FR2670321A1 - CAVITY HYPERFREQUENCY TUBE WITH DIELECTRIC STRUCTURE AND METHOD OF MAKING TUBE CAVITY. - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un tube hyperfréquence à au moins un faisceau (32) d'électrons traversant au moins une cavité (34) résonante faisant partie intégrante du tube. La cavité comporte au moins une structure en matériau diélectrique solide de constante diélectrique supérieure à un. Application aux klystrons d'encombrement réduit.The present invention relates to a microwave tube with at least one electron beam (32) passing through at least one resonant cavity (34) forming an integral part of the tube. The cavity comprises at least one structure made of solid dielectric material with a dielectric constant greater than one. Application to klystrons of reduced bulk.
Description
-1 2670321-1 2670321
TUBE HYPERFREQUENCE A CAVITE MUNIE D'UNE HYPERFREQUENCY TUBE WITH CAVITY PROVIDED WITH
STRUCTURE DIELECTRIQUE ET PROCEDEDIELECTRIC STRUCTURE AND METHOD
DE REALISATION D'UNE CAVITE DU TUBE. REALIZATION OF A CAVITY OF THE TUBE.
La présente invention se rapporte aux tubes hyperfréquences à faisceaux d'électrons linéaires traversant au The present invention relates to microwave tubes with linear electron beams passing through the
moins une cavité résonante Ces tubes sont dits de type "O". less a resonant cavity These tubes are called type "O".
Ces tubes sont notamment de la famille des klystrons La présente invention vise à réduire l'encombrement, le poids et le These tubes are particularly of the family of klystrons. The present invention aims at reducing the bulk, the weight and the
coût de tels tubes.cost of such tubes.
Un klystron classique est un tube hyperfréquence à modulation de vitesse d'un faisceau d'électrons Son principe est basé sur l'interaction entre un faisceau d'électrons linéaire dirigé suivant un axe, et une onde électromagnétique induite dans des cavités résonantes La composante électrique de l'onde électromagnétique est parallèle à l'axe du faisceau A classical klystron is a microwave tube modulated by an electron beam Its principle is based on the interaction between a linear electron beam directed along an axis, and an electromagnetic wave induced in resonant cavities. of the electromagnetic wave is parallel to the axis of the beam
d'électrons Un dispositif de focalisation entoure les cavités. of electrons A focusing device surrounds the cavities.
Les cavités généralement au nombre de quatre ou cinq sont placées à la suite les unes des autres, le long de l'axe du faisceau d'électrons Elles sont séparées par des tubes de glissement qui sont généralement des tubes de faible diamètre par rapport à la longueur de l'onde électromagnétique Le faisceau d'électrons formé dans un canon traverse successivement cavités et tubes de glissement Il est recueilli dans un collecteur On introduit dans la première cavité l'onde hyperfréquence; la dernière cavité est reliée à un organe d'utilisation. Généralement le canon, le pourtour des cavités, une partie des tubes de glissement et le collecteur délimitent une enceinte dont l'intérieur est soumis au vide Toutes ces pièces comportent des parties métalliques, elles sont reliées entre elles, au niveau de ces parties métalliques, pour assurer la continuité et l'étanchéité de l'enceinte à vide Cette liaison est de préférence une brasure ou toute méthode connue de l'homme de l'art Les cavités font partie intégrante de l'enceinte à vide Elles ont généralement la forme de cylindres ou de parallélépipèdes et sont construites avec des parois The cavities, generally four or five in number, are placed one after the other along the axis of the electron beam. They are separated by sliding tubes which are generally tubes of small diameter with respect to the length of the electromagnetic wave The electron beam formed in a barrel passes successively through cavities and sliding tubes It is collected in a collector The microwave cavity is introduced into the first cavity; the last cavity is connected to a user device. Generally the barrel, the periphery of the cavities, a part of the sliding tubes and the collector define an enclosure whose interior is subjected to vacuum All these parts comprise metal parts, they are connected together, at these metal parts, to ensure continuity and sealing of the vacuum chamber This connection is preferably a solder or any method known to those skilled in the art The cavities are an integral part of the vacuum chamber They usually have the shape of cylinders or parallelepipeds and are built with walls
métalliques brasées entre elles pour tenir le vide. brazed together to hold the vacuum.
Dans d'autres configurations le tube comporte une enceinte à vide distincte Les cavités sont disposées à l'intérieur de l'enceinte à vide et l'extérieur des cavités est aussi soumis au vide Les tubes de glissement sont aussi placés à l'intérieur de l'enceinte à vide et ces tubes de glissement sont baignés In other configurations, the tube comprises a separate vacuum chamber. The cavities are disposed inside the vacuum chamber and the outside of the cavities are also subjected to vacuum. The sliding tubes are also placed inside the cavity. the vacuum chamber and these sliding tubes are bathed
intérieurement et extérieurement par le vide. internally and externally by vacuum.
