Dispositif à décharge électronique à haute fréquence. La présente invention est relative à un dispositif à décharge électronique à haute fré- quence.
Le dispositif suivant l'invention qui com prend une anode et une cathode entourée coaxialement par ladite anode est caractérisé en ce que ladite cathode est constituée par un organe annulaire ayant un rayon extérieur sensiblement plus grand que son épaisseur axiale, au moins un résonateur électrique creux annulaire étant couplé auxdites élec trodes et monté coaxialement avec elles dans une enveloppe entourant ces dernières.
Grâce à cette disposition, la capacité entre électrodes par unité de surface active est main tenue extrêmement faible. Ceci permet de pro duire des puissances élevées aux très hautes fréquences.
L'invention sera mieux comprise à la lec ture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exé cution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe transversale ver ticale, en perspective partielle, représentant, comme forme d'exécution préférée du dispo sitif selon invention, un oscillateur à tube à. vide.
La fig. 2 est une coupe transversale hori zontale de la structure de da cathode, suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est un schéma de montage de l'oscillateur à tube à vide représenté à la fig. 1.
La fig. 4 est un schéma de montage sim plifié représentant le .circuit à haute fréquence de l'oscillateur représenté à la fig. 1.
La fig. 5 est un schéma de montage ana logue à celui de la. fig. 4, représentant le tube fonctionnant comme un résonateur à auto- excitation.
Pour faire fonctionner avec succès des tubes à vide à de très hautes fréquences, il est bien connu qu'il est nécessaire -de maintenir un espace étroit entre les électrodes, de ma nière à réduire le temps de transit entre élec trodes. D'autre part, les capacités entre élec trodes doivent être maintenues faibles, de sorte que les circuits résonnants puissent pré senter l'impédance nécessaire. En conséquence, lorsque les tubes ont été perfectionnés pour fonctionner à des fréquences toujours plus élevées, la surface des éléments a été réduite pour diminuer les capacités entre électrodes.
La réduction de la surface de la cathode se traduit par une émission maximum de faible valeur et une puissance de sortie maximum faible, ce qui se fait sentir surtout lorsqu'on désire produire des impulsions, tandis qu'une réduction -de la surface de l'anode se traduit par des puissances moyennes faibles.
Toutefois, on a constaté qu'en utilisant une cathode sous la forme d'un solide de ré- volution d'in rayon relativement grand, mais avec une surface cathodique émettrice effec tive étroite, la périphérie de ladite cathode étant entourée par une anode annulaire con venable, on peut développer de grandes quan tités d'énergie à de très hautes fréquences.
Cette possibilité résulte du fait que, tandis que la capacité totale entre les électrodes est augmentée, la capacité par unité d'arc de la cathode est maintenue relativement faible, ce qui provient de ce que les caractéristiques électriques par unité -d'arc dépendent de l'épaisseur des électrodes adjacentes et de la distance qui les sépare, lesdites caractéristi ques -étant pratiquement indépendantes du rayon. Le tube résultant est, en fait, équi valent à un nombre infini de tubes montés en parallèle, chacun d'eux comportant une faible capacité unitaire entre électrodes.
Dans ce cas, la puissance développée est très aug mentée, mais la capacité supplémentaire in troduite ne s'ajoute pas réellement à la capa cité .déjà existante, étant donné que les con ditions de symétrie circulaire existant. en un point sur la, circonférence ne peuvent avoir d'influence sur les conditions existant en un autre point quelconque contrairement, par exemple, aux types connus de tubes compor tant .des éléments concentriques, dans les quels le rayon de la cathode disposée au cen tre est extrêmement petit par rapport à la longueur de ladite cathode.
L'oscillateur à tube à vide représenté à la fig. 1 .comporte une cathode 10 d'une forme remplissant les conditions soulignées ci-dessus. I1 est à noter que la cathode 10, représentée d'une manière plus détaillée à la fig. 2, com porte une surface périphérique émettrice rela tivement étroite 12, dont .le rayon est sensi blement plus grand que sa dimension dans la direction longitudinale.
