FR2683092A1 - Structure a retard pour tube a ondes progressives, tube a ondes progressives pourvu d'une telle structure et procede de realisation d'une telle structure. - Google Patents

Abstract

Cette structure à retard pour tube à ondes progressives est du type comportant un émetteur de faisceau d'électrons et un collecteur de faisceau d'électrons. Suivant l'invention, elle est caractérisée en ce qu'elle comprend, d'une part, une structure composite (30) qui est formée de plusieurs couches de substrat (32, 34, 36, 38, 40) superposées et dans laquelle une cavité est formée pour le passage d'un faisceau d'électrons, de l'émetteur au collecteur, au moins une surface située sur chacune des couches de substrat étant exposée face à la cavité, et, d'autre part, de multiples segments de matière conductrice (44, 52, 62, 74, 76) disposés sur chacune des couches de substrat, de façon telle que chacun de ces segments de matière conductrice soit au moins partiellement exposé face à la cavité, ces segments de matière conductrice situés sur chacune des couches de substrat chevauchant les segments de matière conductrice de couches de substrat adjacentes, le chevauchement de ces segments de matière conductrice formant un trajet conducteur, progressant suivant une forme géométrique déterminée à l'avance autour du contour périphérique de la cavité.

Description

i

La présente invention concerne les tubes à ondes progressives, plus parti-

culièrement les tubes à ondes progressives utilisant une hélice qui entoure un faisceau d'électrons, cette hélice étant constituée de substrats empilés formant un substrat composite multicouche et chaque substrat présentant sur lui un motif conducteur. Les tubes à ondes progressives (T O P) existent depuis plus de quarante ans et sont bien connus dans la technique Ces tubes à ondes progressives sont constitués d'un canon à électrons et d'un collecteur disposés aux extrémités opposées d'un tube sous vide La trajectoire du faisceau d'électrons, du canon au collecteur, est entourée par une structure à retard dans laquelle on fait passer une

onde H F La structure la plus courante utilisée dans les tubes à ondes progres-

sives est une hélice, un fil métallique étant enroulé de manière symétrique autour de la trajectoire du faisceau d'électrons L'onde H F pénétrant à l'entrée de l'hélice a une fréquence connue La vitesse du faisceau d'électrons est réglée dans le tube

à ondes progressives de façon telle que ce faisceau d'électrons ait approximati-

vement la même vitesse de phase axiale que celle présente dans l'onde H F. passant dans l'hélice L'hélice sert à ralentir l'onde H F à une vitesse qui peut

raisonnablement être obtenue par le faisceau d'électrons La composante longitu-

dinale du champ électromagnétique créé par l'onde H F ralentie interagit avec les électrons du faisceau d'électrons qui ont un synchronisme approximatif Cette interaction entre le faisceau d'électrons et l'onde H F ralentie fait ralentir le faisceau d'électrons Par conservation de l'énergie, l'énergie perdue dans la vitesse du faisceau d'électrons produit un accroissement de l'énergie de l'onde

H.F ralentie.

Il est évident que la longueur et le nombre des spires de l'hélice entourant le faisceau d'électrons ont un effet important sur les performances du T O P D'une manière analogue, le potentiel accélérateur, le courant et la puissance du faisceau d'électrons commandent aussi les performances du T O P Dans un T O P, étant donné que le potentiel accélérateur du faisceau d'électrons est réduit, le courant du faisceau d'électrons doit être augmenté d'une manière proportionnelle de façon à maintenir la même puissance du faisceau d'électrons La diminution de tension fait varier la fréquence de fonctionnement du T O P Afin de compenser cette variation, le diamètre de l'hélice enveloppante doit être réduit et le nombre des spires doit

être augmenté Par conséquent, pour maintenir la même fréquence de fonction-

nement pour le tube à ondes progressives, une réduction du potentiel accélérateur du faisceau d'électrons doit être accompagnée d'une variation de la taille et de la

forme des spires hélicoïdales.

Par ailleurs, étant donné que le domaine des fréquences qui est requis augmente au-dessus de 40 G Hz, la complexité de la fabrication de T O P à hélice à large bande est extrêmement importante pour des potentiels accélérateurs raisonnables, étant donné que la fréquence augmente avec l'augmentation du nombre de spires de l'hélice par pouce et avec la diminution du diamètre de l'hélice.