La fréquence de résonance d'une cavité est fonction de ses dimensions géométriques et de la constante diélectrique relative du milieu interne à la cavité La constante diélectrique The resonance frequency of a cavity is a function of its geometric dimensions and the relative dielectric constant of the internal medium to the cavity. The dielectric constant
relative du vide est égale à un.relative of emptiness is equal to one.
Une cavité de klystron est souvent utilisée sur son mode fondamental TM 01 Par mode fondamental on entend celui qui résonne le plus bas en fréquence La cavité peut toutefois résonner sur de nombreux autres modes Les cavités des klystrons classiques sont encombrantes Dans de nombreuses applications, il serait souhaitable de réduire leur encombrement A klystron cavity is often used in its fundamental mode TM 01 By fundamental mode we mean the one that resonates the lowest in frequency The cavity can however resonate on many other modes The cavities of the classical klystrons are cumbersome In many applications, it would be desirable to reduce their footprint
afin de réduire celui des klystrons. to reduce that of the klystrons.
La présente invention propose un tube hyperfréquence à au moins un faisceau d'électrons traversant au moins une cavité résonante faisant partie du tube, cette cavité présentant, pour une même fréquence de résonance, des dimensions réduites par rapport à celles des cavités de l'art connu La réduction des dimensions peut entraîner une réduction de poids importante ce qui est un avantage non négligeable Une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention comporte une structure en matériau diélectrique solide Ce matériau diélectrique a une The present invention proposes a microwave tube with at least one electron beam passing through at least one resonant cavity forming part of the tube, this cavity having, for the same resonant frequency, reduced dimensions compared to those of the cavities of the art. Known reduction of dimensions can lead to significant weight reduction which is a significant advantage A cavity of a microwave tube according to the invention comprises a solid dielectric material structure This dielectric material has a
constante diélectrique relative supérieure à celle du vide. relative dielectric constant higher than that of vacuum.
Pour une même fréquence de résonance, la cavité à des dimensions inférieures à celle d'une cavité équivalente mais For the same resonant frequency, the cavity has dimensions smaller than that of an equivalent cavity but
sans structure diélectrique.without dielectric structure.
Un tube selon l'invention comprendra, de préférence, au moins un faisceau d'électrons traversant au moins une cavité résonante faisant partie du tube, la cavité comportant une structure en matériau diélectrique solide, de constante A tube according to the invention will preferably comprise at least one electron beam passing through at least one resonant cavity forming part of the tube, the cavity comprising a structure of solid dielectric material, of constant
diélectrique relative supérieure à un. relative dielectric greater than one.
De préférence, la structure diélectrique comporte un Preferably, the dielectric structure comprises a
évidement pour laisser passer le faisceau d'électrons. recess for passing the electron beam.
Dans certaines configurations, le pourtour de la cavité In certain configurations, the periphery of the cavity
peut être formé par une enveloppe conductrice. can be formed by a conductive envelope.
Dans d'autres configurations, le pourtour de la cavité peut In other configurations, the periphery of the cavity may
être formé par au moins une partie de la structure diélectrique. be formed by at least a portion of the dielectric structure.
Au moins une zone de la structure diélectrique est reliée à un élément conducteur Cet élément peut être externe ou être matérialisé par au moins un dépôt conducteur sur au moins la zone de la structure diélectrique Cette liaison peut être étanche Un métal actif peut contribuer à assurer cette liaison étanche Le matériau diélectrique est choisi, de préférence, At least one zone of the dielectric structure is connected to a conductive element This element may be external or may be embodied by at least one conductive deposition on at least the area of the dielectric structure. This connection may be sealed. An active metal may contribute to ensuring this. sealed connection The dielectric material is preferably chosen
avec des pertes diélectriques aussi faibles que possible. with dielectric losses as low as possible.
Le métal actif peut être typiquement soit du titane, soit du zirconium, soit du manganèse, soit un alliage d'au moins deux The active metal may typically be either titanium, zirconium or manganese, or an alloy of at least two
de ces métaux.of these metals.
Dans certaines réalisations, le métal actif peut être inclus dans une brasure, l'élément conducteur étant brasé sur la structure diélectrique Dans d'autres réalisations, le métal actif recouvre la zone de la structure diélectrique L'élément conducteur peut être fixé sur le métal actif directement ou par l'intermédiaire d'une ou plusieurs couches d'un métal auxiliaire De préférence le métal auxiliaire est du cuivre ou In some embodiments, the active metal may be included in a solder, the conductive member being brazed to the dielectric structure. In other embodiments, the active metal covers the area of the dielectric structure. The conductive member may be attached to the metal. directly or via one or more layers of an auxiliary metal. Preferably, the auxiliary metal is copper or
du nickel.nickel.
L'élément matérialisé par le dépôt conducteur peut être constitué de métal actif recouvert d'un métal complémentaire The element materialized by the conductive deposit may consist of active metal coated with a complementary metal
le métal actif étant en contact avec le matériau diélectrique. the active metal being in contact with the dielectric material.
La structure diélectrique peut être monobloc ou être The dielectric structure can be monoblock or be
constituée de plusieurs blocs.consisting of several blocks.