La cathode peut être portée directement de chaque côté par deux collerettes rabattues partiellement obliques 152 et 153, .dont les rebords dirigés vers l'ex térieur, 166 et 167, sont à proximité, mais sans contact avec les rebords de cathode 164 et 165. Un contact entre les rebords 164, 165 ,et 166, 167 est pourtant établi à travers des disques métalliques 168 intermédiaires qui sont espacés circonférentiellement et préférable- ment soudés par point entre les rebords oppo sés.
Les disques 152 et 153 de leur part sont supportés par une coquille cylindrique formée par deux demi-,cylindres 46 et 169 et connec tés l'un avec l'autre à travers les rebords opposés 172 et 173. Le demi-eylindre 169 peut être renforcé par l'insertion 151 ondulée en forme de cylindre. Le demi-cylindre 46 est supporté par un élément en forme de cuvette 1.4, à une extrémité qui, de sa part, est appliquée à un tube de support creux 1.6. L'autre extré mité du tube 1.6 est. fixée à l'élément métalli que de fermeture 17 connecté à une fermeture de verre 18.
Cette dernière est fixée à l'or gane 20 auquel est attachée une tige 22 pas sant à, travers le support tubulaire 16 et s'éten dant en haut dans .l'intérieur du cylindre 46, 169 ,pour -connexion avec les filaments de la cathode 24 de laquelle six filaments peu vent être connectés en parallèle et séparés circonférentiellement au-dedans de la cathode 10. Une extrémité .de chaque filament 24 peut être reliée directement, par exemple, par fil 26 à un :disque 162 monté à l'extrémité de la tige 22 au moyen d'une vis 161, la tige 22 forme ainsi l'une des connexions de filaments.
L'autre extrémité des filaments 24 peut être attachée par une connexion 25 à une ron delle 163 fixée à. un support tubulaire 16 entre une bague d'arrêt. rigide 174 et une bague d'arrêt 175 munie de vis montée par filet dans l'extrémité élevée du support 16 qui ainsi sert comme l'autre connexion de chauffage. Les connexions 25 et 26 s'étendent à travers des ouvertures dans ,les cylindres 46 et 169. Pour augmenter encore l'efficacité thermique de la, cathode, six écrans de chauf fage 170 sont placés derrière chacun ,des élé ments chauffants 24 et sont fixés au cylindre 46, par exemple à l'aide .des équerres 171.
La construction de la cathode décrite ci- dessus -est avantageuse à plusieurs points de vue. L'espace compris entre la cathode 10 et ses collerettes de support 152 et 153 agit comme isolement thermique évitant un chauf fage excessif desdites collerettes et permettant la dissipation de tout excès de chaleur. La ea- thode 10 est reliée électriquement aux colle rettes 152 et 153 par la capacité entre les re bords opposés 164 et 167, d'une part, et 1.65, 166, d'autre part, et directement par le dis que métallique 168.
Les résonateurs 32 et 34 en forme de to- roïdes incomplets sont disposés coaxialement avec la surface émettrice 12 de la. cathode annulaire et sur les faces opposées de ladite cathode. Dans la, réalisation préférée de l'in vention représentée, le résonateur 32 est espacé des éléments cylindriques 169 et. sup porté par un élément en forme de cuvette renversée 36, monté à l'extrémité d'une tige longitudinale réglable 38.
Ladite tige 38 est montée de manière à pouvoir glisser dans une ouverture occupant une position centrale à l'intérieur du couvercle du tube 40 et est mu nie à son extrémité extérieure d'un filetage 42 engagé par un écrou 44. Il est clair que la rotation de l'écrou 44 .provoque un déplace ment vertical vers le haut ou vers le bas de la. tige 38, d'où il résulte un ajustement de la position du résonateur 32. L'extrémité du tube est. scellée en dépit de la présence de la tige 38 mobile longitudinalement, à l'aide, par exemple, 'une membrane métallique flexible 48 fixée étroitement à son centre autour de la tige 38 et reliée à sa périphérie à. la paroi métallique 50 du tube.
