CH276569A - Dispositif électronique pour très hautes fréquences. - Google Patents

Dispositif électronique pour très hautes fréquences.

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  Dispositif électronique pour très hautes fréquences.    La présente invention a pour objet un dis  positif électronique pour très hautes fré  quences.  



  Dans les tubes électroniques du type à  modulation de vitesse pour très courtes lon  gueurs d'ondes, il est en général désirable  d'employer des faisceaux d'électrons ayant  une densité de courant très élevée. Ceci ré  sulte immédiatement du fait que pour un vol  tage donné produisant le faisceau, les dimen  sions mécaniques des circuits étant petites  lorsque la longueur d'ondes est très courte, on  doit utiliser un faisceau de faible section       transversale.    Ceci signifie que, dès l'instant où  l'on veut obtenir une grande puissance et  pour un voltage donné, on doit avoir une  grande densité de courant à l'endroit utilisé  du     faisceau.     



  L'invention permet de construire des dis  positifs dans lesquels le faisceau d'électrons  a. une grande     densité    de courant à l'endroit  où l'action réciproque entre le faisceau et le  champ de résonance se fait.  



  lie dispositif électronique pour très hautes       fréquences    suivant. l'invention comprend une  cathode et une anode, des premiers moyens  pour soumettre ladite anode à une tension po  sitive par rapport à ladite cathode, cette anode  étant munie d'une ouverture communiquant       avec    une cavité résonnante, des seconds     moyens     pour produire un champ magnétique entre  ladite cathode et ladite anode, parallèlement à  la surface de ladite cathode.

   Ce dispositif est    caractérisé en ce que lesdits premiers et se  conds moyens sont agencés de façon que les  grandeurs relatives de la tension d'anode et  du champ magnétique soient telles que les  électrons quittant ladite cathode parcourent  des trajectoires arquées qui aboutissent à une  surface émettrice et qui se croisent de façon  à produire, au voisinage des sommets des tra  jectoires, un courant d'une grande densité,  ladite anode étant disposée de telle façon que  ledit     courant    de grande densité passe devant  ladite ouverture.  



  Certains tubes électroniques semblables qui  sont connus comprennent une anode cylin  drique entourant une cathode coaxiale en  l'orme de filament ou de tige de petit .dia  mètre et présentent un     champ    magnétique  parallèle à l'axe de la cathode. Les trajectoires  des électrons forment dans de tels tubes des       cycloïdes    autour de la cathode et aboutissent       éventuellement    à l'anode.

   Bien que, .dans ces  tubes, les trajectoires se croisent et produisent  un courant d'électrons de grande densité, les  électrons qui ne cèdent pas leur énergie au  champ oscillant de la cavité résonnante ne re  tournent pas à une surface émettrice (que ce  soit, dans certains cas, la cathode elle-même  ou dans d'autres cas une surface émettrice  secondaire), comme c'est le cas dans .le dis  positif objet de la présente invention, et  l'énergie de ces électrons allant à l'anode est  perdue.

       Dans    les formes d'exécution du dispo  sitif objet de la présente     invention,    dans les-      quelles on fait revenir les trajectoires sur la  cathode, la dimension de la surface de la ca  thode doit évidemment être suffisamment  grande     pour    que les trajectoires aboutissent à  cette surface.     Etant    donné que les trajectoires  des électrons dépendent des valeurs relatives  du champ magnétique et du potentiel d'anode  envers la cathode, il.

   se pourrait bien qu'on  puisse, dans les tubes connus utilisant une  cathode en forme de filament ou de tige, ajus  ter ces valeurs de telle     facon    que les trajec  toires aboutissent à la cathode, mais, dans ce  cas, la distance entre l'anode et la cathode  serait si petite qu'un tel tube ne serait pas  réalisable.  



