FR2471042A1 - Tube a ondes progressives du type a helice et a large bande passante - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TUBE A ONDES PROGRESSIVES. IL COMPORTE UN CIRCUIT 24 D'ACTION MUTUELLE A ONDES LENTES DU TYPE A HELICE, UNE TIGE DIELECTRIQUE 30 AU VOISINAGE DE CE CIRCUIT ET DANS LA DIRECTION DE SON AXE, ET UN CONDUCTEUR RESISTANT 38 SUR LA SURFACE DE LA TIGE POUR FORMER UN CIRCUIT RESONNANT A UNE FREQUENCE DANS LA BANDE. CETTE DISPOSITION PERMET D'EGALISER LE GAIN DU TUBE DANS SA BANDE DE FREQUENCE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES TUBES A ONDES PROGRESSIVES DU TYPE A HELICE.

Description

a présente invention se rapporte aux tubes à ondes progressives à large

bande passante. Les tubes de ce genre utilisent des circuits d'action mutuelle à ondes lentes du

type à hélice et présentent généralement de larges varia-

tions du gain sur les petits signaux dans leur bande de

fréquence de fonctionnement.

Un moyen connu de corriger le gain d'un tube à ondes progressives consiste à intercaler dans sa ligne de

signal d'attaque, un réseau passif de résistances,condensa-

L0 teurset bobines d'inductance choisis de manière à intro-

duire une perte qui varie avec la fréquence de la même ma-

nière que le gain intrinsèque du tube. Des correcteurs cde ce eenre sont décrits dans les Brevets des Etats Unis d'Amérique N0 3 510 720 et 3 549 344. Mais ces correcteurs extérieurs de la technique antérieure présentent plusieurs

inconvénients. Ils sont co teux et souvent très encombrants.

En outre, ils doivent être intercalés dans la ligne du sig-

nal d'attaque car s'ils étaient à la sortie ils pourraient

dé"rader les caractéristiques de saturation du tube. Autre-

ment dit, si la sortie du tube à ondes progressives est sa-

turée à des fréquences de faible gain, elles peut être con-

sidérablement sursaturée aux fréquences de gain élevé. Mais avec un atténuateur de correction dans la ligne d'attaque, le signal d'attaque du tube est considérablement atténué aux fréquences de gain élevé. Mais le bruit dans le tube

est indépendant du niveau d'attaque de sorte que le rap-

port signal-bruit s'abaisse aux fréquences de gain elevé.

Le Brevet des Etats Unis d'Amérique No 4 158 791

décrit des atténuateurs à perte fixés sur des tiges diélec-

triques dans un tube à ondes progressives du type à hélice et qui résonne à une fréquence lorsque l'oscillation est possible, par exemple la fréquence '"d'oscillations d'ondes

de retour" quand le déphasaée est 10 par spire d'hélice.

Ces fréquences se situent à l'extérieur de la bande de fonc-

tionnement du tube, de sorte que tout ce qui est nécessaire

est une atténuation suffisante. L application de résona-

teurs à perte pour l'atténuation dans la bande en vue de

corriger le gain est une idée nouvelle.

L'invention a pour objet de proposer un correcteur de gain pour un tube à ondes progressives du type à hélice,

etincorporé dans la structure du tube; de proposer un cor-

recteur peu cofteux; et un correcteur qui ne dégrade pas le rapport signal-bruit.

Ces résultats sont atteints en réalisant le correc-

teur sous forme d'un ou plusieurs circuits résonnants à

perte, fixés sur une tige diélectrique située près du cir-

cuit d'action mutuelle du type à hélice. Les circuits à perte sont résonnants aux fréquences ou au voisinage des fréquences pour lesquelles le gain intrinsèque du tube à ondes progressives estle plus élevé, en général près de la

fréquence centrale de sa bande de fonctionnement. Les cir-

cuits à perte peuvent tre des longueurs résonnantes d'une ligne de transmission à ondes lentes fixée à la tige. Cette dernière peut être l'une de cellesqui sont utilisées pour supporter le circuit d'action mutuelle dans l'enveloppe du tube. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention

apparattront au cours de la description qui va suivre.

Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemples nullement limitatif: La figure 1 est une coupe longitudinale d'un tube à ondes progressives selon l'invention, la figure 2 représente une partie à plus grande échelle du tube de la figure 1, la figure 3 est une courbe du gain d'un tube à ondes progressives et, la figure 4 est une coupe schématique d'un mode de

réalisation légèrement différent de celui de la figure 1.

