EP1490965A2 - Procede de mesure de puissance hyperfrequence et dispositif de mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede de mesure de puissance hyperfrequence et dispositif de mise en oeuvre du procede

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Publication number
EP1490965A2
EP1490965A2 EP03725302A EP03725302A EP1490965A2 EP 1490965 A2 EP1490965 A2 EP 1490965A2 EP 03725302 A EP03725302 A EP 03725302A EP 03725302 A EP03725302 A EP 03725302A EP 1490965 A2 EP1490965 A2 EP 1490965A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
current
electrode
here
output power
collector
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03725302A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-François Thales Intellectual Property JARNO
François Thales Intellectual Property ROUSSEAUX
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 SA
Original Assignee
Thales SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Thales SA filed Critical Thales SA
Publication of EP1490965A2 publication Critical patent/EP1490965A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/54—Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices
    • H03F3/56—Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices using klystrons
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/54—Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices
    • H03F3/58—Amplifiers using transit-time effect in tubes or semiconductor devices using travelling-wave tubes

Definitions

  • This invention relates to an amplifier equipped with microwave tubes with progressive uncles (TOP) which constitute the last stage of telecommunications transmitters used in ground-satellite and satellite-ground links. They can also be used in other types of transmitters intended for example for military, scientific, metrology, telecommunications, terrestrial links, radio-relay systems, etc.
  • TOP progressive uncles
  • Figure 1 shows the block diagram of this last stage which comprises a microwave tube 10 of the TOP type attacked by a signal Ue which is a modulated electromagnetic wave coming from a preamplifier 12 and low level stages, This signal is of l order of a few tens of milliwatts at a frequency included in a “telecommunication” band, for example 12.75 - 14.50 GHz.
  • the amplifier drives a load which is in this example a transmitting antenna 14.
  • a power supply 15 supplies the various high voltages necessary for the operation of the tube.
  • the TOP 10 is with a depressed collector. Its output is on a rectangular or coaxial guide, for example WR 75.
  • a filter 16 at the output of the TOP is imposed by "telecommunications" standards; it makes it possible to avoid the emission of undesirable frequencies which would be generated due to the non-linearities of the TOP.
  • a circulator 18 after the filter 16 prevents any untimely reflection of microwave energy towards the tube.
  • a first coupler 20 at the output of the circulator 18, followed by the appropriate transitions and cables, makes it possible to make available on a front face of the amplifier, a sample of the output power Ps of the amplifier for measurement, if necessary, by the user.
  • a second coupler 22 at the output of the circulator, followed by a high frequency (HF) detection 24 and suitable cables and transitions, allows the generation of a signal representative of the output power Ps, necessary for the proper functioning of the control device and regulation (not shown in the figure) of the TOP.
  • HF high frequency
  • a third coupler 26 followed by another HF detection 28 likewise allows the generation of a signal representative of the reflected power Pr by the user, in this example by the transmit antenna 14.
  • This reflected power signal is often implemented in a threshold system, which makes it possible to save all the equipment in the event of significant mismatching of this use.
  • the second 22 and third 26 couplers are, of course, associated with tables and, for example, calibration cards.
  • Figure 2 shows the simplified diagram of a traveling wave tube 30.
  • a relatively thin, cylindrical electron beam 32 emitted by a TOP cathode 34 circulates along the axis ZZ 'of a metal helix 36.
  • An RF input signal to be amplified is injected at a first end 38 of the propeller, at frequency F.
  • the interaction between the electron beam 32 and the electromagnetic signal propagating on the propeller 36 is such that the electrons regroup in periodic packets, at the frequency F, and cede their energy to the radiofrequency (RF) input signal which happens to be thus amplified and extracted at the other end 40 of the helix (RF output).
  • RF radiofrequency
  • the electrons thus yield 20 to 30% of their energy to the input RF signal. This percentage of energy transfer (20 to 30%) is called "electrical efficiency".
  • the electrons After leaving the helix, the electrons enter a collector 42 where they should dissipate, in thermal form, the 80 to 70% of their remaining kinetic energy.
  • the collector 42 is brought to a potential Vc which makes it possible to slow down the electrons before they hit the walls of the collector.
  • the maximum value of the collector voltage Vc is imposed by the prohibition on reflecting electrons towards the helix.
  • Figure 2 illustrates this phenomenon.
