EP0394094A1 - Tube à ondes progressives muni d'une ligne à retard à hélice brasée - Google Patents

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EP0394094A1
EP0394094A1 EP90400972A EP90400972A EP0394094A1 EP 0394094 A1 EP0394094 A1 EP 0394094A1 EP 90400972 A EP90400972 A EP 90400972A EP 90400972 A EP90400972 A EP 90400972A EP 0394094 A1 EP0394094 A1 EP 0394094A1
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EP
European Patent Office
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metal
propeller
wave tube
brazed
helix
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Withdrawn
Application number
EP90400972A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Noel Thomson Csf Santonja
Dominique Thomson Csf Henry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales Electron Devices SA
Original Assignee
Thomson Tubes Electroniques
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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 traveling wave tubes operating at wide band and high average and / or peak powers.
  • a traveling wave tube is formed by the association of a long and fine electron beam and a structure, such as a delay line, intended to guide a microwave wave to be amplified.
  • This delay line is very often produced from a thin metal strip, of substantially rectangular cross section, helically wound by forming non-contiguous turns. A propeller is thus obtained.
  • This helix is held, centered by dielectric rods, in a metal sleeve which constitutes the body of the traveling wave tube.
  • the number of sticks is generally greater than or equal to three.
  • the propeller is produced from a thin strip of substantially rectangular cross section of a metal which is a good conductor of heat and electricity.
  • the propeller is brazed to the rods which themselves are brazed inside the sleeve.
  • the copper propeller is made.
  • a sleeve is also used in copper and sticks in beryllium oxide. Since copper has a low electrical resistivity, the Joule effect losses will be low. Thanks to the high thermal conductivity of copper and the soldering, good heat dissipation is obtained along the propeller and the sleeve.
  • the propeller heating will be minimized and will allow operation at medium and / or high peak powers.
  • Such a construction can be used in wave tubes broadband power progressives.
  • the traveling wave tubes fitted with such a propeller are therefore limited in peak power.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a traveling wave tube comprising a brazed helical delay line, capable of operating at medium and / or high peak powers. For this we sought to eliminate the peak effects.
  • the present invention provides a traveling wave tube comprising a helical delay line mounted in a metal sleeve and kept centered by at least three dielectric rods, the helix having parts of its outer surface brazed on the rods, characterized in that , in order to eliminate the peak effect between two solders opposite one another on a stick, the propeller is produced from a metal strip whose cross section has substantially the shape of a T, at least at level of all parts of the propeller brazed on the sticks, the foot of the T being brazed on the sticks.
  • the propeller can either be made entirely from a metal that is a good conductor of heat and electricity, or be made up of two layers of metal stacked one on top of the other. In the latter case, a metal that is a good conductor of heat and electricity will be used to make the brazed layer on the sticks.
  • the brazed layer on the sticks will either be continuous or discontinuous.
  • the layer of metal located towards the inside of the propeller will be either in a refractory metal or in a metal which is a good conductor of heat and electricity.
  • the two layers will be assembled by brazing or any other known means.
  • Figure 1 shows a helical delay line of a traveling wave tube.
  • This helical delay line bears the reference 1.
  • This helix 1 comprises a plurality of non-contiguous turns 2.
  • the propeller 1 is mounted in a metal sleeve 3. It is centered in the sleeve 3 by dielectric rods 4. Their number is greater than or equal to three.
  • the propeller 1 has parts 8 of its outer surface in contact with the rods 4.
  • the propeller 1 is produced from a thin strip of a metal which is a good conductor of heat and electricity such as copper . This thin strip has a substantially rectangular section.
  • the propeller 1 is integral with the rods 4 by solderings 5, located at the level of the parts 8 in contact with the rods 4.
  • the rods 4 are themselves secured to the sleeve 3 by brazing 6.
  • the materials used for the propeller 1, the rods 4 and the sleeve 3 must be able to withstand the deformations which may occur during brazing . This leads to choosing, preferably copper for the sleeve 3 and beryllium oxide for the sticks 4.