Le diamètre d'hélice et le pas d'hélice d'un circuit à tube à ondes progres-

sives sont limités par les moyens techniques actuels Habituellement, l'état de la technique disponible pour des spires hélicoïdales pour tube à ondes progressives miniaturisé utilise un fil métallique d'un diamètre de 0,0635 mm enroulé autour

1 o d'un mandrin de 0,635 mm au pas de 100 spires pour 25,4 mm Les moyens tech-

niques permettant de réduire encore ces dimensions d'une manière économique et efficace, en vue de créer des agencements à faible tension destinés à être utilisés

avec des faisceaux d'électrons à densité élevée de courant et pour des perfor-

mances en ondes millimétriques, sont difficiles et complexes L'invention peut être utilisée dans le domaine de fréquences de 18 G Hz à 125 G Hz, mais dès que la

fréquence de fonctionnement excède 40 G Hz, les moyens techniques actuels uti-

lisant des hélices en fil métallique enroulé sont extrêmement limitatifs.

La présente invention élimine le besoin de spires de bobine en fil métallique grâce à l'utilisation d'une technique en couche épaisse ou en couche mince En plaçant de manière sélective des segments de matière conductrice sur des couches de substrat et en superposant ou empilant ces couches de substrat de façon telle qu'un segment de matière conductrice d'une couche soit au contact des segments conducteurs des couches adjacentes, il est formé une hélice qui, du fait de la conception, peut être beaucoup plus petite que les dispositifs hélicoïdaux classiques à fil métallique enroulé L'hélice de plus petites dimensions permet de fabriquer efficacement de petits tubes à ondes progressives Moyennant un traitement approprié, on peut incorporer le T O P à hélice numérique dans un agencement monobloc destiné à être utilisé avec un circuit intégré Les tubes obtenus utilisent une tension très faible avec des faisceaux d'électrons à densité élevée de courant Il est possible aussi de fabriquer facilement des agencements à ondes millimétriques Des amplificateurs à très faible puissance servant de circuit d'entrée et un certain conditionnement de puissance sur puce peuvent être inclus sur un circuit monobloc ou hybride multifonction Il est possible aussi de réaliser en circuit monobloc une commande de gain et phase numérique du T O P La création d'une structure hélicoïdale utilisant la technique des substrats offre des avantages originaux par comparaison avec les T O P de la technique antérieure Bien que cette dernière ait utilisé des couches de substrats multiples pour réaliser diverses structures, cette technique antérieure ne concerne pas les T.O P ou les problèmes résultant se présentant dans la miniaturisation des T O P. (voir brevet US-A-4 729 510 au nom de Landis, ayant pour titre "Ligne à retard hélicoïdale, protégée et coaxiale et procédé correspondant" et délivré le 8 mars

1988, en ce qui concerne une structure typique de la structure antérieure utilisant des couches de substrat multiples).

C'est pourquoi la présente invention a pour but de fournir un tube à ondes progressives qui présente une structure hélicoïdale originale entourant le faisceau d'électrons, cette structure étant formée en utilisant des couches successives de substrats en couche épaisse ou en couche mince sur lesquels sont déposés des motifs conducteurs déterminés à l'avance.10 Certains problèmes liés aux hélices pour T O P classiques et aux techniques utilisées pour les réaliser sont résolus par la présente invention qui prévoit, pour un T O P, une hélice qui est formée de couches de substrat superposées. L'hélice est formée en empilant des couches de substrat préformées et de tailles différentes, d'une manière telle qu'une cavité soit formée dans la structure compo-5 site finale Des segments de matière conductrice sont disposés sur chaque couche de substrat Lorsqu'on superpose les couches de substrat l'une au-dessus de l'autre, les segments de matière conductrice se chevauchent partiellement, en formant dans la structure composite finale une hélice conductrice qui entoure la cavité Lorsqu'on fait passer un faisceau d'électrons dans cette cavité, l'hélice20 formée par les substrats remplit la même fonction que les hélices classiques à fil métallique enroulé Il en résulte qu'on dispose d'une hélice pour T O P qui peut être miniaturisée au-delà des limites classiques des hélices à fil métallique enroulé Un procédé de réalisation de cette hélice pour T O P consiste à créer des couches de substrat parallèles, à former des segments de matière conductrice sur25 ces couches de substrat, à superposer ces couches de substrat en créant une cavité dans laquelle la matière conductrice de couches adjacentes fait l'objet d'un chevauchement partiel en créant une hélice qui entoure la cavité. L'invention a pour objet une structure à retard, pour tube à ondes progres- sives comportant un émetteur de faisceau d'électrons et un collecteur de faisceau d'électrons, caractérisée en ce qu'elle comprend, d'une part, une structure composite qui est formée de plusieurs couches de substrat superposées et dans laquelle une cavité est formée pour le passage d'un faisceau d'électrons de l'émetteur au collecteur, au moins une surface située sur chacune des couches de substrat étant exposée face à la cavité, et, d'autre part, de multiples segments de35 matière conductrice disposés sur chacune des couches de substrat, de façon telle que chacun de ces segments de matière conductrice soit au moins partiellement exposé dans la cavité, ces segments de matière conductrice situés sur chacune des couches de substrat chevauchant les segments de matière conductrice de couches de substrat adjacentes, le chevauchement de ces segments de matière