  Dans le dispositif objet. de la présente in  vention, on n'est pas obligé de faire en sorte  que tous les électrons émis entrent en action       réciproque    avec le champ résonnant., car les  électrons qui ne cèdent pas leur énergie an  champ résonnant retournent à une surface  émettrice qui, dans certains cas, est la cathode  et, dans d'autres cas, une surface émettrice  secondaire, et ainsi ces électrons ne causent  pas de perte d'énergie et l'énergie que le  champ cède aux électrons est aussi ramenée à  la. cathode ou à la surface émettrice secon  daire.  



  Des formes d'exécution de l'objet de l'in  vention seront. décrites     ei-après    à titre d'exem  ple et en référence an     dessin    annexé.  



  La     fig.    1 montre une surface plane 1       (.mettant    des électrons et placée en face et  parallèlement à une anode plane 2, un champ  magnétique uniforme étant appliqué perpen  diculairement au plan de la figure.  



  On y voit également des trajectoires 3 et 1  des électrons émis par les points 5 et 6 de la  cathode et quittant cette dernière avec une  vitesse 0, ces trajectoires étant de forme  cycloïdale.  



       11    la suite d'un examen de la     fig.    1, on  observe que la densité .de courant dans la di  rection de la flèche A, au point 7, est très  grande comparée à la densité d'émission à. la  surface de la cathode, toute l'émission entre  les points 5 et 6 étant concentrée entre les  deux lignes 8 et 9.    On peut utiliser cette grande     eoncentra-          tion    d'électrons pour entretenir des oscilla  tions de fréquence     ixltra-élevée    ou pour les  amplifier, ces oscillateurs et ces amplificateur  de     puissance    n'étant pas nécessairement du  type à modulation de vitesse.

   On peut noter  que l'effet de la charge d'espace qui limite  le courant d'émission a été considéré et on a  constaté que cet effet est même avantageux  pour la concentration de courant désirée.  Dans la     fig.    2 sont montrés des chemins d'élec  trons qui peuvent être     obtenus    ainsi.  



  Il va. de soi que les     fig.    1 et ? ne repré  sentent pas des formes d'exécution de l'objet  de l'invention, mais qu'elles constituent des       figures    explicatives.  



  Toutes les formes d'exécution décrites pré  sentent un avantage commun qui vient du rait  que la concentration du     faiseeau    se produit  seulement après que les électrons ont atteint  une grande vitesse. La limitation de l'émission  de la cathode par la charge d'espace ne néces  site pas, en conséquence, pour obtenir un fais  ceau concentré, d'employer des voltages très  élevés ou des espacements très réduits des  électrodes, comme dans le cas de beaucoup de       constructions    connues pour la     production    de  faisceaux concentrés.

   Il est clair, d'après la  fi-,-. 2, que sur le plan où la vitesse  des électrons est faible et les effets de la  charge d'espace importants, le courant a une  faible densité, tandis qu'en     B-13',    la densité       du    courant. est considérablement accrue et la  vitesse des électrons aussi est grande.  



  La. variation de la     densité    de     courant        z          ,Wec    la distance x. de la cathode est montrée  clans la.     fig.    3 pour des charges     d'espace    né  gligeables (courbe 1) et pour une charge d'es  pace donnée     (courbe        \'),        i"    étant la densité  minimum.  



  Des tubes produisant (le tels faisceaux  d'électrons, comme déjà indiqué, sont parti  culièrement adaptables pour être incorporés à  des oscillateurs destinés à être utilisés à des  longueurs d'ondes très courtes, de l'ordre de  3     cm    ou moins. Dans de tels oscillateurs, les  circuits résonnants des types ordinairement  utilisés pour de     phis    grandes longueurs      d'ondes deviennent très petits. En consé  quence clé ceci, une faible partie du faisceau  seulement peut être utilisée.