  • the reference 20 represents the propeller and the reference 21 a turn of the propeller 20. Two consecutive turns 21 are not contiguous.
  • This propeller 20 is mounted in a metal sleeve 22. It is centered in this sleeve 22 by dielectric rods 23, the number of which is greater than or equal to three.
  • the propeller 20 has parts 29 of its outer surface in contact with the rods 23.
  • the propeller 20 is secured to the rods 23 by brazings 24 at the parts 29.
  • the rods 23 are themselves secured to the sleeve 22 by other solders 25.
  • the propeller 20 is made from a thin strip of metal which is a good conductor of heat and electricity.
  • the cross section of this thin strip instead of being substantially rectangular has substantially the shape of a T over its entire length.
  • the foot 28 of the T is in contact with the dielectric rods while the transverse bar 27 of the T is placed towards the inside of the propeller 20.
  • the leaves 26 are in contact with the foot 28 of the T, its transverse bar 27 and also the rods 23.
  • the transverse bar 27 of the T serves as an electrical screen and makes it possible to eliminate the peak effect.
  • Two leaves 26 located opposite, on two consecutive turns 21 will be more distant from each other than in the conventional construction of FIG. 1. The risk of electric arcs is considerably reduced.
  • the sleeve 22 is preferably made of a metal which is a good conductor of heat and electricity, such as copper.
  • the dielectric rods 23 will, for example, be made of beryllium oxide so as to withstand the brazing well.
  • the thin strip has a T-shaped cross section only at all the parts 29 of the propeller 20 in contact with the rods 23.
  • This variant is shown in FIG. 4.
  • the thin strip shown in section longitudinal has not yet been wound.
  • the thin strip consists of a succession of first sections 40 whose cross section is T-shaped, separated from each other by second sections 41 whose cross section is substantially rectangular.
  • the second sections 41 may have a cross section corresponding to that of the crossbar of the T.
  • the propeller is made from a strip of metal, a good conductor of heat and electricity, the cross section of the metal strip being T-shaped at least in the parts of the outer surface of the propeller in contact with the rods.
  • This strip is obtained by conventional drawing and / or machining methods.
  • Figure 3 shows in longitudinal section a another variant of a helical delay line of a traveling wave tube according to the invention.
  • the reference 30 represents the propeller, the reference 31 is a turn.
  • the propeller 30 is held centered by rods 33 in a sleeve 32. It has parts 39 of its outer surface in contact with the rods 33.
  • the propeller 30 is integral with the rods 33 by solderings 34. There are fillets 36 of brazing at the interface between the propeller 30 and the rods 33.
  • the propeller 30 is produced from a thin metal strip whose cross section is T-shaped, at least at the parts 39 in contact with sticks 33.
  • the metal strip used to make the propeller 30 consists of an assembly of a first layer 37 and a second layer 38 stacked. They are preferably brazed together by means of a brazing alloy. These two layers 37,38 do not have the same width.
  • the second layer 38 which is located towards the outside of the propeller 30 is narrower than the first layer 37 located towards the inside, so as to obtain the T.
  • the second layer 38 forms the foot of the T while the first layer 37 forms its crossbar.
  • the first layer 37 which faces the inside of the propeller 30 may also be made of a metal which is a good conductor of heat and electricity, such as copper or aluminum.
  • a metal which is a good conductor of heat and electricity such as copper or aluminum.
  • the cross section of the strip used to make the propeller will only have rounded angles as is customary when working at high power levels.
  • copper will be chosen to make the sleeve 32 and beryllium oxide to make the dielectric rods 33.
  • the thin strip can be produced from a first layer 37 and a second layer 38 stacked on top of each other.
  • the second layer 38 located towards the outside of the propeller will be narrower than the first layer 37. It will be in contact with the rods 33, it will be discontinuous, it will be deposited at the level of all the parts 39 of the propeller in contact with the rods 33. It can form the base of the T.
  • the first layer 37 located towards the inside of the propeller, will be continuous. It can form, at the parts 39 of the propeller in contact with the rods 33, the transverse bar of the T.
  • the invention is not limited to the examples described in particular as regards the dimensions and materials of the propeller.

