Dispositif électronique à modulation de vitesse La présente invention a pour objet un dispositif électronique à modulation de vitesse, caractérisé en ce qu'il comprend un klystron comportant une enve loppe évacuée avec un canon à électrons à une extré mité et un collecteur à l'autre extrémité, cette enve loppe comprenant, entre le canon et le collecteur, des sections tubulaires séparées par des intervalles, des parties internes de résonateurs entourant lesdits inter valles et comprenant des parois extrêmes métalliques montées sur des sections tubulaires adjacentes et un cylindre de matière isolante entourant chaque inter valle et scellé entre deux desdites parois extrêmes, des résonateurs externes,
à raison d'un pour cha que partie interne de résonateur et comprenant cha cun une boite métallique comportant des parois espa cées présentant une ouverture pour recevoir ladite enveloppe, chaque boite étant divisée en deux sec tions le long de la ligne coupant lesdites ouvertures, des moyens de verrouillage montés sur chacune des- dites sections de résonateur pour verrouiller deux sections l'une à l'autre de manière amovible autour d'un des cylindres,
de manière que ces sections soient supportées seulement par engagement avec lesdites parois extrêmes coopérant avec ce cylindre, et un circuit magnétique entourant lesdites parties internes de résonateurs, lesdites sections dés boites étant mécaniquement indépendantes du circuit magnétique.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention. La fig. 1 est une coupe axiale d'un tube que com prend cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue latérale, partiellement en coupe de cette forme d'exécution.
La fig. 3 est une coupe par la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe par la ligne 4-4 de la fig. 2. La fig. 5 est une coupe par la ligne 5-5 d e la fig. 2.
Le dispositif représenté comprend. un klystron à trois cavités, étant bien entendu qu'un tel tube pour rait comprendre un nombre plus petit ou plus grand de résonateurs. Il s'agit d'un tube fonctionnant comme amplificateur de puissance dans la région des fréquences ultra-hautes, d'une longueur totale d'un mètre ou plus, susceptible de fournir une puissance de plus de dix kilowatts en onde continue à des fré quences allant jusqu'à 900 mégacycles.
Ce tube comprend une enveloppe allongée pré sentant un canon à électrons 2 à une extrémité et un collecteur 3 à l'autre extrémité. Le faisceau électro nique allant du canon au collecteur passe à travers un tube de glissement formé de plusieurs sections 4, 6, 7 et 8 s'étendant axialement relativement à l'enve loppe et séparées par des intervalles 9, 11 et 12. Les sections du tube de glissement sont de préférence en cuivre. Les intervalles susdits sont recouverts. par des résonateurs à cavité 13, 14 et 16.
Le canon à électron 2 comprend une cathode 17 logée dans une anode 18 en forme de capuchon. Cette anode est faite d'une matière non magnétique, de préférence du cuivre, et présente une ouverture 19 alignée axialement avec la cathode.
Les électrons émis par la cathode sont concentrés initialement à travers l'ouverture de l'anode dans .le tube de glisse ment, par une électrode de concentration 21, selon la manière connue dans la technique des canons à électrons. La cathode peut être faite de toute matière susceptible d'émettre des électrons, et chauffée par un filament ou un autre radiateur (non représenté). L'ensemble de la cathode et de l'électrode de con centration est monté sur une tige 22 à l'extrémité de l'enveloppe, portant des bornes pour les différen- tes parties de l'ensemble cathodique.
La tige est scellée à la base de l'anode 18 par un joint brasé 23.
A l'extrémité opposée de l'enveloppe, le collec teur 3 comprend une électrode 24 en forme de capu chon, en cuivre par exemple, connectée à la section 8 du tube de glissement par une paroi isolante 26 en verre, scellée entre des brides 27. Le collecteur est refroidi par une jaquette d'eau 28 présentant des connexions d'entrée et de sortie 29 et 31, un écran tubulaire 32 dirigeant l'eau, à son entrée dans la jaquette, le long de la surface du collecteur. Une tubulure métallique 33 est montée à l'extrémité du collecteur et sert à l'évacuation de l'air du tube.