4 conductrice formant un trajet conducteur, progressant suivant une forme géomé-

trique détermine à l'avance autour du contour périphérique de la cavité. L'invention a aussi pour objet un tube à ondes progressives, caractérisé en ce qu'il comprend un tube, présentant un vide intérieur et comportant un émetteur de faisceau d'électrons et un collecteur de faisceau d'électrons disposés approxi- mativement à ses extrémités opposées en vue de la formation d'un faisceau d'électrons entre ceux-ci, des moyens de focalisation magnétique, entourant ce tube de façon à déterminer la trajectoire d'un faisceau d'électrons, et une structure à retard entourant au moins une partie de cette trajectoire du faisceau d'électrons,

1 o entre l'émetteur et le collecteur, cette structure à retard étant enfermée dans une structure composite créée à partir de multiples couches de substrat superposées.

L'invention a encore pour objet un procédé de formation d'une structure à retard, pour tube à ondes progressives, dans une structure composite, caractérisé en ce qu'il consiste à superposer de multiples couches de substrat pratiquement parallèles et comportant chacune, disposés sur elles, plusieurs segments de matière conductrice, ces couches de substrat étant positionnées de façon à former une cavité face à laquelle est exposée au moins une surface de chacune de ces couches de substrat, les segments de matière conductrice de couches de substrat adjacentes se chevauchant partiellement d'une manière réalisant une connexion

électrique de façon à former une trajectoire conductrice unique qui entoure la cavité suivant une forme géométrique déterminée à l'avance.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemples non limitatifs et en regard des dessins

annexés sur lesquels:25 la figure 1 représente un mode de réalisation, typique de la technique anté-

rieure, d'un tube à ondes progressives comportant un enroulement hélicoïdal, la figure 2 est une vue en perspective, éclatée, d'un mode de réalisation d'une structure à couches de substrat, pour tube à ondes progressives, conforme à la présente invention, la figure 3 représente une première couche de substrat en coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2, la figure 4 représente une deuxième couche de substrat en coupe suivant la ligne 4-4 de la figure 2, la figure 5 représente une troisième couche de substrat en coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 2, la figure 6 représente une quatrième couche de substrat en coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 2, la figure 7 représente une vue en coupe de la structure à couches de substrat de la figure 2 suivant la ligne 7-7 de cette dernière, la figure 8 représente une vue en coupe de la structure à couches de substrat de la figure 2 suivant la ligne 8-8 de cette dernière,

la figure 9 représente un masque utilisé pour former les éléments conduc-

teurs de la couche de substrat de base représentée à la figure 3, la figure 10 représente un masque utilisé pour former les éléments conducteurs de la deuxième couche de substrat représentée à la figure 4, la figure 11 représente un masque utilisé pour former les éléments conducteurs de la troisième couche de substrat représentée à la figure 5, la figure 12 représente un masque utilisé pour former les éléments 1 ( conducteurs de la quatrième couche de substrat représentée à la figure 6, la figure 13 représente un masque utilisé pour former les éléments conducteurs de la couche supérieure de substrat représentée à la figure 2, la figure 14 représente schématiquement une variante de réalisation de l'hélice formée dans la structure à substrats,

la figure 15 représente schématiquement une seconde variante de réali-

sation de l'hélice formée dans la structure à substrats et la figure 16 est une vue en perspective, éclatée, d'un amplificateur formé

d'un tube à ondes progressives miniaturisé utilisant la présente invention.

La figure 1 concerne un mode de réalisation d'un T O P 12 typique de la technique antérieure Ces tubes de la technique antérieure comprennent un émetteur de faisceau d'électrons 14 et un collecteur de faisceau d'électrons 16 enfermés dans un tube 18 présentant un vide intérieur La trajectoire du faisceau d'électrons est déterminée par un système de focalisation magnétique de faisceau dont de nombreuses formes sont bien connues dans la technique La structure à retard, constituée d'une hélice 22, est disposée le long d'une partie de la longueur du tube 18 et est positionnée autour de la trajectoire du faisceau d'électrons Cette hélice 22 comporte un conducteur d'entrée 24 et un conducteur de sortie 26 et est

réalisée à partir d'un fil conducteur.

