EP0020218B1 - Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur - Google Patents
Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur Download PDFInfo
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- EP0020218B1 EP0020218B1 EP19800400648 EP80400648A EP0020218B1 EP 0020218 B1 EP0020218 B1 EP 0020218B1 EP 19800400648 EP19800400648 EP 19800400648 EP 80400648 A EP80400648 A EP 80400648A EP 0020218 B1 EP0020218 B1 EP 0020218B1
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- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/027—Collectors
- H01J23/0275—Multistage collectors
Definitions
- the present invention relates to a depressed multi-stage collector, cooled by radiation, for microwave tubes. It also relates to microwave tubes comprising such a collector.
- microwave tubes such as klystrons or traveling wave tubes
- the collector of these tubes therefore receives, to the fraction of energy transmitted to the microwave wave, all the energy of the electron beam and dissipates it in the form of heat. We must try to reduce this dissipated energy, on the one hand, to reduce the difficulties associated with the evacuation of heat, and on the other hand, to increase the efficiency of the tubes.
- a known solution for reducing the energy consists in using a depressed collector with several stages, comprising several electrodes brought to decreasing potentials and of values lower than those of the potential of the delay line, in the case of a progressive tube, or to that of the cavities, in the case of a klystron.
- the electrons are then sorted according to their energy and the electrons are thus collected at the lowest possible potential.
- German patent application 2,636,913 discloses a multi-stage depressed collector comprising an insulating envelope 17.
- the electrodes 1 to 5 of this collector are carried by rods 14 covered with insulation 10 and these rods are fixed to the casing 17 by means of a support flange 12.
- Elastic blades 21 serving as shock absorbers are in addition arranged between the envelope and that of the electrodes 1 to 5 which is furthest from the flange 12.
- the present invention relates to a depressed multi-stage collector, cooled by radiation, in particular for microwave tubes, and comprising a vacuum enclosure made of insulating material, of substantially cylindrical shape, as well as several electrodes placed in the path of the electron beam and brought to different potentials, characterized in that the electrodes in question are fixed to the vacuum enclosure by means of metal supports.
- the collector according to the invention has the advantage of being well cooled, only by radiation, which is advantageous for space applications.
- the temperature of the electrodes is only about 100 ° C. above the temperature of the enclosure, whereas it is 300 to 400 ° C above the temperature of the enclosure for the collector according to the known art which was discussed above.
- the collector according to the invention also has the advantage of being completely electrically isolated and of being easy to assemble.
- FIG. 1 represents an embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′, of a collector according to the invention.
- the vacuum enclosure 1 of the collector is a cylinder of insulating material.
- the collector according to the invention is a depressed collector, with several stages, which therefore comprises several electrodes 2 placed on the path of an electron beam and brought to different potentials.
- the electrodes 2 are fixed to the vacuum enclosure 1 by means of metal supports 3. In the example shown in FIG. 1, the electrodes are fixed to the supports 3 by screws 8.
- the geometry of the electrodes 2 allows to avoid, in known manner, the emission by the secondary electron electrodes to the rest of the tube and also makes it possible to protect the insulating enclosure 1, in particular against metallic vaporizations.
- the metal supports 3 are brazed to the enclosure made of insulating material by a high temperature solder 4 which improves the thermal bond between the electrodes 2 and the vacuum enclosure 1.
- the vacuum enclosure 1 is generally made of ceramic and preferably of alumina.
- Alumina has in fact, in the temperature range considered, good absorption and good emissivity of the order of 0.8, without requiring treatment as is the case when using a stainless steel enclosure.
- the collector according to the invention has the advantage of being entirely electrically isolated; on the other hand, it allows good evacuation by thermal conduction of the power dissipated on the electrodes towards the enclosure, which therefore ensures both the isolation and the radiation of the power.
- the metal supports are therefore previously brazed on the vacuum enclosure, then the electrodes 2 are put in place.
- the placement of the electrodes which have generally for axis of revolution the axis of the enclosure, can be done in different ways and Figures 2, 3 and 4 show in a nonlimiting manner three possibilities of placement of the electrodes.
- the manifold according to the invention is shown seen in cross section.
- the metal supports 3 are constituted by bosses brazed to the vacuum enclosure 1.
- the electrodes 2 have notches 6 corresponding to the bosses which allow them to be put in place.
- the metal supports 3 are constituted by rings, of the same diameters and notched.
- the electrodes 2 include notches 6 alternating with those of the rings and which allow their positioning. In Figures 2 and 3, only the external diameter of an electrode 2 having notches has been shown.
- FIG. 4 represents an embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′, of a collector according to the invention.
- the screws for fixing the electrodes 2 to the supports 3 are not shown.
- the metal supports 3 consist of rings, of internal diameter increasing as a function of their distance from the bottom of the enclosure 7.
- the external diameter of the electrodes 2 also increases as a function of this distance, which allows them to be placed in place.