Une fois le tube vidé, la tubulure est fermée en 34.
Les éléments du tube décrits ci-dessus fonction nent de la manière connue pour les klystrons de ce type : un faisceau électronique provenant du canon à électrons 2 est accéléré par un potentiel positif sur l'anode 18, passe à travers le tube de glissement et les espaces d'interaction formés par les intervalles 9, 11 et 12, et atteint finalement le collecteur 24. Les trois résonateurs à cavité 13, 14, 16 coopèrent avec les espaces d'interaction et fonctionnent comme éIé- ments de détermination de fréquence pour le disposi tif.
Dans le tube représenté, qui fonctionne en ampli ficateur, le signal d'entrée pour moduler le faisceau électronique est envoyé dans le résonateur 13, et la sortie à haute fréquence est prise à partir de la troi sième cavité 16, selon la technique habituelle aux klystrons à trois cavités.
Le tube est du type à accord externe et présente des portions centrales des résonateurs qui s'intègrent à l'enveloppe vide du tube et qui comprennent des prolongements extérieurs à cette enveloppe. Cette construction simplifie la structure du tube et place les dispositifs mécaniques d'accord à l'extérieur de l'es pace vide. La fig. 1 ne montre que les portions inter nes des résonateurs qui forment partie intégrante de l'enveloppe.
Les sections 4, 6, 7, 8 du tube de glissement sont alignées axialement et forment des parois latérales de l'enveloppe. Les résonateurs à cavité 13, 14, 16 sont disposés transversalement à l'axe de l'enveloppe et sont montés sur les sections du tube de glissement. Ces résonateurs constituent des portions de paroi additionnelle de l'enveloppe. En d'autres mots, ils constituent des parois étanches au vide couvrant les intervalles entre les sections du tube de glissement.
Les trois résonateurs formant le corps principal de l'enveloppe sont construits de la même manière et comprennent des parois extrêmes 36 formées de dis ques de cuivre, brasées aux sections adjacentes du tube par des brasages 37. Des cylindres isolants 38, de préférence en céramique, sont scellés entre les parois extrêmes par des brides 39 selon les techni ques usuelles de scellage céramique sur métal.
La section 4 du tube de glissement, entre le premier résonateur et l'anode 18, est fixée à l'extrémité per cée de l'anode par un brasage 41. Cette section du i tube est assez longue pour former un col allongé entre le canon à électrons et le premier résonateur 13. Ce col constitue un caractère important de l'enve loppe du tube, conjointement aux moyens magnéti ques de commande du faisceau qui seront décrits plus bas. La cathode 17 présente un diamètre supérieur au diamètre interne du col.
L'ensemble du tube est complété par des jaquet tes d'eau 42, 43, 44 et 46 destinées au refroidisse ment des sections du tube de glissement. Les jaquet tes 43 et 44 connectées entre les parois extrêmes des résonateurs sont d'un diamètre suffisamment large pour assurer aussi le refroidissement des parois des résonateurs. Un disque extrême 47 de la jaquette 46 fonctionne aussi comme bride de montage pour le tube dans sa position de fonctionnement.
La jaquette 42 entourant la section 4 formant col est d'un dia mètre relativement petit, afin que cette portion de l'enveloppe occupe un diamètre minimum pour les raisons exposées plus loin. Toutes ces jaquettes d'eau peuvent être supprimées pour des tubes de faibles puissances, tandis que pour les tubes de fortes puis sances il est avantageux de prévoir une dissipation de la chaleur le long du tube de glissement. Dans les plus grands de ces tubes, les jaquettes agissent aussi comme moyens de renforcement mécaniques, axia- lement au tube.
Les fig. 2 à 5 montrent des éléments externes au tube décrit qui complètent les résonateurs à cavité et constituent des. moyens magnétiques de commande du faisceau. Considérons d'abord la commande magnétique. On voit à la fig. 2 la disposition géné rale qui comprend un circuit magnétique principal disposé autour du corps principal de l'enveloppe, ce circuit dirigeant le faisceau électronique selon une trajectoire axiale à travers le tube de glissement et les trois résonateurs. Ce circuit magnétique principal comprend deux enroulements centraux 48 et un enroulement extrême 49.
