EP0121465A1 - Tube à onde progressive comportant un fourreau creusé de gorges et procédé de fabrication - Google Patents

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EP0121465A1
EP0121465A1 EP84400564A EP84400564A EP0121465A1 EP 0121465 A1 EP0121465 A1 EP 0121465A1 EP 84400564 A EP84400564 A EP 84400564A EP 84400564 A EP84400564 A EP 84400564A EP 0121465 A1 EP0121465 A1 EP 0121465A1
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sheath
cylindrical
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tube
supports
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EP84400564A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Claude Kuntzmann
René Nazet
Louis Tarreau
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/16—Circuit elements, having distributed capacitance and inductance, structurally associated with the tube and interacting with the discharge
    • H01J23/24—Slow-wave structures, e.g. delay systems
    • H01J23/26—Helical slow-wave structures; Adjustment therefor

Definitions

  • the present invention relates to a traveling wave tube comprising a sheath hollowed out of grooves. It also relates to a method of manufacturing the sheath dug from grooves.
  • the invention relates to the field of traveling wave tubes having a helical type delay line, that is to say for example a simple helical delay line, of the "ring and bar” type. "ring and loop” ...
  • the delay line will in the following be assimilated to a simple propeller.
  • the helical delay line is placed in a cylindrical sheath, generally metallic, to which it is fixed by means of dielectric supports.
  • the propeller and the supports are assembled by clamping in the sleeve or sleeve.
  • the propeller is made of tungsten for example and the supports of quartz, alumina, glucine or boron nitride for example.
  • the sleeve can be made of copper or stainless steel.
  • the propeller is brazed to the dielectric supports which are brazed to the sleeve.
  • the propeller can then be made of copper as well as the sleeve, and the dielectric supports can be made of beryllium oxide for example.
  • Three dielectric supports are generally used which are regularly distributed at 120 ° from one another.
  • parasitic oscillations occur at frequencies where the phase shift of the transmitted microwave is close to between two consecutive turns of the helix .
  • propellers called conical, wound on a conical mandrel and whose pitch increases in the same ratio as the diameter.
  • the present invention makes it possible to solve the problem which consists in manufacturing a traveling wave tube with a conical helix, dielectric supports of constant height of current manufacture and an externally cylindrical sheath.
  • the present invention relates to a traveling wave tube comprising a helical type delay line placed in a sheath, hollowed out of grooves, to which it is fixed by means of dielectric supports of constant height inserted in the grooves, characterized in that the helical type delay line is carried by a conical surface and in that the depth of the grooves increases with the diameter of the line.
  • the sheath can be made by hammering around a core. The outer surface of the sheath is then rotated to make it cylindrical and able to receive a focusing device by alternating permanent magnets.
  • traveling wave tubes with a delay line of the helical type, carried by a cylindrical surface, and with a sheath whose internal surface carries grooves, of constant depth, into which dielectric supports of constant height are inserted.
  • tubes are known which differ from those described above because the propeller is fixed in the sheath not only by means of dielectric supports of constant height but also by metallic pieces of increasing height, the dielectric supports and the metallic parts being inserted in grooves of increasing depth.
  • FIG. 1 we have limited ourselves to representing the parts of the traveling wave tube useful for the description of the invention.
  • the electron gun of the tube, the collector and the device for focusing the electron beam have not been shown, which are well known in the prior art.
  • Figure 1 is an exploded perspective view of an embodiment of the invention in which a propeller 1 is used carried by a conical surface, which is therefore generally produced by winding a wire on a conical mandrel.
  • the taper of the propeller has been exaggerated for clarity.
  • These grooves 4 are produced on the internal surface of a sheath 2 or sleeve, generally metallic and vacuum-tight, the external surface of which is cylindrical.
  • FIG. 1 it can be seen that the internal surface of the sheath has cylindrical sectors 5 which connect the channels 4 of prismatic shape in which the dielectric supports 3 are inserted.
  • Figure 2 is a perspective view showing the end of the sleeve 2, without the propeller and the dielectric supports, which encloses the portion of the conical propeller having the largest diameter.
  • the internal section of the sheath can have another shape than that which is shown by way of example in FIGS. 1 and 2. This internal section must however be symmetrical in revolution about the axis of the tube if the grooves are excepted .
  • the advantage of the internal section of the sheath which is shown in FIGS. 1 and 2 is that in the interval between the channels, the sheath has cylindrical sectors internally and externally 5 of constant thickness. These cylindrical sectors of constant thickness make it possible to easily join several lines in a conical helix.
  • the invention therefore makes it possible to use, for supporting a conical propeller, dielectric rods of constant height and of standardized manufacture, and therefore inexpensive.
  • FIGs 3, 4 and 5 are cross-sectional views where we see the propeller 1 - which can be carried by a cylindrical or conical surface - the dielectric supports 3 - in these figures three dielectric supports have been shown but their number may be different from three - the sheath 2, which is cylindrical on the outside and whose internal surface has grooves 4 in which the dielectric rods are inserted. In the interval between the channels, the sheath has cylindrical sectors 5, internally and externally, of constant thickness.
  • FIGS 3, 4 and 5 show that one can use dielectric rods 3 having different sections.
  • the dielectric rods 3 comprise two cylindrical sectors 6 and 7, which face each other and which are in contact with the propeller and with the grooves of the sheath.
  • the dielectric rods 3 have a trapezoidal section.
  • the dielectric rods 3 have a rectangular section.
  • the sheath used in the invention can be manufactured by hammering.
  • a core is produced having a shape corresponding to the internal surface of the sheath carrying grooves.
  • a cylindrical tube, made of copper for example, is placed around this core. The shape of the core is hammered into the tube. The soul is extracted from the sheath thus produced.