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  • Microwave Tubes (AREA)

Abstract

L'invention concerne un tube à ondes progressives à hélice (20). L'hélice (20) est montée dans un manchon (22) métallique et est maintenue centrée par au moins trois bâtonnets diélectriques (23). Des parties (29) de l'hélice sont en contact avec les bâtonnets. L'hélice (20) est réalisée à partir d'une bande mince d'un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. La bande mince, au lieu d'avoir une section droite rectangulaire a maintenant une section droite en forme de T, au moins au niveau de toutes les parties (29) de l'hélice en contact avec les bâtonnets (23). Le pied du T est brasé aux bâtonnets (23). Cette structure évite le risque d'arcs électriques au niveau de congés de brasure situés en vis à vis sur deux spires consécutives de l'hélice.
L'invention s'applique aux tubes à ondes progressives fonctionnant à large bande à puissances moyenne et/ou crête élevées.

Description

  • La présente invention concerne les tubes à ondes progressives fonctionnant à large bande et puissances moyenne et/ou crête élevées.
  • Un tube à ondes progressives est constitué par l'association d'un faisceau d'électrons long et fin et d'une structure, telle qu'une ligne à retard, destinée à guider une onde hyperfréquence devant être amplifiée. Cette ligne à retard est bien souvent réalisée à partir d'une bande métallique mince, de section droite sensiblement rectangulaire, bobinée hélicoïdalement en formant des spires non jointives. On obtient ainsi une hélice.
  • Cette hélice est maintenue, centrée par des bâtonnets diélectriques, dans un manchon métallique qui constitue le corps du tube à ondes progressives. Le nombre de bâtonnets est généralement supérieur ou égal à trois.
  • Dans la technique antérieure, l'hélice est réalisée à partir d'une bande mince de section droite sensiblement rectangulaire d'un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. L'hélice est brasée aux bâtonnets qui eux-mêmes sont brasés à l'intérieur du manchon. On réalise par exemple, l'hélice en cuivre. Bien souvent, on utilise un manchon également en cuivre et des bâtonnets en oxyde de béryllium. Le cuivre ayant une résistivité électrique peu élevée, les pertes par effet Joule seront faibles. Grâce à la conductibilité thermique élevée du cuivre et aux brasures on obtient une bonne dissipation de la chaleur le long de l'hélice et du manchon. L'échauffement de l'hélice sera minimisé et permettra un fonctionnement à puissances moyenne et/ou crête élevées. Une telle construction peut être utilisée dans des tubes à ondes progressives de puissance à large bande.
  • Cette construction présente néanmoins un inconvénient. En effet, à l'interface hélice-bâtonnet on trouve de façon inévitable des congés de brasure. Pour qu'une brasure soit fiable, il est préférable qu'un amas de brasure ou congé déborde de part et d'autre de chaque spire de l'hélice. Chaque congé est en contact avec un côté de la spire et avec le bâtonnet.
  • En fonctionnement en impulsions, à puissance très élevée, en raison de l'effet de pointe, des arcs électriques risquent de se créer entre deux congés se faisant face, et étant situés sur deux spires consécutives.
  • Les tubes à ondes progressives munis d'une telle hélice sont donc limités en puissance crête.
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un tube à ondes progressives comportant une ligne à retard en hélice brasée, pouvant fonctionner à des puissances moyenne et/ou crête élevées. Pour cela on a cherché à éliminer les effets de pointe.
  • La présente invention propose un tube à ondes progressives comportant une ligne à retard en hélice montée dans un manchon métallique et maintenue centrée par au moins trois bâtonnets diélectriques, l'hélice possédant des parties de sa surface extérieure brasées sur les bâtonnets, caractérisé en ce que, en vue d'éliminer l'effet de pointe entre deux brasures en vis à vis sur un bâtonnet, l'hélice est réalisée à partir d'une bande métallique dont la section droite a sensiblement la forme d'un T, au moins au niveau de toutes les parties de l'hélice brasées sur les bâtonnets, le pied du T étant brasé sur les bâtonnets.
  • L'hélice pourra soit être réalisée en totalité dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, soit être constituée par l'assemblage de deux couches de métal empilées l'une sur l'autre. On utilisera, dans ce dernier cas, un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité pour réaliser la couche brasée sur les bâtonnets. La couche brasée sur les bâtonnets sera soit continue, soit discontinue.
  • La couche de métal située vers l'intérieur de l'hélice sera soit dans un métal refractaire soit dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.
  • Les deux couches seront assemblées par brasage ou tout autre moyen connu.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre d'exemples non limitatifs et aux figures jointes qui représentent :
    • - la figure 1 une vue en coupe longitudinale d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives, cette hélice étant brasée selon l'art antérieur,
    • - la figure 2 une vue en coupe longitudinale d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention.
    • - la figure 3 une variante d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention.
    • - la figure 4 une coupe longitudinale d'une bande mince, avant son bobinage, cette bande mince étant utilisée pour réaliser l'hélice d'une variante d'un tube à ondes progressives selon l'invention.
  • La figure 1 représente une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives. Cette ligne à retard en hélice porte la référence 1. Cette hélice 1 comporte une pluralité de spires 2 non jointives. L'hélice 1 est montée dans un manchon 3 métallique. Elle est centrée dans le manchon 3 par des bâtonnets 4 diélectriques. Leur nombre est supérieur ou égal à trois. L'hélice 1 possède des parties 8 de sa surface extérieure en contact avec les bâtonnets 4. L'hélice 1 est réalisée à partir d'une bande mince d'un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité tel que le cuivre. Cette bande mince a une section sensiblement rectangulaire. L'hélice 1 est solidaire des bâtonnets 4 par des brasures 5, situées au niveau des parties 8 en contact avec les bâtonnets 4. Les bâtonnets 4 sont eux-mêmes solidaires du manchon 3 par des brasures 6. Les matériaux utilisés pour l'hélice 1, les bâtonnets 4 et le manchon 3 doivent pouvoir supporter les déformations qui peuvent se produire au brasage. Cela conduit à choisir, de préférence le cuivre pour le manchon 3 et l'oxyde de béryllium pour les bâtonnets 4.