L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une The invention also relates to a method for producing a
cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention. cavity of a microwave tube according to the invention.
Il comprend au moins les étapes suivantes enrobage d'une structure diélectrique comprenant un évidement, avec une résine durcissable et usinable en remplissant l'évidement; usinage de la résine de manière à mettre à nu au moins une partie de la structure diélectrique; dépôt de métal sur le matériau diélectrique et la résine restante pour matérialiser l'élément conducteur; perçage de deux orifices, en vis-à-vis, dans le métal, au niveau de la partie évidée de la structure diélectrique It comprises at least the following steps coating a dielectric structure comprising a recess, with a curable resin and machinable filling the recess; machining the resin so as to expose at least a portion of the dielectric structure; depositing metal on the dielectric material and the remaining resin to materialize the conductive element; drilling two orifices, vis-a-vis, in the metal, at the hollow portion of the dielectric structure
élimination de la résine.removal of the resin.
Le dépôt de métal peut se faire en plusieurs temps dépôt d'une couche mince d'un métal actif suivi du dépôt d'au moins The deposition of metal can be done in several times depositing a thin layer of an active metal followed by the deposit of at least
une couche plus épaisse d'un métal complémentaire. a thicker layer of a complementary metal.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent upon reading the
description suivante, illustrée par les figures annexées qui following description, illustrated by the attached figures which
représentent: la figure 1: une coupe longitudinale d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention; la figure 2: une coupe longitudinale d'une première variante d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention; la figure 3: une coupe longitudinale d'un tube hyperfréquence selon l'invention; la figure 4: une coupe transversale d'une deuxième variante d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention; la figure 5: une coupe longitudinale d'une troisième variante d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention; les figures 6 a à 6 e des coupes longitudinales d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention, au cours des represent: FIG. 1: a longitudinal section of a cavity of a microwave tube according to the invention; Figure 2 is a longitudinal section of a first variant of a cavity of a microwave tube according to the invention; Figure 3: a longitudinal section of a microwave tube according to the invention; Figure 4: a cross section of a second variant of a cavity of a microwave tube according to the invention; Figure 5 is a longitudinal section of a third variant of a cavity of a microwave tube according to the invention; FIGS. 6a to 6e are longitudinal sections of a cavity of a microwave tube according to the invention, during the
différentes étapes de sa réalisation. different stages of its realization.
La figure 1 représente en coupe longitudinale une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention Ce tube est un klystron Il comporte une succession de cavités séparées par des tubes de glissement Cette succession peut contribuer à délimiter une enceinte à vide ou être contenue dans une enceinte à vide Un faisceau d'électrons, dirigé selon un axe XX', traverse la succession de cavités La cavité représentée est une cavité intermédiaire, elle est comprise entre deux autres cavités Elle est limitée par une enveloppe 3 conductrice en métal Elle est fermée et possède deux tubes de glissement 1 adjacents Ces tubes de glissement 1 sont conducteurs et sont parcourus par le faisceau d'électrons Ils pénètrent dans la cavité en se faisant face A l'intérieur de la cavité, ils sont séparés par un espace d'interaction 2 On suppose, dans l'exemple décrit, que l'enveloppe de la cavité et que les portions de tubes de glissement extérieurs à la cavité contribuent à délimiter l'enceinte à vide La cavité comporte une structure en matériau diélectrique solide Dans l'exemple décrit, c'est un bloc qui possède un évidement de préférence central La cavité représentée est un cylindre de révolution d'axe XX' Le bloc 4 de matériau diélectrique peut avoir la forme d'un tube coaxial avec l'axe XX' Son évidement central laisse passer le faisceau d'électrons Sur la figure 1, le bloc 4 de matériau diélectrique n'occupe pas tout le volume de l'enveloppe 3 Il pourrait en occuper une plus grande partie A l'intérieur de la cavité et des tubes de glissement 1 règne un vide poussé, à l'extérieur il y a une atmosphère ambiante car la FIG. 1 represents in longitudinal section a cavity of a microwave tube according to the invention. This tube is a klystron. It comprises a succession of cavities separated by sliding tubes. This succession can contribute to delimiting a vacuum chamber or be contained in a vacuum chamber An electron beam, directed along an axis XX ', passes through the succession of cavities The cavity shown is an intermediate cavity, it is between two other cavities It is bounded by a metal conductive envelope 3 It is closed and has two adjacent slip tubes 1 These slip tubes 1 are conductive and are traversed by the electron beam They penetrate into the cavity facing each other Inside the cavity, they are separated by an interaction space 2 It is assumed, in the example described, that the envelope of the cavity and the portions of sliding tubes outside the cavity contribute delimit the vacuum chamber The cavity comprises a solid dielectric material structure In the example described, it is a block which has a recess preferably central The cavity shown is a cylinder of revolution axis XX 'Block 4 of The dielectric material may have the shape of a tube coaxial with the axis XX 'Its central recess allows the electron beam to pass In FIG. 1, the block 4 of dielectric material does not occupy the entire volume of the envelope 3 It could occupy a larger part Inside the cavity and sliding tubes 1 reigns a high vacuum, outside there is an ambient atmosphere because the
cavité contribue à délimiter l'enceinte à vide. cavity helps to delimit the vacuum chamber.
