EP0154591A1 - Canon à électrons pour tube électronique - Google Patents

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EP0154591A1
EP0154591A1 EP85400424A EP85400424A EP0154591A1 EP 0154591 A1 EP0154591 A1 EP 0154591A1 EP 85400424 A EP85400424 A EP 85400424A EP 85400424 A EP85400424 A EP 85400424A EP 0154591 A1 EP0154591 A1 EP 0154591A1
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EP
European Patent Office
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cathode
grid
tube
electron
axis
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EP85400424A
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EP0154591B1 (fr
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Robert Duret
Georges Fleury
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Thales SA
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Thomson CSF SA
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Publication date
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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
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/06—Electron or ion guns
    • H01J23/065—Electron or ion guns producing a solid cylindrical beam

Definitions

  • the present invention relates to electron guns for electronic tubes.
  • the use of a zero release voltage leads both to a reduction in the distance d between the grid and the cathode, which is then of the order for example of a few hundredths of a millimeter, and an increase in absolute value of the blocking voltage.
  • the force F applied to the grid during blocking of the beam is then very high.
  • the resulting vibrations have the particular disadvantage of causing modulation of the beam power during the conduction stage.
  • their modulation frequency covers a very wide band and it may happen that it is precisely equal to a mechanical resonance frequency of the grid.
  • the amplitudes of the vibrations are then very high, which can cause short circuits between the grid and the cathode by bringing them into contact. These vibrations can also cause the destruction of the grid by exceeding the elastic limit of the material which constitutes it.
  • the present invention provides a simple and effective solution to the problems stated above.
  • the present invention relates to an electron gun for an electron tube, comprising in particular a cathode whose emissive surface is in the form of a spherical cap, with in the vicinity of this cathode, a grid also in the form of a spherical cap which can be subjected to two different potentials for power modulation of the electron beam emitted by the cathode, characterized in that the distance between the cathode and the modulation grid increases as one approaches the axis of the tube.
  • the solution of the invention can be used regardless of the value of the release voltage, whether zero or positive, and regardless of the use of traveling wave tubes, or other tubes provided with such guns.
  • the invention therefore makes it possible, while retaining the same size for the electron gun, to reduce the value of the forces which are exerted on the grid on the axis of the tube and in the vicinity of this axis, by increasing the distance between the cathode and the grid at this location.
  • the grid is held by a mechanical fixing, so there is no problem of vibrations.
  • the invention makes it possible to make at least ten times lower the excitation force exerted at the center of the grid when the release voltage is zero.
  • Another embodiment of the invention relates to the case of electron guns, comprising in particular a cathode, with in the vicinity of this cathode, first and second grids, in the form of a spherical cap, the first grid being brought to the potential of the cathode and the second grid can be subjected to two different potentials to modulate in power the electron beam emitted by the cathode.
  • the distance between these two grids increases when approaching the axis of the tube.
  • FIG. 1 represents the diagram of an embodiment of an electron gun according to the prior art.
  • La- Figure 1 is a schematic longitudinal section of this gun.
  • cathode 1 On the left in the figure, cathode 1 is shown, the emissive surface is in the form of a spherical cap.
  • the modulation grid 2 In the vicinity of the cathode is the modulation grid 2 which can be subjected to two different potentials to power modulate the beam.
  • This grid is also in the form of a spherical cap.
  • the radius of curvature R G of this grid is centered on the axis of the tube XX 'at the same point C as that where the radius of curvature RK of the cathode is centered.
  • the distance between the cathode and the grid is therefore constant at all points.
  • the acceleration electrode 3 is shown diagrammatically on the right of the figure.
  • FIG. 2 represents the diagram of an embodiment of an electron gun according to the invention.
  • the grid 2 is always in the form of a spherical cap, but the radius of curvature R G of the modulation grid 2 is centered on the axis of the tube XX 'at a point CI which is located after, if we consider the direction of movement of the electrons, the point C where the radius of curvature R K of the cathode is centered.
  • the distance between the cathode 1 and the modulation grid 2 increases when one approaches the axis of the tube. This distance is greater on the axis of the tube - dimension a - than at the periphery of the tube - dimension b.
  • the a / b ratio varies according to the characteristics of the gun such as the emission density, the distance between the modulation grid and the cathode, the surface convergence of the electron beam ... This ratio is substantially between 1, 5 and 3: 1.5 ⁇ a / b ⁇ 3.
  • FIG. 3 is the diagram of another embodiment of a cannon according to the prior art. It is a barrel which differs from that of FIG. 1, because the cathode is followed by a first grid G 1 and a second grid G 2 , in the form of a spherical cap.
  • the first grid G 1 is brought to the potential of the cathode 1. It is a grid of the "shadow grid” type. It is the second grid G 2 which can be subjected to two different potentials allowing the power modulation of the beam.
  • the cathode and the two grids G 1 and G 2 have their radii of curvature centered at the same point C 2 on the axis XX '.
  • the distance between the two grids G 1 and G 2 and between the cathode and the first grid G 1 is constant at all points.
  • Figure 4 shows the barrel of Figure 3 modified according to the invention.
  • the distance between the two grids G 1 and G 2 increases when we get closer to the axis XX 'of the tube. It suffices to compare in the figure the distance c to the distance d.
  • the radius of curvature of the second grid G 2 is centered, at a point C 3 located on the axis XX 'after point C 2 where the radius of curvature of the grid G 1 is centered.