Les résonateurs 32 et 34 forment, de pré férence, le circuit d'entrée à haute fréquence pour l'oscillateur à tube à vide et le couplage avec ledit circuit peut être réalisé par une boucle 51 à travers une ouverture dans le ré sonateur 34. Ladite boucle est portée par une ligne coaxiale sous la forme .d'un élément tu bulaire extérieur 52 entourant une connexion ,intérieure 54. Un scellement convenable 56 obture complètement l'extrémité extérieure du tube 52 et maintient en position la connexion 54. Le tube 52 est maintenu -en place par rap port au résonateur 34 en le reliant solidement à la coquille extérieure inférieure 58 du tube.
Selon la forme préférée de l'invention, le ré sonateur couplé inférieur 34 est fixé de ma nière rigide au support de cathode en forme de cuvette 1.1. Dans la partie centrale de la coquille .extérieure inférieure 58 est disposé un cylindre métallique 60, relié par W cy lindre de verre 62 à l'élément métallique de fermeture 17, ce qui complète le scellement de d'extrémité inférieure de l'appareil à dé charge électronique.
La grille est disposée con.centriquement à la cathode 10 à une -distance relativement fai ble de la surface active 12 de la cathode et également assez près des surfaces annulaires extérieures des résonateurs 32 et 34. La grille 64 peut consister en plusieurs fils 66 espacés suivant une circonférence et supportés à leur extrémité par les éléments annulaires rigides 68 et 72.
Lesdits éléments annulaires peuvent être renforcés, le cas échéant, d'une part, par le cylindre ondulé 156 à l'intérieur de la grille et., d'autre part, par le cylindre ondulé 158, à l'extérieur de la grille. L'extrémité inférieure du support de grille 68 peut être rabattue en un rebord 76 relié à un anneau de support 78 à l'aide d'organes convenables, tels que l'an neau de serrage 150 et les vis 80. L'anneau 78 est à son tour monté sur une ou plusieurs tiges 81 s'étendant à l'extérieur du tube à tra vers des organes tels que le cylindre 82; le tube cylindrique 84 et la capsule de fermeture 86.
La tige 81 peut, de cette manière, servir d'entrée de courant pour la, grille du tube.
Une seconde paire de résonateurs toroï- daux ouverts 88 et 90 sont espacés radiale- ment de la grille 64 et juxtaposés avec ,les résonateurs 32 et 34. Le résonateur 90 est relié de manière rigide à la coquille extérieure infé rieure 92 du tube qui assure son support. A son extrémité supérieure, ledit résonateur 90 est muni d'un rebord 93 rabattu vers l'inté rieur et supportant l'élément annulaire 94.
Le résonateur supérieur 88 est fixé de manière rigide à la coquille extérieure supérieure 80 du tube qui assure son support et est muni à son extrémité inférieure d'un rebord annu laire 95 identique à 93, .dirigé vers l'intérieur. Ainsi, on peut constater que le disque d'anode 94 est, .en fait, monté entre les rebords 93 et 95 des résonateurs, et relié .électriquement .di rectement à l'une des faces desdits résona- teurs. Les rebords 93 et 95 ont une position telle que la périphérie intérieure .de l'anode 94 entoure la grille 64 et est concentrique avec la surface active 12 de la cathode.
L'es pacement entre la surface intérieure de l'anode et la grille 64 .est rendu aussi petit qu'on le désire en assurant, toutefois, que les surfaces annulaires intérieures des résonateurs 88 et 90 sont, également espacées des supports de grille 68 et 72 qu'elles entourent.
L'énergie de sortie à haute fréquence peut être recueillie sur le résonateur 88 à l'aide d'une boucle 96 s'étendant dans ledit réso nateur à travers une ouverture, et montée à l'intérieur d'un tube de sortie 98 relié élec triquement et de manière rigide au résona teur. La boucle 96 est reliée directement à l'une de ses extrémités au tube 98, et son autre extrémité se présente sons @la forme de la connexion 100 disposée concentrique ment à l'intérieur du tube 98, et sortant à travers un scellement de verre 102, formant l'extrémité extérieure dudit tube 98.
Une seconde sortie à haute fréquence peut se faire depuis le résonateur 88 à l'aide d'une boucle 178 de position opposée à la première traversant une ouverture du résonateur et montée à l'intérieur d'un tube 185. Dans ce cas, la. boucle 178 est reliée directement à l'une de ses extrémités au tube 185 et son autre extrémité, sous la forme de la connexion 177, s 'étenc <B>1</B> concentriquement à l'intérieur du tube <B>185</B> et sort à travers un scellement de verre 200.