Si on se reporte à la figure 2, l'hélice 22 du circuit T O P de la technique antérieure est remplacée par une hélice réalisée en couche épaisse ou en couche mince enfermée dans une structure composite 30 formée par la superposition de couches 32, 34, 36, 38 et 40 de matière pour substrat isolé sur lesquelles sont

disposés des segments de matière conductrice à positionnement préfixé La forma-

tion de telles couches de substrat 32, 34, 36, 38 et 40 est bien connue dans les techniques de fabrication des substrats en couche épaisse et en couche mince (voir un article de Max Foyiel, ayant pour titre "Microélectronique" et publié par Research & Education Associates ( 1968), dans lequel sont décrites des techniques en couche mince et en couche épaisse) Lorsque les couches de substrat 32, 34, 36, 38 et 40 sont superposées l'une à l'autre, les segments conducteurs présents sur des couches adjacentes se chevauchent à la façon d'un jeu de construction en formant une hélice numérique imitant l'hélice en fil métallique des tubes à ondes progressives classiques Etant donné que cette hélice numérique est construite à la manière d'un jeu de construction, la résolution de la courbure des spires de l'hélice numérique est déterminée par la taille et le nombre des segments conducteurs superposés qui créent cette hélice numérique Le terme "numérique" est utilisé pour suggérer l'idée que l'hélice n'est pas une structure courbe continue, mais, au contraire, une structure étagée faisant appel à un agencement numérique et non pas un agencement analogique exact Une cavité 42 est formée dans la structure composite 30 pour le passage d'un faisceau d'électrons, de l'émetteur 14 au collecteur 18 Cette cavité 42 peut être réalisée en empilant des couches de substrat de dimensions diverses, de manière à créer la cavité 42 (ainsi que cela est représenté), ou en découpant la cavité 42 dans la structure composite 30 après sa formation, ou encore en utilisant la méthode couche de réserve/lithographie et

attaque chimique, ainsi que cela est bien connu dans la technique antérieure.

La structure composite 30 est formée de couches individuelles de substrat 32, 34, 36, 38 et 40 telles que représentées respectivement aux figures 2 à 6 Si on se reporte à ces figures 2 à 6, on y voit représentés en détail les positions de la matière conductrice sur chaque couche de substrat 32, 34, 36, 38, 40 qui sont prévues de façon à former l'hélice numérique et la cavité 42 La figure 3 représente la couche de substrat de base 32 de la structure composite 30 Sur cette couche de base 32, il est prévu plusieurs segments conducteurs 44 disposés suivant un alignement rectiligne Chaque segment conducteur 44 de la couche de base est

entouré d'une matière isolante telle que du nitrure de silicium.

Une deuxième couche de substrat 34 (représentée à la figure 4) est super-

posée directement à la couche de substrat de base 32, ou développée audessus de cette dernière Cette seconde couche de substrat 34 est divisée en deux sections 46 et 48 Ces deux sections 46 et 48 créent un espace d'ouverture de

deuxième couche 50 qui est situé directement au-dessus des segments conduc-

teurs 44 de la couche de base Cet espace d'ouverture de deuxième couche 50 permet une exposition partielle de chacun de ces segments conducteurs 44 de la couche de substrat de base Plusieurs segments conducteurs de deuxième couche 52 sont positionnés le long des bords des deux sections 46 et 48 et font face à l'espace d'ouverture de deuxième couche 50 Deux segments conducteurs de deuxième couche 52 chevauchent partiellement un segment conducteur de couche

de base 44 associé, en créant plusieurs trajets électriquement conducteurs.

Une troisième couche de substrat 36 (représentée à la figure 5) est placée sur la couche de substrat de base 32 et la deuxième couche de substrat 34 ou est

formée au-dessus de ces dernières Cette troisième couche de substrat est consti-

tuée de deux sections individuelles 54 et 58 qui ont une largeur plus petite que les sections de deuxième couche 46 et 48 sous-jacentes Ces sections de troisième couche 54 et 58 sont disposées au-dessus de la deuxième couche de substrat 34 en créant un espace d'ouverture de troisième couche 60 qui est plus large que l'espace d'ouverture de deuxième couche 50 situé au-dessous Cet espace d'ouverture de troisième couche 60 permet l'exposition de l'espace d'ouverture de deuxième couche 50 situé au-dessous et une exposition partielle des segments conducteurs de deuxième couche 52 Plusieurs segments conducteurs de troisième couche 56 sont placés le long des bords des sections de troisième

couche 54 et 58 qui font face à l'intervalle d'ouverture de troisième couche 60.

Chaque segment conducteur de troisième couche 56 chevauche partiellement un segment conducteur de deuxième couche 52 associé, ce qui forme ainsi les différents arcs de l'hélice numérique, de la couche de substrat de base 32 à la

troisième couche de substrat 36.