Le bloc 4 de matériau diélectrique est fixé mécaniquement à l'enveloppe 3 de la cavité Il aurait pu être fixé mécaniquement aux tubes de glissement 1 La fixation mécanique peut se faire par des agrafes, des pinces, des ressorts ou tout autre moyen The block 4 of dielectric material is mechanically fixed to the casing 3 of the cavity It could have been mechanically fixed to the sliding tubes 1 The mechanical fixing can be done by staples, clips, springs or any other means
connu Il n'y a pas de contrainte d'étanchéité à respecter. known There is no sealing constraint to respect.
L'expérience et la théorie des cavités montrent que si l'on augmente la constante diélectrique relative du milieu interne d'une cavité résonante, on peut réduire ses dimensions sans changer sa fréquence de résonance On peut ainsi réduire son encombrement Sur l'exemple décrit, la cavité est limitée par l'enveloppe métallique 3, la structure diélectrique réduit de façon significative les dimensions de la cavité mais en The experiment and the cavity theory show that if the relative dielectric constant of the internal medium of a resonant cavity is increased, its dimensions can be reduced without changing its resonance frequency. It is thus possible to reduce its bulk. , the cavity is limited by the metal shell 3, the dielectric structure significantly reduces the dimensions of the cavity but
définitive le poids de la cavité change peu. finally the weight of the cavity changes little.
On choisit de préférence, un matériau diélectrique solide dont la constante diélectrique relative est très supérieure à un Le matériau diélectrique peut être, par exemple, une céramique telle que de l'alumine, de l'oxyde de béryllium, du nitrure d'aluminium ou un matériau tel que du titanate de barium dont la constante diélectrique est d'environ 400 Lorsque la valeur de la constante diélectrique relative du matériau diélectrique est élevée, il devient même possible de supprimer l'enveloppe conductrice limitant la cavité Si en outre, les pertes hyperfréquences du matériau diélectrique sont faibles, la présence ou l'absence de métal en limite du matériau diélectrique ne change pas sensiblement le niveau d'énergie A solid dielectric material whose relative dielectric constant is much greater than one is preferably chosen. A dielectric material may be, for example, a ceramic such as alumina, beryllium oxide, aluminum nitride or a material such as barium titanate whose dielectric constant is about 400 When the value of the dielectric constant of the dielectric material is high, it becomes even possible to remove the conductive envelope limiting the cavity Si further losses microwaves of the dielectric material are weak, the presence or absence of metal boundary dielectric material does not significantly change the energy level
présent dans la cavité.present in the cavity.
La figure 2 représente une cavité formée d'une structure diélectrique 20 mais sans enveloppe conductrice Elle est FIG. 2 represents a cavity formed of a dielectric structure 20 but without a conducting envelope.
traversée par un faisceau d'électrons dirigé selon un axe XX'. crossed by an electron beam directed along an axis XX '.
La cavité représentée est aussi une cavité intermédiaire La structure diélectrique 20 comporte un bloc de matériau diélectrique, en forme de tube coaxial avec l'axe XX', dont les deux extrémités sont fermées par une paroi 21 diélectrique sensiblement transversale à l'axe XX' Chaque paroi est percée d'un orifice 22 laissant passer le faisceau d'électrons Le faisceau d'électrons n'est pas représenté Les orifices 22 sont alignés Avant d'entrer dans la cavité et en en sortant le The cavity shown is also an intermediate cavity The dielectric structure 20 comprises a block of dielectric material, in the form of a tube coaxial with the axis XX ', whose two ends are closed by a dielectric wall 21 substantially transverse to the axis XX' Each wall is pierced with an orifice 22 allowing the electron beam to pass. The electron beam is not shown. The orifices 22 are aligned before entering and leaving the cavity.
faisceau d'électrons est contenu dans un tube de glissement 23. electron beam is contained in a slip tube 23.
L'intérieur des tubes de glissement 23 et de la cavité est soumis au vide On suppose que les portions de tubes de glissement extérieurs à la cavité et le pourtour de la cavité contribuent à délimiter une enceinte à vide Dans cette configuration, la cavité et les tubes de glissement doivent être reliés de façon étanche, pour assurer la continuité et l'étanchéité de l'enceinte à vide Au moins une zone de la structure diélectrique 20 est reliée de façon étanche à un tube de glissement 23 Les tubes de glissement 23 sont métalliques, The inside of the sliding tubes 23 and of the cavity is subjected to vacuum. It is supposed that the portions of sliding tubes outside the cavity and around the cavity contribute to delimit a vacuum chamber. In this configuration, the cavity and the slip tubes must be sealingly connected, to ensure the continuity and sealing of the vacuum chamber At least one zone of the dielectric structure 20 is sealingly connected to a sliding tube 23 The sliding tubes 23 are metal,
par exemple en cuivre.for example copper.
