the drawing, the sources of direct current have not been included.
To facilitate understanding of the operation of the assembly, it will be assumed provisionally that the impedance 5 is suppressed, so that the right end Q1 can be considered as open. Oscillations applied to the control grid-cathode system are reflected at this end, causing a standing wave, in the longitudinal direction, along the specified electrodes. In the case considered, this standing wave has a maximum voltage at the open end, a voltage node at a distance equal to half a wavelength from this end, then at a distance equal to 3/4 of wavelength, again a maximum voltage etc.
In the zones indicated by A, which extend from 0 to 1/4 wavelength and 3/4 wavelength to the end P2 'the voltage vgk is in phase opposition with the voltage in 2 'zone marked by B, included between the two aforementioned zones. The voltage vk causes an anode alternating current which, measured in the axial direction along the system of electrodes, varies in the same way as the voltage vgk and which can therefore, with a judicious choice of the scale, be represented. by the same curve. This fact is shown in fig. 2.
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The distribution of the alternating anode currents obtained in the manner described along the anode is very disadvantageous for ensuring good amplification of the assembly. In accordance with the invention, the amplification is notably improved by ensuring that the anode alternating currents which reach the anode in the zones which extend from 1 to approximately ($ - 1/4 #), from (1-3 / 4 #) approx to (1-1 1/4 #) approx etc. (measured from the end of the anode from which the amplified oscillations are taken) are in phase opposition with respect to the anode alternating currents which reach the other zones of the anode.
This condition can be satisfied by closing the gate-control-cathode system in an appropriate manner by a loss-free impedance - and not by the wave resistance of that system.
Hereinafter we will explain with the help of fig. 3 first this condition itself and then the way in which this condition can be satisfied.
We can consider the system of electrodes as subdivided into a series of narrow partial zones - one of which is indicated by 6-7 in fig. 1 (such a partial zone therefore comprises the corresponding points of the anode of the control grid and of the cathode) and determine the influence exerted by each of the partial currents ia of each of these partial zones on the voltage obtained at the terminals of the output impedance 4.
Assuming that the anode-cathode system consists of a loss-free transmission line, the left end of which can be considered open and the right end as closed by an arbitrary impedance, all partial currents will contribute either in phase, or in phase opposition to the output voltage obtained at the terminals of impedance 4, there is no phase shift between these various contributions. In order for all these partial currents to participate in phase (which is desirable to ensure a good amplifying effect, however, small deviations are treated in the remainder of the paper), all these partial currents must satisfy the specified condition, ¯
In fig. 3 are indicated the various anode zones which were discussed in the condition.
The first zones (from 1 to approximately questic) are indicated by Ci and the remaining zone by Dl. It is therefore necessary that, in the zones Ci on the one hand, and in the zone Dl. On the other hand, the alternating anode currents must be in phase opposition.
As long as the control grid-cathode system is not closed by an impedance, however, alternating currents in phase opposition occur on all the anode in zones A on the one hand and in the zone. zone B on the other hand (see fig. 2), so that the imposed condition is not satisfied in all the places of the anode (therefore not in all the partial zones of the system of electrodes ...)
According to the invention, the control grid-cathode system is closed by an impedance such that this condition is satisfied over the entire length of the anode.
In fact, it suffices to close the Qi end by a judiciously chosen impedance, to ensure that the voltage standing wave which initially produced along the input electrode sees the variations of vgk on the fig. 2) smooth along this electrode so that at distances gils #), (1-3 / 4 #), etc. from the end of the line Q1 we get
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a tension knot. In this case, the new voltage wave affects the shape of the curve shown in fig. 3.
The resulting anode alternating current varies, in the axial direction, in the same way as the new voltage wave, so that in the areas Ci of the anode on the one hand, and in the area Dl of the anode on the other hand, alternating currents arrive in phase opposition and therefore all the places of the anode satisfy the imposed condition.
According to the invention, it is possible to increase the amplification still slightly by choosing the closing impedance so that the displaced voltage wave presents a voltage node at distances (11-1 / 4 #), ( 11-3 / 4 #), etc. of the right end, 11 being the greatest value - less than 1 which satisfies the relation already mentioned:
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tg STT 11 2 ïf 1 /. tg 2 \ T II ?, 2 T 1 / il + tg 2 TI 11; \ In the case considered (1 = 7/8 #), 11 is approximately equal to 0.86 1. The voltage wave thus displaced generates a current alternating anode ia 'whose variations coincide with those of this wave ae voltages. These variations are shown in fig. 4.
The anodic alternating currents which reach the anode zones which extend from 1 to approximately (11-1 / 4 #) and from approximately (11-3 / 4 #) to the Q end ., are in phase opposition with respect to the anode alternating currents which reach the other parts of the anode. The first mentioned areas are indicated by C2 and the remaining part by D2.
It is true that there are certain anode zones (indicated by E1 in fig. 4) in which alternating anode currents arrive which participate in phase opposition to the output voltage and which therefore weaken this output voltage, but on the other hand, in other areas of the anode there arrive alternating anode currents of much greater amplitude, so that these areas more than compensate (in phase) for the decrease in voltage of output caused by the specified attenuation. All in all, the amplification is therefore somewhat greater.
FIG. 5 shows the same system of electrodes as that reproduced in FIG. 1 with the difference, however, that the anode-cathode system is closed instead of the control grid-cathode system; the closing is effected by uhe impedance 8 and this at the end of the system from which the output voltage is not taken.
As long as the anode-cathode system is not closed in this way it is necessary, in order to obtain a good amplification, only on the anode zones which extend from 1 to 1-1 / 4 #) approximately and from (1-3 / 4 il) approximately up to (1-1 1/4 #) approximately etc, calculated from the end of the system from which the output voltage is taken (areas Ci in fig. 3) arrive alternating anode currents which are in phase opposition with respect to the alternating anode currents which reach the other zones (zone Dl in FIG. 3).