  • the electrons enter the helix at the speed Vi corresponding to a voltage of 10 Kv. After yielding 2 kW, they exit the propeller at a lower speed V 2 , which corresponds to 8 Kv since the beam is 1 A.
  • the voltage Vc of the collector has been chosen to be equal to 6 kV relative to the cathode. No electron is therefore reflected.
  • the collector voltage Vc could even have been chosen much lower, for example at 2 Kv, value beyond which the electrons would have been reflected.
  • the electrons do not exit at the speed V 2 , but with a dispersion of velocities, often quite wide, around V, hence the margin taken in the choice of Vc.
  • the braking of the electrons by the collector voltage Vc reduces the energy to be dissipated thermally on the walls, and therefore the energy taken from the high voltage supply of the electron beam.
  • the overall yield then becomes more important.
  • FIG. 3 shows such a traveling wave tube comprising a four-stage collector E1, E2, E3, E4.
  • the role of the first stage E1 is to brake and collect the slowest electrons, the last stage E4, at the bottom of the collector, the fastest electrons.
  • FIG. 4 represents a section in the area of the electrodes E1, E2, E3 and E4 of the collector of such a TOP tube with four stages.
  • the electron beam 32 at the outlet of the propeller 36, arriving in the area of the collectors, disperses along direct paths 52 (in solid lines) and secondary paths 54 towards the four electrodes.
  • the lines in dotted lines show the equipotentials 56.
  • Recent measurements carried out within the framework of improvements in the implementation of TOP in telecommunications transmitters have shown that it exists, for example, in the case of a TOP with collector two-stage depressed, a relationship between the high frequency output power Ps of the TOP and the collector current. Indeed, the current Here generated by the first stage E1 of the collector is a unique and increasing function of the modulation rate of the beam current and therefore of the output power Ps at high frequency.
  • a first object of the invention is to simplify the measurements of the output powers of a tube microwave amplifier. Another object is to reduce the cost of the amplifier by eliminating parts and adjustments necessary in the state of the art for measuring the power of microwave tube amplifiers.
  • the invention provides a method for measuring the RF output power of a microwave tube amplifier, the tube comprising an electron gun providing an electron beam, a RF circuit for interaction between an RF signal and the electron beam, the RF circuit having an amplified RF signal output, a collector having at least two electrodes for collecting the electron beam, these electrodes being respectively separated from the barrel by increasing distances, the first electrode being closest to the barrel, characterized in that the RF output power at the output of the amplified RF signal is determined from the measurement of the current Here, coming from the first electrode, a calculation of the power RF output being effected by a predetermined relationship between said current Here and the output power of the amplifier.
  • the simplification proposed therefore consists in replacing the direct measurement and / or the HF detection of the RF output power Ps by the sole measurement of the current Here of the first electrode of the collector of the tube.
  • This measurement of Here is sufficiently precise to satisfy the indication of power on the front face of the amplifier and especially for the needs of controlling the entire supply of the TOP, the processing logic of the amplifier and the various signal processing.
  • the invention also relates to a microwave tube amplifier, the tube comprising an electron gun providing an electron beam, an RF circuit for interaction between an RF signal and the electron beam, the RF circuit having a signal output.
  • Amplified RF a collector having at least two electrodes for collecting the electron beam, these electrodes being respectively separated from the barrel by increasing distances, the first electrode being the closest to the barrel, characterized in that it comprises first means for measuring the current Here from the first electrode and second means for determining the RF output power from the measurement of this current Here.
  • TOP traveling wave tube
  • FIG. 5 shows the block diagram of an amplifier according to the invention comprising a TOP
  • FIGS. 7a, 7b, 7c and 7d show variation curves of the output power Ps as a function of the current of the first electrode of a four-stage TOP;
  • FIG. 8 shows a circuit for measuring the collector current of the amplifier of Figure 5 according to the invention.
  • FIG. 5 shows a block diagram of an amplifier 70 according to the invention comprising a TOP.
  • the amplifier 70 comprises the microwave tube 10 of the TOP type with a depressed collector driven by an RF input signal coming from the preamplifier 12.
  • the amplifier drives through the filter 16 and the circulator 18 the transmit antenna 14.
  • a power supply 72 supplies the various high voltages necessary for the operation of the tube.
  • the amplifier further comprises a circuit 74 for measuring the current Here coming from the first electrode E1 of the TOP.
