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PERFECTIONNEMENTS AUX TUBES THERMOIONIQUES.
La présente invention est relative à des perfectionnements aux dispositifs décharge électronique notamment pour fréquences ultra-élevées. Les tubes thermoioniques à contrôle par la grille ont d'importants avantages sur les autres arrangements connus pour amplifier tels quepar exemple les tubes à modulation de vitesse des électrons ou des arrangements de déflexion des électrons et en particulier le niveau de bruit dans des tubes à contrôle par la grille est beaucoup plus bas que dans d'autres types d'amplifica- teurs.
De façon à adapter des tubes thermoioniques à contrôle par la grille pour pouvoir les employer aux fréquences ultra-éle- vées il est nécessaire d'éliminer les troubles dus d'abord aux effets du temps de transit des électrons et ensuite aux couplage entre les circuits d'entrée et de sortie sous la forme de capacité inter-électrode ainsi que les selfs et inductances mutuelles des
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conducteurs d'amenées. Les troubles dus aux couplages entre les circuits d'entrée et de sortie ont été surmontés en modulant en den- sité un faisceau d'électrons au moyen d'une grille de contrôle dans des arrangements produisant des courants d'électrons auxquels la grille et les potentiels d'entrée sont appliqués et en excitant inductivement au moyen d'un faisceau d'électrons modulés une chambre résonnante sur laquelle la sortie est prise.
Un tel arrangement opère efficacement comme amplificateur à large bande de fréquence.
Un objet de la présente invention est de fournir un tel dispositif à décharge d'électrons dans lequel les inductances selfs et.mutuelles des conducteurs d'amenée sont éliminées ou réduites autant que possible, le dispositif ayant une capacité de sortie faible pour faciliter la construction d'un résonateur à coefficient de surtension Q élevé.
Suivant un aspect de la présente invention un dispositif à décharge électronique du type à contrôle par grille et pour emploi' à des fréquences ultra-élevées comprend au moins une cathode, une grille de contrôle et une anode ou électrode collectrice des moyens pour former un courant d'électrons entre la dite grille de contrôle et l'anode ou électrode collectrice sous forme d'un faisceau et des moyens pour supporter une chambre de résonance sur l'anode ou à l'ex- trémité de l'électrode collectrice du dispositif, de façon à être ex- citée par le passage du dit faisceau vers l'anode ou électrode col- lectrice.
Suivant un autre aspect de l'invention, un dispositif à décharge électronique du type à contrôle par grille destiné à être employé aux fréquences ultra-élevées comprend une enveloppe consti- tuée de deux parties et un disque métallique scellé aux extrémités adjacentes des dites portions, une anode ou électrode .collectrice montée dans une des dites portions et un assemblage d'électrode com- -prenant au moins une cathode et une grille de contrôle et une élec- trode concentratrice pour produire un faisceau d'électrons monté dans l'autre des dites portions, la dite anode et le dit assemblage d'é- lectrodes étant alignés l'un avec l'autre et avec l'ouverture dans le dit disque,
le dit disque étant adapté à recevoir une chambre
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- 3 - résonnante destinée à être excitée par le passage des électrons vers l'anode ou électrode collectrice.
Suivant un autre aspect de l'invention un dispositif à décharge électronique du type à contrôle par grille destiné à être utilisé aux fréquences ultra-élevées comprend une enveloppe à vide, une anode ou électrode collectrice et des moyens pour produire un faisceau modulé en densité, un disque métallique pourvu d'une ouver- ture et scellé dans laparoi de la dite enveloppe entre anode ou électrode collectrice et les dits moyens, la dite anode ou électrode collectrice, l'ouverture et les dits moyens étant disposés de façon que le faisceau électronique passe à travers la dite ouverture vers la dite anode'ou électrode collectrice et le dit disque étant adapté pour former une paroi ou un support pour une chambre résonnante qui peut être exoitée par le passage du faisceau vers la dite anode ou électrode collectrice.
L'invention sera décrite plus en détail à l'aide d'un exemple de réalisation dans un tube à décharge représenté dans les dessins ci-joints dans lesquels les figures 1, 2 et 3 sont respec- tivement un plan, une élévation et une vue en bout d'un tel tube tandis que la figure 4 représente un détail.
