FR2463502A1 - Perfectionnements aux appareils a hyperfrequences du type magnetron - Google Patents

Abstract

APPAREIL A HYPERFREQUENCES DU TYPE MAGNETRON. L'APPAREIL COMPORTE UN BLOC ANODIQUE 1 AVEC DES STRAPS 6 ET 7 REPARTIS LE LONG DE SON AXE ET RELIES ELECTRIQUEMENT A DES LAMELLES 3 ASSOCIEES A DES CAVITES RESONNANTES 2 DUDIT BLOC ANODIQUE AYANT UNE MEME POLARITE EN MODE P. LE BLOC ANODIQUE 1 CONTIENTDES CANAUX DE REFROIDISSEMENT DES LAMELLES 3 ET DES STRAPS COMMUNIQUANT AVEC UNE CHAMBRE DE DISTRIBUTION DU LIQUIDE CALOPORTEUR 10 ET AVEC UNE CHAMBRE COLLECTRICE DE LIQUIDE CALOPORTEUR 11, SOLIDAIRES DU BLOC ANODIQUE 1 ET EN LIAISON HYDRAULIQUE ENTRE ELLES. LES STRAPS 6 ET 7 SONT CONSTITUES PAR DES TUBES ANNULAIRES SERVANT DE CANAUX DE REFROIDISSEMENT. APPLICATION: MAGNETRONS POUR INSTALLATIONS ELECTRONIQUES INDUSTRIELLES.

Description

L'invention concerne, dans le domaine des disposi-

tifs électroniques à vide, les appareils à hyperfréquences

du type magnétron.

Elle peut avantageusement être appliquée aux radars, en électronique industrielle, et dans les fours à hyperfré- quences, notamment pour le chauffage d'un plasma en vue de

réaliser une fusion thermonucléaire, ce qui présente actuel-

lement un grand intérêt en raison de la nécessité de trouver

des combustibles nouveaux.

L'électronique industrielle à hyperfréquences de pals-

sance, évolue actuellement vers la génération de puissances à hyperhates fréquences, dites HH.F,continues, maximales et

engendrées par un seul appareil. Les dispositifs électroni-

ques HH.F. transforment l'anergie de sources de courant con-

tinu en énergie HH.F. à l'aide de faisceaux électroniques

émis par la cathode et du système électrodynamique de l'ano-

de. Dans les dispositifs du type magnétron, ces systèmes sDIt souvent réalisés sous forme d'un réseau en série de cavités résonnantes reliées électriquement et formant un système de

retard du bloc anodique cylindrique, système appelé générale-

ment bloc anodique. Les dispositifs HH.F., et en particulier ceux du type magnétron, sont limités en puissance de sortie

par les propriétés desmrtériaux constituant la cathode, l'a-

node et la fenêtre diélectrique d'extraction de l'énergie, par leur aptitude à supporter et à dissiper les contraintes électriques et thermiques, ainsi que par le rendement de

conversion de l'énergie.

A l'heure actuelle toutes ces restrictions sont sur-

montées par un certain nombre de dispositions telles notam-

ment que l'amélioration du rendement de conversion de l'é-

nergie, et l'emploi de matériaux très émissifs pour les ca-

thodes, de matériaux à conduction électrique et thermique

élevée pour les anodes et les cathodes, de matériaux à con-

traintes thermiques limites importantes pour les anodes, et

de matériaux à faibles pertes diélectriques et à bonne trans-

mission en UHF pour lesfenêtres d'extraction de l'énergie.

Ces dispositions, visant à l'augmentation de la puis-

sance de sortie continue (et moyenne) engendrée par un appa-

reil unique, comportent également la recherche de solutions technologiques perfectionnées permettant de mettre en oeuvre

les principes de refroidissement les plus efficaces des sur-

ID faces chaudes des électrodes, par exemple par la création de

systèmes de refroidissement à écoulement turbulent de liqui-

des capoporteurs, l'utilisation de systèmes de refroidisse-

ment par évaporation et de systèmes à caloducs.

Dans les appareils HH.F. du type magnétron réalisés,le

chauffage du bloc anQdique peut avoir plusieurs origines dif-

férentes parmi lesquelles on peut citer le rayonnement émis

par la surface cathodique incandescente, le bombardement élec-

tronique de la surface des lamelles du bloc anodique, et les courants haute fréquence circulant sur la surface des cavités

résonnantes.

Le surchauffage du bloc anodique conduit à une déforma-

tion des lamelles et des straps du système du retard, et, par conséquent,. au changement de longueur de l'onde résonnante

de l'appareil, à la croissance des pertes actives dans les ca-

vités résonnantes, et, de ce fait même, à un abaissement de

rendement global de l'appareil dû à la dégradation de la qua-

lité propre Q0 du circuit oscillant.