La troisième couche de substrat 36 comporte aussi des bandes de matière conductrice 62 et 64 qui s'étendent parallèlement aux segments conducteurs de

troisième couche et couvrent toute la longueur de la troisième couchegradin 36.

La fonction de ces bandes conductrices 62 et 64 est exposée ci-après dans le

présent mémoire.

Une quatrième couche de substrat 38 (représentée à la figure 6) est placée, positionnée ou formée au-dessus de la troisième couche de substrat 36 Cette quatrième couche de substrat 38 est formée de deux sections 68 et 70 qui sont plus

larges que les sections de troisième couche 68 et 70 sous-jacentes Par consé-

quent, lorsque ces sections de quatrième coche 68 et 70 sont placées audessus de la troisième couche de substrat 36, chacune de ces sections de quatrième couche 68 et 70 est située en partie en porte-à-faux au- dessus de l'espace d'ouverture de troisième couche 60 situé au-dessous Ces sections de quatrième couche 68 et 70 ne se touchent pas; il est ainsi créé un espace d'ouverture de quatrième couche 72 De même que pour les couches précédentes, plusieurs segments conducteurs de quatrième couche 74 sont disposés le long des bords des sections de quatrième couche 68 et 70 qui font face à l'espace d'ouverture de quatrième couche 72 Chaque segment conducteur de quatrième couche 74 chevauche partiellement un segment conducteur de troisième couche 62 associé, faisant ainsi s'étendre les arcs séparés de l'hélice numérique de la couche de substrat de base 32 à la quatrième couche de substrat 38 Etant donné que les quatrième sections 68 et 70 chevauchent l'espace d'ouverture de troisième couche , les segments conducteurs de quatrième couche 74 font l'objet d'une exposition

partielle vis-à-vis de l'espace d'ouverture de troisième couche 60 situé au-dessous.

Si on se reporte à nouveau à la figure 2, on y voit la couche supérieure 40

de la structure composite 30 Cette couche supérieure 40 est placée ou formée au-

dessus de la quatrième couche étagée 38 en recouvrant l'espace d'ouverture de quatrième couche 72 Les premier, deuxième et troisième espaces d'ouverture 50, et 72 sont maintenant enfermés entre la couche de substrat de base 32 et la couche de substrat supérieure 40, créant ainsi la cavité 42 à l'intérieur de la struc- ture composite 30 Plusieurs segments conducteurs de couche supérieure 76 sont positionnés de façon à chevaucher partiellement deux segments conducteurs de quatrième couche 74 adjacents La réunion de ces segments conducteurs de quatrième couche 74 adjacents au moyen des segments conducteurs de couche supérieure 76 raccorde les arcs séparés de l'hélice numérique, créant ainsi une hélice numérique continue à partir de tous les segments conducteurs 44, 52, 62, 74

et 76 des différentes couches de substrat Dans le présent exemple, l'hélice numé-

rique commence sur la couche de substrat supérieure 40 à l'endroit de la ligne d'entrée 24 et se termine sur cette couche de substrat supérieure 40 à l'endroit de

la ligne de sortie 26.

L'hélice numérique créée par les segments conducteurs des diverses

couches de substrat qui se chevauchent est créée à la façon d'un jeu de construc-

tion, de façon telle que les segments conducteurs s'enroulent autour de la cavité 42 formée dans la structure composite 30 Cette cavité 42 permet une exposition partielle des segments conducteurs de chaque couche de substrat au fur et à mesure qu'ils se suivent le long de l'hélice numérique Si on se reporte aux figures 7 et 8, il y est représenté en détail l'hélice numérique créée par les segments

conducteurs se chevauchant Ainsi que cela est représenté, les segments conduc-

teurs 44, 52, 62, 74 et 76 sont orientés d'une manière continue entre la couche de substrat de base 32 et la couche de substrat supérieure 40, tout en suivant le contour de la cavité 42 Le résultat du positionnement de ces segments crée une hélice numérique étagée qui entoure la cavité 42 et imite une hélice classique en fil métallique On comprendra que, bien qu'il soit représenté un substrat à cinq couches, on pourrait utiliser des couches multiples en nombre quelconque pour former le substrat En outre, le nombre et la taille des segments conducteurs créés sur chaque couche de substrat ne sont limités que par le type de fabrication du

substrat en couche épaisse ou en couche mince.

