EP0119362B1 - Cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles - Google Patents

Cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles Download PDF

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EP0119362B1
EP0119362B1 EP83402411A EP83402411A EP0119362B1 EP 0119362 B1 EP0119362 B1 EP 0119362B1 EP 83402411 A EP83402411 A EP 83402411A EP 83402411 A EP83402411 A EP 83402411A EP 0119362 B1 EP0119362 B1 EP 0119362B1
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EP
European Patent Office
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cavities
tube
electrodes
ensuring
cylinder
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EP83402411A
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Pierre Gerlach
Claude Grolleau
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00—Resonators of the waveguide type
    • H01P7/04—Coaxial resonators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J19/00—Details of vacuum tubes of the types covered by group H01J21/00
    • H01J19/78—One or more circuit elements structurally associated with the tube
    • H01J19/80—Structurally associated resonator having distributed inductance and capacitance

Definitions

  • the present invention relates to resonant coaxial cavities for tube grids.
  • These coaxial cavities are coupled on the input or output circuit of grid tubes, such as triodes, tetrodes ..., for example when these tubes are used in the power amplifiers of television transmitters which must respond specific bandwidth specifications.
  • a capacitive decoupling is then carried out between these cylinders and two electrodes of the tube so as to isolate the cylinders from the electrodes for direct voltages.
  • This capacitive decoupling is generally carried out by an insulating sheet clamped between two cylindrical parts.
  • the capacitive decoupling between the cylinders and the electrodes of the tube is carried out at the end of these cylinders located on the side of the tube. Thus all of the cylinders are connected to ground.
  • the problem that arises is that for the highest frequencies at which the cavities operate, the piston of the first cavity starting from the tube is located towards the end of the cylinders located on the side of the tube.
  • the pistons are arranged at the tension nodes of the standing wave system established in the line, and therefore of course at the current bellies.
  • the insulating sheet which makes it possible to carry out the capacitive decoupling between the internal cylinder and one of the electrodes of the tube is therefore located in a high current zone.
  • the losses in this dielectric are significant.
  • these losses which are troublesome in themselves, cause the temperature to rise in a place which is very difficult to cool.
  • the present invention solves this problem.
  • the present invention relates to resonant coaxial cavities for grid tube, constituted by a coaxial line separated into several resonant cavities by pistons whose position on the line is adjustable, this line consisting of two coaxial cylinders, connected to ground and provided with means ensuring a capacitive decoupling with two electrodes of the tube.
  • the means ensuring the capacitive decoupling of the internal cylinder at one of the electrodes of the tube are arranged in the interval between the positions occupied by the first and the second piston, starting from the tube, for the highest frequency at which operate the cavities.
  • this first piston provides a capacitive coupling between the first and the second cavity.
  • the means ensuring the capacitive decoupling of the internal cylinder to one of the electrodes of the tube are arranged, from the end of this cylinder located on the side of the tube, substantially at a distance equal to a quarter wave of the highest frequency at which the cavities operate.
  • the means ensuring the capacitive decoupling between the internal cylinder and one of the electrodes are therefore moved into an area where, at the highest frequency, the currents are low.
  • the preferred position of this decoupling is that where the currents are practically zero, that is to say at a quarter wave of the highest frequency.
  • this coupling does not have an optimal position but the currents decreasing strongly when the frequency decreases, the losses are largely reduced.
  • FIG. 1 represents a view in longitudinal section of a tetrode associated with coaxial cavities according to the prior art.
  • the coaxial cavities shown in Figure 1 are coupled by way of example on the output circuit of the tetrode.
  • cavities are constituted by a coaxial line 1 comprising an internal cylinder 2 and an external cylinder 3 which are coaxial.