  • FIG. 6a represents a curve 80, of the output power
  • FIG. 6b represents a curve 64 the output power Ps as a function of the current Here of a TOP of nominal power 750W operating in the band C.
  • FIG. 6c represents another curve 88 of the output power Ps as a function of the current Here of the TOP of FIG. 5b of 750W operating in the frequency band 12.75-14.5 GHz.
  • FIG. 8 shows a circuit for measuring the collector current Here of the first stage E1 of the TOP 10 of the amplifier of FIG. 5 according to the invention.
  • the high voltage power supply 72 supplies, through a transformer TX1, an alternating voltage U1 to a high voltage rectifier bridge P1 comprising rectifying diodes D1, D2, D3, D4 supplying the high direct voltage Vc1 and the current Here of the first electrode E1 from the TOP.
  • a current transformer TX2 of the measurement circuit 74 comprises a primary 120 in series with a wire 122 for supplying alternating current to the high-voltage rectifier bridge P1 and a secondary 124 generating an alternating voltage Uc1 proportional to the alternating current in the representative wire 122 Here the current for supplying the electrode E1.
  • the voltage Uc1 after rectification by a bridge P2 of diodes D6, D7, D8, D9 is amplified by a conventional operational amplifier A1 which supplies, at its output Sa, a voltage Us1 proportional to the current Here of the first electrode E1.
  • the processing circuit 76 of known type establishes the relationship, as described above, between the voltage Us1 output of the detector 74 representative of the current Here and the output power Ps of the amplifier
  • This processing circuit 76 can be a computer using for example a microprocessor or any other computing device.
  • the third coupler 26 for the measurement of the reflected power, Pr, by the user, can also be omitted insofar as the circulator 18 protects the TOP.
  • the amplifier according to the invention has the following advantages:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure de la puissance RF de sortir (Ps) d'un amplificateur à tube hyperfréquence (10), le tube circuit RF d'interaction entre un signal RF et le faisceau ayant au moins deux électrodes pour recueillir le faisceau d'électrons. La puissance de sortir RF en sortir de signal RF amplifié est déterminée à partir de la mesure du courant Ic1 issu de la première électrode la plus proche du canon, un calcul de la puissance RF de sortir (Ps) étant effectué par une relation prédéterminée entre ledit courant et la puissance de sortie de l'amplificateur. L'invention concerne aussi un dispositif comportant des moyens demesure (74) pour la mise en oeuvre du procédé de mesure selon l'invention.

Description

PROCEDE DE MESURE DE PUISSANCE HYPERFREQUENCE ET DISPOSITIF DE MISE EN ŒUVRE DU PROCEDE
Cette invention concerne un amplificateur équipé de tubes hyperfréquences à oncles progressives (TOP) qui constituent le dernier étage des émetteurs de télécommunications mis en œuvre dans les liaisons sol- satellites et satellites-sol. Ils peuvent aussi être utilisés dans d'autres types d'émetteurs destinés par exemple à des applications militaires, scientifiques, de métrologie, télécommunications, liaisons terrestres, faisceaux hertziens...
La figure 1 montre le schéma de principe de ce dernier étage qui comporte un tube hyperfréquences 10 de type TOP attaqué par un signal Ue qui est une onde électromagnétique modulée provenant d'un préamplificateur 12 et des étages de faible niveau, Ce signal est de l'ordre de quelques dizaines de milliwatts à une fréquence comprise dans une bande « télécommunication », par exemple 12.75 - 14.50 GHz. L'amplificateur attaque une charge qui est dans cet exemple une antenne 14 d'émission. Une alimentation 15 fournit les différentes hautes tensions nécessaires au fonctionnement du tube.
Le TOP 10 est à collecteur dépressé. Sa sortie est sur guide rectangulaire ou coaxial, par exemple WR 75. Un filtre 16 à la sortie du TOP est imposé par les normes « télécommunications » ; il permet d'éviter l'émission de fréquences indésirables qui seraient générées en raison des non-linéarités du TOP. Un circulateur 18 après le filtre 16 évite toute réflexion intempestive d'énergie hyperfréquence vers le tube.
Un premier coupleur 20 en sortie du circulateur 18, suivi des transitions et câbles adéquats, permet de rendre disponible sur une face avant de l'amplificateur, un échantillon de la puissance de sortie Ps de l'amplificateur pour mesure, en cas de besoin, par l'utilisateur.