Pour réaliser la liaison étanche entre la structure diélectrique 20 et les tubes de glissement 23, on peut utiliser un métal actif Ce métal actif réduit les oxydes du matériau diélectrique et réalise un accrochage chimique Il se fixe To achieve the sealed connection between the dielectric structure 20 and the sliding tubes 23, it is possible to use an active metal. This active metal reduces the oxides of the dielectric material and carries out a chemical bonding.
intimement sur le matériau diélectrique. intimately on the dielectric material.
De façon non limitative, le métal actif peut être du titane, du zirconium, du manganèse ou un alliage d'au moins deux de ces métaux Ces métaux assurent une continuité de Without limitation, the active metal may be titanium, zirconium, manganese or an alloy of at least two of these metals These metals provide continuity of
liaison compatible avec le vide.connection compatible with vacuum.
Dans certaines réalisations, le tube de glissement 23 peut être brasé à la structure diélectrique 20 avec une brasure au In some embodiments, the sliding tube 23 can be brazed to the dielectric structure 20 with solder at
métal actif.active metal.
Dans d'autres réalisations, le métal actif est déposé sur la structure diélectrique 20 Ce dépôt peut se faire en phase vapeur ou à partir d'une suspension contenant le métal actif Le tube de glissement 23 peut être rapporté, par brasure ou toute autre méthode sur le métal actif On peut être amené, à déposer sur le métal actif une ou plusieurs couches superposées d'un métal auxiliaire tel que du cuivre ou du nickel De préférence, la couche externe de métal auxiliaire est déposée par électrolyse Lorsqu'il y a plusieurs couches, la ou les couches intermédiaires peuvent être déposées en phase vapeur Le tube de glissement est rapporté par brasure sur la couche externe de métal auxiliaire La brasure est facilitée Le tube peut aussi In other embodiments, the active metal is deposited on the dielectric structure. This deposition may be in the vapor phase or from a suspension containing the active metal. The sliding tube 23 can be attached by soldering or any other method. on the active metal It may be necessary to deposit on the active metal one or more superposed layers of an auxiliary metal such as copper or nickel. Preferably, the outer layer of auxiliary metal is deposited by electrolysis. several layers, the intermediate layer or layers can be deposited in the vapor phase The sliding tube is soldered on the outer layer of auxiliary metal The brazing is facilitated The tube can also
être fixé par tout autre moyen connu. to be fixed by any other known means.
La structure diélectrique 20 comporte au moins une partie qui est en regard direct avec le faisceau d'électrons et qui est The dielectric structure 20 comprises at least one part which is in direct contact with the electron beam and which is
exempte de métallisation.free of metallization.
La présence de la structure diélectrique permet de réduire l'encombrement de la cavité En supprimant l'enveloppe The presence of the dielectric structure reduces the size of the cavity By removing the envelope
métallique on a réduit considérablement son poids. metallic one has considerably reduced its weight.
La figure 3 représente, en coupe longitudinale, une FIG. 3 represents, in longitudinal section, a
réalisation d'un klystron selon l'invention. realization of a klystron according to the invention.
Ce klystron comporte un canon à électrons 31 qui produit This klystron has an electron gun 31 which produces
un faisceau d'électrons 32 linéaire dirigé selon un axe XX'. a linear electron beam 32 directed along an axis XX '.
Le faisceau d'électrons 32 est émis vers un collecteur 33. The electron beam 32 is emitted towards a collector 33.
Entre le canon 31 et le collecteur 33 se succèdent des cavités 34,35,36 reliées entre elles par des tubes de glissement 37 Le faisceau d'électrons 32 traverse successivement les cavités 34,35,36 et les tubes de glissement 37 Sur la figure 3, on a représenté trois cavités; une cavité d'entrée 34 qui est la plus proche du canon 31, une cavité de sortie 36 qui est la plus proche du collecteur 33 et une cavité intermédiaire 35 disposée entre la cavité d'entrée 34 et la cavité de sortie 36 Le canon 31, le pourtour les cavités 34,35,36, les portions de tubes de glissement 37 situées entre les cavités et le collecteur 33 sont reliés entre eux de façon étanche et délimitent une enceinte à vide 30 Les cavités 34, 35, 36 comportent chacune une structure en matériau diélectrique 38 solide et deux armatures conductrices 39 Les armatures 39 sont en métal Le matériau diélectrique a une constante diélectrique relative supérieure à Between the barrel 31 and the manifold 33 follow one another cavities 34,35,36 interconnected by sliding tubes 37 The electron beam 32 passes successively through the cavities 34,35,36 and the sliding tubes 37 In the figure 3, three cavities are shown; an inlet cavity 34 which is closest to the barrel 31, an outlet cavity 36 which is the closest to the collector 33 and an intermediate cavity 35 disposed between the inlet cavity 34 and the outlet cavity 36. , around the cavities 34,35,36, the portions of sliding tubes 37 located between the cavities and the collector 33 are connected together in a sealed manner and delimit a vacuum chamber 30 The cavities 34, 35, 36 each comprise a The reinforcements 39 are made of metal The dielectric material has a relative dielectric constant greater than
un et a des pertes hyperfréquences aussi faibles que possible. one and has microwave losses as low as possible.