Lorsqu'on fait passer un faisceau d'électrons dans la cavité 42 de la struc-

ture composite 30, la succession hélicoïdale des segments conducteurs remplit la même fonction qu'une hélice classique en fil métallique L'avantage par rapport aux T O P classiques réside dans la possibilité de miniaturiser l'hélice de T O P. jusqu'à des dimensions qui ne pouvaient pas être obtenues précédemment En utilisant un logiciel de conception, il a été possible de prédire que des hélices de T.O P créées à partir de substrats en couche épaisse ou en couche mince peuvent

fonctionner à des rendements qui sont de loin supérieurs à ceux des hélices clas-

siques en fil métallique pour T O P miniaturisés.

Afin de donner un exemple des avantages du circuit T O P conforme à la présente invention, un modèle a été conçu pour un exemple d'agencement à bande étroite de type initial pour 8,0 à 10,5 G Hz et à 10 watts minimum Les para- mètres matériels du circuit T O P sont présentés dans le tableau ci-dessous: Spires pour 25,4 mm 170, 0 Diamètre d'hélice 0,431 mm Largeur de bande 0,0508 mm Epaisseur de bande 0,0508 mm Constante diélectrique 7,7 Diamètre intérieur de l'enveloppe sous vide 1,27 mm Courant de faisceau 0,2 ampère Diamètre de faisceau 0,254 mm Potentiel accélérateur 500,0 volts Champ magnétique brillion 6181,0 gauss Les dimensions indiquées ci-dessus pourraient être obtenues avec neuf couches de substrat et une technique en couche épaisse de 50 micromètres La constante diélectrique de la structure de support est supposé être égale à 7,7, valeur qui est approximativement la même pour la matière du substrat, formée de nitrure d'aluminium, et pour les couches isolantes formées de nitrure de silicium Le tableau ci-dessous, qui présente les performances de l'hélice T O P faisant l'objet de la conception de modèle, montre qu'il est possible d'obtenir une puissance de

sortie de 10,0 watts en supposant un rendement de conversion du faisceau d'élec-

trons de 10 % dans le plus mauvais cas Ce rendement de conversion de faisceau

est courant pour des T O P miniaturisées classiques à bande large et à fil métal-

lique enroulé Les performances de l'hélice pour T O P faisant l'objet de la conception de modèle sont les suivantes: Fréquence Gain C QC Vp/c (G Hz) (d B/mm)

8,0 2,751 0,617 1,070 0,0940

8,5 4,858 0,626 0,977 0,0935

9,0 5,833 0,635 0,891 0,0930

9,5 6,081 0,645 0,812 0,0925

,0 5,542 0,656 0,739 0,0920

,5 3,704 0,667 0,673 0,0915

Ainsi qu'il ressort du tableau ci-dessus, des hélices pour T O P miniatu-

risées, formées à partir de substrats en couche épaisse ou en couche mince, peuvent posséder des gains par mm très élevés et il en résulte des dispositifs très très courts Des dispositifs courts peuvent être réalisés à de faibles coûts et en des quantités très élevées En outre, il est bien connu dans la technique que le rendement d'un T O P est directement proportionnel à son paramètre de gain C Si on compare les résultats ci-dessus correspondants à la conception de modèle à des T O P miniaturisés classiques en bande X, qui ont des paramètres de gain de 0,06 à 0,09, les améliorations spectaculaires du rendement qui sont apportées par

la présente invention deviennent évidentes.

On pourrait faire d'un T O P conforme à la présente invention un T O P à

large bande en utilisant des rails de conformation pour dispersion qui sont ana-

-0 logues à ceux utilisés dans les T O P miniaturisés classiques Si on se reporte aux figures 2 et 5, ces rails de conformation pour dispersion peuvent être formés au

niveau du circuit intégré en faisant directement partie de la structure composite 30.

Ces rails de conformation pour dispersion peuvent être créés en formant des bandes continues de matière conductrice 62 et 64 parallèles à la cavité 42 On comprendra que, bien que le mode de réalisation représenté ne montre qu'une seule couche sur laquelle des rails de conformation pour dispersion 62 et 64 sont représentés, il pourrait exister des rails sur plus d'une couche et en n'importe quelle largeur ou épaisseur, en fonction des performances de large bande qui sont requises. Si on se reporte auxfigures 9 à 13, il y est représenté les masques 82, 84,

86, 88 et 90 correspondant aux couches de substrat représentées aux figures 2 à 6.

Ces masques 82, 84, 86, 88 et 90 peuvent être utilisés pour permettre l'exposition des différents substrats qui sont traités, de façon à former des ouvertures qui correspondent au motif de segments conducteurs prévu sur ces substrats et qui font l'objet d'une métallisation On peut alors superposer ou empiler les différents substrats ou on peut former des couches l'une au-dessus de l'autre, en utilisant des

techniques bien connues en couche épaisse et en couche mince.