Le transfert de chaleur des parties de l'appareil subis-

sant des effets thermiques se fait de trois manières élémen-

taires, à savoir par conduction, par convection (brassage) et

par rayonnement. L'expression quantitative analytique du trans-

fert de chaleur a la forme suivante: Q = c S A T (1) ou q = c A T (2) o: Q est le flux thermique (puissance dissipée); q = Q est la densité surfacique du flux thermique; s S est la surface d'échange thermique; A T = T. - Ti est la charge thermique; T. est la température de surface (région chaude du corps)

J T est la température ampiante-

c est le facteur de proportionnalité caractéristique de

l'intensité d'échange thermique.

Le refroidissement des parties chaudes du bloc anodi-

que d'un appareil HH.F. du type magnétron couramment utilisé

à ce jour, est un refroidissement par convection forcée réa-

lisé à l'aide de liquides caloporteurs, le plus souvent à base d'eau. Pour améliorer l'échange thermique par convecWtw, le système de refroidissement est conçu pour assurer un

transfert de chaleur efficace qui a lieu en écoulement tur-

bulent et en milieux diphasiques (à l'ébullition et à la

condensation). Les plus grandes difficultés sont générale-

ment occasionnées par la mise au point des systèmes de re-

froidissement des zones chaudes de l'appareil HH.F. dont la dissipation superficielle dépasse 500 W/cm2. En effet, à ce

niveau, certains éléments chauds du bloc anodique de l'appa-

reil HH.F. du type magnétron, et en particulier les lamelles, se mettent à fondre. Pour permettre un écoulement thermique

efficace, les appareils HH.F. très puissants doivent possé-

der, lorsqu'ils sont refroidis par un liquide en circulation forcée, un système ramifié et fiable à long terme de canaux d'amenée et d'évacuation du liquide caloporteur dont le débit doit être de plusieurs centaines de litres à la minute pour

des écarts de pression jusqu'à plusieurs dizaines d'atmosphè-

res, de manière à assurer l'écoulement de 3 à 5 m/s et au-

delà. Il y a lieu de noter, à ce sujet, qu'étant donné la configuration très compliquée de la surface utile à refroidir du bloc anodique des appareils HH.F. du type magnétron (qui peut, par exemple dans le cas d'un magnétron oscillateur, se présenter comme une structure répétitive interdigitale ou lamellée de cavités résonnantes avec des straps qui relient électriquement les lamelles les unes à la suite des autres), la création d'un système performant pour le refroidissement

de tels appareils se heurte à des limitations tant constructi-

ves que technologiques.

On rencontre alors de grandes difficultés pour créer un un système de canaux de refroidissement possédant une faible résistance hydrodynamique, du fait que le diamètre maximal des canaux de refroidissement réalisables dans la structure du bloc anodique ne peut généralement dépasser 4 à 6 mm pour une longueur de la surface à refroidir (par exemple celle des lamelles) supérieure à des centaines de fois le diamètre des

canaux. C'est surtout le cas pour les appareils HH.F. du ty-

pe magnétron puissants dans lesquels le bloc anodique consti-

tue un système de retard bipériodique à plusieurs étages dont la hauteur suivant l'axe du bloc anodique est à l'échelle de

la longueur-d'onde générée (jusqu'à plus de 0,5 à 1,5 lon -

gueur d'onde).

Le problème du refroidissement des appareils HH.F. du type magnétron est aggravé par le fait que, dans la plupart

des cas, les portions à refroidir de la surface du bloc ano-

dique sont soumises à un fort bombardement électronique et

portées à un potentiel anodique et à une tension HH.F. éle-

vés. Il se produit souvent, dans ce cas, des claquages sur les surfaces utiles des électrodes (lamelles,straps,etc.), claquages qui sont à l'origine d'un chauffage impulsionnel

localisé supplémentaire de certaines zones du système de re-

froidissement, supérieur à des dizaines et à des centaines de fois celui en régime statique. Le plus grave danger vient

alors des phénomènes liés à la décharge électronique secon-

daire entre les surfaces sous tension HF (entre les lamelles, entre les lamelles et les atraps des cavités résonnantes,etc4

c'est-à-dire à une décharge ayant lieu dans le système de re-

tard même de l'appareil.

Il existe un appareil HH.F. du type magnétron compor-

tant un bloc anodique refroidi à sa périphérie par air ou li-

quide, plus long que le quart d'onde (X> '/4) et réalisé sous forme d'un système de retard à plusieurs étages doté de straps disposés les uns par rapport aux autres suivant-sa hauteur à une distance de moins d'un sixième de la longueur

d'onde générée.