Les cavités sont exemptes d'enveloppe conductrice. The cavities are free of conductive casing.
La structure diélectrique 38 est un bloc évidé afin de laisser passer le faisceau d'électrons 32 Le bloc, dans l'exemple décrit, a la forme d'un tube coaxial à l'axe XX', The dielectric structure 38 is a hollow block in order to let the electron beam 32 pass through. The block, in the example described, has the shape of a tube coaxial with the axis XX '.
ayant ses deux extrémités ouvertes. having both ends open.
La structure diélectrique 38 et les armatures métalliques 39 réalisent le pourtour des cavités Pour assurer l'étanchéité et la continuité de l'enceinte à vide, au moins une zone de la structure diélectrique 38 est reliée de façon étanche à une armature 39 On peut utiliser un métal actif comme on l'a décrit précédemment Ce métal actif est intimement fixé sur le matériau diélectrique. Sur la figure 3, chaque armature 39 métallique est fixée, de façon étanche, d'un côté sur une base d'un des tubes de matériau diélectrique Ces armatures 39 sont percées d'un orifice 40 de manière à laisser passer le faisceau d'électrons 32. L'autre côté des armatures 39 est fixé, de façon étanche, soit sur un des tubes de glissement 37, soit sur le collecteur 33, soit sur le canon 31 Cela dépend à la fois de la position de l'armature sur la cavité et de la position de la cavité dans le tube Les formes des armatures 39 sont ajustées pour donner aux cavités, les fréquences de résonance désirées ainsi que pour assurer un niveau de champ électrique suffisant au niveau du faisceau d'électrons 32 L'encombrement et le poids du klystron ont été réduits de façon significative par rapport aux klystrons classiques. On introduit dans la cavité d'entrée 34 une onde hyperfréquence à amplifier par l'intermédiaire d'une ligne de transmission 41 La ligne de transmission 41 représentée est une ligne coaxiale Ce n'est qu'un exemple Cette ligne coaxiale traverse de façon étanche une des armatures 37 de la cavité The dielectric structure 38 and the metal plates 39 make the periphery of the cavities To ensure the tightness and continuity of the vacuum enclosure, at least one zone of the dielectric structure 38 is sealingly connected to an armature 39 can be used an active metal as described previously This active metal is intimately fixed on the dielectric material. In FIG. 3, each metal armature 39 is sealed to one side on a base of one of the tubes of dielectric material. These armatures 39 are pierced with an orifice 40 so as to allow the beam to pass through. electrons 32. The other side of the frames 39 is fixed, tightly, either on one of the sliding tubes 37, or on the manifold 33, or on the barrel 31 This depends both on the position of the armature on the cavity and the position of the cavity in the tube The shapes of the reinforcements 39 are adjusted to give the cavities the desired resonant frequencies as well as to ensure a sufficient electric field level at the level of the electron beam 32 and the weight of the klystron were significantly reduced compared to conventional klystrons. A microwave wave to be amplified is introduced into the input cavity 34 via a transmission line 41 The transmission line 41 shown is a coaxial line This is only an example This coaxial line crosses in a sealed manner one of the armatures 37 of the cavity
d'entrée 34.34.
L'onde hyperfréquence est extraite de la cavité de sortie 36 Cette cavité est connectée à une ligne de transmission Sur la figure 3, pour des raisons de clarté, on n'a pas représenté The microwave wave is extracted from the output cavity 36. This cavity is connected to a transmission line. In FIG. 3, for the sake of clarity, it is not shown.
la ligne de transmission en sortie.the transmission line at the exit.
Les dimensions de la zone de la structure diélectrique reliée à l'élément conducteur peuvent varier dans des proportions importantes Sur la figure 2, cette zone est peu importante On pourrait envisager sur la figure 3, que les surfaces latérales externes des tubes diélectriques soient aussi The dimensions of the zone of the dielectric structure connected to the conductive element can vary in large proportions. In FIG. 2, this zone is of little importance. It could be envisaged in FIG. 3 that the external lateral surfaces of the dielectric tubes are also
reliées à un élément métallique. connected to a metal element.
Au lieu d'être formée d'un seul bloc de matériau diélectrique, la structure diélectrique peut comporter une pluralité de blocs côte à côte Cette réalisation est représentée sur la figure 4 C'est une coupe transversale d'une cavité cylindrique La cavité est traversée par un faisceau d'électrons 40 Il est contenu dans un tube de glissement 41 avant de pénétrer dans la cavité La structure diélectrique comporte quatre blocs 42 de diélectrique en secteur de cylindre qui sont côte à côte de manière à former un tube On peut envisager que le tube ait ses deux bases fermées chacune par Instead of being formed of a single block of dielectric material, the dielectric structure may comprise a plurality of blocks side by side This embodiment is shown in Figure 4 is a cross section of a cylindrical cavity The cavity is crossed by an electron beam 40 It is contained in a sliding tube 41 before entering the cavity The dielectric structure comprises four blocks 42 of cylinder sector dielectric which are side by side so as to form a tube It can be envisaged that the tube has its two bases each closed by
une armature comme on l'a décrit précédemment à la figure 3. an armature as previously described in FIG.
