Tube à décharge électronique. La présente invention concerne (les tubes à décharge électronique comprenant une élec trode à grille entre une cathode et une anode, et destinés au fonctionnement en haute fré quence, par exemple à 3000 mégacycles.
Le fonctionnement de ces dispositifs dé pend des paramètres des éléments qui définis sent le système d'électrodes et de ceux du système de couplage ou du transducteur entre le système d'électrodes et le circuit extérieur associé au dispositif envisagé. Plus spéciale ment, les caractéristiques de fonctionnement, comme le gain, la largeur de bande, le rapport entre signal et bruit et la limite supérieure de la fréquence de fonctionnement dépendent largement de la grandeur et de l'uniformité des distances cathode-grille et grille-anode, de la finesse et de la régularité de la grille, ainsi que de l'ampleur des variations dues aux effets de la température dans les posi tions relatives des électrodes, au cours du fonctionnement.
Pour obtenir un gain élevé, une grande largeur de bande et: un grand rapport signal-bruit, ainsi qu'une limite (le fréquence élevée permettant de maintenir ces facteurs, les conditions à remplir sont: des distances d'électrodes réduites, précises et uniformes, qui doivent être strictement main tenues pendant le fonctionnement.
lie transducteur entre le s'vstènic (Félee- trodes et les bornes du dispositif, c'est-à-dire les parties externes de la cathode, de la grille et du conducteur d'entrée à l'anode, aux quelles sont connectés les circuits extérieurs, a une grande importance pour le fonctionne ment, car il détermine dans unie large mesure les conditions aux bornes pour telles ou telles conditions particulières dans les régions des électrodes.
Autrement dit, ce transducteur détermine effectivement dans quelle mesure les conditions électroniques, à réaliser dans les régions des électrodes, se retrouvent aux bornes. Par suite, ledit transducteur doit être tel que ses pertes et son action sur la largeur de bande soient petites et, de plus, qu'il per mette une bonne transformation d'impédance entre les régions des électrodes et. les bornes externes.
L'invention vise à obtenir de meilleures caractéristiques de fonctionnement du diqpo- sitif avec grille de réglage. D'autres buts de l'invention sont les suivants: réaliser entre électrodes des distances extrêmement petites, précises et uniformes. particulièrement entre cathode et grille et entre grille et anode; réduire à un minimum les effets de la température sur ces distances; faciliter la fabrication de dispositifs de décharge d'électrons ayant des électrodes très voisines.
L'objet (le l'invention. est un tube à dé charge électronique, caractérisé en ce qu'il comporte un premier support ayant une sur face d'appui plane, une cathode montée sur ledit support, de manière à avoir une face co planaire à ladite surface d'appui, un second support ayant également.
une surface d'appui plane, une anode montée sur ce second sup port, de manière à avoir une face coplanaire à, la surface d'appui de celui-ci, une grille plane et des moyens maintenant les faces de la cathode et de l'anode et la grille parallèles et alignées avec des organes d'espacement portant sur les surfaces d'appui desdits pre mier et second supports et déterminant les écarts entre la grille, l'anode et la cathode, ces écarts étant ainsi maintenus constants.
Comme moyen maintenant des écarts cons tants entre les électrodes, on peut avoir un châssis plan ou cadre sur lequel est montée la grille, et qui repose sur la surface d'appui du second support et, en outre, une cloison plane intermédiaire engagée entre une face du châs sis et la surface d'appui du premier support.
De préférence, l'anode, la grille et la ca thode sont assemblées et maintenues en place à l'intérieur de l'ampoule-enveloppe par des pièces jouant le rôle de rivets isolants qui tra versent les supports et les maintiennent rigi dement ensemble.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution et des détails du tube à décharge électronique selon l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation et par tiellement en coupe, représentant un exemple d'exécution du tube.
La fig. 2 est une vue en perspective de certains détails de l'ensemble de la cathode du tube suivant la fig. 1.
La fig. 3 représente la grille en perspec tive.