  • This coaxial line 1 is separated into several elementary resonant cavities Ci, C 2 , C 3 by pistons P i , P 2 , the position of which on the line is adjustable.
  • the pistons are symbolically represented in the figure by a double horizontal arrow. Their possible displacement is indicated by a double vertical arrow.
  • the number of cavities and pistons can of course differ from what is shown in FIG. 1.
  • a planar capacitor 4 makes it possible to take the energy, in the second cavity in the figure.
  • the coupling means between two successive resonant cavities are not shown in FIG. 1. They can be constituted by planar capacitors or for example by the pistons ensuring a capacitive or inductive coupling which have been described in the patent application already cited.
  • the first cavity Ci is coupled to the tube and the last cavity C 3 ends in a short circuit.
  • the two cylinders 2 and 3 are connected to ground.
  • An insulating sheet 5 provides insulation for the DC voltages between the internal cylinder 2 and the grid G 2 .
  • This sheet 5 is clamped between the internal cylinder 2 and another cylinder 6 of short length and smaller diameter which is connected to the grid G 2 and which receives by the connection 7 the bias voltage of the grid G 2 , ie V G2 , which is around 1 KV for example.
  • the insulating sheet 5 at the end of the internal cylinder 2 on the side of the tube.
  • the entire internal cylinder 2 is connected to ground.
  • the first piston P l establishes a continuous electrical connection between the two cylinders 2 and 3, it can be displaced over the entire length of the internal cylinder 2 without risk of bringing the entire external cylinder 3 to the DC voltage of the grid G 2 .
  • An insulating sheet 5 is also clamped between the external cylinder 3 and another part 8 which is connected to the anode A and which receives by the connection 9 the bias voltage of the anode, ie VA.
  • the external cylinder 3 ends in a horizontal ring against which the insulating sheet is pressed which is held by another horizontal ring 8, connected to the anode A and to the connection 9.
  • the insulating sheet is pressed vertically at the end of the cylinder 3, outside of the cavity Ci.
  • FIG. 2 represents a view in longitudinal section of a tetrode associated with coaxial cavities according to the invention.
  • the difference between FIG. 2 and FIG. 1 lies in particular in the position of the means ensuring the capacitive decoupling of the internal cylinder 2 from the grid G 2 .
  • these means are arranged from the end of the cylinder situated on the side of the tube, substantially at a distance equal to a quarter wave of the highest frequency at which the cavities operate, ie ⁇ M / 4 this distance.
  • the currents are practically zero in the dielectric 5 serving for the coupling of the internal cylinder.
  • this coupling does not have an optimal position but the currents decreasing strongly when the frequency decreases, the losses are largely reduced.
  • this coupling is placed in the interval, designated by the reference D in FIG. 2, which is between the positions occupied by the first piston P, and the second piston P 2 , starting from the tube, for the highest frequency at which the cavities operate.
  • the first piston P l must establish a capacitive coupling between the first and the second cavity. So although the first part 9 of the internal cylinder is not grounded, the entire external cylinder 3 remains grounded which is important for safety reasons.
  • the other piston of the line, P 2 can indifferently establish a capacitive or inductive coupling or connect, continuously, the internal cylinder to the external cylinder if the coupling is carried out by a flat capacitor for example.
  • the insulating material 5 which is used to carry out the capacitive decoupling between the internal and external cylinders and two electrodes of the tube can be for example made of polytetrafluoroethylene, polyimide or mica.
  • Capacitive decoupling can also be achieved by an air gap between these cylinders and the electrodes.
  • the cavities according to the invention can be used on the input or output circuit of different grid tubes such as triodes, tetrodes ... They are particularly used on high power tubes, from two kilowatts. They are used for example on tubes operating in UHF between 470 and 850 M Hz.
  • the coaxial line is coupled on one side to the anode and on the other hand to the control grid.
  • the external cylinder has a greater length than the internal cylinder and that it is therefore possible to place this dielectric in an area where the currents are low for the highest frequency at which the cavities operate, for example, as shown in Figures 1 and 2 at the end of the outer cylinder located on the side of the tube.