- the three embodiments of the invention shown in Figures 2, 3 and 4 can be used when the metal supports 3 are brazed on the enclosure 1, as is the case in Figure 1, or when the metal supports 3 are mechanically fixed to the enclosure 1.
- the electrodes are made of a material having a good emissivity, such as pyrolytic graphite, it is not necessary to establish a good thermal contact between the metal supports and the enclosure, and therefore, there is no it is not necessary to solder the metal supports on the enclosure.
- the metal supports can then simply be mechanically fixed on the enclosure.
- FIG. 5 represents a nonlimiting embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′ of a collector according to the invention in the case of the metal supports 3 are mechanically fixed on the enclosure 1.
- the electrodes are first fixed on the metal supports, then, the supports are mechanically fixed on the enclosure whose internal diameter increases discontinuously depending on the distance to the bottom of the enclosure, for example by means of elastic metal rods 5, as shown in FIG. 5. The mounting of the electrodes is thus carried out very simply.
- the bottom 7 of the vacuum enclosure 1 can be made of a material different from the insulator constituting the rest of the enclosure.
- the bottom 7 of the enclosure can be metallic, it can also be connected to a pipe or have orifices allowing the supply of voltage to the tube.
- the metal supports are formed by the extension of the electrodes which are therefore metallic in this case and the electrodes can therefore be fixed directly mechanically to i vacuum chamber.
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Description
- La présente invention concerne un collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence. Elle concerne également les tubes hyperfréquences comportant un tel collecteur.
- Le fonctionnement des tubes hyperfréquences, tels que les klystrons ou les tubes à onde progressive, est basé sur un échange d'énergie entre un faisceau électronique et une onde électromagnétique hyperfréquence. Le collecteur de ces tubes reçoit donc, à la fraction d'énergie transmise à l'onde hyperfréquence près, toute l'énergie du faisceau électronique et la dissipe sous forme de chàleur. Il faut essayer de diminuer cette énergie dissipée, d'une part, pour réduire les difficultés associées à l'évacuation de la chaleur, et d'autre part, pour augmenter le rendement des tubes.
- Une solution connue pour diminuer l'énergie consiste à utiliser un collecteur déprimé à plusieurs étages, comportant plusieurs électrodes portées à des potentiels décroissants et de valeurs inférieures à celles du potentiel de la ligne à retard, dans le cas d'un tube progressive, ou à celle des cavités, dans le cas d'un klystron. Il s'effectue alors un tri des électrons en fonction de leur énergie et les électrons sont ainsi collectés au potentiel le plus bas possible.
- On connaît par la demande de brevet allemand 2.636.913, un collecteur déprimé à plusieurs étages comportant une enveloppe isolante 17.
- Les électrodes 1 à 5 de ce collecteur sont portées par des tiges 14 recouvertes d'isolants 10 et ces tiges sont fixées à l'enveloppe 17 par l'intermédiaire d'une bride de support 12. Des lames élastiques 21 servant d'amortisseurs sont en outre disposées entre l'enveloppe et celle des électrodes 1 à 5 qui est la plus éloignée de la bride 12.
- L'évacuation de la chaleur des électrodes vers l'enceinte se fait donc très mal dans ce type de collecteur.
- La présente invention concerne un collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, notamment pour tube hyperfréquence, et comportant une enceinte à vide en matériau isolant, de forme sensiblement cylindrique, ainsi que plusieurs électrodes placées sur le trajet du faisceau électronique et portées à des potentiels différents, caractérisé en ce que les électrodes en question sont fixées sur l'enceinte à vide par l'intermédiaire de supports métalliques.
- Le collecteur selon l'invention présente l'avantage d'être bien refroidi, uniquement par rayonnement, ce qui est intéressant pour les applications spatiales. Ainsi dans un mode de réalisation préféré où les supports des électrodes sont brasés sur l'enceinte à vide, la température des électrodes n'est que d'environ 100 °C au-dessus de la température de l'enceinte, alors qu'elle est de 300 à 400 °C au-dessus de la température de l'enceinte pour le collecteur selon l'art connu dont il a été question précédemment.
- Le collecteur selon l'invention présente également l'avantage d'être complètement isolé électriquement et d'être de montage facile.
- D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent :
- - les figures 1, 4 et 5, des modes de réalisation, vus en coupe longitudinale, d'un collecteur selon l'invention ;
- - les figures 2 et 3, deux modes de réalisation, vus en coupe transversale, d'un collecteur selon l'invention.
- Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des différents éléments ne sont pas respectées.