Cette forme de réalisation d'un appareil HH.F. du ty-

pe magnétron s'oppose au refroidissement efficace des surfa-

ces utiles du bloc anodique, à savoir des portions les plus

chaudes des lamelles proches de la cathode. La cathode chau-

de et les électrons qui viennent bombarder les faces termi-

nales des lamelles dissipent à leur surface une puissance assez importante, et le refroidissement périphérique du bloc

anodique peut,à lui seul, être insuffisant, surtout en régi-

me continu de génération d'hyperfréquences. Cet appareil est donc incapable de fournir une puissance HH.F.moyenne et

continue de forte valeur.

Il existe également un appareil HH.F. du type magnétron qui comporte un bloc anodique muni de straps répartis le long de son axe et reliés électriquement aux lamelles respec- tives des cavités résonnantes dudit bloc anodique ayant une même polarité en mode T. Des canaux de refroidissement des lamelles des cavités résonnantes et des straps communiquent

avec au moins une chambre de distribution du liquide calopor-

teur et avec au moins une chambre collectrice de liquide ca-

loporteur, ces chambres étant solidaires du bloc anodique et

reliées hydrauliquement entre elles.

Dans un tel appareil HH.F. du type magnétron, le re-

froidissement des zones les plus chaudes de la surface utile

du bloc anodique (à savoir des lamelles des cavités réson-

nantes) s'opère par des canaux de refroidissement réalisés

sous forme de tubes fixés aux faces terminales des lamelles.

Ces tubes sont disposés tout le long de la surface utile des

lamelles et parallèlement à l'axe du bloc anodique.

Etant donné que dans les appareils HH.F. du type magné tron les canaux sont limités en diamètre par l'épaisseur des

parois des lamelles, l'augmentation de la hauteur du bloc a-

nodique en vue d'accroître la puissance de l'appareil provo-

que une extension de l'étendue des lamelles et, par suite,de la longueur des canaux de refroidissement dont la. résistance hydrodynamique se trouve ainsi augmentée. Cette dernière conséquence oblige à augmenter la surpression à l'entrée du

système de refroidissement (-à l'entrée de la chambre de dis-

tribution du liquide caloporteur).

Ainsi, dans cet appareil HH.F. du type magnétron exis-

tant, l'écoulement du liquide caloporteur ne peut s'effectu-

er à une vitesse suffisante pour supprimer les contraintes thermiques, ce qui rend prohibitif le fonctionnement de 1' appareil. L'élévation de la surpression (au-dessus de la norme)

est limitée par les caractéristiques de la pompe de circula-

tion déplaçant le liquide caloporteur. Il convient de remar--

quer à ce propos que la création d'un système de refroidis-

sement capable de supporter les pressions élevées est rendue difficile par la modeste robustesse du matériau dont sont

faits les tubes (généralement du cuivre). La pression maxi-

male à laquelle peuvent résister les tubes des appareils

réalisés ne dépasse guère 10 à 20 atm.

Encore un inconvénient de cet appareil connu est que les tubes (ou les canaux de refroidissement) sont attenants

à l'espace d'interaction délimité par la cathode et les fa-

ces terminales des lamelles. Il en résulte des risques de perforation par fusion des parois des tubes, car ceux-ci n'

ont aucun blindage et sont exposés au bombardement électro-

nique et au claquage de l'espace cathode-anode, de telles

perforations entraînant la panne de l'appareil.

Il en est de même du bouchage de l'un au moins des

tubes qui risque d'engendrer une panne de l'appareil.

La fiabilité-d'un tel appareil n'est donc pas suffi-

sante, surtout dans des conditions d'utilisation difficiles, par exemple en cas d'utilisation d'un liquide caloporteur

non épuré, et dans le cas d'un fonctionnement continu.

Enfin, la conception d'un tel appareil HH.F. du type magnétron, en particulier lorsqu'il est destiné aux ondes

courtes, s'oppose à la fixation des tubes aux faces termina-

les des lamelles car la section droite de ces dernières est faible, c'està-dire en fait inférieure au diamètre des tubes. Compte tenu des inconvénients des appareils antérieurs, la présente invention vise à procurer un appareil HH.F. du type magnétron comportant un système de refroidissement des lamelles des cavités résonnantes et des straps qui présente

une efficacité et une fiabilité améliorées grâce à la pré-

sence de canaux de refroidissement autonomes parallèles à

résistance hydrodynamique réduite.

L'appareil HH.F. du type magnétron selon l'invention

comporte, d'une part, un bloc anodique muni de straps répar-

tis le long de son axe et reliés électriquement à des lamel-

les correspondantes équipant des cavités résonnantes prévues dans ledit bloc anodique ayant une même polarité en mode 5 1 et,d'autre part, des canaux de refroidissement des lamelles des cavités et des straps communiquant avec au moins une chambre de distribution d'un liquide caloporteur et avec au moins une chambre collectrice de ce liquide caloporteur,ces

deux chambres étant solidaires du bloc anodique et en liai-

son hydraulique l'une avec l'autre, le susdit appareil HH.F.