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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)

Description

  • La présente invention concerne des cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles.
  • Par la demande de brevet français n° 78 36 248 déposée le 22 Décembre 1978 au nom de Thom- son-CSF, on connait des cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles qui sont constituées par une ligne coaxiale séparée en plusieurs cavités résonnantes élémentaires par des pistons. Les pistons qui cloisonnent les cavités peuvent aussi assurer leur couplage. Le couplage peut être capacitif-voir la figure 2 de la demande de brevet citée-ou inductif - voir la figure 4. Ces couplages peuvent être réglables, par exemple la figure 3 de la demande citée montre que l'on peut obtenir un couplage capacitif réglable en utilisant un piston en deux parties A et B qui s'emboîtent l'une dans l'autre. Par ailleurs, en modifiant la position des pistons sur la ligne, grâce à un système de fentes et d'ergots, ou grâce à des tiges, on peut réaliser l'accord en fréquence des cavités.
  • Ces cavités coaxiales sont couplées sur le circuit d'entrée ou de sortie de tubes à grilles, tels que des triodes, des tétrodes..., par exemple lorsque ces tubes sont utilisés dans les amplificateurs de puissance d'émetteurs de télévision qui doivent répondre à des spécifications précises en matière de bande passante.
  • Il est d'usage, pour des raisons de sécurité, de relier à la masse les deux cylindres coaxiaux qui constituent la ligne coaxiale.
  • On réalise alors un découplage capacitif entre ces cylindres et deux électrodes du tube de façon à isoler les cylindres des électrodes pour les tensions continues. Ce découplage capacitif est généralement réalisé par une feuille isolante serrée entre deux pièces cylindriques.
  • Dans l'art antérieur, les découplages capacitifs entre les cylindres et les électrodes du tube sont réalisés à l'extrêmité de ces cylindres située du côté du tube. Ainsi la totalité des cylindres est reliée à la masse.
  • Le problème qui se pose est que pour les fréquence les plus élevées auxquelles fonctionnent les cavités, le piston de la première cavité en partant du tube se trouve situé vers l'extrêmité des cylindres située du côté du tube. Les pistons sont disposés aux noeudes de tension du système d'ondes stationnaires établi dans la ligne, et donc bien entendu aux ventres de courant.
  • La feuille isolante qui permet de réaliser le découplage capacitif entre le cylindre interne et l'une des électrodes du tube est donc située dans une zone de fort courant. Les pertes dans ce diélectrique sont importantes. De plus ces pertes, gênantes en elles-mêmes, entraînent une élévation de la température dans un endroit qui est très difficile à refroidir.
  • La présente invention permet de résoudre ce problème.
  • Selon la revendication 1, la présente invention concerne des cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles, constituées par une ligne coaxiale séparée en plusieurs cavités résonnantes par des pistons dont la position sur la ligne est réglable, cette ligne étant constituée de deux cylindres coaxiaux, reliés à la masse et pourvus de moyens assurant un découplage capacitif avec deux électrodes du tube. Les moyens assurant le découplage capacitif du cylindre interne à l'une des électrodes du tube sont disposés dans l'intervalle compris entre les positions occupées par le premier et le deuxième piston, en partant du tube, pour la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités. De plus, ce premier piston assure un couplage capacitif entre la première et la deuxième cavité.
  • Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens assurant le découplage capacitif du cylindre interne à l'une des électrodes du tube sont disposés, à partir de l'extrêmité de ce cylindre située du côté du tube, sensiblement à une distance égale à un quart d'onde de la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités.
  • Selon l'invention, on déplace donc les moyens assurant le découplage capacitif entre le cylindre interne et l'une des électrodes dans une zone où à la fréquence la plus élevée les courants sont faibles. La position préférée de ce découplage est celle où les courants sont pratiquement nuls, c'est-à-dire à un quart d'onde de la fréquence la plus élevée.
  • Pour les fréquences les plus basses, ce couplage n'a pas une position optimale mais les courants diminuant fortement lorsque la fréquence diminue, le pertes sont largement réduites.
  • Seule l'utilisation d'un premier piston assurant un couplage capacitif entre la première et la deuxième cavité autorise le déplacement desdits moyens. En effet du fait de ce premier piston le cylindre externe reste relié à la masse malgré le déplacement desdits moyens.
  • Parmi les avantages de l'invention, on peut citer:
    • - une diminution des pertes dans le diélectrique en contact avec le cylindre interne,
    • - donc une amélioration du rendement de la cavité,
    • -et une diminution de la température au niveau de ce diélectrique.
  • D'autre 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:
    • - la figure 1, une vue en coupe longitudinale d'une tétrode associée à des cavités coaxiales selon l'art antérieur;
    • - la figure 2, une vue en coupe longitudinale d'une tétrode associée à des cavités coaxiales selon l'invention.
  • Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raison de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées.
  • La figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'une tétrode associée à des cavités coaxiales selon l'art antérieur.
  • Cette tétrode est représentée de façon tout à fait symbolique sur la figure. On désigne par F, son filament, par K, sa cathode, par G" sa grille de commande, par G2, sa grille écran et par A son anode. L'ensemble est bien entendu symétrique de révolution autour de I-axe 00'.
  • Les cavités coaxiales représentées sur la figure 1 sont couplées à titre d'exemple sur le circuit de sortie de la tétrode.