Si l'on désire prévoir un refroidissement par eau de l'anode, on peut utiliser un dis positif tel que celui représenté à la fig. 1.
Une tubulure ininterrompue partant de la boîte d'entrée et de jonction 183 s'enroule vers l'intérieur sur la partie extérieure de @la face supérieure de l'anode 94, en une spirale plate, de manière à former les tubes 180,<B>181,</B> 182, se terminant dans la boîte de jonction et d'évacuation 184. Une seconde tubulure part de la boîte de jonction d'entrée 183, forme les tubes 190,<B>191</B> et 192 et se termine égale ment dans la boîte de jonction et d'évacua tion 184.
Le circuit électrique. à haute fréquence ré sultant de la construction représentée à la fig. 1 sera mieux compris à l'examen du schéma de montage de la fig. 3. En considé rant tout d'abord la connexion d'entrée à haute fréquence 54 reliée à la boucle 51, on constatera que ladite connexion est couplée au résonateur 34. L'autre extrémité de la bou cle 51 est reliée électriquement à l'anode 94, par l'intermédiaire du support. cylindrique 52 et des parties 58 et 92 de la coquille du tube.
Cette même extrémité de la boucle est également reliée électriquement au résona teur 32 à travers la coquille supérieure 50 du tube, la membrane métallique flexible 48, la tige mobile 38 et le support en forme de cu vette renversée 36.
Le résonateur 32 est couplé de manière va riable à l'une de ses extrémités avec la cathode 10, en raison des capacités-série existant entre les parties adjacentes indiquées à la fig. 3 par C@ @lE@ et C,,L'autre extrémité du réso- nateur 32 est couplée à la grille, par la capa cité existant. entre la surface extérieure du résonateur 32 et le support entourant la grille, ladite capacité étant représentée à la.
fig. 3 par la référence Le résonateur d'entrée 34 est relié, d'une \part, à la cathode 10 à tra vers le support en forme de cuvette 14 et la capacité C1,4\,,, comme décrit précédemment, et couplé, d'autre part, à la grille par la capa cité existant entre la surface extérieure du résonateur 34 et le :support. entourant la grille immédiatement adjacent.
Les boucles de sortie 96 et 178 sont., comme décrit précédemment, reliées chacune direc tement à l'une des extrémités de l'anode 94 qui forme en même temps une prise médiane entre les résonateurs 88 et 90. Les autres extrémités des boucles sont, bien entendu, re liées aux connexions de sortie respectives 100 et 177. Les extrémités intérieures opposées des résonateurs 88 et 90 sont couplées à la grille par les capacités existant entre leurs surfaces intérieures respectives et les supports de grille adjacents.
Lesdites capacités sont représentées à la fig. 3 par les références respectives C88_g et C,o_,. Le circuit oscillateur à haute fréquence est complété par les capacités in ternes entre électrodes indiquées à la fig. 3 en Cpg pour la capacité entre grille et anode, Cpk pour la capacité entre anode et cathode et Cgk pour la capacité entre grille et cathode.
Le montage simplifié à haute fréquence du tube fonctionnant en amplificateur à haute fréquence accordé est représenté à la fig. 4, où les capacités C.,,-g, C,,2-1, C.12-9j C3?--,aqe C,63-k, Coo_g, C33_g ont été négligées, étant donné qu'elles sont toutes effectivement court- circuitées aux très hautes fréquences.
Dans ces conditions, les résonateurs 32, 34 et 88, 90 peu vent être considérés comme des self-induc- tances concentrées formant respectivement des circuits oscillants en parallèle avec la capa cité grille-cathode Cgk et la capacité anode- grille CPg. Les résonateurs 32, 34 .et 88, 90 sont dimensionnés de façon telle qu'ils agis sent comme des réactances inductives à la, fréquence des ondes produites.
Le circuit oscil lant en parallèle représenté par les résona- teurs 32, 34 et la capacité-shunt Cgk peut être accordé en faisant varier :les dimensions du résonateur 32, comme décrit précédemment. Bien qu'il en résulte également une légère va riation de la capacité C,3z_,a;" cette dernière variation n'est pas importante et peut être négligée aux très hautes fréquences, où ladite capacité constitue, en fait, un court-circuit.