étant caractérisé en ce que les straps sont constitués par des tubes annulaires, qu'au moins quatre lamelles reliées aux tubes annulaires correspondants possèdent chacune des canaux radiaux dont le nombre est égal au nombre de tubes annulaires reliés à ladite lamelle, que chaque canal est mis en communication avec le tube annulaire correspondant de

manière à former avec ce tube annulaire le canal de refroi-

dissement de la lamelle et du strap correspondants, que l'un des canaux radiaux relié au tube annulaire correspondant

communique également avec la chambre de distribution du li-

quide caloporteur, l'autre canal radial communiquant avec la chambre collectrice de liquide caloporteur, que lesdites

chambres de distribution et collectrice du liquide calopor-

teur sont situées le long de l'axe du bloc anodique, et que la longueur axiale de chacune desdites chambres est au moins

égale à l'écartement de deux canaux radiaux extrêmes communi-

quant avec la chambre considérée.

Il est avantageux que l'une des chambres de distribu-

tion ou collectrice du liquide caloporteur soit coaxiale

avec le bloc anodique de façon à entourer ledit bloc anodi-.

que et l'autre chambre.

L'appareil HH.F. du type magnétron selon l'invention se distingue par une résistance hydrodynamique réduite du

système de canaux de refroidissement des lamelles des cavi-

tés résonnantes et des straps du bloc anodique, et par une meilleure efficacité et une fiabilité élevée du système de

refroidissement du bloc anodique. Il en résulte une crois-

sance substantielle de la puissance HH.F. fournie par l'ap-

pareil en régime continu et de la puissance moyenne en ré-

gime d'impulsions.

Le choix judicieux du schéma d'implantation des canaux servant au refroidissement forcé par liquide des lamelles

des cavités résonnantes et des straps du bloc anodique per-

met d'utiliser au maximum la surface chaude du bloc anodi-

que pour évacuer des calories par le liquide caloporteur et

d'obtenir un transfert de chaleur par convection plus effi-

cace grâce à un écoulement turbulent pour ur faible diffé-

rence de pression à l'entrée et à la sortie du système de

refroidissement de l'appareil. -

La mise en parallèle des canaux dans les straps en vue du refroidissement des lamelles des cavités résonnantes et des straps eux-mêmEsconfère une bonne fiabilité à l'appareil HH.F. du type magnétron selon l'invention, même dans les

conditions d'utilisation les plus dures (surcharge en puis-

sance, claquages, défaillance momentanée de l'un des canaux

de refroidissement due à un bouchage par un liquide calopor-

teur insufEsamment pur).

L'invention sera mieux comprise encore à l'aide de la

description qui suit de modes de réalisation préférés mais

non limitatifs, description se référant aux dessins annexés

dans lesquels:

-la figure 1 représente, en élévation partiellement cou-

pée, un appareil HH.F. du type magnétron selon l'invention, avec un système de canaux de refroidissement des lamelles des

cavités résonnantes et des straps du bloc anodique, cette fi-

gure montrant le schéma de branchement sur les sources d'ali-

mentation en courants continu et alternatif et le schéma du système de refroidissement forcé par liquide de l'appareil, -la figure 2 est une coupe suivant II-II figure 1; -la figure 3 est une coupe transversale d'un appareil

selon l'invention avec la chambre collectrice de liquide ca-

loporteur entourant le bloc anodique et la chambre de distri-

bution du liquide caloporteur.

L'appareil HH.F. du type magnétron décrit ci-après et illustré sur les dessins est un magnétron oscillateur appelé

dans ce qui suit magnétron. Ce magnétron comporte un bloc a-

nodique cylindrique sous vide,1 (fig.l) réalisé sous formed' un système de retard cavitaire à plusieurs étages et composé de cavités résonnantes 2 du type sectoral avec des lamelles

3. Les lamelles 3 présentent,suivant la hauteur du bloc ano-

dique 1, des fenêtres 4 dont chacune est traversée par une paire 5 de straps 6 et 7. Dans chaque paire 5 les straps 6 sont en liaison électrique avec les lamelles 3 respectives des cavités résonnantes 2 du bloc anodique 1 ayant une même

polarité en mode i,et les straps 7 sont en liaison électri-

que avec les lamelles 3 respectives des cavités résonnantes 2 du bloc anodique 1 présentant une même polarité opposée

en mode <3 (on a représenté en coupe sur les dessins uni-

quement la connexion des straps 7). Tous les straps 6 et 7 sont réalisés sous forme de tubes annulaires, en l'occuren- ce de section rectangulaire. Rien n'empêche, cependant, de réaliser le magnétron sous d'autres formes dans lesquelles les tubes auraient une section circulaire ou autre adaptée

aux caractéristiques électriques et thermiques à atteindre.