La fig. 4 est une mitre vue en perspective montrant l'exécution de la cathode pour l'or gane d'espacement de la grille.
La fig. 5 est une vue en perspective mon trant en détail un anneau de retenue et un organe élastique, formant une partie de l'en semble du tube de la fig. 1.
La fig. 6 est ime vue en coupe partielle du condensateur en dérivation que comporte le tube de la fig. 1, et la fig. 7 est un détail en coupe d'une forme modifiée de l'ensemble de l'anode.
Le tube à décharge électronique représenté en fig. 1 comporte une ampoule-enveloppe à vide très poussé qui comprend une base 10 traversée par une pluralité de conducteurs d'entrée 11, hermétiquement scellés sur la base par des renflements en perles 12. L'am poule comporte aussi une partie cylindrique en métal, 13, munie d'un rebord scellé à la base 10 par soudure ou brasure et fermée par tiellement à son mitre extrémité par un corps diélectrique, par exemple un disque 14 en verre ou en céramique, qui est hermétique ment scellé sur la partie cylindrique 13 le long des surfaces de joint, comme en 15, à l'aide d'un mastic vitreux ou métallique.
Un ensemble d'électrodes est monté à l'in térieur de l'ampoule; il comporte un élément cylindrique en métal à rebord 16, muni d'un diaphragme annulaire concentriquement on dulé 17, en métal à faible coefficient de dila tation et de conductibilité, par exemple en Invar. L'élément cylindrique 16 est recouvert d'un revêtement ou glaçure mince de céra mique, 18, enveloppé à son tour d'un revête ment métallique mince 19, par exemple en argent.
Le revêtement 19a un diamètre extérieur tel qu'il garnit étroitement la paroi intérieure de la partie cylindrique 13 de l'ampoule. L'élément cylindrique 16 constitue, avec le revêtement 18 et la partie 13, un condensa teur cylindrique dont la fonction sera exposée plus loin.
Un support isolant 20, par exemple en céramique, repose sur le diaphragme 17; sur ce support en forme de disque est monté un ensemble de cathode comportant (fig..2). un disque métallique 21, par exemple en platine, une tige 22, par exemple en molybdène, fixée au disque 21 et munie d'une tête 23 et d'un disque 24, par exemple en nickel, soudé à la tête 23.
Au cours de la fabrication de la ca thode, le disque 21 est monté dans le disque 20, les surfaces 25 et 26 du disque isolant 20 et du disque 24 sont rectifiées simultanément à l'aide d'un abrasif, par exemple de carbure de silicium, de manière à être soigneusement coplanaires, avec une tolérance de, par exem ple, 5 microns; puis, une matière thermoioni- que est appliquée à la surface 26 ainsi recti- fiée, de façon à réaliser un revêtement mince d'une épaisseur uniforme et prescrite de l'or dre, par exemple, de 12,5 à 25 microns.
L'ensemble de la cathode comprend aussi un cylindre en métal protecteur (le la chaleur 27, relié au disque 21 et à une pièce cylin drique en métal 28, qui est fixée au dia phragme 17. La tige 22 est entourée étroite ment par un filament hélicoïdal de chauffage 29, qui est, par exemple, un fil de tungstène entouré d'un isolant et dont les extrémités sont reliées aux conducteurs 30, reliés à leur tour à certains des conducteurs d'entrée 11. Sur les conducteurs 30 est montée une pro tection métallique 31 réfléchissant la chaleur, qui est munie de larges ouvertures traversées par les conducteurs 30, et qui est montée sur un support 32 reposant sur la base 10.
Parallèlement à la surface recouverte du disque 24 et en face de celle-ci se trouve une grille 33 contenant des fils coplanaires pa rallèles, par exemple en molybdène, qui sont attachés à un cadre 34 dont ils traversent une ouverture centrale circulaire 35, comme repré senté en fig. 3. La grille 33 est fabriquée en enroulant un fil fin, par exemple en tungstène de 8,4 mierons et, à raison de 40 tours par millimètre, autour d'une paire de cadres 34 ayant, par exemple, une épaisseur de 125 à 250 microns et séparés par un cloisonnement 36.