Des organes additionnels susceptibles d'être aisément établis par l'homme du métier peuvent être utilisés pour accorder les réso nateurs 88 ou 90, l'un d'entre eux étant rendu réglable d'une manière analogie au résona teur 32.
Si le tube doit être utilisé en oscillateur à autoexeitation, on peut utiliser un montage tel que celui représenté à la fig. 5. Dans ce cas, l'entrée 52, 54 est reliée à da sortie 98, 100 à travers des organes tels qu'une ligne coaxiale 210, 212. La sortie de l'oscillateur à autoexci- tation peut alors se faire à partir de 177, 185.
On constatera que la construction :décrite ci-dessus est parfaitement adaptée à l'établis sement d'un oscillateur à tube à vide de grande puissance pour très hautes fréquences. Bien qu'une grande surface active entre élec- trodes permette la production d'une grande puissance, la largeur des surfaces efficaces de., la cathode et de l'anode dans le sens longitu dinal a été maintenue extrêmement faible et, en conséquence, on a évité les capacités indé sirables entre lesdits éléments, et la capacité résultante par unité d'arc est extrêmement petite.
En même temps, la disposition des ré sonateurs pour fermer le circuit oscillant est relativement simple et peu -encombrante, et l'ajustement de l'un des résonateurs est possi ble, si on la désire.
Le principe permettant d'obtenir une grande puissance aux très hautes fréquences est applicable à des :diodes aussi bien qu'à des triodes. Les résonateurs proprement dits peuvent .présenter d'autres formes bien con-, nues dans la technique et la manière dont les parties du tube sont construites ne présente pas d'importance particulière.
Bien qu'il ait été représenté une forme spéciale de la car thode, il est seulement essentiel, pour obtenir un fonctionnement optimum d'un oscillateur à tube à vide, que ladite cathode soit formée d'une surface .périphérique extérieure efficace dont la. ,largeur soit inférieure au rayon de ladite cathode. Une telle forme de cathode peut être désignée par l'expression cathode annulaire .
En outre, il est important que l'anode, ayant de préférence pratiquement la même largeur que la. cathode, entoure ladite cathode concentriquement, de manière qu'on obtienne une capacité minimum entre électro des avec un maximum d'énergie transmise dans l'espace actif entre électrodes.
High frequency electronic discharge device. The present invention relates to a high frequency electronic discharge device.
The device according to the invention which comprises an anode and a cathode surrounded coaxially by said anode is characterized in that said cathode is constituted by an annular member having an outer radius substantially greater than its axial thickness, at least one hollow electric resonator annular being coupled to said electrodes and mounted coaxially with them in a casing surrounding them.
Thanks to this arrangement, the capacitance between electrodes per unit of active area is kept extremely low. This makes it possible to produce high powers at very high frequencies.
The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the accompanying drawing which represents, by way of nonlimiting example, one embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a vertical cross section, in partial perspective, showing, as a preferred embodiment of the device according to the invention, a tube oscillator. empty.
Fig. 2 is a horizontal cross section of the cathode structure, taken along line 2-2 of FIG. 1. FIG. 3 is a mounting diagram of the vacuum tube oscillator shown in FIG. 1.
Fig. 4 is a simplified circuit diagram showing the high frequency circuit of the oscillator shown in FIG. 1.
Fig. 5 is an assembly diagram analogous to that of the. fig. 4, showing the tube functioning as a self-excited resonator.
In order to successfully operate vacuum tubes at very high frequencies, it is well known that it is necessary to maintain a narrow space between the electrodes, so as to reduce the transit time between electrodes. On the other hand, the capacitances between electrodes must be kept low, so that the resonant circuits can present the necessary impedance. As a result, when the tubes have been perfected to operate at ever higher frequencies, the surface area of the elements has been reduced to decrease the capacitances between electrodes.
The reduction of the cathode area results in a low maximum emission and a low maximum output power, which is especially felt when it is desired to produce pulses, while a reduction in the area of the cathode. The anode results in low average powers.