Si on se reporte maintenant aux figures 14 et 15, il y est représenté schéma-

tiquement, et à trois dimensions, des variantes de forme d'hélice pour T O P Ainsi que cela est représenté, l'hélice pour T O P n'a pas besoin d'être purement une hélice en ce qui concerne son orientation autour de la trajectoire du faisceau

d'électrons Au contraire, l'hélice pour T O P peut être constituée de sections hori-

zontales 98, de sections verticales 100 et de sections rectilignes 102, ainsi que cela est représenté à la figure 14, ou encore de sections courbes 104 et de sections rectilignes 102 ainsi que cela est représenté à la figure 15 L'approche par

jeu de construction que la présente invention utilise pour créer une hélice numé-

rique dans un substrat composite 30 permet de créer un nombre infini de structures à retard différentes en faisant varier les éléments de masquage pour couche

épaisse ou pour couche mince Une telle souplesse de fabrication n'était précé-

demment pas disponible pour une hélice pour T O P à fil métallique enroulé en

raison du temps et des coûts impliqués dans un réoutillage de la machine d'enrou-

lement de fil métallique La présente invention peut par conséquent être utilisée

pour créer des hélices pour T O P qui possèdent des caractéristiques de perfor-

mances qui ne pouvaient précédemment pas être obtenues à partir de la technique

d'enroulement de fil métallique.

Si on se reporte à la figure 16, il est représenté un amplificateur T O P 106 qui utilise une hélice numérique réalisée dans la structure composite 108 Cette dernière comprend des rails de dispersion 110 et 112 de façon que l'amplificateur 106 puisse exécuter des opérations en large bande Un émetteur de champ à gachette latérale ou verticale, ou émetteur thermo-ionique à densité élevée de courant 114, émet un faisceau d'électrons qui traverse la structure composite 108 en direction d'un collecteur de faisceau d'électrons 116 à potentiel abaissé Le conducteur d'entrée 124 de l'hélice pour T O P pénètre dans le tube à vide (non représenté) par une traversée d'entrée sous vide 118 D'une manière analogue, le conducteur de sortie 126 sort du tube à vide par une seconde traversée sous vide La structure composite 108 est entourée par une paroi cylindrique 125 étanche au vide Cette structure composite 108 est emboîtée à friction dans le cylindre de façon à constituer un ensemble d'un seul bloc Cela simplifie de manière spectaculaire les ensembles classiques pour structure à retard La paroi étanche au vide est alors entourée par un système de focalisation 122 à

aimant permanent d'énergie élevée qui commande le faisceau d'électrons.

Lorsqu'on utilise le mode de réalisation de la figure 16, on peut envisager de créer un amplificateur T O P, pour un dispositif à gain élevé ( 60,0 d B) qui a une longueur de 38,1 à 63,5 mm pour un diamètre extérieur maximal de 12,7 mm Une telle miniaturisation étend dans une vaste mesure les applications pour lesquelles on peut utiliser des amplificateurs T O P Bien entendu, un spécialiste en la matière pourrait apporter de nombreuses modifications à l'invention sans sortir du cadre prévu pour cette dernière C'est ainsi par exemple que le substrat dans lequel l'hélice pour T O P est formée peut

être constitué de 7 ou 9 couches ou de n'importe quel autre nombre de couches.

On peut faire varier, de façon à leur donner différentes valeurs, l'épaisseur des

couches et la concentration de matière conductrice déposée sur chaque couche.

On peut faire varier la forme géométrique tridimensionnelle de l'hélice pour T O P On peut faire varier la taille et la forme de la cavité traversant le substrat de façon à l'adapter à des faisceaux d'électrons de paramètres différents Toutes les variantes de ce type sont censées être comprises dans le cadre de l'invention, tel que défini

par les revendications annexées.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1.Structure à retard, pour tube à ondes progressives ( 106) comportant un

émetteur ( 114) de faisceau d'électrons et un collecteur ( 116) de faisceau d'élec-

trons, caractérisée en ce qu'elle comprend, d'une part, une structure composite ( 30) qui est formée de plusieurs couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) super- posées et dans laquelle une cavité ( 42) est formée pour le passage d'un faisceau d'électrons de l'émetteur ( 114) au collecteur ( 116), au moins une surface située sur chacune des couches de substrat étant exposée face à la cavité ( 42), et, d'autre part, de multiples segments de matière conductrice ( 44, 52, 56, 74, 76) disposés sur chacune des couches de substrat, de façon telle que chacun de ces segments de matière conductrice soit au moins partiellement exposé face à la cavité ( 42), ces segments de matière conductrice situés sur chacune des couches de substrat

chevauchant les segments de matière conductrice de couches de substrat adja-

centes, le chevauchement de ces segments de matière conductrice formant un trajet conducteur, progressant suivant une forme géométrique déterminée à

l'avance autour du contour périphérique de la cavité ( 42).