  • Ces cavités sont constituées par une ligne coaxiale 1 comprenant un cylindre interne 2 et un cylindre externe 3 qui sont coaxiaux. Cette ligne coaxiale 1 est séparée en plusieures cavités résonnantes élémentaires Ci, C2, C3 par des pistons Pi, P2, dont la position sur la ligne est réglable. Les pistons sont représentés symboliquement sur la figure par une double flèche horizontale. Leur possible déplacement est indiqué par une double flèche verticale. Le nombre de cavités et de pistons peut bien sûr différer de ce qui est représenté sur la figure 1. Un condensateur plan 4 permet de prélever l'énergie, dans la deuxième cavité sur la figure. Les moyens de couplage entre deux cavités résonnantes successives ne sont pas représentés sur la figure 1. Ils peuvent être constitués par des condensateurs plans ou par exemple par les pistons assurant un couplage capacitif ou inductif qui ont été décrits dans la demande de brevet déjà citée.
  • La première cavité Ci est couplée au tube et la dernière cavité C3 se termine par un court-circuit.
  • Les deux cylindres 2 et 3 sont reliés à la masse. Une feuille isolante 5 assure l'isolement pour les tensions continues entre le cylindre interne 2 et la grille G2. Cette feuille 5 est serrée entre le cylindre interne 2 et un autre cylindre 6 de faible longueur et de plus petit diamètre qui est connecté à la grille G2 et qui reçoit par la connexion 7 la tension de polarisation de la grille G2, soit VG2, qui est de l'ordre de 1 KV par exemple. Comme cela a été expliqué, il est d'usage de placer la feuille isolante 5 à l'extrémité du cylindre interne 2 du côté du tube. Ainsi la totalité du cylindre interne 2 est reliée à la masse. De plus si le premier piston Pl établit une liaison électrique en continu entre les deux cylindres 2 et 3, on peut le déplacer sur toute la longueur du cylindre interne 2 sans risque de porter la totalité du cylindre externe 3 à la tension continue de la grille G2. Une feuille isolante 5 est également serrée entre le cylindre externe 3 et une autre pièce 8 qui est connectée à l'anode A et qui reçoit par la connexion 9 la tension de polarisation de l'anode, soit VA.
  • Sur la figure 1, le cylindre externe 3 se termine par une couronne horizontale contre laquelle est plaquée la feuille isolante qui est maintenue par une autre couronne horizontale 8, reliée à l'anode A et à la connexion 9.
  • Il est bien entendu que si le cylindre 3 ne comporte pas de couronne la feuille isolante est plaquée, verticalement, au bout du cylindre 3, à l'extérieur de la cavité Ci.
  • Comme cela a été expliqueé, le problème qui se pose est que lorsque la fréquence augmente il faut pour assurer l'accord en fréquence des cavités déplacer les pistons vers le haut sur la figure 1. Aux fréquences les plus élevées du circuit, le piston Pl se trouve au niveau de la feuille isolante 6 du cylindre interne 2. Les pertes dans ce diélectrique sont donc très importantes.
  • La figure 2 représente une vue en coupe longitudinale d'une tétrode associée à des cavités coaxiales selon l'invention. La différence entre la figure 2 et la figure 1 réside notamment dans la position des moyens assurant le découplage capacitif du cylindre interne 2 à la grille G2.
  • Sur la figure 2 ces moyens sont disposés à partir de l'extrémité de cylindre située du côté du tube, sensiblement à une distance égale à un quart d'onde de la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités, soit λM/4 cette distance. Ainsi pour la fréquence la plus élevée, les courants sont pratiquement nuls dans le diélectrique 5 servant au couplage du cylindre interne. Pour les fréquences les plus basses, ce couplage n'a pas une position optimale mais les courants diminuant fortement lorsque la fréquence diminue, les pertes sont largement réduites.
  • D'une façon plus générale, pour diminuer les pertes dans le diélectrique qui sert au couplage du cylindre interne, on place ce couplage dans l'intervalle, désigné par la référence D sur la figure 2, qui est compris entre les positions occupées par le premier piston P, et le deuxième piston P2, en partant du tube, pour la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités.
  • Le cylindre interne 2 comporte alors deux parties:
    • - une première partie 9 qui est connectée à la grille G2 et qui comporte un décrochement 10 de plus petit diamètre pour loger le diélectrique 5 ou pour contenir une lame d'air de façon à assurer le couplage capacitif;
    • - une deuxième partie 11 de diamètre constant.
  • Comme cela a été représenté symboliquement sur la figure 2, il faut que le premier piston Pl établisse un couplage capacitif entre la première et la deuxième cavité. Ainsi bien que la première partie 9 du cylindre interne ne soit pas à la masse, la totalité du cylindre externe 3 reste à la masse ce qui est important pour des raisons de sécurité.
  • L'autre piston de la ligne, P2, peut indifféremment établir un couplage capacitif ou inductif ou relier, en continu, le cylindre interne au cylindre externe si le couplage est réalisé par un condensateur plan par exemple.
  • Le matériau isolant 5 qui est utilisé pour réaliser le découplage capacitif entre les cylindres interne et externe et deux électrodes du tube peut être exemple en polytétrafluoroéthylène, en polyimide ou en mica.
  • Le découplage capacitif peut aussi être réalisé ' par une lame d'air entre ces cylindres et les électrodes.
  • Les cavités selon l'invention peuvent être utilisées sur le circuit d'entrée ou de sortie de différents tubes à grilles tels que les triodes, les tétrodes ... Elles sont particulièrement utilisées sur des tubes de grande puissance, à partir de deux kilowatts. Elles sont utilisées par exemple sur des tubes fonctionnant en UHF entre 470 et 850 M Hz.
  • Dans le cas d'une utilisation sur le circuit de sortie d'une triode, la ligne coaxiale est couplée d'une parte à l'anode et d'autre part à la grille de commande.
  • En ce qui concerne le diélectrique qui permet de découpler à une électrode du tube le cylindre externe, il faut remarquer que le cylindre externe a une plus grande longueur que le cylindre interne et qu'il est donc possible de placer ce diélectrique dans une zone où les courants sont faibles pour la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités, par exemple, comme cela a été représenté sur les figures 1 et 2 à l'extrémité du cylindre externe située du côté du tube.