Les straps 6 et 7,en forme de tubes annulaires, présentent un bon contact thermique avec les lamelles 3 au point o est réalisée leur jonction, par exemple par soudure. Quatre au

moins desdites lamelles, reliées aux tubes annulaires cor-

respondants, comportent chacune des canaux radiaux dont le nombre est égal au nombre de tubes annulaires reliés à la lamelle considérée, chacun desdits canaux radiaux étant en

communication avec le tube annulaire correspondant.

Dans le mode de réalisation considéré, les canaux ra-

diaux 8 (figure 2) sont réalisés dans deux paires de lamel-

les 3 dont l'une est en opposition diamétrale avec l'autre.

Le nombre de canaux radiaux 8 dans chaque lamelle 3 est égal

à celui de tubes annulaires en contact électrique et thermi-

que avec la lamelle 3 considérée. Il est à noter, à ce pro-

pos, que dans chaque tube annulaire les parois terminales de plus grand diamètre présentent deux trous diamétralement

opposés par o deux canaux radiaux 8 communiquent avec l'in-

térieur du tube annulaire.

Les canaux radiaux 8 et les espaces intérieurs des tu-

bes annulaires correspondants forment ensemble les canaux de refroidissement des lamelles 3 et des straps 6 et 7 en

cause (fig.1).

Les canaux radiaux 8, contenus dans les lamelles 3 d' une même paire, communiquent avec au moins une chambre de distribution de liquide caloporteur 10. Les canaux radiaux 8, contenus dans les lamelles 3 de la paire diamétralement opposée, communiquent avec au moins une chambre collectrice

de liquide caloporteur 11.

Les chambres 10 et il sont constituées essentiellement par des tubes 12 et 13, respectivement. Les tubes 12 de la *10 chambre 10 sont liés par un couplage rigide et étanche avec le bloc anodique 1 et communiquent entre eux par un canal 14 (fig.2). Les tubes 13 de la chambre il sont, eux aussiliés par un couplage rigide et étanche avec le bloc anodique 1 et ils communiquent entre eux au moyen d'un canal 15. Il y a lieu de noter, de plus, que les tubes 12 et 13 sont situés, le long de l'axe du bloc anodique 1 et que la longueur des chambres 10 et il constituées par lesdits tubes 12 et 13 est au moins égale, suivant l'axe du bloc anodique 1 (fig. 1),à

la distance entre les deux canaux radiaux extrêmes 8 communi-

quant avec la chambre 10 ou 11.

En vue de réduire davantage la résistance hydrodynami-

que des canaux de refroidissement, on peut augmenter le nom-

bre de canaux radiaux communiquant avec chaque tube annulai-

re,. c'est-à-dire que les canaux radiaux peuvent être réali-

sés dans six, huit et ainsi de suite lamelles (un nombre pair

est préférable). Dans ce cas les canaux radiaux supplémen-

taires peuvent être en communication avec la chambre de dis-

tribution de liquide caloporteur comme avec la chambre col-

lectrice.

Les chambres 10 et 11 de distribution et collectrice de

liquide caloporteur sont en liaison hydraulique entre elles.

La figure 1 représente l'une des formes possibles du coupla-

ge hydraulique au moyen d'un système extérieur hydrodynami-

que de refroidissement forcé du bloc anodique 1, véhiculant un liquide caloporteur (par exemple, eau, antigel, glycol et autres) à l'aide d'une pompe de circulation 16. En plus de la pompe 16, le système hydrodynamique contient un réservoir

à liquide caloporteur 17 communiquant avec la pompe 16 à tra-

* vers une vanne 18. La pompe de circulation 16 communique à

travers une vanne 19 avec un filtre 20 qui est à son tour re-

lié à travers une vanne 21 et un raccord étanche 22 à une tu-

bulure d'entrée 23 du magnétron, communiquant avec la chambre de distribution de liquide caloporteur 10. Une tubulure de

sortie 24 du magnétron, qui communique avec la chambre col-

lectrice de liquide caloporteur 1 est reliée à travers un raccord étanche 25 et un échangeur de chaleur 26 au réservoir

17. La faible résistance hydrodynamique des canaux de re-

froidissement du magnétron permet une autre forme de réalisa-

il tion du système hydrodynamique de refroidissement forcé,dans laquelle la tubulure d'entrée est raccordée directement à la

conduite d'eau et l'échappement s'opère librement par la tu-

bulure de sortie.