2 Structure à retard suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la trajectoire conductrice commence à l'endroit o un conducteur d'entrée ( 24) pénètre dans la structure composite ( 30) et se termine à l'endroit o un conducteur

de sortie ( 26) sort de cette structure composite ( 30).

3 Structure à retard suivant la revendication 2, caractérisée en ce que la

forme géométrique déterminée à l'avance est pratiquement une hélice.

4 Structure à retard suivant la revendication 1, caractérisée en ce que plusieurs rails conducteurs ( 62, 64) de conformation pour dispersion sont formés dans la structure composite ( 30), ces rails de conformation traversant la structure

composite en s'étendant d'une manière parallèle à la cavité ( 42).

Structure à retard suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les multiples couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) superposées sont des couches

réalisées par une technique en couche épaisse.

6 Structure à retard suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les multiples couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) superposées sont des couches

réalisées par une technique en couche mince.

7 Structure à retard suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la cavité ( 42) est formée en superposant les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40)

en gradins reculant, puis avançant à nouveau.

8 Tube à ondes progressives, caractérisé en ce qu'il comprend un tube ( 106), présentant un vide intérieur et comportant un émetteur ( 114) de faisceau

d'électrons et un collecteur ( 116) de faisceau d'électrons disposés approximati-

vement à ses extrémités opposées en vue de la formation d'un faisceau d'électrons entre ceux-ci, des moyens ( 120) de focalisation magnétique, entourant ce tube de façon à déterminer la trajectoire d'un faisceau d'électrons, et une structure à retard ( 30, 44, 52, 56, 74, 76) entourant au moins une partie de cette trajectoire du faisceau d'électrons, entre l'émetteur ( 114) et le collecteur ( 116), cette structure à retard étant enfermée dans une structure composite ( 30) créée à partir de multiples

couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) superposées.

9 Tube à ondes progressives suivant la revendication 8, caractérisé en ce

que la structure à retard ( 30, 44, 52, 56, 74, 76) a pratiquement une forme hélicoï-

dale. 10 Tube à ondes progressives suivant la revendication 9, caractérisé en ce que la structure à retard est formée en faisant se chevaucher partiellement des segments de matière conductrice ( 44, 52, 56, 74, 76) disposés sur des couches de

substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) adjacentes de la structure composite ( 30).

11 Tube à ondes progressives suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) sont des couches réalisées par

une technique en couche épaisse.

12 Tube à ondes progressives suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) sont des couches réalisées par

une technique en couche mince.

13 Tube à ondes progressives suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les segments de matière conductrice ( 44, 52, 56, 74, 76) sont chacun l'objet

d'une exposition au moins partielle vis-à-vis du faisceau d'électrons.

14 Tube à ondes progressives suivant la revendication 10, caractérisé en ce que plusieurs rails conducteurs ( 62, 64) de conformation pour dispersion sont

formés dans la structure composite, ces rails de conformation s'étendant parallè-

lement au faisceau d'électrons.

Procédé de formation d'une structure à retard, pour tube à ondes progressives ( 106), dans une structure composite ( 30), caractérisé en ce qu'il

consiste à superposer de multiples couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) prati-

quement parallèles et comportant chacune, disposés sur elles, plusieurs segments

de matière conductrice ( 44, 52, 56, 74, 76), ces couches de substrat étant posi-

tionnées de façon à former une cavité ( 42) face à laquelle est exposée au moins une surface de chacune de ces couches, de substrat, les segments de matière conductrice de couches de substrat adjacentes se chevauchant partiellement d'une manière réalisant une connexion électrique de façon à former une trajectoire conductrice unique qui entoure la cavité ( 42) suivant une forme géométrique

déterminée à l'avance.

16 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les multiples segments de matière conductrice s( 44, 52, 56, 74, 76) sont positionnés dans les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) parallèles de façon à être au contact de la

cavité ( 42).

17 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que la forme

géométrique est pratiquement une hélice.

18 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) parallèles sont réalisées par une technique en

couche épaisse.

19 Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce que les couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) parallèles sont réalisées par une technique en

1 o couche mince.

Procédé suivant la revendication 15, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à former plusieurs rails ( 62, 64) de conformation pour dispersion sur au moins

l'une des couches de substrat ( 32, 34, 36, 38, 40) parallèles, ces rails de confor-

mation pour dispersion étant disposés parallèlement à la cavité ( 42).