Claims (10)

1. Cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles, constituées par une ligne coaxiale (1 ) séparée en plusieurs cavités résonnantes (Ci, C2, C3) par des pistons (P1, P2), dont la position sur la ligne est réglable, cette ligne étant constituée de deux cylindres coaxiaux (2,3), reliés à la masse et pourvus de moyens (5) assurant un découplage capacitif avec deux électrodes (A, G2) du tube, caractérisées en ce que les moyens assurant le découplage capacitif du cylindre interne (2) à l'une des électrodes (G2) du tube sont disposés dans l'intervalle (D) compris entre les positions occupées par le premier (P1) et le deuxième (P2) piston, en partant du tube, pour la fréquence la plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités, et en ce que ce premier piston (P1) assure un couplage capacitif entre la première (Ci) et la deuxième cavité (C2).
2. Cavités selon la revendication 1, caractérisées en ce que les moyens (5) assurant le découplage capacitif du cylindre interne (2) à l'une des électrodes (G2) du tube sont disposés, à parti de l'extrêmité de ce cylindre située du côté du tube, sensiblement à une distance égale à un quart d'onde (λM/4) de la fréquence le plus élevée à laquelle fonctionnent les cavités.
3. Cavités selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisées en ce que les moyens (5) assurant le découplage capacitif entre les cylindres (2, 3) et les électrodes (Ai, G2) sont constitués par une feuille en matériau isolant (5).
4. Cavités selon la revendication 3, caractérisées en ce que ce matériau isolant (5) est du poly- tétrafluoréthylène, du polyimide ou du mica.
5. Cavités selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisées en ce que les moyens (5) assurant le découplage capacitif entre les cylindre (2, 3) et les électrodes (G2) sont constitués par une lame d'air.
6. Cavités selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisées en ce que des pistons (Pl, P2) assurent le couplage entre deux cavités résonnantes successives (C1, C2, C3).
7. Cavités selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisées en ce que ces cavités sont couplées sur le circuit d'entrée ou de sortie du tube.
8. Cavités selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisées en ce que le cylindre interne (2) comporte deux parties:
- une première partie (9) qui est reliée à une électrode (G2) du tube et qui comporte un décrochement (10) de plus faible diamètre pour loger le matériau isolant (5) ou pour contenir une lame d'air;
- une deuxième partie (11) de diamètre constant.
9. Cavités selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisées en ce que le cylindre externe (3) a une plus grande longueur que le cylindre interne
(2) et en ce que les moyens (5) assurant le découplage capacitif de ce cylindre avec l'une des électrodes du tube sont disposés à l'extrêmité du cylindre externe située du côté du tube.
EP83402411A 1982-12-23 1983-12-13 Cavités coaxiales résonnantes pour tube à grilles Expired EP0119362B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

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