Un deuxième coupleur 22 en sortie du circulateur, suivi d'une détection haute fréquence (HF) 24 et des câbles et transitions adéquats, permet la génération d'un signal représentatif de la puissance de sortie Ps, nécessaire au bon fonctionnement du dispositif de contrôle et de régulation (non représenté sur la figure) du TOP.
Un troisième coupleur 26 suivi d'une autre détection HF 28 permet, de même, la génération d'un signal représentatif de la puissance réfléchie Pr par l'utilisateur, dans cet exemple par l'antenne 14 d'émission. Ce signal de puissance réfléchie est souvent mis en œuvre dans un système à seuil, ce qui permet de sauvegarder tout l'équipement en cas de désadaptation importante de cette utilisation. Aux deuxième 22 et troisième 26 coupleurs sont, bien entendu, associées des tables et, par exemple, des cartes d'étalonnages.
Ces dispositifs de mesure en sortie du TOP sont coûteux, d'une part, du fait du nombre de coupleurs, détecteurs RF et transitions HF utilisés et, d'autre part, par les réglages et étalonnages nécessaires en fonction de la puissance et des fréquences d'émission. La figure 2 montre le schéma simplifié d'un tube à ondes progressives 30. Un faisceau d'électrons 32, relativement filiforme et cylindrique, émis par une cathode 34 du TOP, circule le long de l'axe ZZ' d'une hélice métallique 36. Un signal d'entrée RF à amplifier est injecté à une première extrémité 38 de l'hélice, à la fréquence F. L'interaction entre le faisceau d'électrons 32 et le signal électromagnétique se propageant sur l'hélice 36 est telle que les électrons se regroupent en paquets périodiques, à la fréquence F, et cèdent leur énergie au signal d'entrée radiofréquence (RF) qui se trouve être ainsi amplifié et extrait à l'autre extrémité 40 de l'hélice (sortie RF). Très schématiquement, les électrons cèdent ainsi 20 à 30% de leur énergie au signal RF d'entrée. Ce pourcentage de cession d'énergie (20 à 30 %) est appelé « rendement électrique ». Après avoir quitté l'hélice, les électrons pénètrent dans un collecteur 42 où ils devraient dissiper, sous forme thermique, les 80 à 70% de leur énergie cinétique restante.
En réalité, le collecteur 42 est porté à un potentiel Vc qui permet de ralentir les électrons avant qu'ils ne frappent les parois du collecteur. La valeur maximum de la tension Vc de collecteur est imposée par l'interdiction de réfléchir des électrons vers l'hélice. La figure 2 illustre ce phénomène.
Dans l'exemple proposé, les électrons entrent dans l'hélice à la vitesse Vi correspondant à une tension de 10 Kv. Après avoir cédé 2 kW, ils sortent de l'hélice à une vitesse moindre V2, qui correspond à 8 Kv puisque le faisceau est de 1 A. La tension Vc du collecteur a été choisie égale à 6 kV par rapport à la cathode. Aucun électron n'est donc réfléchi. La tension de collecteur Vc aurait même pu être choisie beaucoup plus basse par exemple à 2 Kv, valeur au-delà de laquelle les électrons auraient été réfléchis. En fait, les électrons ne sortent pas à la vitesse V2, mais avec une dispersion de vitesses, souvent assez large, autour de V , d'où la marge prise dans le choix de Vc.
Le freinage des électrons par la tension Vc de collecteur réduit l'énergie à dissiper thermiquement sur les parois, et donc l'énergie prélevée à l'alimentation haute tension du faisceau d'électrons. Le rendement global devient alors plus important.
De plus, cette augmentation du rendement est d'autant plus importante qu'on utilise non pas un seul collecteur déprimé, mais un collecteur à plusieurs électrodes ou « plusieurs étages ». La figure 3 montre un tel tube à ondes progressives comportant un collecteur à quatre étages E1 , E2, E3, E4. Le premier étage E1 a pour rôle de freiner et de recueillir les électrons les plus lents, le dernier étage E4, en fond de collecteur, les électrons les plus rapides.