  • Lorsque l'on brase une spire 2 sur un bâtonnet 4, inévitablement de la brasure déborde de part et d'autre de la spire 2 et forme des congés 7 de brasure. Ces congés prennent appui à la fois sur les côtés verticaux de la spire 2 et sur le bâtonnet 4.
  • En raison de l'effet de pointe, des arcs électriques peuvent se créer, entre deux congés 7 en vis à vis, placés sur deux spires 2 successives. Un tube à ondes progressives utilisant ce type d'hélice 1 brasée, et fonctionnant en impulsions aura donc un niveau de puissance crête limité.
  • La figure 2 représente en coupe longitudinale une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives montée par brasage selon l'invention. La référence 20 représente l'hélice et la référence 21 une spire de l'hélice 20. Deux spires 21 consécutives ne sont pas jointives. Cette hélice 20 est montée dans un manchon 22 métallique. Elle est centrée dans ce manchon 22 par des bâtonnets 23 diélectriques, dont le nombre est supérieur ou égal à trois. L'hélice 20 possède des parties 29 de sa surface extérieure en contact avec les bâtonnets 23. L'hélice 20 est solidaire des bâtonnets 23 par des brasures 24 au niveau des parties 29. Les bâtonnets 23 sont eux-mêmes solidaires du manchon 22 par d'autres brasures 25.
  • Comme dans la construction décrite à la figure 1 l'hélice 20 est réalisée à partir d'une bande mince de métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité. Mais maintenant la section droite de cette bande mince, au lieu d'être sensiblement rectangulaire a sensiblement la forme d'un T sur toute sa longueur. Le pied 28 du T est en contact avec les bâtonnets diélectriques tandis que la barre transversale 27 du T est placée vers l'intérieur de l'hélice 20. On trouve comme précédemment des congés 26 de brasure à l'interface entre l'hélice 20 et les bâtonnets 23 diélectriques. Les congés 26 sont en contact avec le pied 28 du T, sa barre transversale 27 et aussi les bâtonnets 23. La barre transversale 27 du T sert d'écran électrique et permet d'éliminer l'effet de pointe. Deux congés 26 situés en vis à vis, sur deux spires 21 consécutives seront plus éloignés l'un de l'autre que dans la construction classique de la figure 1. Le risque d'arcs électriques est considérablement réduit.
  • Dans cette réalisation le manchon 22 sera de préférence dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité tel que le cuivre. Les bâtonnets 23 diélectriques seront, par exemple, en oxyde de béryllium de manière à bien supporter le brasage.
  • On peut envisager que la bande mince ait une section droite en forme de T seulement au niveau de toutes les parties 29 de l'hélice 20 en contact avec les bâtonnets 23. Cette variante est représentée sur la figure 4. La bande mince représentée en coupe longitudinale n'a pas encore été bobinée. La bande mince est constituée d'une succession de premiers tronçons 40 dont la section droite est en forme de T, séparés les uns des autres par des seconds tronçons 41 dont la section droite est sensiblement rectangulaire. Les seconds tronçons 41 peuvent avoir une section droite correspondant à celle de la barre transversale du T.
  • Dans ces constructions, l'hélice est réalisée à partir d'une bande d'un métal, bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, la section droite de la bande de métal étant en forme de T au moins dans les parties de la surface extérieure de l'hélice en contact avec les bâtonnets. Cette bande est obtenue par des méthodes classiques de tréfilage et/ou d'usinage.
  • La figure 3 représente en coupe longitudinale une autre variante d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention. La référence 30 représente l'hélice, la référence 31 est une spire. L'hélice 30 est maintenue centrée par des bâtonnets 33 dans un manchon 32. Elle possède des parties 39 de sa surface extérieure en contact avec les bâtonnets 33. L'hélice 30 est solidaire des bâtonnets 33 par des brasures 34. On trouve des congés 36 de brasure à l'interface entre l'hélice 30 et les bâtonnets 33. L'hélice 30 est réalisée à partir d'une bande mince métallique dont la section droite est en forme de T, au moins au niveau des parties 39 en contact avec les bâtonnets 33.
  • Mais dans cette variante, la bande de métal utilisée pour réaliser l'hélice 30 est constituée d'un assemblage d'une première couche 37 et d'une seconde couche 38 empilées. Elles sont de préférence brasées ensemble au moyen d'un alliage de brasure. Ces deux couches 37,38 n'ont pas la même largeur. La seconde couche 38 qui est située vers l'extérieur de l'hélice 30 est plus étroite que la première couche 37 située vers l'intérieur, de façon à obtenir le T.
  • La seconde couche 38 forme le pied du T tandis que la première couche 37 forme sa barre transversale.
  • On choisira pour la seconde couche 38 qui est en contact avec les bâtonnets 33 diélectriques, un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité tel que le cuivre ou l'aluminium. La première couche 37 qui est tournée vers l'intérieur de l'hélice 30 pourra aussi être dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité tel que le cuivre ou l'aluminium. On pourrait aussi envisager de réaliser cette première couche 37, tournée vers l'intérieur, dans un autre métal, par exemple dans un métal, réfractaire et élastique tel que le molybdène ou le tungstène.
  • Par mesure de prudence, la section droite de la bande utilisée pour réaliser l'hélice ne comportera que des angles arrondis ainsi qu'il est d'usage lorsque l'on travaille à des niveaux de puissance élevée.
  • On choisira de préférence du cuivre pour réaliser le manchon 32 et de l'oxyde de béryllium pour réaliser les bâtonnets 33 diélectriques.
  • Maintenant si la bande mince a une section droite en forme de T seulement au niveau de toutes les parties 39 de l'hélice en contact avec les bâtonnets 33, on peut réaliser la bande mince à partir d'une première couche 37 et d'une seconde couche 38 empilées l'une sur l'autre. La seconde couche 38, située vers l'extérieur de l'hélice sera plus étroite que la première couche 37. Elle sera en contact avec les bâtonnets 33, elle sera discontinue, elle sera déposée au niveau de toutes les parties 39 de l'hélice en contact avec les bâtonnets 33. Elle pourra former le pied du T.
  • La première couche 37, située vers l'intérieur de l'hélice sera continue. Elle pourra former, au niveau des parties 39 de l'hélice en contact avec les bâtonnets 33, la barre transversale du T.
  • Il n'y aura pas de changement ni pour le choix des métaux, ni pour leur assemblage par rapport à la solution décrite précédemment.
  • L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits notamment en ce qui concerne les dimensions et matériaux de l'hélice.