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  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

La surface inteme du fourreau (2) comporte des gorges (4) dans lesquelles sont insérés des supports diélectriques (3) de hauteur (h) constante qui sont fixés à la ligne à retard en hélice (1). Il s'agit d'une ligne à retard en hélice portée par une surface conique et, la profondeur (p) des gorges augmente avec le diamètre de la ligne.

Description

  • La présente invention concerne un tube à onde progressive comportant un fourreau creusé de gorges. Elle concerne aussi un procédé de fabrication du fourreau creusé de gorges.
  • L'invention concerne le domaine des tubes à onde progressive ayant une ligne à retard du type en hélice, c'est-à-dire par exemple une ligne à retard en hélice simple, du type "ring and bar", du type . "ring and loop"...
  • Toutefois pour simplifier l'exposé, la ligne à retard sera dans toute la suite assimilée à une hélice simple.
  • La ligne à retard en hélice est placée dans un fourreau cylindrique, généralement métallique, auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélectriques.
  • Pour les tubes à onde progressive fonctionnant à des niveaux de puissance relativement peu élevés, l'hélice et les supports sont assemblés par serrage dans le fourreau ou manchon. L'hélice est en tungstène par exemple et les supports en quartz, alumine, glucine ou nitrure de bore par exemple. Le manchon peut être en cuivre ou en acier inoxydable.
  • Pour les tubes à onde progressive fonctionnant à des puissances plus élevées, l'hélice est brasée aux supports diélectriques qui sont brasés au manchon. L'hélice peut alors être en cuivre ainsi que le manchon, et les supports diélectriques peuvent être en oxyde de béryllium par exemple.
  • On utilise généralement trois supports diélectriques qui sont régulièrement répartis à 120° l'un de l'autre.
  • Dans les tubes à onde progressive, en particulier dans les tubes à large bande fonctionnant à haut niveau de puissance, des oscillations parasites se produisent à des fréquences où le déphasage de l'onde hyperfréquence transmise est proche de entre deux spires consécutives de l'hélice.
  • Pour éviter ces oscillations, il est connu de faire varier la longueur des spires de l'hélice le long de l'axe du tube et corréla- tivement le pas de l'hélice afin de conserver les conditions de synchronisme dans la bande de fréquence de fonctionnement.
  • On a donc réalisé des hélices, dites coniques, bobinées sur un mandrin conique et dont le pas augmente dans le même rapport que le diamètre.
  • La réalisation pratique de ces hélices conique est difficile surtout, lorsque l'hélice, les supports diélectriques et le fourreau sont brasés.
  • Lorsque la focalisation du tube est réalisée par des aimants permanents alternés de façon périodique, ce qui est très fréquent, il est préférable de disposer d'un fourreau cylindrique extérieurement pour supporter les aimants annulaires et les masses polaires de fabrication courante. On peut utiliser alors un fourreau intérieurement et extérieurement cylindrique et des supports diélectriques ayant le profil adéquat, c'est-à-dire comportant une surface cylindrique en contact avec le fourreau et une surface conique en contact avec l'hélice. L'inconvénient de cette solution est que ces supports bien particuliers sont difficiles à réaliser et coûteux.
  • . Pour supprimer ces inconvénients, la Demanderesse a proposé dans le brevet français N° 76.28319, publié sous le n° 2.365.218, une hélice pseudo-cônique présentant des méplats parallèles à l'axe du tube et à distance constante de celui-ci. Cette solution permet l'utilisation d'un fourreau cylindrique et de supports diélectriques de hauteur constante.
  • L'inconvénient des hélices pseudo-coniques est que, lorsque la puissance hyperfréquence augmente, des oscillations parasites peuvent se produire, au voisinage du mode JC , vers la sortie haute fréquence du tube là où le champ haute fréquence est le plus élevé. Alors que, pour ces puissances, il n'y a pas d'oscillations si l'on utilise des hélices vraiment coniques. En effet, les hélices coniques présentent l'avantage d'allier à une variation de la longueur des spires le long de l'axe du tube, une diminution de l'impédance de couplage d'autant plus importante que la fréquence est haute. Ceci a pour effet de diminuer fortement le transfert d'énergie au voisinage du mode π et de ce fait de supprimer les oscillations. Il faut noter que les calculs et les expériences ont montré que, contrairement à ce qui était admis, l'impédance de couplage entre le champ hyperfréquence et le faisceau d'électrons n'a pas à être maximale tout le long du tube et que, en particulier, le rendement d'interaction peut se trouver amélioré avec une impédance de couplage décroissante vers la fin de la ligne, là où le champ HF est maximum.
  • La présente invention permet de résoudre le problème qui consiste à fabriquer un tube à onde progressive avec une hélice conique, des supports diélectriques de hauteur constante de fabrication courante et un fourreau cylindrique extérieurement.
  • La présente invention concerne un tube à onde progressive comportant une ligne à retard du type en hélice placée dans un fourreau, creusé de gorges, auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélectriques de hauteur constante insérés dans les gorges, caractérisé en ce que la ligne à retard du type en hélice est portée par une surface conique et en ce que la profondeur des gorges augmente avec le diamètre de la ligne . Le fourreau peut être fabriqué par martelage autour d'une âme. On tourne ensuite la surface externe du fourreau pour le rendre cylindrique et apte à recevoir un dispositif de focalisation par aimants permanents alternés.