La figure 4 représente une coupe dans la zone des électrodes E1 , E2, E3 et E4 du collecteur d'un tel tube TOP à quatre étages. Le faisceau d'électrons 32, en sortie de l'hélice 36, arrivant dans la zone des collecteurs, se disperse selon des trajectoires directes 52 (en traits pleins) et des trajectoires secondaires 54 vers les quatre électrodes. Les lignes en traits pointillés montrent les équipotentielles 56. Des mesures récentes effectuées dans le cadre des améliorations de la mise en œuvre de TOP dans les émetteurs de télécommunications ont montré qu'il existe, par exemple, dans le cas d'un TOP à collecteur déprimé à deux étages, une relation entre la puissance de sortie Ps haute fréquence du TOP et le courant de collecteur. En effet, le courant Ici généré par le premier étage E1 du collecteur est une fonction univoque et croissante du taux de modulation du courant faisceau et donc de la puissance de sortie Ps en haute fréquence.
Un premier objet de l'invention est de simplifier les mesures de puissances de sortie d'un amplificateur hyperfréquences à tubes. Un autre objet est de diminuer le coût de l'amplificateur en supprimant des pièces et des réglages nécessaires dans l'état de l'art de mesure de puissance des amplificateurs à tubes hyperfréquences.
A cet effet, l'invention propose un procédé de mesure de la puissance RF de sortie d'un amplificateur à tube hyperfréquence, le tube comportant un canon à électrons fournissant un faisceau d'électrons, un circuit RF d'interaction entre un signal RF et le faisceau d'électrons, le circuit RF ayant une sortie de signal RF amplifié, un collecteur ayant au moins deux électrodes pour recueillir le faisceau d'électrons, ces électrodes étant respectivement séparées du canon par des distances croissantes, la première électrode étant la plus proche du canon, caractérisé en ce que la puissance de sortie RF en sortie de signal RF amplifié est déterminée à partir de la mesure du courant Ici issu de la première électrode, un calcul de la puissance RF de sortie étant effectué par une relation prédéterminée entre ledit courant Ici et la puissance de sortie de l'amplificateur. La simplification proposée consiste donc à remplacer la mesure directe et/ou la détection HF de la puissance RF de sortie Ps par la seule mesure du courant Ici de la première électrode du collecteur du tube.
Cette mesure de Ici est suffisamment précise pour satisfaire l'indication de puissance de face avant de l'amplificateur et surtout pour les nécessités de contrôle de l'ensemble de l'alimentation du TOP, la logique de traitement de l'amplificateur et les différents traitements de signaux.
La mesure du courant Ici peut se faire directement en basse tension comme nous verrons plus loin. Cette mesure permet donc, avec une précision potentiellement meilleure que celle de l'état de l'art, de supprimer l'ensemble des éléments HF associés aux mesures de puissance de sortie, soit, deux coupleurs de mesures de la puissance Ps de sortie, une diode RF de mesure, les connecteurs et les coaxiaux de liaison aux châssis.
L'invention concerne aussi un amplificateur à tube hyperfréquences, le tube comportant un canon à électrons fournissant un faisceau d'électrons, un circuit RF d'interaction entre un signal RF et le faisceau d'électrons, le circuit RF ayant une sortie de signal RF amplifié, un collecteur ayant au moins deux électrodes pour recueillir le faisceau d'électrons, ces électrodes étant respectivement séparées du canon par des distances croissantes, la première électrode étant la plus proche du canon, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de mesure du courant Ici issu de la première électrode et des seconds moyens de détermination de la puissance de sortie RF à partir de la mesure de ce courant Ici .
L'invention sera mieux comprise à l'aide d'exemples de réalisations selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 , déjà décrite, montre le schéma de principe d'un amplificateur comportant un tube hyperfréquences à ondes progressives ;
- la figure 2,déjà décrite montre le schéma simplifié d'un tube à ondes progressives (TOP) ; - la figure 3, déjà décrite, montre un TOP ayant un collecteur à plusieurs électrodes ou « plusieurs étages » ;
- la figure 4, déjà décrite, montre une coupe dans la zone des électrodes d'un TOP à quatre étages ;
- la figure 5 montre le schéma de principe d'un amplificateur selon l'invention comportant un TOP ;
- les figures 6a, 6b et 6c montrent des courbes de variation de la puissance de sortie Ps en fonction du courant de la première électrode d'un TOP à deux étages ;
- les figures 7a, 7b, 7c et 7d montrent des courbes de variation de la puissance de sortie Ps en fonction du courant de la première électrode d'un TOP à quatre étages ;
- la figure 8 montre un circuit de mesure du courant de collecteur de l'amplificateur de la figure 5 selon l'invention.