   Pour obtenir de  grandes puissances, en conséquence, il est im  portant d'employer des systèmes dans lesquels  la surface utilisable de la cathode est aussi       "grande    que possible; on mesure la surface de  la cathode en termes     ;.=        (Â,    = longueur d'onde).       Etant    donné que les     pertes    dans les circuits  tendent à     devenir    importantes à des longueurs  d'ondes aussi courtes, il est aussi important  que les circuits soient établis pour donner une  impédance aussi élevée que possible aux  points traversés par le faisceau d'électrons et  que la .densité de courant dans ce faisceau soit  aussi grande que possible.  



  Les     fig.    4, 5, 6, 7 et 8 montrent des  formes d'exécution dans lesquelles il n'y a  qu'une seule cavité résonnante à haute fré  quence. La cavité représentée à la fie. 4 a.  une seule ouverture, tandis que celle qui est  représentée aux     fig.    5 à. 8 a plusieurs ouver  tures disposées autour de la cavité.  



  En se référant aux     fig.    5, 6, 7 et 8, on  voit une section transversale dans un tube  électronique, les lignes pointillées montrant  les trajectoires de quelques électrons. Ce tube  est     constitué    par une grande cathode cylin  drique     _1    revêtue sur la surface intérieure  d'une couche pouvant émettre des électrons,  cette cathode contenant. à. l'intérieur     d'elle-          même    une anode constituée par des segments  B de surface cylindrique, l'anode et la cathode  étant.     eoaxiales.    Un champ magnétique est  appliqué parallèlement à. l'axe commun.

   Les  lignes 11,     1?,    13 (fi-. 5) montrent la forme  <I>de</I> la trajectoire d'une série d'électrons quit  tant la cathode A en l'absence d'oscillations.  Elles montrent aussi comment. toute     l'émission          d'une    surface considérable de la cathode A  sera concentrée dans un courant de très haute  densité passant devant les ouvertures entre  deux secteurs B aussi longtemps que la diffé  rence (le potentiel entre     El    et B est. sensible  ment équilibrée par le champ magnétique em  ployé.  



  Maintenant., des oscillations peuvent être  établies à l'intérieur de l'anode B, les lignes         de    force du champ électrique ainsi produites  étant montrées en 14 sur la     fig.    6. On notera  qu'un nombre pair (le, secteurs B doit être uti  lisé. La longueur d'onde sera très courte; si       ;t    secteurs sont utilisés, elle sera de l'ordre de  
EMI0003.0022  
   et indépendante de la longueur du  tube perpendiculairement au plan de dessin;  r est le rayon de l'anode. L'énergie sera sou  tirée du faisceau d'électrons lorsqu'il passe  près des intervalles de transfert     d'énergie,    et,  elle sera maximale lorsque les électrons res  tent dans le champ de l'intervalle pendant  environ 1,2 période de l'oscillation.

   L'examen  du comportement des électrons lorsque les  oscillations ont lieu montre que l'efficacité de  fonctionnement sera au moins double de celle  d'une diode utilisant le même mécanisme  d'excitation avec un faisceau d'électrons,     e'est-          à-dire    de l'ordre de 10     11/o;    ceci est dû au fait  que     seuls    les électrons, qui ont perdu de l'éner  gie cinétique et ont ainsi contribué à. main  tenir les oscillations, seront collectés par  l'anode B, si le champ magnétique a une gran  deur convenable. D'autres     électrons    retourne  ront à. la cathode et n'absorberont donc pas  de     puissance    de courant continu.

   Quatre tra  jectoires typiques d'électrons 15, 16, 17 et 18  sont. montrées aux     fig.    7 et 8, elles correspon  dent aux électrons qui ont abandonné la ca  thode à des intervalles     d'in        I/1    de période.  Deux de ces trajectoires, à savoir les trajec  toires 15 et 16, sont montrées plus clairement  dans le dessin agrandi de la     fig.    8. Les élec  trons qui suivent. cette trajectoire perdent  une quantité considérable de leur énergie et  sont. .collectés par l'anode.