Indeed, when this condition is not satisfied, all the partial zones do not contribute in phase and the amplification decreases (in the remainder of the description, the relatively small deviation of this a condition which, in accordance with the discussion in Fig. 4, is sometimes desirable). Zones C and D1 therefore have a fixed location on the anode as long as the anode-cathode system is not closed.
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The present invention is based inter alia on the idea that the closing of the anode-cathode system by an impedance causes the sliding of the zones C and D along the anode; by a judicious choice of the closing impedance, it is possible to ensure that the zones C1 and D1 occupy the location of the zones C3 and D3 in fig.3. Such a slip implies that in this case alone, all the partial zones contribute in phase to the output voltage when the alternating anode currents which reach the anode zones C3 are in phase opposition with the alternating currents which reach the output voltage. zone D3.
In the case considered, the control grid-cathode system is not closed by an impedance, so that along this system occurs a voltage wave such as shown in FIG. the distribution of the anode alternating currents ia which results therefrom has the same shape: the anode alternating currents which reach the anode in the zones A are in phase opposition with respect to the anodic alternating currents received by the anode zone B The anode zones A (in fig.2) coincide with areas C3 (in fig.6), and zone B (in fig.2) with zone D3 (in fig.6).
When the impedance 8 is given a value such that the initial zones C1 and D1 are displaced, so as to occupy the location of C3 and D3, the condition that all the partial zones contribute in phase to the. output voltage is effectively satisfied.
It is also found that it is also possible to obtain a still slightly greater amplification by giving the closing impedance 8 a value which deviates slightly from that mentioned above. Fig. 7 gives the location (C4 and D4) of the initial zones Ci and D1 corresponding to this new value of the closing impedance. The C4 zones extend from the Q7 end to (11-1 / 4 #) and from (11-3 / 4 #) to the P7 end, while the D zone is between those mentioned above.
In a manner analogous to that explained in detail for the discussion of fig. 4, it can again be proved that, despite the attenuating effect of the zones E2 (these are the zones indicated in fig. 7 in which the specified condition above is not satisfied), the total amplification becomes slightly better.
The best results are, however, obtained when each of the anode-cathode and control grid-cathode systems is closed by an impedance, as shown in FIG.
As already mentioned, the closing of the first system makes it possible to move the location of zones C1 and D1 along the anode; moreover, by judicious closing of the second system, it is possible to ensure that, 'for each new location occupied by the initial zones C1 and D1 after such a displacement, the alternative anode currents which reach the anode zone' Ci are effectively in phase opposition with respect to the alternating anode currents which reach zone D1.
Assuming that this condition is always satisfied, it is a question of determining at which place of the zones Ci and D1, therefore at which value of the impedance 8, corresponds the maximum amplification of the voltage at the terminals of the impedance'4 .
According to the invention, the maximum amplification is obtained when the zones Ci, respectively D1, are symmetrical.
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relative to the middle of the anode; in fig. 9, these two zones are indicated by C5 and by D5, zone D5 extends on either side of the middle for a distance from 0 to 1/4 # and zones C5 from)% to
When, by a judicious choice of the two closing impedances 5 and 8, these conditions are satisfied, one generally obtains a greater amplification than would be possible to obtain the closing of only one of the systems.
In reality, the above considerations will not hold true in practice, since several conditions complicate the simple statement of the facts. Thus, in the explanation of FIGS. 1 to 5, it is assumed that the anode-cathode system has an open end at P1; however, due to the presence of the mica supports which prop up the electrode system at these ends, this assumption is no longer strictly correct. In addition, in the discussion, it has not been taken into account that in certain circumstances the anodic alternating voltage still exerts an influence on the anodic alternating current and that both control systems cathode and anode-cathode are not entirely free from loss.
In addition, it was assumed that, in order to go from the cathode to the anode, the electrons followed the most direct route, and the effect of the transit times of the electrons in the discharge tube on the operation was neglected. of the assembly. Finally, in the general case, account should be taken of the distribution of the alternating voltage and the possible presence of other gates, such as screen gates for example. Therefore, in practice, it will frequently be necessary to determine the closing impedance not only by calculation but also experimentally.
The assembly according to the invention is particularly important when using tubes in which the application of the oscillations to be transmitted and the sampling of the transmitted oscillations take place at opposite ends of the electrode system.
In fact, when the feeding and the withdrawal take place at the same end, parts A (of fig. 2) coincide with parts Ci (of fig. 3) and part B (of fig.2) with part D1 (of fig.3), when the grid and the anode of the tube are exactly the same length. In this case, the condition already mentioned several times is automatically satisfied - at least theoretically - so without one of the systems being closed by an impedance. However, in practice, it will be necessary to experimentally determine the deviations from the theoretical case and to determine the value of the closing impedance taking these deviations into account.
In general, the voltage supply and voltage draw are not performed on the same side of the tube, as this will cause undesirable coupling between the input circuit and the output circuit.
In frequency-changing arrangements, the adjustment of the output impedance or the output impedances ensures that the alternating anode currents reach all places of the anode with the desired phase, since the length waveform of the oscillations to be transmitted is not equal
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to that of the transmitted oscillations. It goes without saying that the closing impedances can be adjusted so as to obtain maximum amplification.
Although in principle the closure impedances can only be adjusted exactly for a single frequency to be transmitted, practice has found that the closure according to the invention can also be effectively used for the transmission of modulated oscillations. , the modulation of which covers a wide band of frequencies, which is the case, for example, for television transmission or for the transmission of frequency modulated oscillations.