La figure 5 montre un schéma de principe d'un amplificateur 70 selon l'invention comportant un TOP. L'amplificateur 70 comporte le tube hyperfréquences 10 de type TOP à collecteur déprimé attaqué par un signal d'entrée RF provenant du préamplificateur 12. L'amplificateur attaque à travers le filtre 16 et le circulateur 18 l'antenne 14 d'émission. Une alimentation 72 fournit les différentes hautes tensions nécessaires au fonctionnement du tube.
L'amplificateur comporte, en outre, un circuit 74 de mesure du courant Ici issu de la première électrode E1 du TOP.
La relation entre la puissance de sortie Ps et le courant Ici , dans le cas d'un TOP ayant un collecteur à deux étages (N=2), est sensiblement assimilable à une droite telle que Ps = k.ld , k étant une constante. Cette relation pour ce type de TOP varie ou peut varier suivant la fréquence de fonctionnement dans la bande allouée, cette relation comportera une formule d'interpolation de la fréquence d'émission. On entrera alors dans un circuit de traitement 76 de l'amplificateur la relation Ps = f(ld) à plusieurs fréquences et une formule d'interpolation pour toutes fréquences autres que les précédentes.
Dans le cas d'un collecteur à deux étages, souvent rencontré dans les TOP pour émetteurs au sol, les relations, selon les bandes de fréquence d'émission, entre la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici de la première électrode E1 , Ps =f(lc1), sont très proches de droites. Les figures 6a, 6b et 6c montrent respectivement de telles relations Ps =f(lc1) respectivement pour une fréquence F d'émission à 30 GHz, dans la bande C et dans une bande de fréquence de 12,75 - 14,5 GHZ. La figure 6a représente une courbe 80, de la puissance de sortie
Ps en fonction du courant Ici collecteur du premier étage d'un TOP, de puissance nominale de sortie de 12W, fonctionnant à 30GHz, Cette courbe 80 peut être approchée par une droite 82 d'équation : Ps = 1 ,1491.lc1+2,2931 (1) Ps étant exprimée en W et Ici en mA.
La figure 6b représente une courbe 64 la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici d'un TOP de puissance nominale 750W fonctionnant dans la bande C. Cette courbe 84 peut être approchée par une droite 86 d'équation : Ps = 3,148.lc1+110,2 (2)
La figure 6c représente une autre courbe 88 de la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici du TOP de la figure 5b de 750W fonctionnant dans la bande de fréquences 12,75- 14,5 GHz. Cette autre courbe 88 peut être approchée par une droite 90 d'équation : Ps = 2,9243.lc1+60,412 (3)
Sur des dynamiques de 10 dB de puissance de sortie Ps du TOP, l'écart de mesure entre la puissance de sortie mesurée directement par des moyens classiques et la puissance de sortie Ps du TOP mesurée indirectement à partir du courant Ici de la première électrode, cet écart reste inférieur à 10 % et dépend, pour les faibles niveaux de la sensibilité de la mesure du courant collecteur Ici de l'électrode E1.
Dans le cas des TOP comportant plus de deux étages, par exemple, quatre étages (N=4) comme ceux utilisés sur les TOP satellites, des mesures, pour différentes fréquences d'émission du TOP, de la puissance de sortie Ps du TOP en fonction du courant de collecteur Ici ont été de la même façon effectuées. Ces mesures sont représentées par les courbes des figures 7a, 7b, 7c et 7d. Ces courbes sont assimilables à un polynôme croissant monotone ; elles sont également assimilables à des droites, bien qu'avec plus d'approximations que dans le cas d'un TOP à deux étages.