Après l'enroulement, les spires (le la grille sont attachées aux cadres, par exemple en les brasant à l'or dans une atmosphère d'h,#drogène le long des arêtes 37, et elles sont, coupées là proximité de ces arêtes pour former deux cadres servant chacun de grille. Pendant l'enroulement, le fil est, maintenu sous tension constante, afin de faciliter la réalisation d'un pas uniforme et la fixation des spires pendant ].'opération du brasage. Après le brasage, des dépressions incurvées 80 (fig. 1) sont impri mées au cadre 34 pour raidir le fil de grille jusqu'à 20 à 30 J de sa limite de rupture. On. obtient ainsi une tension uniforme des fils qui constituent la grille, cette tension étant cons tante et contrôlée.
Dans le dispositif achevé, les fils de grille sont. soumis à une tension continue, et le parallélisme coplanaire est maintenu en dépit des variations de tempé rature dans les fils au cours du fonctionne ment du dispositif dont la grille fait partie.
Le cadre 34 est calé sur une cloison annu laire en métal 38, ].'ouverture 35 étant alignée coaxialement avec le disque 24, et la face du cadre sur laquelle reposent les fils de grille étant tournée vers le disque 24, d'où il ré sulte que l'écartement, entre cathode et grille est. déterminé par la différence entre l'épais seur de la cloison 38 et la hauteur du revête ment de la surface du disque 20. La cloison 38 présente une ondulation annulaire dans la quelle se trouve une pièce annulaire en métal '9, fixée par uri anneau 40 en matière à sou der on à braser, la surface interne étant éta mée dans un but qui sera bientôt éclairci.
La cloison 38 est également munie de plusieurs douilles plongeantes 41 qui passent Ù. travers des ouvertures 42 du disque en céramique 20 (une seule ouverture est représentée fig. l.). Ces douilles ont pour but d'empêcher des fuites d'énergie à haute fréquence à travers les trous du cadre de grille, entre la, région de sortie et celle d'entrée.
Un support d'anode 43 en forme de cloche et en matière isolante, par exemple en céra- inique, est placé sur le cadre de grille 34; l'anode 44 est montée à demeure dans le sup port 43. La face inférieure de l'anode (fig. 1) et la. face du bord du support. 43 sont recti fiées simultanément à l'aide d'un abrasif, par exemple de carbure de silicium, pour être bien coplanaires, d'où il résulte que l'espace ment entre anode et grille est déterminé par l'épaisseur du cadre 34 de grille.
L'anode a un prolongement 45, ajusté dans un évide- .nent de l'extrémité intérieure fendue d'un conducteur d'entrée 46 étamé intérieurement, comme indiqué fig. 1 en 52. Le conducteur 46 est, scellé à, une pièce isolante 47, par exemple en céramique ou eu verre, le long des surfaces de contact 48, et la pièce 47 est scellée de son côté, le long des surfaces de contact 49, à un conducteur cylindrique d'en trée 50 coaxial au conducteur 46; le conduc teur 50 est scellé au disque 14 en verre ou en céramique, le long des surfaces de contact 51.
La: cathode, l'anode et la grille sont éta blies de manière à former un ensemble com portant aussi un corps isolant 53, par exem ple en céramique, les parties constitutives étant serrées et groupées en position coaxiale par plusieurs, par exemple trois, montants en céramique 54 pourvus de renflements 55 en verre fondu sur leurs extrémités, les mon tants traversant les diverses parties. Ces ren flements reposent, d'un côté de l'ensemble, sur le support d'anode 43; de l'autre côté, ils sont fondus dans des douilles 56 fixées à un anneau de retenue 57 (montré en détail à la fig. 5), qui porte sur ime pièce métallique et élastique en forme d'anneau bombé 58, lequel s'appuie de son côté sur le corps 53.