Ces armatures ne sont pas visibles sur la figure 4 Le pourtour de la cavité contribue à délimiter une enceinte à vide. Pour assurer l'étanchéité de la cavité, les blocs 42 peuvent être fixés de façon étanche à l'intérieur d'une couronne These frames are not visible in FIG. 4 The periphery of the cavity contributes to defining a vacuum enclosure. To seal the cavity, the blocks 42 can be sealed in a crown
métallique 43, elle-même reliée de façon étanche aux armatures. metal 43, itself connected tightly to the frames.
Les armatures peuvent être reliées de façon étanche au reste de The frames can be connected tightly to the rest of
l'enceinte.the enclosure.
La figure 5 représente, en coupe longitudinale, une autre variante d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention Cette cavité 50 est contenue à l'intérieur d'une enceinte à vide 51 métallique de forme cylindrique A l'intérieur de l'enceinte 51 règne un vide poussé L'extérieur et l'intérieur de la cavité sont baignés par le vide La cavité représentée est une cavité intermédiaire Elle comporte deux tubes de glissement 52 adjacents Elle est traversée par un faisceau d'électrons dirigé selon un axe XX' Le faisceau n'est pas représenté La cavité comporte une structure diélectrique 53 monobloc, en forme de tube coaxial à l'axe XX' Le bloc de diélectrique 53 est fixé mécaniquement à l'enceinte à vide 51 et aux tubes de glissement 52 Il n'y a pas de contrainte d'étanchéité à respecter dans cette configuration On a gagné FIG. 5 represents, in longitudinal section, another variant of a cavity of a microwave tube according to the invention. This cavity 50 is contained inside a cylindrical vacuum chamber 51 made of metal. the chamber 51 has a high vacuum The outside and inside of the cavity are bathed by the vacuum The cavity shown is an intermediate cavity It comprises two adjacent sliding tubes 52 It is crossed by an electron beam directed according to a axis XX 'The beam is not shown The cavity comprises a dielectric structure 53 monobloc, tube-shaped coaxial with the axis XX' The dielectric block 53 is mechanically fixed to the vacuum chamber 51 and the sliding tubes 52 There is no sealing constraint to respect in this configuration We won
sur le volume et aussi sur le poids du tube hyperfréquence. on the volume and also on the weight of the microwave tube.
Les figures Ga à Ge représentent, en coupe longitudinale, les différentes étapes d'un procédé de réalisation, d'une cavité d'un tube hyperfréquence selon l'invention Ce procédé s'applique particulièrement dans le cas o la structure diélectrique comporte un évidement qui est important La structure diélectrique est reliée de façon étanche à au moins un élément conducteur Ici on va recouvrir partiellement la structure diélectrique de métal et former en même temps des armatures Le procédé permet de réaliser directement les armatures sans avoir à utiliser d'éléments extérieurs rapportés il sur le matériau diélectrique Le pourtour de la cavité obtenue FIGS. Ga to Ge represent, in longitudinal section, the various steps of a method of producing a cavity of a microwave tube according to the invention. This method is particularly applicable in the case where the dielectric structure comprises a recess which is important The dielectric structure is connected in a sealed manner to at least one conductive element Here one will partially cover the dielectric structure of metal and at the same time form reinforcements The process makes it possible to carry out the reinforcements directly without having to use external elements reported it on the dielectric material The periphery of the cavity obtained
contribue à délimiter l'enceinte à vide d'un klystron. helps delimit the vacuum chamber of a klystron.
On part d'un bloc 60 d'un matériau diélectrique comportant un évidement 62 Ce matériau peut être de la céramique Ici le bloc 60 a la forme d'un anneau, de section radiale carrée ou rectangulaire avec deux angles intérieurs chanfreinés Ce n'est Starting from a block 60 of a dielectric material having a recess 62 This material may be ceramic Here the block 60 has the shape of a ring, of radial square or rectangular section with two chamfered interior angles.
qu'un exemple non limitatif.than a non-limiting example.
La première étape consiste à enrober le bloc 60 dans une résine 61 durcissable et usinable On remplit entièrement l'évidement 62 du bloc 60 La résine employée peut être du The first step consists in coating the block 60 in a curable and machinable resin 61. The cavity 62 is filled completely with the block 60.
méthylmétacrylate Cette étape est représentée sur la figure 6 a. Methylmethacrylate This step is shown in Figure 6a.