Dans le cas de la figure 7a du TOP à quatre étages fonctionnant à 21.95 GHz, la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici collecteur du premier étage (courbe 100), peut être approchée par une droite 102 d'équation : Ps = 6,3524.101+21 ,916 (4)
Dans le cas de la figure 7b le TOP à quatre étages fonctionne à 20.2 GHZ , la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici collecteur du premier étage (courbe 104), peut être approchée par une droite 106 d'équation : Ps = 5, 1389. Ici +21 ,402 (5)
Dans le cas de la figure 7C le TOP à quatre étages fonctionne à 18,7 GHZ, la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici collecteur du premier étage (courbe 108), peut être approchée par la fonction (courbe 110) d'équation :
Ps = 0,0174.lc13 - 0,6093. Ici2 +10,281. Ici + 7,4151
Dans le cas de la figure 7d, le TOP à quatre étages fonctionne à 12,534 GHZ, la puissance de sortie Ps en fonction du courant Ici collecteur du premier étage (courbe 112), peut être approchée par la fonction (courbe 114) d'équation :
Ps = 0,0705.lc13 - 2,0364. Ici2 +22,106. Ici + 4,8406
Donc suivant la précision recherchée, on entrera dans le circuit de traitement 76 de l'amplificateur une relation Ps = f(ld) plus ou moins élaborée et ceci en plusieurs points de fréquence de la bande allouée. Et, comme précédemment, une interpolation permettra de fonctionner à d'autres fréquences. La figure 8 montre un circuit de mesure du courant de collecteur Ici du premier étage E1 du TOP 10 de l'amplificateur de la figure 5 selon l'invention. L'alimentation haute tension 72 fournit à travers un transformateur TX1 une tension alternative U1 à un pont redresseur haute tension P1 comportant des diodes D1 , D2, D3, D4 de redressement fournissant la haute tension continue Vc1 et le courant Ici de la première électrode E1 du TOP.
Un transformateur de courant TX2 du circuit de mesure 74 comporte un primaire 120 en série avec un fil 122 d'alimentation en courant alternatif du pont redresseur haute tension P1 et un secondaire 124 générant une tension alternative Uc1 proportionnelle au courant alternatif dans le fil 122 représentative du courant Ici d'alimentation de l'électrode E1. La tension Uc1, après redressement par un pont P2 de diodes D6, D7, D8, D9 est amplifiée par un amplificateur opérationnel classique A1 qui fournit, à sa sortie Sa, une tension Us1 proportionnelle au courant Ici de la première électrode E1.
Le circuit de traitement 76 de type connu établit la relation, telle que décrite précédemment, entre la tension Us1 sortie du détecteur 74 représentative du courant Ici et la puissance de sortie Ps de l'amplificateur
70. Ce circuit de traitement 76 peut être un calculateur utilisant par exemple un microprocesseur ou tout autre dispositif de calcul.
La relation Ps =f(ld), qui comme dit précédemment dans le cas d'un collecteur à deux étages, est sensiblement assimilable à une droite, varie ou peut varier, suivant la fréquence de fonctionnement dans la bande allouée. On entrera alors dans le circuit calculateur 76 de l'amplificateur la relation Ps = f(ld) à plusieurs fréquences et une formule d'interpolation pour toutes fréquences autres que les précédentes.
Dans cette réalisation de la figure 5 selon l'invention les coupleurs suivis des transitions et câbles adéquats nécessaires aux mesures de puissance de sortie ont été supprimés rendant l'amplificateur plus simple et économique dans sa réalisation.
Le troisième coupleur 26 pour la mesure de la puissance réfléchie, Pr, par l'utilisateur, peut être aussi supprime dans la mesure où le circulateur 18 assure la protection du TOP.
Dans le cas des TOP dont le collecteur déprimé présente plus de deux étages, par exemple à quatre étages comme ceux utilisés sur les TOP satellites. Les courbes de puissance de sortie Ps du TOP, fonction du courant de la première électrode Ici , montrées aux figures 7a, 7b, 7c et 7d, sont assimilables à un polynôme croissant monotone ; elles sont également assimilables à des droites, bien qu'avec plus d'approximations que dans le cas des TOP à deux étages.
En résumé, l'amplificateur selon l'invention comporte les avantages suivants :
Mesure et/ou détection de puissance hyperfréquence de sortie d'un TOP remplacée par une simple mesure de courant. Cette mesure de courant continu utilise une conversion AC-DC ce qui renforce encore le fait qu'elle soit peu coûteuse
• Elimination de :
- un ou deux coupleurs
- une ou deux transitions - diode (s) de détection
- de connecteurs et coaxiaux
- d'étalonnages délicats de puissance
• Gain important en poids et volume par rapport aux accessoires nécessaires dans l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de la puissance RF de sortie (Ps) d'un amplificateur à tube hyperfréquence (10, 30, 50), le tube comportant un canon à électrons fournissant un faisceau (32) d'électrons, un circuit RF d'interaction (36) entre un signal RF et le faisceau d'électrons, le circuit RF ayant une sortie de signal RF amplifié, un collecteur ayant au moins deux électrodes (E1 , E2, E3, E4) pour recueillir le faisceau d'électrons, ces électrodes étant respectivement séparées du canon par des distances croissantes, la première électrode (E1) étant la plus proche du canon, caractérisé en ce que la puissance de sortie RF en sortie de signal RF amplifié est déterminée à partir de la mesure du courant (Ici) issu de la première électrode, un calcul de la puissance RF de sortie (Ps) étant effectué par une relation prédéterminée entre ledit courant et la puissance de sortie de l'amplificateur.