S Pour améliorer encore le refroidissement du bloc anodi-

que, tant de ses éléments chauds intérieurs (lamelles 3 et

straps 6 et 7) que de sa partie périphérique, il est avanta-

geux que l'une des chambres 10 et il collectrice ou de dis tribution du liquide caloporteur soit coaxiale avec le bloc

anodique 1 de manière à entourer ce dernier et l'autre cham-

bre. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la chambre de distribution du liquide caloporteur 10 est réalisée comme

dans le cas de la figure 1 et la chambre collectrice de li-

quide caloporteur il se présente sous forme d'une gaine cy-

lindrique étanche.

Le système de retard à cavités résonnantes du bloc anodique 1 (fig.1) est formé par les lamelles 3 des cavités résonnantes 2 et un puits anodique 27. Ce puits anodique 27 comporte dans son axe une cathode 28 avec un réchauffeur 29

constitué par des tubes métalliques coaxiaux en matérieux ré-

fractaires, le matériau constituant la cathode 28 possédant des propriétés émissives. La cathode 28 et le réchauffeur 29

sont fixés au bloc anodique 1 coaxialement avec le puits anr-

dique 27 au moyen d'isolateurs métallocéramiques vides 30 et

31 (pied cathodique) comportant des bornes 32 et 33 de rac-

cordement aux sources de courant de chauffage du réchauffeur

29 et de tension anodique, Un et Ua.

Dans ce cas, le bloc anodique 1, porté au potentiel positif Ua. est mis à la terre et la cathode 28 est reliée

au négatif de la source d'alimentation Ua.

Un dispositif d'extraction de l'énergie HH.F. 34 (f4

2), équipé d'une fenêtre diélectrique d'extraction de l'é-

nergie 35, est couplé électriquement aux cavités résonnantes 2 du bloc anodique 1 selon un procédé courant, par exemple au moyen d'une boucle de couplage, d'un coupleur conductif,

d'un coupleur à fentes (non représentés aux figures 1 à 3).

L'appareil HH.F.du type magnétron venant d'être décrt.

fonctionne de la manière suivante.

La cathode 28 (fig.1),située au centre du puits ano-

dique 27 du bloc anodique 1, est chauffée à la température requise à l'aide du réchauffeur électrique 29 raccordé à la source de courant de chauffage.Un. Les électrons émis par la cathode 28 sont accélérés par le champ électrique créé par la source de tension anodique U. entre l'anode (formée a

par les faces terminales des lamelles 3 des cavités réson-

nantes 2) et la cathode 28.

En présence de ce champ magnétique H (fléché à la fi-

gure 1),orienté suivant l'axe du bloc anodique 1, les élec-

trons en mouvement vers l'anode excitent les oscillations

haute fréquence des cavités 2 du système de retard de l'a-

node 1 par les fentes existant entre les faces terminales

des lamelles 3. Le champ électrique haute fréquence appa-

raissant dans ces fentes groupe les électrons en faisceaux.

Ces faisceaux se propagent sous l'effet conjugué de la ten-

sion anodique appliquée et du champ magnétique H le long de

la surface de l'anode en synchronisme avec l'onde électro-

magnétique retardée, pour céder l'énergie qu'ils avaient E-s

tirée de la source d'alimentation Ua au champ électromagné-

tique HH.F. L'énergie électromagnétique s'accumule dans les cavités résonnantes 2 du système de retard du bloc anodique

1. Le système de retard résonne alors sur un mode qui sa-

tisfait à la condition de synchronisme du faisceau électro-

nique et de l'onde électromagnétique de ce mode avec laquel-

le il est en interaction.

L'appareil HH.F. du type magnétron de la figure 1 fonctionne au régime d'oscillation continu ou impulsionnel

sur un mode 7T dont la longueur d'onde est la plus grande.

L'appareil peut également fonctionner en amplificateur syn-

chronisé par un signal externe.

Les électrons en mouvement vers l'anode cèdent leur

énergie HH.F. au champ électromagnétique et atteignent ltno-

de formée par les faces terminales des lamelles 3. Il y a lieu de noter, à ce propos, que les électrons incidents sur

les lamelles 3 possèdent encore une certaine énergie ciné- tique que l'impact transforme en chaleur. Ce sont les faces terminales des

lamelles 3 qui chauffent les premières et

ensuite la chaleur se propage tout le long desdites lamel-

les vers le bloc anodique 1. D'autre part, les courants haute fréquence induits dans les cavités résonnantes 2 sont à l'origine du chauffage des parois conductrices par effet

de peau.

Le chauffage intéresse également les straps 6 et 7 plcn-

gés dans le champ électromagnétique descavités résonnantes.

La cathode 28, portée à une température élevée, chauf-

fe elle aussi les surfaces du bloc anodique 1 qui l'avoisi-

nent. Le fonctionnement de l'appareil fait apparaître des

contraintes thermiques localisées résultant de la perfora-

tion électrique de l'espace entre l'anode et la cathode 28 quand toute l'énergie de la source d'alimentation Ua peut être dégagée en chaleur sur une petite portion de surface

desdites électrodes. Il se produit aussi des claquages hau-

te fréquence et des décharges électroniques secondaires en-

tre les straps 6 et 7 et les lamelles 3.