Le circuit comprend aussi un cadre de matière magnétique, du fer par exemple, comportant des plateaux extrêmes supérieur et infé rieur 51 et 52 connectés par des pièces latérales 53. Comme le montre la fig. 3, ces plateaux sont des car rés dont les angles sont coupés pour recevoir les piè ces latérales 53, ce qui forme un cadre ouvert pour loger le tube, le cadre de fer servant également de support pour le tube dans sa position de fonctionne ment.
Le tube est inséré de préférence avec l'extrémité collecteur dirigée vers le bas. Dans ce but, le plateau supérieur présente une ouverture pour permettre le passage du corps principal du tube et un aneau 24' en deux parties est assemblé dans cette ouverture pour prolonger le fer jusqu'au col du tube. Au niveau du plateau inférieur, un collier 54 fait saillie vers le haut pour former un siège destiné au disque de support 47 de l'enveloppe. L'enroulement 49 du circuit magnétique principal est disposé autour du collier de support 54.
Les deux autres enroulements 48 sont disposés à distance l'un de l'autre entre les plateaux extrêmes et sont supportés depuis les pièces latérales par des consoles 56. Celles-ci sont mainte nues par des vis 57 dans des fentes 58, de sorte que les enroulements 48 peuvent être réglés axialement au tube et l'un par rapport à l'autre, ce réglage étant avantageux lors du montage initial du tube.
Il faut noter que le plateau de fer supérieur 51 se trouve dans un plan transversal au niveau de la section de l'enveloppe formant le col. Ce plateau de fer est ainsi disposé entre le canon à électrons et la portion restante du tube et protège le canon à -élec trons du champ du circuit magnétique principal. Il faut remarquer également que le col allongé de l'en veloppe se projette au-delà de cet écran protecteur sur une distance appréciable. Le rôle de ce col et de cet écran est de permettre au canon de lancer et de concentrer le faisceau électronique indépendamment du circuit magnétique principal et de permettre au faisceau ainsi formé de parcourir une certaine dis tance à travers le col avant d'entrer dans le champ magnétique principal.
Cette construction permet de donner au tube un autre caractère important qui va être décrit ci-après.
Une lentille magnétique 59 (fig. 2) est disposée autour du col du tube pour guider le faisceau axia- lement dans le champ magnétique principal. Cet organe est très important pour le fonctionnement du klystron, car en l'absence de ce dispositif on n'a au cune assurance que le faisceau parte dans la direction axiale précise. Des erreurs peuvent se manifester par suite d'imperfections dans la fabrication et l'assem blage du canon à électrons et dans un mauvais ali gnement lors du scellage du canon dans l'enveloppe. Des variations de ce type sont très sensibles d'un tube à l'autre dans une production en série.
Elles sont sup primées par le perfectionnement d'écrit, par le fait que la direction du faisceau est commandée indépendam ment par la lentille 59 avant que le faisceau entre dans le circuit magnétique principal.
La lentille 59 comprend un enroulement 61 pré sentant un diamètre intérieur supérieur au plus grand diamètre extérieur du canon pour qu'il puisse glisser sur l'extrémité anodique du canon de manière à encercler le col de l'enveloppe. Un cadre circulaire d'une matière magnétique, du fer par exemple, est disposé de manière à s'étendre intérieurement depuis cet enroulement vers le col du tube, ce cadre com prenant un disque 62 et un capuchon 63 entourant l'enroulement 59. Ce cadre est divisé (fig. 4) pour permettre son assemblage autour du col de l'enve loppe. Il est destiné à protéger le canon de l'enrou lement 59 et présente une ouverture à sa périphérie interne disposée entre le canon et le plateau 51.
Le diamètre intérieur du cadre est inférieur audit dia mètre extérieur du canon. La lentille est supportée par le plateau extrême 51 du circuit magnétique prin cipal et montée de manière à pouvoir être réglée ou déplacée transversalement relativement à l'axe de l'enveloppe, au moyen de tiges de support à bride 64 et de vis 66 passant à travers des trous 67 de plus grand diamètre dans le plateau 51 (voir aussi fig. 3). Une rondelle 65 de grand diamètre est associée à chaque vis 66 pour empêcher les écrous montés sur ces vis de passer à travers les trous 67.