Claims (10)

1 - Tube à ondes progressives comportant une ligne à retard en hélice (20) montée dans un manchon métallique (22) et maintenue centrée par au moins trois bâtonnets (23) diélectriques, l'hélice (20) possédant des parties (29) de sa surface extérieure brasées sur les bâtonnets (23), caractérisé en ce que, en vue d'éliminer l'effet de pointe entre deux brasures en vis à vis sur un bâtonnet (23), l'hélice (20) est réalisée à partir d'une bande métallique dont la section droite a sensiblement la forme d'un T, au moins au niveau de toutes les parties (29) de l'hélice (20) brasées sur les bâtonnets (23), le pied (28) du T étant brasé sur les bâtonnets.
2 - Tube à ondes progressives selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande est réalisée dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.
3 - Tube à ondes probressives selon la revendication 2 caractérisé en ce que le métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité est du cuivre ou de l'aluminium.
4 - Tube à ondes progressives selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande métallique est constituée par l'assemblage d'une première couche (37) de métal recouverte, au moins au niveau de toutes les parties (39) de l'hélice brasées sur les bâtonnets (33), d'une seconde couche (38) continue ou discontinue réalisée dans un métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.
5 - Tube à ondes progressives selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde couche (38) de métal brasée sur les bâtonnets (33) diélectriques est en cuivre ou en aluminium.
6 - Tube à ondes progressives selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la première couche (37), située vers l'intérieur de l'hélice (20) est en métal réfractaire.
7 - Tube à ondes progressives selon la revendication 6, caractérisé en ce que le métal réfractaire est du tungstène ou du molybdène.
8 - Tube à ondes progressives selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que la première couche (37), située vers l'intérieur de l'hélice (20) est en métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité.
9 - Tube à ondes progressives selon la revendication 8, caractérisé en ce que le métal bon conducteur de la chaleur et de l'électricité est du cuivre ou de l'aluminium.
10 - Tube à onde progessives selon l'une des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que la première couche (37) de métal et la seconde couche de métal (38) sont assemblées par brasage.
EP90400972A 1989-04-21 1990-04-10 Tube à ondes progressives muni d'une ligne à retard à hélice brasée Withdrawn EP0394094A1 (fr)

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