La totalité de la chaleur dégagée sur les surfaces uti-

les de l'anode (sur les lamelles 3, dans les straps 6 et 7, dans les parois conductrices des cavités résonnantes 2,etc) est dissipée à l'aide du liquide caloporteur véhiculé par le système de refroidissement du bloc anodique 1 à l'aide de la pompe de circulation 16 (ou d'une autre manière, par exemple à partir de la conduite d'eau). Le liquide amené

vers la tubulure d'entrée 23 arrive dans la chambre de dis-

tribution de liquide caloporteur 10 réalisée sous forme de deux tubes 12 reliés entre eux par les canaux 14 (fig.2)et

disposés axialement sur le bloc anodique 1. Ainsi le liqui-

de caloporteur circulant dans les tubes 12 refroidit la par-

tie périphérique du bloc anodique 1. Chaque tube 12 de la chambre de distribution 10 dirige le courant de liquide caloporteur vers les canaux radiaux 8 (comme l'indiquent

les flèches) appartenant à l'une des paires de lamelles voi-

sines 3 et communiquant, d'une part, avec la chambre de dis-

tribution de liquide caloporteur 10, et, d'autre part, avec les tubes annulaires des paires correspondantes de straps

6 et 7. Dans le mode de réalisation considéré les tubes an-

nulaires assument la fonction de canaux de refroidissement et celle de straps électriques 6 et 7 (fig.1) reliés aux

lamelles 3 correspondantes des cavités 2.

Le contact thermique entre les tubes annulaires et les

lamelles 3 permet le refroidissement tant des tubes annulai-

res eux-mêmes que des lamelles 3.

Ainsi, l'appareil HH.F. du type magnétron venant d'être décrit présente l'avantage de concilier un refroidissement simultané de la partie périphérique du bloc anodique 1, des

cavités résonnantes 2, des lamelles 3 des cavités résonnan-

tes 2 et des straps 6 et 7, avec une faible résistance hydro-

dynamique du système de refroidissement incorporé dans le

bloc anodique 1.

A partir de la chambre de distribution 10 le liquide

caloporteur se répartit en un certain nombre de courants pa-

rallèles passant par les canaux radiaux 8 des lamelles 3,et

ensuite par les paires 5 de straps 6 et 7 réalisés sous for-

me de tubes annulaires disposés axialement suivant la hau-

teur du bloc anodique 1. Cela permet de développer au maxi-

mum la surface de refroidissement de l'ensemble du bloc ano-

dique 1 et de refroidir efficacement toutes ses parties chau-

des. L'appareil HH.F. du type magnétron venant d'être décrit

est aussi avantageux du fait que ie courant de liquide calo-

porteur passant par les trous 9 des straps 6 et 7 se divise en au moins deux flux parcourant chaque strap 6 et 7 et les

lamelles 3. En plus d'une baisse supplémentaire de résistan-

ce hydrodynamique due à une telle répartition du liquide ca-

loporteur dans le strap même, le mouvement circulaire du li-

quide caloporteur dans le tube annulaire favorise un écoule-

ment turbulent permettant un échange thermique beaucoup plus

efficace qu'un écoulement laminaire. La comparaison expéri-

mentale de l'efficacité-du mode de réalisation décrit,avec un refroidissement par un liquide caloporteur circulant dans les straps 6 et 7, montre que le'parcours transversal d'un

corps actif tel que les straps 6 et 7 donne des caractéristi-

ques hydrodynamiques meilleures que dans les solutions con-

nues de refroidissement des lamelles faisant appel à un mou-

vement longitudinal du liquide caloporteur sur la lamelle

(dans le tube),pour une même température du liquide calopor-

teur et une même puissance écoulée.

Enfin, encore un autre avantage de l'appareil HH.F.du type magnétron selon l'invention est que les canaux de refroidissement dans les straps 6 et 7 sont protégés par les

faces terminales des lamelles 3 contre le bombardement élec-

tronique et la perforation électrique anode-cathode, et que,

par suite, les susdits canaux de refroidissement sont affran-

chis de contraintes électriques considérables. Le raccorde- ment parallèle autonome des canaux de refroidissement de chaque strap 6 et 7 à la chambre de distribution du liquide caloporteur 10 évite à l'appareil le risque de panne en cas de bouchage d'un canal dans un strap 6 et 7 quelconque (ou même de plusieurs canaux), étant donné que les canaux restafrz, en bon état, des straps 6 et 7 permettent à l'appareil de

fonctionner un certain temps. En d'autres termes la fiabili-

té et l'endurance de l'appareil HH.F. du type magnétron se-

lon l'invention sont élevées.