En se référant aux dessins, le dispositif à décharge élec- tronique comprend un assemblage d'électrodes qui consite en une ca- thode 1, une grille de contrôle 2 et une seconde grille 3. La ca- thode est connectée à une électrode 4 en forme de U, dont la base est construite pour former avec une plaque qui sera décrite ci-après un condensateur. La grille 3 est connectée à ce condensateur par un très court conducteur 15 de self inductance faible. Ceci élimine presque complètement toute tendance à l'instabilité. Les conducteurs 5 et 5a sont connectés à la grille 2 et les conducteurs 6 et 6a sont connectés à la cathode. Ces conducteurs forment un chemin à compa- rativement faible perte pour l'introduction/du signal.
Le circuit d'entrée entre 5 et 6 ou 5a et 6a, pourrait de façon convenable être constitué par un système Lecher sous écran. Les conducteurs 7 et 8 pour le ohauffage de la cathode passent à travers un pied pressé 16
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d'une façon bien connue, ainsi que les conducteurs 9 pour amener le voltage à courant continu pour la grille 3.
Un côté seulement de la cathode 1 est revêtu de substance émissive d'électrons et les électrons après avoir passé à travers la grille 3 sont formés en un faisceau étroit indiqué en 17 par une lentille électronique formée par l'intervalle 18 entre les écrans 10 et l'électrode 4 en forme de U. Ce faisceau passe à travers une fente 12 dans un disque de cuivre 11 scellé dans l'enveloppe de ver- re et tombe finalement sur l'anode 13.
Les électrodes 4 et 10 sont montées sur des tiges ou bar- res filiformes qui sont supportées dans deux plaques de mica paral- lèles 19 et 20. Des ressorts 21 sont montés sur et en contact élec- trique direct avec deux des dites barres et lorsque l'assemblage d'électrodes est placé en position, les ressorts pressent contre le disque 11 et ainsi établissent un bon contact électrique de con- nexion entre le disque 11 et l'électrode écran 10.
Le condensateur incorporé dans la base de l'électrode en forme d'U 4 est montré plus clairement dans la figure 4 et il com- prend une plaque métallique sandwichée entre deux feuilles de mica montrées hachurées sur le dessin. Ces trois éléments sont alors sandwichés entre le bas de l'électrode en forme d'U et d'une pièce conformée en forme de canal 21 dont les extrémités sont soudées ou brasées sur les tiges de l'électrode 4. La plaque centrale du con- densateur est prévue avec une protubérance dont chaque extrémité est montrée en pointillé sur le dessin. Une de ces extrémités est connec tée à la grille 3 par un court conducteur, comme déjà indiqué et l' autre est connectée à un conducteur 9, qui est amené à travers le pied pressé 16 à l'intérieur du tube et .permet d'appliquer un poten- tiel positif à la grille 3.
L'autre plaque du condensateur formé par @ la base de l'électrode 4 et la pièce 21 est connectée à la cathode au moyen du conducteur 22.
Les extrémités des électrodes 10 sont amenées en étroite proximité l'une de l'autre et sont pourvues de portions parallèles 23 qui passent à travers l'ouverture 12 dans le diâque 11 et permet à la structure d'entrée d'être alignée avec l'uverture 12. La lon-
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gueur de ces portions 23 peut être ajustée pour régler l'intervalle entre ces pièces et l'anode 13. Cet intervalle est de 1 tordre de 2,5 m/m. Dans l'emploi, un résonateur oo-axial à coefficient de surtension 0, élevé est placé sur l'anode 13 et le disque 11 ou autre chambre résonnante peut être montée sur le disque 11 pour présenter une impédance élevée au faisceau.
Lorsqu'un signal à fréquences ultra-élevées est fourni sur là grille 2, le faisceau devient un faisceau modulé suivant la densité de l'espace de décharge et ainsi excite inductivement le ré- sonateur de sortie lorsqu'il passe de 12 à 13. Comme ce temps est court l'efficacité de sortie est très sensiblement de 100%. Le temps de transit des électrons de la cathode à l'anode introduit un changement de phase entre les voltages d'entrée et de sortie, mais il est autrement sans importance. L'emploi de voltage raisonnablement élevé permet que la distance entre l'anode 13 et l'ouverture 12 soit tout à fait grande, ce qui réduit la capacité de sortie à une faible valeur.
Les voltages appliqués à la grille de contrôle peuvent être de l'ordre de-1,5 volt pour la grille 3 de l'ordre de 150 volts pour le disque 11, l'électrode écran 10 et l'anode 13 supportant une tension de l'ordre de 700 volts et l'électrode en forme d'U 4 pouvant être de 0 volt ou au potentiel de la cathode.
Dans un exemple pratique on avait les valeurs suivantes :
Capacité d'entrée .................. 6,0 @@F
Capacité de sortie ................. 0,5 @@F
Capacité d'alimentation en retour ... <0,0005 @@F
Le courant d'émission était de 8,0 mA et était contrôlé par un potentiel sur la grille de contrôle donnant une pente de la courbe caractéristique de 6,5 mA par volt.