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  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

Dans les canons à électrons pour tubes électroniques, tels que les tubes à onde progressive, réalisant une modulation en puissance du faisceau d'électrons, la distance entre la cathode (1) et la grille de modulation (2) augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube (XX').

Description

  • La présente invention concerne les canons à électrons pour tubes électroniques.
  • La description suivante va être faite dans le cas de canons destinés à des tubes à onde progressive, mais l'invention s'applique aussi à des canons destinés à d'autres sortes de tubes électroniques, tels que par exemple les klystrons.
  • Certaines applications des tubes à onde progressive nécessitent une modulation en puissance du faisceau d'électrons. On utilise alors une cathode dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, qui est suivie par une grille de modulation, également en forme de calotte sphérique, et dont la distance à la cathode est en tous points constante. Cette grille de modulation peut être successivement soumise à deux tensions :
    • - une tension de blocage du faisceau, qui est négative par rapport à la cathode. Il n'y a plus émission d'électrons ;
    • - une tension de déblocage du faisceau, qui est positive par rapport à la cathode.
  • On peut par exemple utiliser une tension de blocage de - 100 V et une tension de déblocage de + 100 V.
  • Le problème qui se pose dans ce mode d'utilisation est que la grille s'échauffe fortement lorsqu'elle reçoit une tension de déblocage positive, de + 100 V par exemple.
  • Pour résoudre ce problème d'échauffement de la grille, on utilise une tension de déblocage nulle et une tension de blocage un peu plus élevée en valeur absolue, égale par exemple à - 300 V.
  • Le problème qui se pose alors est que la grille de modulation vibre fortement sous l'effet du champ électrique.
  • En effet, la grille de modulation est soumise à des forces F proportionnelles au carré du champ électrique, et que l'on peut exprimer de la façon suivante :
    F = k . (YZ/d2) ou k est un facteur de proportionnalité, où V est la tension de blocage ou de déblocage reçue par la grille et où d est la distance entre la cathode et la grille.
  • L'utilisation d'une tension de déblocage nulle entraîne à la fois une diminution de la distance d entre la grille et la cathode, qui est alors de l'ordre par exemple de quelques centièmes de millimètre, et une augmentation en valeur absolue de la tension de blocage. La force F appliquée à la grille pendant le blocage du faisceau est alors très élevée. Les vibrations qui en résultent ont notamment pour inconvénient de provoquer une modulation de la puissance du faisceau pendant le palier de conduction. Dans certaines applications des tubes à onde progressive, leur fréquence de modulation couvre une très large bande et il peut arriver qu'elle soit justement égale à une fréquence de résonance mécanique de la grille. Les amplitudes des vibrations sont alors très fortes, ce qui peut provoquer des court-circuits entre la grille et la cathode en les mettant en contact. Ces vibrations peuvent provoquer aussi la destruction de la grille par dépassement de la limite élastique du matériau qui la constitue.
  • La présente invention propose une solution simple et efficace aux problèmes énoncés précédemment.
  • La présente invention concerne un canon à électrons pour tube électronique, comportant notamment une cathode dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, avec au voisinage de cette cathode, une grille également en forme de calotte sphérique pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, caractérisé en ce que la distance entre la cathode et la grille de modulation augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube.
  • On peut utiliser la solution de l'invention quelle que soit la valeur de la tension de déblocage,qu'elle soit nulle ou positive, et quelle que soit l'utilisation des tubes à onde progressive, ou des autres tubes munis de tels canons.
  • L'invention permet donc, tout en conservant le même encombrement pour le canon à électrons, de diminuer la valeur des forces qui s'exercent sur la grille sur l'axe du tube et au voisinage de cet axe, par augmentation de la distance entre la cathode et la grille à cet endroit. Comme à sa périphérie, la grille est maintenue par une fixation mécanique, il n'y a donc pas de problème de vibrations.
  • L'invention permet de rendre au moins dix fois plus faible la force d'excitation s'exerçant au centre de la grille lorque la tension de déblocage est nulle.
  • L'expérience a montré que cette modification de la géométrie du canon n'entraînait pas de problème pour la focalisation du faisceau, ce qui n'était pas évident à priori.
  • Un autre mode de réalisation de l'invention concerne le cas de canons à électrons, comportant notamment une cathode, avec au voisinage de cette cathode, une première et une deuxième grilles, en forme de calotte sphérique, la première grille étant portée au potentiel de la cathode et la deuxième grille pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode. Selon l'invention, la distance entre ces deux grilles augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube.