- La figure 1 représente un mode de réalisation, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00', d'un collecteur selon l'invention. Sur les figures 1, 4 et 5, on n'a représenté que la moitié de la coupe longitudinale selon l'axe 00' du collecteur selon l'invention. L'enceinte à vide 1 du collecteur est un cylindre en matériau isolant. Le collecteur selon l'invention est un collecteur déprimé, à plusieurs étages, qui comporte donc plusieurs électrodes 2 placées sur le trajet d'un faisceau électronique et portées à des potentiels différents. Les électrodes 2 sont fixées sur l'enceinte à vide 1 par l'intermédiaire de supports métalliques 3. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les électrodes sont fixées sur les supports 3 par des vis 8. La géométrie des électrodes 2 permet d'éviter, de façon connue, l'émission par les électrodes d'électrons secondaires vers le reste du tube et permet aussi de protéger l'enceinte isolante 1, notamment contre les vaporisations métalliques.
- Sur la figure 1, les supports métalliques 3 sont brasés sur l'enceinte en matériau isolant par une brasure à haute température 4 qui permet d'améliorer la liaison thermique entre les électrodes 2 et l'enceinte à vide 1.
- L'enceinte à vide 1 est généralement en céramique et de préférence en alumine. L'alumine présente en effet, dans le domaine de température considéré, une bonne absorption et une bonne émissivité de l'ordre de 0,8, sans nécessiter de traitement comme c'est le cas lorsqu'on utilise une enceinte en acier inoxydable.
- Le collecteur selon l'invention présente l'avantage d'être entièrement isolé électriquement ; d'autre part, il permet une bonne évacuation par conduction thermique de la puissance dissipée sur les électrodes vers l'enceinte, qui assure donc à la fois l'isolement et le rayonnement de la puissance.
- Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1, les supports métalliques sont donc préalablement brasés sur l'enceinte à vide, puis, les électrodes 2 sont mises en place. La mise en place des électrodes, qui ont généralement pour axe de révolution l'axe de l'enceinte, peut se faire de différentes façons et les figures 2, 3 et 4 représentent de façon non limitative trois possibilités de mise en place des électrodes.
- Sur les figures 2 et 3, le collecteur selon l'invention est représenté vu en coupe transversale. Sur la figure 2, les supports métalliques 3 sont constitués par des bossages brasés sur l'enceinte à vide 1. Les électrodes 2 comportent des échancrures 6 correspondant aux bossages qui permettent leur mise en place. Sur la figure 3, les supports métalliques 3 sont constitués par des anneaux, de mêmes diamètres et échancrés. Comme dans le cas de la figure 2, les électrodes 2 comportent des échancrures 6 alternant avec celles des anneaux et qui permettent leur mise en place. Sur les figures 2 et 3, on a seulement représenté le diamètre externe d'une électrode 2 présentant des échancrures.
- La figure 4 représente un mode de réalisation, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00', d'un collecteur selon l'invention. Les vis de fixation des électrodes 2 sur les supports 3 ne sont pas représentées. Sur la figure 4, les supports métalliques 3 sont constitués par des anneaux, de diamètre interne croissant en fonction de leur distance au fond de l'enceinte 7. Le diamètre externe des électrodes 2 croît également en fonction de cette distance ce qui permet leur mise en place.
- Les trois modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures 2, 3 et 4 peuvent être utilisés lorsque les supports métalliques 3 sont brasés sur l'enceinte 1, comme c'est le cas sur la figure 1, ou lorsque les supports métalliques 3 sont fixés mécaniquement sur l'enceinte 1.
- En effet, lorsque les électrodes sont constituées d'un matériau ayant une bonne émissivité, tel que le graphite pyrolytique, n'est pas nécessaire d'établir un bon contact thermique entre les supports métalliques et l'enceinte, et donc, il n'est pas nécessaire de braser les supports métalliques sur l'enceinte. Les supports métalliques peuvent être alors simplement fixés mécaniquement sur l'enceinte.
- La figure 5 représente un mode de réalisation non limitatif, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00' d'un collecteur selon l'invention dans le cas pu les supports métalliques 3 sont fixés mécaniquement sur l'enceinte 1. Dans ce cas, puisqu'il n'y a pas de brasure haute température, les électrodes sont d'abord fixées sur les supports métalliques, puis, les supports sont fixés mécaniquement sur l'enceinte dont le diamètre interne augmente de façon discontinue en fonction de la distance au fond de l'enceinte, au moyen par exemple de joncs métalliques élastiques 5, comme représenté sur la figure 5. Le montage des électrodes est ainsi réalisé très simplement.
- Le fond 7 de l'enceinte à vide 1 peut être réalisé en un matériau différent de l'isolant constituant le reste de l'enceinte. Le fond 7 de l'enceinte peut être métallique, il peut aussi être relié à un queusot ou comporter des orifices permettant l'alimentation en tension du tube.
- Dans un autre mode de réalisation de l'invention qui n'est pas représenté sur les figures, les supports métalliques sont constitués par le prolongement des électrodes qui sont donc métalliques dans ce cas et les électrodes peuvent donc être fixées directement de façon mécanique sur i'enceinte à vide.
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