Le gain à 600 Mc/s avec une bande de 4 Mc/s était de 28 db
Les principaux avantages du dispositif @ décharge électroni que incorporant des caractéristiques de la présente invention pour l'amplif ication aux fréquences ultra-élevées sont les suivants : (1) Elimination de l'amortissement du circuit d'entrée dû à l'induo- tance des conducteurs d'amenée à la cathode.
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) Elimination de l'instabilité, le condensateur de découplage (contenu dans la base de l'électrode 4 en U) entre l'électrode accélératrice 3 et la cathode étant connecté à ces électrodes par de courts conducteurs de faible inductance.
(3) Faible capacité de sortie permettant l'emploi de résonateur à
Q élevé, ce qui permet d'accroître le gain et aussi la bande de fréquence.
(4) Elimination de l'instabilité due à la capacité grille-anode, celle-ci étant réduite à une valeur négligeable.
(5) Faible niveau de bruit caractéristique des dispositifs à contrô- le de charge d'espace en opposition aux dispositifs contrôlés par la vitesse ou par défleotion.
Bien que l'invention ait été décrite sur la base d'un exem- ple de"réalisation, il est clair que sa portée est générale et qu'el- le est susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art et ce sans sortir de son domaine.
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THERMOIONIC TUBES IMPROVEMENTS.
The present invention relates to improvements to electronic discharge devices, in particular for ultra-high frequencies. Grid controlled thermionic tubes have important advantages over other known amplifying arrangements such as, for example, electron velocity modulating tubes or electron deflection arrangements and in particular the noise level in controlled tubes. through the grid is much lower than in other types of amplifiers.
In order to adapt grid-controlled thermionic tubes to be able to use them at ultra-high frequencies it is necessary to eliminate the disturbances due first to the effects of the transit time of the electrons and then to the coupling between the circuits. input and output in the form of inter-electrode capacitance as well as the mutual chokes and inductances of the
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feeder conductors. The disturbances due to the couplings between the input and output circuits have been overcome by density modulating an electron beam by means of a control grid in arrangements producing electron currents at which the grid and the input potentials are applied and by inductively exciting by means of a modulated electron beam a resonant chamber on which the output is taken.
Such an arrangement operates effectively as a broadband frequency amplifier.
An object of the present invention is to provide such an electron discharge device in which the inductances and mutual inductances of the supply conductors are eliminated or reduced as much as possible, the device having a low output capacity to facilitate construction. a resonator with a high Q Q-factor.
According to one aspect of the present invention an electronic discharge device of the gate control type and for use at ultra-high frequencies comprises at least a cathode, a control grid and an anode or collecting electrode of the means for forming a current. of electrons between said control grid and the anode or collecting electrode in the form of a beam and means for supporting a resonance chamber on the anode or at the end of the collecting electrode of the device, so as to be excited by the passage of said beam towards the anode or collecting electrode.
According to another aspect of the invention, a gate control type electronic discharge device for use at ultra-high frequencies comprises a casing made up of two parts and a metal disc sealed to the adjacent ends of said portions, an anode or collector electrode mounted in one of said portions and an electrode assembly comprising at least one cathode and a control grid and a concentrator electrode for producing an electron beam mounted in the other of the said portions, said anode and said assembly of electrodes being aligned with each other and with the opening in said disc,
said disc being adapted to receive a chamber
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- 3 - resonant intended to be excited by the passage of electrons towards the anode or collecting electrode.
According to another aspect of the invention a gate control type electronic discharge device for use at ultra-high frequencies comprises a vacuum envelope, an anode or collecting electrode and means for producing a density modulated beam, a metal disc provided with an opening and sealed in the wall of said envelope between anode or collecting electrode and said means, said anode or collecting electrode, the opening and said means being arranged so that the electron beam passes through said opening towards said anode or collecting electrode and said disc being adapted to form a wall or a support for a resonant chamber which can be exploited by the passage of the beam towards said anode or collecting electrode.
The invention will be described in more detail with the aid of an exemplary embodiment in a discharge tube shown in the accompanying drawings in which Figures 1, 2 and 3 are a plan, an elevation and a view, respectively. end view of such a tube while Figure 4 shows a detail.