Le liquide caloporteur, passé par tous les canaux de

refroidissement des straps 6 et 7,vient ensuite par les ca-

naux radiaux de sortie 8, reliés aux canaux ménagés dans les straps 6 et 7 et disposés dans les deux lamelles voisines 3

des cavités 2 opposées aux deux premières se trouvant du cô-

té de la chambre de distribution du liquide caloporteur 10.

Les canaux radiaux de sortie peuvent également être situés dans d'autres lamelles 3, c'est-à-dire dans plus de deux lamelles, comme indiqué à la figure 1. Tout le liquide

caloporteur sortant de ces canaux 8 s'accumule dans la cham-

bre collectrice de liquide caloporteur il réalisée sous for-

me des deux tubes 13 communiquant entre eux au moyen du ca-

nal 15 (fig.2) et avec les canaux radiaux 8.

La chambre collectrice de liquide caloporteur 11 (fig. 3) ou la chambre de distribution 10, peut se présenter sous forme d'une gaine cylindrique étanche, coaxiale avec le bloc

anodique 1 et entourant ce dernier et la chambre de distri-

bution de liquide caloporteur 10 (ou la chambre collectrice 11), ce qui permet un refroidissement encore plus efficace

du bloc anodique 1 dans sa partie périphérique.

De la chambre collectrice 11, le liquide caloporteur chauffé par les surfaces utiles chaudes du bloc anodique 1 est amené vers la tubulure de sortie 24 (fig.1) d'o il est refoulé par la pompe 16 vers l'échangeur de chaleur 26 du

système hydrodynamique de refroidissement forcé ou vers l'é-

chappement libre.

L'appareil HH.F. du type magnétron selon l'invention

possède un système bien développé de canaux de refroidisse-

ment disposés à la périphérie du bloc anodique 1, dans les straps 6 et 7 et les lamelles 3. Ceci permet d'obtenir un refroidissement efficace des surfaces utiles chaudes du bloc

anodique 1, surtout dans le cas o celui-ci comporte un sys-

tème de retard bipériodique à plusieurs étages de grandes dimensions axiales (hauteur du bloc anodique supérieure à ?,-/2), ce qui permet d'augmenter la puissance de sortie

en continu (ou la puissance moyenne en impulsion).

L'appareil selon l'invention présente une résistance hy-

drodynamique plus faible de son système de canaux de refroi-

dissement. Il présente en outre une surface de refroidisse-

ment plus grande et, de ce fait, une meilleure efficacité de

refroidissement du bloc anodique, ce qui augmente la fiabili-

té et l'endurance du système de refroidissement et de l'en-

semble de l'appareil. Ces avantages donnent la possibilité d'atteindre, pour un écart de pression relativement petit à l'entrée et à la sortie du système de refroidissement de 1' appareil, le maximum possible de puissance HH.F. continue aumoyenne. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse au contraire,

toutes les variantes.

Claims (2)

-REVENDICATIONS-

1.- Appareil à hyperhaute fréquence du type magnétron, comportant un bloc anodique muni de straps répartis suivant son axe et reliés électriquement aux lamelles respectives des cavités résonnantes dudit bloc anodique ayant une même

polarité en mode X, et de canaux de refroidissement des la-

melles des cavités résonnantes et des straps incorporés dans le bloc anodique et communiquant avec au moins unechambre de distribution d'un liquide caloporteur et au moins une chambre collectrice dudit liquide caloporteur, ces chambres étant solidaires du bloc anodique et en liaison hydraulique entre elles, le susdit appareil étant caractérisé par le fait que les straps sont constitués par des tubes annulaires et qu'au moins quatre lamelles reliées aux tubes annulaires respectifs comportent chacune des canaux radiaux dont le nombre est égal au nombre de tubes annulaires reliés à la lamelle considérée, que chacun desdits canaux communique avec le tube annulaire respectif et sert, en conjonction avec lesdits tubes annulaires, de canal de refroidissement des lamelles et des straps respectifs, que l'un des canaux radiaux commzuniquant avec le tube annulaire respectif est

relié également à la chambre de distribution de liquide ca-

loporteur, que l'autre canal radial communique avec la cham-

bre collectrice de liquide caloporteur, que lesdites cham-

bres de distribution et collectrice du liquide caloporteur sont situées le long de l'axe du bloc anodique, et que la longueur axiale de chacune desdites chambres est au moins

égale à la distance entre deux canaux radiaux extrêmes com-

muniquant avec la chambre considérée.

2.- Appareil HH.F. selon la revendication 1, caractéri-

sé par le fait que l'une des chambres de distribution ou collectrice de liquide caloporteur est coaxiale avec le

bloc anodique et entoure celui-ci et l'autre chambre.