Le procédé d'alignement magnétique est destiné premièrement à placer le tube dans le circuit magné tique principal de manière que l'enveloppe soit co axiale aux enroulements, principaux, ce qui est sim plement une question de relation géométrique. Tout alignement initial défectueux du faisceau est ainsi cor rigé en déplaçant la lentille jusqu'à ce que le faisceau soit correctement disposé dans l'axe du tube, le réglage optimum étant indiqué par une transmission de courant maximum du faisceau à travers le tube. Une fois le réglage assuré, la lentille est bloquée dans la position qu'elle occupe.
Des prolongements externes des résonateurs sont constitués par des boîtes métalliques 68 agencées pour être supportées seulement par l'enveloppe du tube. Ce point est important, parce qu'il est avanta geux que ces prolongements des résonateurs soient montés indépendamment de l'assemblage du circuit magnétique. Ces résonateurs externes sont de forme rectangulaire et constituent essentiellement des exten sions des parois 36 des résonateurs incorporés à l'en veloppe.
Ces boîtes présentent des ouvertures circu laires et sont en deux parties de manière à pouvoir s'ouvrir et s'assembler en position fermée autour de l'enveloppe. Pour assurer les connexions électriques nécessaires, les parois des résonateurs externes sont équipées, autour des ouvertures circulaires, de rubans de contacts élastiques 69 s'engageant avec les bords périphériques des parois dé résonateurs 36.
Une fois assemblées autour de l'enveloppe, les deux moitiés d'un résonateur externe sont maintenues ensemble dans la position d'engagement par des verrous 71 comprenant chacun un organe de verrouillage monté sur l'une des moitiés du résonateur, à proximité de la ligne de jonction des deux moitiés, et coopérant avec un organe de verrouillage monté sur l'autre moitié. Comme les rubans de contact 69 sont comprimés contre les parois extrêmes 36, on voit que toute la structure externe est fermement fixée dans la position assemblée de fonctionnement.
Des moyens d'accord dans les résonateurs exter nes comprennent des pistons rectangulaires opposés 72, engagés à glissement dans les parois des boîtes, chaque piston étant disposé dans une moitié du réso nateur externe. Des tiges 73 permettent de déplacer les pistons pour régler la fréquence de fonctionne ment.
Le couplage des résonateurs d'entrée et de sor tie peut se faire de toute manière conventionnelle (non représentée), par exemple par des lignes coaxia les et des boucles de couplage ou des guides d'ondes à travers des diaphragmes iris, ces lignes de transmis sion étant connectées aux parois latérales des résona teurs externes.
On a décrit la fonction principale de la lentille 59, qui est de guider le faisceau électronique axiale ment dans le champ magnétique principal. Il faut remarquer que la lentille exerce une action conver gente sur le faisceau et permet aussi, par conséquent, de commander le diamètre du faisceau électronique. L'intensité de l'action convergente dépend du cou rant passant dans l'enroulement 61 de la lentille, ce courant pouvant être modifié pour régler :le diamètre du faisceau.
Ce réglage est important pour obtenir le rendement optimum du tube.
Il faut remarquer aussi que le circuit magnétique principal, bien que comprenant de préférence un cadre de fer avec des plateaux extrêmes, selon la description ci-dessus, peut comprendre simplement des enroulements encerclant le corps du tube, puis que ces enroulements seuls fonctionnent pour diriger le faisceau électronique selon une trajectoire axiale dans l'enveloppe. Le col allongé du tube maintient le canon à électrons suffisamment éloigné du circuit magnétique principal pour isoler ce canon du champ principal.
Dans ce cas, cependant, il est encore pré férable de prévoir un plateau d'une forme quelcon que, transversalement au col du tube, pour protéger le canon à électrons, ce plateau pouvant être un sim ple disque placé en avant de la lentille.
Il est évident qu'on peut utiliser des aimants per manents, pour former le circuit magnétique, à la place des électro-aimants.