  • Par divers documents tels que le brevet anglais 984.607, le brevet américain 3.271.614..., on connait des tubes à onde progressive avec une ligne à retard du .type en hélice, portée par une surface cylindrique, et avec un fourreau dont la surface interne porte des gorges, de profondeur constante, dans lesquelles sont insérés des supports diélectriques de hauteur constante.
  • Par le brevet américain 3.374.388, on connait des tubes se distinguant de ceux décrits précédemment car l'hélice est fixée dans le fourreau par l'intermédiaire non seulement de supports diélectriques de hauteur constante mais aussi de pièces métalliques de hauteur croissante, les supports diélectriques et les pièces métalliques étant insérés dans des gorges de profondeur croissante.
  • On remarquera que dans tous ces documents, ils n'est pas question comme dans notre invention d'hélices coniques.
  • 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 et 2, des vues en perspective montrant le fourreau et ses gorges et la position de l'hélice et de ses supports dans le fourreau ;
    • - les figures 3 à 5, des vues en coupe transversale montrant les supports insérés dans leur gorge et les différents types de supports qui peuvent être utilisés.
  • Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées.
  • Sur la figure 1, on s'est borné à représenter les parties du tube à onde progressive utiles à la description de l'invention. Ainsi on n'a pas représenté, par exemple, le canon à électrons du tube, le collecteur et le dispositif de focalisation du faisceau d'électrons qui sont bien connus de l'art antérieur.
  • La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel on utilise une hélice 1 portée par une surface conique, qui est donc généralement réalisée par bobinage d'un fil sur un mandrin conique. Sur la figure 1, la conicité de l'hélice a été exagérée pour plus de clarté.
  • Trois baguettes ou supports 3, en matériau diélectrique de hauteur h constante, supportent l'hélice. On utilise généralement, trois baguettes disposées à 120° l'un de l'autre. Ces baguettes sont insérées dans des gorges 4 dont la profondeur p augmente en fonction du diamètre de l'hélice. Ces gorges 4 sont réalisées sur la surface interne d'un fourreau 2 ou manchon, généralement métallique et étanche au vide, dont la surface externe est cylindrique. Sur la figure 1, on voit que la surface interne du fourreau comporte des secteurs cylindriques 5 qui relient les canaux 4 de forme prismatique dans lesquels les supports diélectriques 3 sont insérés. La figure 2 est une vue en perspective montrant l'extrémité du fourreau 2, sans l'hélice et les supports diélectriques, qui renferme la partie de l'hélice conique ayant le plus grand diamétre.
  • La section interne du fourreau peut avoir une autre forme que celle qui est représentée à titre d'exemple sur les figures 1 et 2. Cette section interne doit cependant être symétrique de révolution autour de l'axe du tube si l'on excepte les gorges.
  • L'intérêt de la section interne du fourreau qui est représentée sur les figures 1 et 2 est que dans l'intervalle entre les canaux, le fourreau comporte des secteurs cylindriques intérieurement et extérieurement 5 d'épaisseur constante. Ces secteurs cylindriques d'épaisseur constante permettent de réaliser facilement la jonction de plusieurs lignes en hélice conique.
  • L'invention permet donc d'utiliser pour supporter une hélice conique des baguettes diélectriques de hauteur constante et de fabrication standardisée, et donc peu coûteuses.
  • Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe transversale où l'on voit l'hélice 1 - qui peut être portée par une surface cylindrique ou conique - les supports diélectriques 3 - sur ces figures on a représenté trois supports diélectriques mais leur nombre peut être différent de trois - le fourreau 2, qui est cylindrique extérieurement et dont la surface interne comporte des gorges 4 dans lesquelles sont insérées les baguettes diélectriques. Dans l'intervalle entre les canaux le fourreau comporte des secteurs cylindriques 5, intérieurement et extérieurement, d'épaisseur constante.
  • les figures 3, 4 et 5 montrent que l'on peut utiliser des baguettes diélectriques 3 présentant des sections différentes.
  • Sur la figure 3, les baguettes diélectriques 3 comportent deux secteurs cylindriques 6 et 7, qui se font face et qui sont en contact avec l'hélice et avec les gorges du fourreau. Sur la figure 4, les baguettes diélectriques 3 ont une section trapézoïdale. Sur la figure 5, les baguettes diélectriques 3 ont une section rectangulaire.
  • On peut fabriquer le fourreau utilisé dans l'invention par martelage. On réalise un âme ayant une forme correspondant à la surface interne du fourreau portant des gorges. On dispose autour de cette âme un tube cylindrique, en cuivre par exemple. On donne par martelage au tube la forme de l'âme. On extrait l'âme du fourreau ainsi fabriqué.
  • On peut utiliser d'autres méthodes de fabrication comme le brochage, le formage par explosion... ainsi que d'autres matériaux, comme l'acier inoxydable, le titane...
  • Si l'on veut utiliser un dispositif de focalisation par aimants permanents alternés, on rend la surface externe du fourreau cylindrique au tour.
  • Lorsque la focalisation est réalisée par solénoïde, cette dernière étape n'est pas indispensable.