   Ceux qui suivent. la  trajectoire 17 ne     subissent        qu'une    faible perte  d'énergie, et retournent à la.     cathode,    et ceux  de la trajectoire 18 gagnent. de l'énergie; cette       énergie    leur est cédée par le champ à haute  fréquence, et ils retournent à la cathode.

    L'ajustement du champ magnétique ne sera       lias,    en     fait,    si critique qu'on pourrait le dé  duire de ce qui a été dit     ci-dessus;        une    aug  mentation de ce champ rapproche de la ca  thode la région où le courant électronique est  dense; de ce fait, seuls les     électrons    qui ont      perdu une grande quantité d'énergie attei  gnent l'anode.  



  Si des voltages très élevés sont utilisés,       l'émission    extrêmement élevée disponible peut  rendre la dissipation d'énergie à l'anode diffi  eile lorsque le tube produit une onde entre  tenue, mais, par contre, on peut très bien em  ployer des voltages élevés lorsque le tube fonc  tionne comme générateur d'impulsions, même  pour de grandes puissances de sortie. Les di  mensions longitudinales du tube, qui sont  grandes     comparativement    aux     longueurs          d'ondes,    permettent à la dissipation d'être ré  partie sur de grandes surfaces.  



  La cavité résonnante peut évidemment  avoir une autre forme que celle de     Ja        fig.    5.  On peut utiliser des bandes     -plates    en  tungstène, par exemple, au lieu des secteurs  de surface     cy        lindrique        B,    les dimensions étant  convenablement ajustées, pour que le faisceau  d'électrons puisse céder la plus grande partie  de son énergie au champ oscillant près des       c,uvertures    ainsi formées.  



  Ces bandes peuvent être montées sur des  supports radiaux à partir du centre, ou sup  portées de toute façon convenable sur une  substance isolante, et la fréquence peut être  réglée dans des limites raisonnables soit par  tout système convenable de déformation du  système, ou par le mouvement d'un conduc  teur près de l'extrémité du système.  



  La puissance ainsi produite peut être pré  levée, par exemple, au moyen d'une spire  placée près de l'extrémité du tube. La puis  sance de sortie préférablement étant amenée  à. l'extérieur de l'enveloppe à vide par un       guide    d'ondes évitant des pertes inutiles.  



  La     longueur    des bandes, perpendiculaire  ment à, la section montrée dans les     figures,     n'est pas importante sauf qu'elle ne devrait       nas    être telle que des oscillations longitudi  nales puissent se produire à des longueurs  d'ondes qui pourraient être aisément excitées à  la même gamme de voltage ou de champ     ma-          groétique.     



  La fi-. 9 montre un tube comprenant  deux cavités résonnantes à haute fréquence 24  et 25 qui sont utilisées comme dans un tube         kly        stron    bien connu, et qui peuvent. être cou  plées extérieurement si le tube doit être uti  lisé     comme    oscillateur.  



  Ce tube électronique comprend deux  ouvertures dont chacune donne sur une cavité.  Les électrons émis par la cathode et passant  devant la première ouverture sont ralentis ou  accélérés par le champ à haute fréquence de  la première cavité, de sorte qu'ils se grou  pent dans l'espace entre lesdites deux ouver  tures et cèdent de leur énergie à la seconde  cavité.  



  Il n'est pas nécessaire, dans le cas de la       fig.    10, que la cavité 19 qui module le fais  ceau électronique et que la cavité 20 sur la  quelle on prélève l'énergie H. F. soient au       même    potentiel. Il est avantageux que la ca  vité 20 soit. à un potentiel plus élevé, les  diverses électrodes, évidemment, étant dispo  sées de façon à fournir des chemins conve  nables pour les électrons, comme indiqué à la  fi-. 10.  



  Des électrons secondaires sont émis par  la surface 21, comme montré; ils sont causés  par les électrons primaires qui retournent  vers la première surface     émissive    1. Aux  points d'impact. des électrons primaires avec  la surface 21 jaillissent des électrons     secon-          daires,    et le faisceau 23 d'électrons émis par  la surface 21 est. condensé de la façon indi  quée précédemment, c'est-à-dire au moyen       d'un    champ magnétique. Le faisceau primaire  d'électrons 22 est modulé en densité par le  champ à haute fréquence en face de l'ouver  ture de la cavité résonnante 19.