La figure 1 représente donc un tube à ondes progres-

sives avec un circuit à ondes lentes hélicoïdal qui est le circuit le plus couramment utilisé dans les tubes à

large bande et à faible puissance. Le tube comporte une en-

veloppe sous vide 10 métallique et cylindrique fermée à l'extrémité d'entrée par un isolateur cathodique 12. Une cathode thermoionique 14 est supportée sur une électrode

16 de focalisation de faisceau qui, à son tour, est sup-

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portée par l'isolateur 12 au moyen d'un conducteur de traversée 18 métallique qui amine le courant d'émission cathodique. Un filament cathodique 20 de chauffage par rayonnement est monté sur les conducteurs de filament 21. Devant la cathode 14 se trouve une anode 22 d'accélération de faisceau connectée à l'enveloppe 6 qui, en

général, est au potentiel de la masse. Une tension néga-

tive appliquée à la cathode 14 par le conducteur 18 pro-

duit un faisceau électronique cylindrique suivant l'axe du tube. Le circuit d'action mutuelle 24 est une hélice de fil ou de ruban entourant le faisceau. Le signal à

haute fréquence d'attaque d'entrée est appliqué à l'extré-

mité amont de l'hélice 24 par un conducteur 26 qui passe par une fenêtre isolante 28. L'hélice 24 est supportée

à l'intérieur de l'enveloppe 10 par plusieurs tiges di-

électriques 30 qui, en contact sous pression avec l'enve-

loppe 10 et l'hélice 24 servent également à évacuer la chaleur de cette dernière. Le signal de sortie amplifié

est prélevé à l'extrémité aval de l'hélice 24 par un con-

ducteur 32 qui passe par une fengtre isolante 34 de l'en-

veloppe sous vide. Après avoir quitté l'hélice 24, le fais-

ceau d'électrons émis rencontre un collecteur métallique

36 monté sur un joint diélectrique 37 qui ferme l'enve-

loppe sous vide.

Un tube à ondes progressives avec une large bande de fréquences, par exemple d'une octave ou davantage, peut présenter une variation de gain dans sa bande de 20 dB

ou davantage, comme le montre la courbe 44 de la figure 4.

Selon l'invention, le gain est réduit pour les fréquences

o il est élevé au moyen d'un ou plusieurs circuits ré-

sonnants 38.à pertes fixés sur une ou plusieurs tiges di-

électriques dirigées dans la direction de l'hélice 24.

Dans le tube de la figure 1, il s'agit des tiges 30 qui supportent l'hélice 24 bien qu'il puisse s'agir de tiges séparées. Les circuits à pertes 38 sont des tronçons d'une

ligne de transmission à ondes lentes dirigée dans la di-

rection de l'axe de l'hélice 24, en circuit ouvert aux

extrémités pour former un circuit résonnant à la demi-

longueur d'onde de la fréquence choisie. Dans l'exemple

présent, les circuits 38 sont formés par dép8t d'une cou-

che de métallisation sous la forme d'une ligne sinueuse.

Mais dautres types de lignes de transmission à ondes lentes peuvent être utilisés par exemple des tronçons d'hélices

de fils vitrifiées sur les tiges. En variante, des résona-

teurs localisés, par exemple des anneaux métalliques ouverts peuvent convenir. Le nombre des circuits à perte 38 est choisi pour assurer la distribution correcte des pertes en fonction de la fréquence. La largeur de bande de perte est déterminée par la résistivité à haute fréquence des

conducteurs métallisés et l'épaisseur de la bande conduc-

trice 39. Dans certains cas, des circuits à perte avec dif-

férentes fréquences de résonance peuvent être incorporés dans un tube à ondes progressives pour obtenir le profil

de perte souhaité.

Les circuits à perte 38 ne sont pas situés près de l'entrée 26. L'onde à haute fréquence est d'abord amplifiée, établissant des propriétés de bruit du tube aussi bonnes qu'en l'absence d'un correcteur. Ensuite; plus loin dans le tube, l'attenuation est introduite à un endroit o elle

ne dégrade pas les propriétés de bruit.

La figure 2 est une vue A grande échelle d'une partie du tube dela figure 1, montrant un simple résonateur à perte 38. La longueur totale L de la ligne sinueuse est choisie à peu près double du pas de l'hélice 24. La bande de fonctionnement d'un tube à ondes progressives à hélice

est à peu près centrée sur la fréquence pour laquelle le dé-

phasa.e à haute fréquence par spire d'hélice est 90 . Ainsi deux spires représentent 180 et correspondentà la distance

sur laquelle le champ électrique à haute fréquence instan-

tané s'inverse. Les traits pointillés 40, 42 montrent les lines die force électriques à cet instant. Bien entendu, l'ensemblecde la configuration se déplace à la vitesse de l'onde lente. Avec une ligne sinueuse d'une longueur (L) d'une demi-longueur d'onde, le couplage maximal avec le circuit d'action mutuelle 24 est obotenu pour des fréquences

voisines c]u centre de la bande. Mais il peut être souhai-

table d'obtenir une perte maximale à d'autres fréquences en réalisant le résonateur à perte entre une et trois fois le pas ou la lonoueur périodique du circuit d'action mutuelle. Dans une litne sinueuse, comme dans une hélice, l'ondrie composante locale suit le conducteur sinueux. Le pas k et la hauteur h sont choisis de mranièr.e que la longueur sinueuse totale corrigée pour la charge diélectrique soit

une demi-longueur d'onde pour une longueur totale L donnée.