However, it has been found that by using a cathode in the form of a solid of revolution of relatively large radius, but with an effective cathode emitting surface narrow, the periphery of said cathode being surrounded by an annular anode. Conveniently, large amounts of energy can be developed at very high frequencies.
This possibility results from the fact that, while the total capacitance between the electrodes is increased, the capacitance per unit arc of the cathode is kept relatively low, which results from the fact that the electrical characteristics per unit-arc depend on the thickness of the adjacent electrodes and the distance between them, said characteristics being practically independent of the radius. The resulting tube is, in fact, equivalent to an infinite number of tubes mounted in parallel, each of them having a small unit capacitance between electrodes.
In this case, the power developed is greatly increased, but the additional capacity introduced does not really add to the already existing capacity, given that the conditions of circular symmetry exist. at one point on the circumference cannot have any influence on the conditions existing at any other point unlike, for example, the known types of tubes comprising concentric elements, in which the radius of the cathode disposed at the center tre is extremely small compared to the length of said cathode.
The vacuum tube oscillator shown in fig. 1. Comprises a cathode 10 of a shape fulfilling the conditions outlined above. It should be noted that the cathode 10, shown in more detail in FIG. 2, comprises a relatively narrow emitting peripheral surface 12, the radius of which is significantly greater than its dimension in the longitudinal direction.
The cathode can be carried directly on either side by two partially oblique folded flanges 152 and 153, the outwardly directed edges, 166 and 167, of which are in proximity, but not in contact with the cathode edges 164 and 165. Contact between the flanges 164, 165, and 166, 167 is, however, made through intermediate metal discs 168 which are circumferentially spaced and preferably spot welded between the opposing flanges.
The discs 152 and 153 on the other hand are supported by a cylindrical shell formed by two half cylinders 46 and 169 and connected to each other through the opposed flanges 172 and 173. The half cylinder 169 can be reinforced by the corrugated cylinder-shaped insert 151. The half-cylinder 46 is supported by a cup-shaped element 1.4, at one end which, for its part, is applied to a hollow support tube 1.6. The other end of the 1.6 tube is. attached to the metal closure element 17 connected to a glass closure 18.
The latter is attached to the organ 20 to which is attached a rod 22 passing through, through the tubular support 16 and extending upwards into the interior of the cylinder 46, 169, for connection with the filaments of the cylinder. the cathode 24 of which six filaments can be connected in parallel and separated circumferentially within the cathode 10. One end of each filament 24 can be connected directly, for example, by wire 26 to a disc 162 mounted at the same. The end of the rod 22 by means of a screw 161, the rod 22 thus forms one of the filament connections.
The other end of the filaments 24 can be attached by a connection 25 to a ron delle 163 attached to. a tubular support 16 between a stop ring. rigid 174 and a stop ring 175 with screw thread mounted in the elevated end of the bracket 16 which thus serves as the other heating connection. Connections 25 and 26 extend through openings in cylinders 46 and 169. To further increase the thermal efficiency of the cathode, six heat shields 170 are placed behind each of the heaters 24 and are fitted. fixed to cylinder 46, for example by means of brackets 171.
The construction of the cathode described above is advantageous from several points of view. The space between the cathode 10 and its support flanges 152 and 153 acts as thermal insulation preventing excessive heating of said flanges and allowing the dissipation of any excess heat. The method 10 is electrically connected to the collars 152 and 153 by the capacitance between the opposite edges 164 and 167, on the one hand, and 1.65, 166, on the other hand, and directly by the metallic disc 168.
The resonators 32 and 34 in the form of incomplete roids are arranged coaxially with the emitting surface 12 of the. annular cathode and on the opposite faces of said cathode. In the preferred embodiment of the invention shown, resonator 32 is spaced from cylindrical members 169 and. support carried by an element in the form of an inverted bowl 36, mounted at the end of an adjustable longitudinal rod 38.
Said rod 38 is mounted so as to be able to slide in an opening occupying a central position inside the cover of the tube 40 and is fitted at its outer end with a thread 42 engaged by a nut 44. It is clear that the rotation of the nut 44 .provokes a vertical upward or downward movement of the. rod 38, which results in an adjustment of the position of the resonator 32. The end of the tube is. sealed despite the presence of the longitudinally movable rod 38, using, for example, a flexible metal membrane 48 attached tightly at its center around the rod 38 and connected at its periphery to. the metal wall 50 of the tube.