   Ce faisceau  modulé 22 produit un faisceau modulé am  plifié     d'électrons    23 qui excite la cavité ré  sonnante 20 lorsqu'il     passe    devant. l'ouverture.

Claims (1)

  1. REV'ENDIC ATION: Dispositif électronique pour très hautes fréquences comprenant. une cathode et une anode, des premiers moyens pour soumettre ladite anode à une tension positive par rap port à ladite cathode, cette anode étant mu nie d'une ouverture communiquant avec une cavité résonnante, des seconds moyens pour produire un champ magnétique entre ladite cathode et ladite anode, parallèlement à la surface de ladite cathode, ,
    caractérisé en ce (tue lesdits premiers et seconds moyens sont agencés de façon que les grandeurs relatives (le la tension d'anode et du champ magnéti que soient telles que les électrons quittant ladite cathode parcourent. des trajectoires arquées qui aboutissent à une surface émet trice et qui se croisent: de façon à produire, au voisinage des sommets des trajectoires, un courant, d'une grande densité, ladite anode étant disposée de telle façon que ledit courant.
    de grande densité passe devant ladite ouver- t11re. SOUS- ZEVINDICATIONS: 1. Dispositif suivant la revendication, ca ractérisé en ce que ladite surface émettrice laquelle lesdites trajectoires aboutissent est identique avec la surface de ladite cathode. ?.
    Dispositif suivant la sous-revendication 1. caractérisé en ce que ladite anode est munie en tout de deux ouvertures devant lesquelles passe le courant de grande densité, chaque ouverture communiquant avec une cavité ré sonnante à haute fréquence, ledit courant étant modulé en vitesse par le champ électri- (tue à haute fréquence en face ,de la pre mière ouverture, tandis que les électrons se groupent pendant qu'ils parcourent l'espace entre la première et la seconde ouverture, l'énergie étant extraite des électrons groupés par le champ électrique à haute fréquence en face de ladite seconde ouverture. 3.
    Dispositif suivant la revendication, ca ractérisé en ce que ladite surface émettrice à laquelle aboutissent lesdites trajectoires est une surface autre que celle de ladite cathode, cette autre surface étant conque pour émettre des électrons secondaires; en ce qu'il comprend une seconde anode, munie d'une ouverture communiquant avec une cavité résonnante, les électrons secondaires quittant ladite sur face émettrice produisant également un cou rant de grande densité, qui est formé de la même manière que le courant de grande den sité issu de ladite cathode, la seconde anode étant disposée de telle façon que le courant de grande densité produit par les électrons secondaires passe .devant l'ouverture de la seconde anode,
    le courant émis par ladite cathode étant modulé en densité par le champ à haute fréquence en face de l'ouverture de la première anode, ce courant. modulé produi sant ledit courant d'électrons secondaires #no. (luté et amplifié qui excite la cavité réson nante de ladite seconde anode. 4. Dispositif suivant la revendication, ca ractérisé en ce que ladite anpde est de forme tubulaire et fait. fonction de cavité réson nante, en ce qu'elle est munie d'un nombre pair d'ouvertures longitudinales disposées à des distances égales autour -de sa périphérie, en .ce que ladite cathode est de forme cylin drique, en -ce qu'elle entoure ladite anode et en ce qu'elle est coaxiale avec -celle-ci.
    :5. Dispositif suivant la sous-revendication 4, caractérisé en ce que les parois de ladite anode tubulaire, entre les ouvertures longitu dinales, sont. arquées. 6. Dispositif suivant la sous-revendieation 4-, caractérisé en ce que les parois de ladite anode tubulaire, entre les ouvertures longitu dinales, sont planes.
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