La figure 3 montre comment les atténuateurs internes

38 peuvent corriger le gain d'un tube à ondes progressives.

La courbe supérieure 44 représente en décibels (dB) le

gain courant pour les petits signaux d'un tube à ondes pro-

gressives à hélice sur une octave de la bande de fonctionne-

ment, entre f0 et 2fO. La variation de 20 dB est courante.

Dans le cas d'un atténuateur sur le circuit d'action mutuelle d'un tube à ondes progressives, la perte sur le main est d'environ 1/3 de la perte présentée par le circuit

"froid" en l'absence du faisceau d'électrons. Par consé-

quent, la perte à froid impose de corriger la variation de gain intrinsèque de 20 dB dont la valeur maximale est 60 dBo

La courbe 46 montre cette perte à froido La courbe 48 repré-

sente le gain résultant corrigé, à environ 40 dB.

La figure 4 est une coupe perpendiculaire à l'axe d'un tube à onde progressive selon un modede réalisation de l'invention, légèrement différent. Dans ce cas, les circules résonnant à perte 38' ne sont pas fixés sur les tiges 301 support d'hélice mais sont formés sur les surfaces d'autres

tiges diélectriques axiales 50. Le positionnement des cir-

cuits 38' sur les surfaces 52 en face et à proximité du cir-

cuit d'action mutuelle 24' permet d'augmenter le couplage entre eux car les champs à haute fréquence à l'extérieur

de l'hélice 24' décroissent rapidement avec la distance.

Il est bien évident que de nombreuses modifications

peuvent 9tre apportées sans sortir du cadre de l'invention.

De nombreux types de circ:uits résonants peuvent 8tre fixés sur des tiges diélectriques, aussi bien des tronçons de

lianes de transmission que des circuits localisés.

MEVEMIDICATIOENS

1 - Tube à ondes progressives, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit (24) à onde lente du type à hélice pour l'action mutuelle avec un faisceau d'électrons linéaire dans une bande déterminée de fréquences, une tige diélectrique (30) près dudit circuit, disposée dans la direction de l'axe dudit circuit à onde lente et un conducteur résistant (3R) fixé sur la surface de ladite tige et réalisé de manière à former un circuit résonnant

à une fréquence dans ladite bande.

2 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de bande de résonance dudit conducteur

(38) couvre une partie substantielle de ladite bande dé-

terminée, 3 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tige (30) est une tige support pour ledit

circuit à onde lente (24).

4 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conducteur résistant (38) est un conducteur

métallisé mis en forme sur la surface de ladite tige (30).

5 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit conducteur résistant (38) est un circuit à ondes lentes disposé dans la direction de ladite tige (30)

et comportant des extrémités à réflexion d'ondes.

6 - Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit circuit à ondes lentes (38) est une ligne sinueuse. 7 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en

ce qu'il comporte plusieurs conducteurs résistants (38).

8 - Tube selon la revendication 7, caractérisé en

ce que l'un au moins desdits conducteurs (38) a une fré-

quence de résonance différente de celle des autres conduc-

teurs. 9 - Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'un au moins desdits conducteurs (38) a un facteur

3 de surtension différent de celui des autres conducteurs.

- Tube selon la revendication 5, caractérisé en ce que lerit conducteur résistant (38) s'étend sur une

à40104à

distance axiale supérieure à la lonueur périodique dudit

circuit d'action mutuelle (24).

11 - Tube selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite distance axiale est comprise entre une

et trois fois ladite longueur périodique.

12 - Tube selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite distance axiale est à peu près double de

ladite longueur périodique.

13 - Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit résonnant couple avec ledit circuit

d'action mutuelle (24) et dans au moins une partie de la-

dite bande, une perte qui varie avec la fréquence d'une valeur qui suffit pour à peu près compenser la variation

de gain avec la fréquence du tube en l'absence dudit cir-

cuit résonnant (38).

14 - Tube selon la revendication 7, caractérisé en ce que le Croupe des conducteurs résistants (38) couple avec ledit circuit d'action mutuelle (24) et sur au moins

une partie de ladite bande, une perte qui varie avec la fré-

quence d'une valeur qui permet de compenser à peu près la variation de pain avec la fréquence du tube en l'absence

desdits conducteurs résistants (38).