The resonators 32 and 34 preferably form the high frequency input circuit for the vacuum tube oscillator and the coupling with said circuit can be achieved by a loop 51 through an opening in the resonator 34. Said loop is carried by a coaxial line in the form of an outer tubular element 52 surrounding an inner connection 54. A suitable seal 56 completely seals the outer end of the tube 52 and holds the connection 54 in position. 52 is held in place with respect to resonator 34 by firmly connecting it to the lower outer shell 58 of the tube.
According to the preferred form of the invention, the lower coupled resonator 34 is rigidly attached to the bowl-shaped cathode support 1.1. In the central part of the lower outer shell 58 is disposed a metal cylinder 60, connected by a glass cylinder 62 to the metal closure element 17, which completes the sealing of the lower end of the apparatus to. electronic load.
The grid is disposed concentrically to the cathode 10 at a relatively small distance from the active surface 12 of the cathode and also quite close to the outer annular surfaces of the resonators 32 and 34. The grid 64 may consist of several spaced wires 66. along a circumference and supported at their end by the rigid annular elements 68 and 72.
Said annular elements can be reinforced, if necessary, on the one hand, by the corrugated cylinder 156 inside the grid and, on the other hand, by the corrugated cylinder 158, outside the grid. The lower end of the grid support 68 can be folded down into a ledge 76 connected to a support ring 78 by means of suitable members, such as the clamping ring 150 and the screws 80. The ring 78 is in turn mounted on one or more rods 81 extending outside the tube through members such as cylinder 82; the cylindrical tube 84 and the closure cap 86.
The rod 81 can, in this way, serve as a current input for the grid of the tube.
A second pair of open toroidal resonators 88 and 90 are radially spaced from grid 64 and juxtaposed with resonators 32 and 34. Resonator 90 is rigidly connected to the lower outer shell 92 of the tube which assures. its support. At its upper end, said resonator 90 is provided with a flange 93 folded back inward and supporting the annular element 94.
The upper resonator 88 is rigidly fixed to the upper outer shell 80 of the tube which provides its support and is provided at its lower end with an annular rim 95 identical to 93, directed inward. Thus, it can be seen that the anode disc 94 is, in fact, mounted between the flanges 93 and 95 of the resonators, and electrically connected directly to one of the faces of said resonators. The flanges 93 and 95 have a position such that the inner periphery of the anode 94 surrounds the grid 64 and is concentric with the active surface 12 of the cathode.
The spacing between the inner surface of the anode and grid 64 is made as small as desired by ensuring, however, that the inner annular surfaces of resonators 88 and 90 are equally spaced from grid supports 68. and 72 that they surround.
High frequency output energy can be collected at resonator 88 by means of a loop 96 extending into said resonator through an opening, and mounted inside a connected output tube 98. electrically and rigidly to the resonator. Loop 96 is connected directly at one end to tube 98, and its other end is in the form of connection 100 disposed concentrically inside tube 98, and exiting through a glass seal. 102, forming the outer end of said tube 98.
A second high frequency output can be made from the resonator 88 by means of a loop 178 of position opposite to the first through an opening of the resonator and mounted inside a tube 185. In this case, the . loop 178 is connected directly at one end to tube 185 and its other end, in the form of connection 177, runs <B> 1 </B> concentrically inside tube <B> 185 </B> and exits through a 200 glass seal.
If it is desired to provide water cooling of the anode, a positive device such as that shown in FIG. 1.
An unbroken tubing from the inlet and junction box 183 winds inwardly on the outer part of the upper face of the anode 94, in a flat spiral, so as to form the tubes 180, < B> 181, </B> 182, ending in the junction and outlet box 184. A second tubing starts from the inlet junction box 183, forms tubes 190, <B> 191 </B> and 192 and also terminates in the junction and drain box 184.
The electric circuit. high frequency resulting from the construction shown in fig. 1 will be better understood by examining the assembly diagram of FIG. 3. Considering first of all the high frequency input connection 54 connected to the loop 51, it will be seen that said connection is coupled to the resonator 34. The other end of the loop 51 is electrically connected to the. anode 94, via the support. cylindrical 52 and parts 58 and 92 of the tube shell.