Referring to the drawings, the electronic discharge device comprises an electrode assembly which consists of a cathode 1, a control grid 2 and a second grid 3. The cathode is connected to an electrode 4 in. U-shaped, the base of which is constructed to form a capacitor with a plate which will be described below. The gate 3 is connected to this capacitor by a very short conductor 15 of low self-inductance. This almost completely eliminates any tendency towards instability. Conductors 5 and 5a are connected to grid 2 and conductors 6 and 6a are connected to the cathode. These conductors form a comparatively low loss path for the input / signal.
The input circuit between 5 and 6 or 5a and 6a could suitably be constituted by a Lecher system under screen. The conductors 7 and 8 for the heating of the cathode pass through a pressed foot 16
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in a well-known manner, as well as the conductors 9 to bring the voltage to direct current for the grid 3.
Only one side of the cathode 1 is coated with electron emissive substance and the electrons after passing through the grid 3 are formed into a narrow beam indicated at 17 by an electronic lens formed by the gap 18 between the screens 10 and the U-shaped electrode 4. This beam passes through a slot 12 in a copper disc 11 sealed in the glass casing and finally falls on the anode 13.
The electrodes 4 and 10 are mounted on threadlike rods or bars which are supported in two parallel mica plates 19 and 20. Springs 21 are mounted on and in direct electrical contact with two of said bars and when the electrode assembly is placed in position, the springs press against the disc 11 and thus establish a good electrical connection contact between the disc 11 and the screen electrode 10.
The capacitor incorporated in the base of the U-shaped electrode 4 is shown more clearly in Figure 4 and comprises a metal plate sandwiched between two sheets of mica shown hatched in the drawing. These three elements are then sandwiched between the bottom of the U-shaped electrode and a part shaped in the form of a channel 21, the ends of which are welded or brazed to the rods of the electrode 4. The central plate of the con - densator is provided with a protuberance, each end of which is shown in dotted lines in the drawing. One of these ends is connected to the grid 3 by a short conductor, as already indicated and the other is connected to a conductor 9, which is brought through the pressed foot 16 inside the tube and allows for. apply a positive potential to the grid 3.
The other plate of the capacitor formed by the base of the electrode 4 and the part 21 is connected to the cathode by means of the conductor 22.
The ends of the electrodes 10 are brought into close proximity to each other and are provided with parallel portions 23 which pass through the opening 12 in the diac 11 and allow the inlet structure to be aligned with the 'opening 12. The long
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The length of these portions 23 can be adjusted to adjust the interval between these parts and the anode 13. This interval is 1 twist of 2.5 m / m. In use, a high overvoltage coefficient oo-axial resonator is placed on the anode 13 and the disc 11 or other resonant chamber can be mounted on the disc 11 to present a high impedance to the beam.
When an ultra-high frequency signal is supplied to grid 2, the beam becomes a beam modulated according to the density of the discharge space and thus inductively excites the output resonator as it goes from 12 to 13. As this time is short, the output efficiency is very substantially 100%. The transit time of electrons from the cathode to the anode introduces a phase change between the input and output voltages, but it is otherwise unimportant. The use of reasonably high voltage allows the distance between anode 13 and opening 12 to be quite large, which reduces the output capacitance to a low value.
The voltages applied to the control grid can be of the order of -1.5 volts for the grid 3 of the order of 150 volts for the disc 11, the screen electrode 10 and the anode 13 supporting a voltage of the order of 700 volts and the U-shaped electrode 4 may be 0 volts or at the potential of the cathode.
In a practical example we had the following values:
Input capacity .................. 6.0 @@ F
Output capacity ................. 0.5 @@ F
Return feed capacity ... <0.0005 @@ F
The transmit current was 8.0 mA and was controlled by a potential on the control grid giving a slope of the characteristic curve of 6.5 mA per volt.
The gain at 600 Mc / s with a band of 4 Mc / s was 28 db
The main advantages of the electronic discharge device incorporating features of the present invention for amplification at ultra-high frequencies are as follows: (1) Elimination of damping of the input circuit due to inductance conductors supplying the cathode.
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) Elimination of instability, the decoupling capacitor (contained in the base of the U-shaped electrode 4) between the accelerator electrode 3 and the cathode being connected to these electrodes by short conductors of low inductance.
(3) Low output capacity allowing the use of a resonator
High Q, which increases the gain and also the frequency band.
(4) Elimination of instability due to the gate-anode capacitance, the latter being reduced to a negligible value.
(5) Low noise level characteristic of space charge controlled devices as opposed to velocity or defleotion controlled devices.
Although the invention has been described on the basis of an exemplary embodiment, it is clear that its scope is general and that it is susceptible of variations and modifications which will appear to those skilled in the art. art and this without leaving its domain.