Après solidification de la résine 61, la deuxième étape consiste à usiner cette dernière et à mettre à nu au moins une zone de la structure diélectrique Cette étape est représentée sur la figure 6 b On réalise dans la résine 61, deux creux 63 tronconiques en vis à vis, au niveau de l'évidement central 62 et l'on met à nu le diélectrique sur les deux bases et sur la surface latérale externe de l'anneau La forme donnée à la résine dans l'évidement central est fonction de celle que l'on veut donner à l'élément conducteur qui sera solidaire de la structure diélectrique Il s'agit ici d'armatures en métal Le volume de résine 61 restant dans l'évidement central 62 correspond au volume intérieur de la cavité qui sera soumis au vide. La troisième étape, représentée sur la figure Gc, consiste à déposer sur l'ensemble diélectrique-résine, du métal pour matérialiser les armatures Cette étape peut se faire en plusieurs temps On peut d'abord déposer, en phase vapeur, par exemple, une couche mince 64 d'un métal actif On peut After solidification of the resin 61, the second step consists in machining the latter and in exposing at least one zone of the dielectric structure. This step is shown in FIG. 6b. In the resin 61, two frustoconical truncated cavities 63 are made. at the central recess 62 and the dielectric is exposed on the two bases and on the outer lateral surface of the ring. The shape given to the resin in the central recess is a function of that it is desired to give the conductive element which will be integral with the dielectric structure This is metal reinforcements The volume of resin 61 remaining in the central recess 62 corresponds to the interior volume of the cavity which will be subjected to empty. The third step, represented in FIG. Gc, consists of depositing on the dielectric-resin assembly, metal to materialize the reinforcements. This step can be done in several stages. It can first be deposited, for example, in the vapor phase. thin layer 64 of an active metal can be
utiliser comme métal actif un métal cité précédemment. use as active metal a previously mentioned metal.
Cette couche mince 64 peut être recouverte ensuite d'une ou plusieurs couches plus épaisses, d'un métal complémentaire tel que du cuivre ou du nickel Sur les figures Gc à 6 e il n'y a This thin layer 64 may then be covered with one or more thicker layers, a complementary metal such as copper or nickel. In FIGS.
qu'une couche 65 de métal complémentaire. a layer 65 of complementary metal.
L'épaisseur de la couche 64 de métal actif est typiquement de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres L'épaisseur de la couche 65 externe de métal complémentaire est typiquement comprise entre 0,5 et plusieurs millimètres S'il y a une ou plusieurs autres couches de métal complémentaire, leurs épaisseurs sont de l'ordre de quelques micromètres. De préférence, la couche 64 de métal actif peut être The thickness of the layer 64 of active metal is typically of the order of a few tens of nanometers. The thickness of the outer layer 65 of complementary metal is typically between 0.5 and several millimeters. If there is one or more other layers of complementary metal, their thicknesses are of the order of a few micrometers. Preferably, the layer 64 of active metal can be
déposée en phase vapeur.deposited in the vapor phase.
La couche externe 65 de métal complémentaire est de préférence déposée par voie électrolytique Les autres couches peuvent être déposées en phase vapeur ou par voie électrolytique. L'étape suivante consiste à percer un orifice 66, dans chaque armature de manière à ce que la cavité puisse être traversée par un faisceau d'électrons Les orifices sont placés en vis-à-vis au niveau de l'évidement de la structure diélectrique. La dernière étape consiste à éliminer la résine se trouvant à l'intérieur de la cavité Cette élimination peut se faire par chauffage ou par dissolution chimique La figure 6 e représente la cavité à l'issue de la dernière étape Elle peut alors être reliée de façon étanche à deux tubes de glissement ou à un The outer layer 65 of complementary metal is preferably deposited electrolytically. The other layers may be deposited in the vapor phase or electrolytically. The next step is to drill an orifice 66, in each armature so that the cavity can be traversed by an electron beam The orifices are placed vis-à-vis at the recess of the dielectric structure . The last step is to remove the resin inside the cavity This elimination can be done by heating or chemical dissolution Figure 6 e represents the cavity at the end of the last step It can then be connected sealed to two slip tubes or to a
collecteur ou à un canon.collector or to a gun.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples décrits Le tube hyperfréquence selon l'invention peut être un klystron multifaisceaux, une klystrode, un tube à ondes progressives Les réalisations décrites ne sont que des exemples Le matériau diélectrique sera choisi pour sa constante diélectrique relative supérieure à un, ses faibles pertes diélectriques, son coût abordable De plus il sera de préférence facile à braser The present invention is not limited to the examples described. The microwave tube according to the invention may be a multibeam klystron, a klystrode or a traveling wave tube. The embodiments described are only examples. The dielectric material will be chosen for its relative dielectric constant. greater than one, its low dielectric losses, its affordable cost In addition it will preferably be easy to solder
et/ou à métalliser.and / or metallize.
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- 1990-12-11 FR FR9015479A patent/FR2670321A1/en not_active Withdrawn
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- 1991-12-06 EP EP91403310A patent/EP0490741A1/en not_active Withdrawn
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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EP0490741A1 (en) | 1992-06-17 |
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