This same end of the loop is also electrically connected to the resonator 32 through the upper shell 50 of the tube, the flexible metal membrane 48, the movable rod 38 and the support in the form of an inverted bowl 36.
The resonator 32 is variably coupled at one of its ends with the cathode 10, due to the series capacitors existing between the adjacent parts indicated in FIG. 3 by C @ @ lE @ and C ,, The other end of resonator 32 is coupled to the grid, by the existing capacity. between the outer surface of resonator 32 and the support surrounding the gate, said capacitor being shown in.
fig. 3 by the reference The input resonator 34 is connected, on the one hand, to the cathode 10 through the cup-shaped support 14 and the capacitor C1,4 \ ,,, as described above, and coupled, on the other hand, to the grid by the capacity existing between the outer surface of the resonator 34 and the: support. surrounding the immediately adjacent grid.
The output loops 96 and 178 are, as described above, each connected directly to one of the ends of the anode 94 which at the same time forms a midpoint between the resonators 88 and 90. The other ends of the loops are , of course, are linked to the respective output connections 100 and 177. The opposite inner ends of the resonators 88 and 90 are coupled to the gate by the capacitors existing between their respective inner surfaces and the adjacent gate supports.
Said capacities are shown in FIG. 3 by the respective references C88_g and C, o_ ,. The high frequency oscillator circuit is completed by the internal capacitances between electrodes shown in fig. 3 in Cpg for the capacitance between gate and anode, Cpk for the capacitance between anode and cathode and Cgk for the capacitance between gate and cathode.
The simplified high-frequency assembly of the tube operating as a tuned high-frequency amplifier is shown in FIG. 4, where the capacities C. ,, - g, C ,, 2-1, C.12-9j C3? -, aqe C, 63-k, Coo_g, C33_g have been neglected, since they are all effectively short-circuited at very high frequencies.
Under these conditions, the resonators 32, 34 and 88, 90 can be considered as concentrated self-inductances respectively forming oscillating circuits in parallel with the grid-cathode capacitor Cgk and the anode-grid capacitor CPg. The resonators 32, 34 and 88, 90 are dimensioned such that they act as inductive reactances at the frequency of the waves produced.
The parallel oscillating circuit represented by the resonators 32, 34 and the shunt capacitor Cgk can be tuned by varying: the dimensions of the resonator 32, as described previously. Although this also results in a slight variation of the capacitance C, 3z_, a; "this latter variation is not significant and can be neglected at very high frequencies, where said capacitance constitutes, in fact, a short circuit. .
Additional members capable of being easily established by those skilled in the art can be used to tune resonators 88 or 90, one of them being made adjustable in a manner analogous to resonator 32.
If the tube is to be used as a self-stimulating oscillator, an assembly such as that shown in fig. 5. In this case, the input 52, 54 is connected to the output 98, 100 through members such as a coaxial line 210, 212. The output of the self-excited oscillator can then be made from of 177, 185.
It will be seen that the construction: described above is perfectly suited to setting up a high-power vacuum tube oscillator for very high frequencies. Although a large active area between electrodes allows for the production of high power, the width of the effective areas of the cathode and anode in the longitudinal direction has been kept extremely small and, therefore, undesirable capacitances between said elements have been avoided, and the resulting capacitance per unit of arc is extremely small.
At the same time, the arrangement of the resonators for closing the oscillating circuit is relatively simple and space-saving, and adjustment of one of the resonators is possible, if desired.
The principle of obtaining great power at very high frequencies is applicable to: diodes as well as to triodes. The actual resonators can take other shapes well known in the art and the way in which the parts of the tube are constructed is not of particular importance.
Although a special form of the cathode has been shown, it is only essential, in order to obtain optimum operation of a vacuum tube oscillator, that said cathode be formed of an effective outer peripheral surface of which the. , width is less than the radius of said cathode. Such a form of cathode can be referred to by the expression ring cathode.
In addition, it is important that the anode, preferably having substantially the same width as the. cathode, surrounds said cathode concentrically, so that a minimum capacitance between electrodes is obtained with a maximum of energy transmitted in the active space between electrodes.