2. Procédé de mesure de la puissance RF selon la revendication
1 , caractérisé en ce que tube hyperfréquences est un TOP.
3. Procédé de mesure de la puissance RF selon la revendication 2, caractérisé en ce que le collecteur du TOP comporte deux électrodes et en ce que la relation entre la puissance RF de sortie Ps et le courant Ici de la première électrode est sensiblement assimilable à une droite telle que Ps = k.ld , k étant une constante.
4. Procédé de mesure de la puissance RF selon la revendication
2, caractérisé en ce que le collecteur du TOP (50) comporte plus de deux étages et en ce que la relation de la puissance RF de sortie (Ps) du TOP en fonction du courant de collecteur (Ici ) de la première électrode (E1) est assimilable à un polynôme croissant monotone.
5. Procédé de mesure de la puissance RF selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la relation entre la puissance RF de sortie (Ps) et le courant (Ici) de la première électrode (E1) comporte une formule d'interpolation de la fréquence d'émission du TOP.
6. Procédé de mesure de la puissance RF selon la revendication 2, caractérisé en ce que le collecteur du TOP (50) comporte plus de deux étages et en ce que la relation de la puissance RF de sortie (Ps) en fonction du courant de collecteur (Ici) de la première électrode est assimilable à une droite, bien qu'avec plus d'approximations que dans le cas d'un TOP à deux étages.
7. Amplificateur à tube hyperfréquences (10, 30, 50), le tube comportant un canon à électrons fournissant un faisceau (32) d'électrons, un circuit RF d'interaction (36) entre un signal RF et le faisceau d'électrons, le circuit RF ayant une sortie de signal RF amplifié, un collecteur ayant au moins deux électrodes (E1 , E2, E3, E4) pour recueillir le faisceau d'électrops, ces électrodes étant respectivement séparées du canon par des distances croissantes, la première électrode (E1) étant la plus proche du canon, caractérisé en ce qu'il comporte des premiers moyens de mesure (74) du courant (Ici) issu de la première électrode et des seconds moyens de détermination (76) de la puissance de sortie RF à partir de la mesure de ce courant (Ici).
8. Amplificateur à tube hyperfréquences selon la revendication 7, caractérisé en ce que les premiers moyens (74) comportent un transformateur (TX2) de courant alternatif d'alimentation Ica de la première électrode en une tension de mesure (Vc1) proportionnelle au dit courant.
9. Amplificateur à tube hyperfréquences selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'une alimentation haute tension (72) de l'amplificateur comportant un TOP fournit à travers un transformateur (TX1) une tension alternative U1 à un pont redresseur haute tension (P1) comportant des diodes (D1 , D2, D3, D4) de redressement fournissant la haute tension continue Vc1 et le courant Ici de la première électrode (E1) du TOP, le transformateur de courant (TX2) du circuit de mesure (74) comportant un primaire (120) en série avec un fil (122) d'alimentation en courant alternatif du pont redresseur haute tension (P1) et un secondaire (124) générant une tension alternative Uc1 proportionnelle au courant alternatif Ica dans le fil (122) représentative du courant Ici d'alimentation de la première électrode (E1), la tension alternative Uc1 , après redressement par un pont (P2) de diodes (D6, D7, D8, D9) étant amplifiée par un amplificateur opérationnel classique (A1) fournissant à sa sortie (Sa) une tension Us1 proportionnelle au courant Ici de la première électrode (E1).
10. Amplificateur à tube hyperfréquences selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les seconds moyens comportent un circuit de traitement (76) de type connu établissant la relation entre la tension Us1 sortie du détecteur (74) représentative du courant Ici et la puissance de sortie Ps de l'amplificateur (70).
11. Amplificateur à tube hyperfréquences selon la revendication 10, caractérisé en ce que le circuit de traitement (76) peut être un calculateur utilisant par exemple un microprocesseur ou tout autre dispositif de calcul.
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