Claims (8)

1. Tube à onde progressive comportant une ligne à retard (1) du type en hélice placée dans un fourreau (2), creusé de gorges (4), auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélectriques (3) de hauteur (h) constante, insérés dans les gorges, caractérisé en ce que la ligne à retard (1) du type en hélice est portée par une surface conique et en ce que la profondeur (p) des gorges (4) augmente avec le diamètre de la ligne.
2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface externe du fourreau (2) est cylindrique.
3. Tube selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le fourreau (2) comporte dans l'intervalle entre les canaux (4) des secteurs (5) cylindriques intérieurement et extérieurement, et d'épaisseur constante.
4. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les supports diélectriques (4) comportent deux secteurs cylindriques (6, 7) qui se font face et qui sont en contact avec l'hélice (1) et avec les gorges (4) du fourreau (2).
5. Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les supports diélectrique (3) ont une section trapézoïdale.
6. Tube selon l'une des revendication 1 à 3, caractérisé en ce que les supports diélectriques (3) ont une section rectangulaire.
7. Procédé de fabrication d'un fourreau (2) pour tube à onde progressive selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- on réalise une âme ayant une forme correspondant à la surface interne du fourreau (2) portant des gorges (4) de profondeur (p) croissante ;
- on dispose autour de cette âme un tube cylindrique ;
- on donne par martelage au tube cylindrique la forme de l'âme ;
- on extrait l'âme du fourreau ainsi fabriqué .
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface externe du fourreau (2) est rendue cylindrique au tour.
EP84400564A 1983-03-31 1984-03-20 Tube à onde progressive comportant un fourreau creusé de gorges et procédé de fabrication Ceased EP0121465A1 (fr)

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Inventor name: NAZET, RENE

Inventor name: TARREAU, LOUIS