Au point de vue de la fabrication du dis positif, le cylindre 13, les conducteurs 46 et 50 et les disques de verre ou de céramique 14 et 47 forment -un assemblage en une pièce. L'ensemble d'électrodes décrit ci-dessus et qui comprend en outre le cylindre 16 et les revê tements 18 et 19 est inséré dans le cylindre 13, de sorte que le conducteur 50 est logé dans l'anneau cannelé 39 et que le prolonge ment 45 de l'anode s'étend dans le conduc teur 46. Ensuite, un troisième ensemble, formé par la base 10, la protection 31 contre la chaleur et le filament 29 de chauffage, est introduit dans le cylindre 13, dont le rebord est scellé, par soudure ou brasure, à la base 10.
L'ampoule-enveloppe peut être vidée par en bas en utilisant une tubulure d'évacuation 59. Un getter porté par un fil 60 connecté entre deux des conducteurs d'entrée 11 peut être porté à l'incandescence pendant l'opéra tion de vidange. Pour permettre la déga7éifi- cation de l'ensemble des électrodes, il y a des rainures radiales 70, 74 et 75 dans le support 20 de cathode; respectivement dans le support 43 d'anode et dans le corps isolant 53, et des ouvertures 71 et 72 dans le disque 21, respec tivement dans le support d'anode 43. Des ouvertures 73 peuvent aussi être pratiquées dans le conducteur de grille 50.
Electriquement parlant, l'anode et la grille constituent des faces d'électrodes, planes et parallèles, aux extrémités de la ligne coaxiale formée par les conducteurs 46 et 50. La sur face efficace de cathode est parallèle à l'anode et à la grille, et elle est reliée au cylindre 16, connecté à son tour à l'un des conducteurs d'entrée 11 par un fil d'attache 61. Pour le courant alternatif, la cathode est connectée au cylindre 13, coaxial aux conducteurs 46 et 50, par le condensateur que forment les cylindres 13 et 16 et le revêtement diélectrique 18. De la sorte, on a des conducteurs d'entrée et de sortie qui se terminent par des surfaces d'électrodes planes et parallèles.
Par suite de la construction et de la dis position décrites des électrodes, on arrive à ce résultat intéressant d'un parallélisme plan remarquablement précis de leurs surfaces effi caces, ce résultat étant maintenu au cours du fonctionnement. En outre, on réalise des espacements entre électrodes extrêmement petits, par exemple de l'ordre de 12,5 à 25 microns entre cathode et grille, d'où il résulte que les temps de passage des électrons sont réduits et que l'on obtient une conductance mutuelle élevée, un bon rapport, signal-bruit, ainsi qu'une largeur de bande avantageuse.
Comme il a été signalé, le couplage entre le courant d'électrons et le circuit extérieur est d'une grande importance pour déterminer le fonctionnement du dispositif. Dans la forme de ce dispositif décrite ici, les para mètres des éléments qui constituent. ledit cou plage sont choisis de faon à produire un effet optimum dans le domaine de fonction nement utilisé, soit celui des fréquences de la région des ondes courtes. Comme le diamètre du conducteur 46 associé à l'onde est petit en comparaison de celui du conducteur 50 asso cié à la grille, l'impédance caractéristique de la région grille-anode est très élevée. De même, par suite de la forme et de l'égalité pratique des .diamètres des électrodes et de leur montage, les capacités parasites sont extrêmement petites.
Au surplus, les organes 14 et 47 peuvent être placés principalement aux ventres des systèmes grille-cathode et anode-grille.
Un autre assemblage d'anode apte à être introduit commodément dans le dispositif est représenté à la fig. 7; il comporte un support 62 de céramique, dans lequel est enrobé un disque 63, par exemple par moulage. Ce dis que porte une tige 64, à laquelle est fixé un disque d'anode 65, par exemple en zirconium. Les surfaces 66 et 67 du disque d'anode 65 et du support 62 sont traitées à l'aide d'un abrasif, afin d'être rendues exactement co planaires.