  • 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 3, les schémas de deux modes de réalisation de canons à électrons selon l'art antérieur ;
    • - les figures 2 et 4, les schémas de deux modes de réalisation de canons à électrons selon l'invention.
  • Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions de divers éléments ne sont pas respectées.
  • La figure 1 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un canon à électrons selon l'art antérieur.
  • Il s'agit d'un canon pour tube à onde progressive, fonctionnant avec modulation en puissance du faisceau d'électrons.
  • La- figure 1 est une coupe schématique longitudinale de ce canon. A gauche sur la figure, on a représenté la cathode 1, dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique. Au voisinage de la cathode se trouve la grille de modulation 2 qui peut être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau. Cette grille est également en forme de calotte sphérique. Le rayon de courbure RG de cette grille est centré sur l'axe du tube XX' au même point C que celui où est centré le rayon de courbure RK de la cathode. La distance entre la cathode et la grille est donc en tous points constante. Après la grille de modulation, on a représenté, schématiquement sur la droite de la figure l'électrode d'accélération 3.
  • On a expliqué dans l'introduction à la description les inconvénients de cette structure, en particulier dans certaines utilisations des tubes à onde progressive et lorsque la tension de déblocage est nulle.
  • La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un canon à électrons selon l'invention.
  • Par rapport à la figure 1, on constate que la grille 2 est toujours en forme de calotte sphérique, mais-le rayon de courbure RG de la grille de modulation 2 est centré sur l'axe du tube XX' en un point CI qui est situé après, si l'on considère le sens de déplacement des électrons, le point C où est centré le rayon de courbure RK de la cathode.
  • On constate donc que la distance entre la cathode 1 et la grille de modulation 2 augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube. Cette distance est plus grande sur l'axe du tube - dimension a -qu'à la périphérie du tube - dimension b.
  • On a expliqué dans l'introduction à la description que cette modification de structure permet de résoudre les problèmes posés par les canons à électrons de l'art antérieur.
  • Le rapport a/b varie selon les caractéristiques du canon telles que la densité d'émission, la distance entre la grille de modulation et la cathode, la convergence de surface du faisceau d'électrons... Ce rapport est sensiblement compris entre 1,5 et 3 : 1,5<a/b<3.
  • La figure 3 est le schéma d'un autre mode de réalisation d'un canon selon l'art antérieur. Il s'agit d'un canon qui se distingue de celui de la figure 1, car la cathode est suivie par une première grille G1 et une deuxième grille G2, en forme de calotte sphérique. La première grille G1 est portée au potentiel de la cathode 1. Il s'agit d'une grille du type "shadow grid". C'est la deuxième grille G2 qui peut être soumise à deux potentiels différents permettant la modulation en puissance du faisceau.
  • Dans le cas de la figure 3, la cathode et les deux grilles G1 et G2 ont leurs rayons de courbure centrés au même point C2 sur l'axe XX'.
  • La distance entre les deux grilles G1 et G2 et entre la cathode et la première grille G1 est en tous points constante.
  • La figure 4 représente le canon de la figure 3 modifié selon l'invention. La distance entre les deux grilles G1 et G2 augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe XX' du tube. Il suffit de comparer sur la figure la distance c à la distance d. Le rayon de courbure de la deuxième grille G2 est centré, en un point C3 situé sur l'axe XX' après le point C2 où est centré le rayon de courbure de la grille G1.

Claims (3)

1. Canon à électrons pour tube électronique, comportant notamment une cathode (1) dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, avec au voisinage de cette cathode, une grille (2) également en forme de calotte sphérique pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, caractérisé en ce que la distance entre la cathode et la grille de modulation augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube (XX').
2. Canon à électrons pour tube électronique, comportant notamment une cathode (1), avec au voisinage de cette cathode, une première et une deuxième grilles (Gi, G2) en forme de calotte sphérique, la première grille (G1) étant portée au potentiel de la cathode et la deuxième grille (G2) pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, caractérisé en ce que la distance entre ces deux grilles augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube (XX').
3. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport a/b des distances entre la cathode (1) et la grille de modulation (2) mesurées selon l'axe du tube (XX') et à la périphérie de la cathode et de la grille est sensiblement compris entre les valeurs suivantes : 1,5<
Figure imgb0001
<3.
EP85400424A 1984-03-09 1985-03-05 Canon à électrons pour tube électronique Expired EP0154591B1 (fr)

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