FR2766965A1 - Amplificateur lineaire comportant des elements discrets de circuits resonnants et fournissant un rendement presque constant sur une large gamme de puissances de sortie - Google Patents

Abstract

Un amplificateur linéaire comprend un ensemble canon à électrons (12) qui possède une cathode (15), et une anode (16). Un potentiel relativement élevé est appliqué entre l'anode et la cathode. Une grille de commande (14) placée entre la cathode et l'anode est couplée à un accès d'entrée (23). Le signal d'entrée amène la grille de commande à moduler en densité le faisceau d'électrons. La grille de commande est couplée à une source de tension de polarisation (VB ) empêchant l'émission du faisceau pendant le demi-cycle négatif du signal d'entrée. Plusieurs étages collecteurs (32, 34, 36, 38) reçoivent des potentiels électriques respectifs s'échelonnant entre le potentiel de la cathode et le potentiel de l'anode, de façon à recueillir efficacement les électrons du faisceau après le passage au-delà de l'anode. Le premier étage collecteur est écarté de l'anode dans le sens opposé par rapport à la grille de commande et est couplé à un accès de sortie (25) produisant un signal de sortie amplifié. Les potentiels respectifs des étages collecteurs présentent des valeurs de tension correspondantes propres à amener un rendement élevé et presque constant sur une large gamme de puissances du signal d'entrée.

Description

La présente invention concerne l'amplification de signaux de radio-

fréquence (RF) dans les bandes de fréquences dans lesquelles on utilise des circuits

résonnants constitués d'éléments inductifs et capacitifs discrets, et, plus particu-

lièrement, un amplification linéaire qui procure un rendement sensiblement constant sur une gamme de fonctionnement désignée. L'arrivée de la télévision haute définition (HDTV) a provoqué un regain d'intérêt pour un amplification efficace des signaux d'ultra-haute fréquence

(UHF). Les systèmes d'émission HDTV demanderont des amplificateurs suscep-

tibles d'avoir des débits de données extrêmement élevés, de l'ordre de 25 Mb/s.

Pour permettre de suivre ces débits de données élevés, on a proposé des techniques de modulation numériques, par exemple une modulation à bande latérale atténuée à quatre ou six niveaux, ou bien une modulation d'amplitude en quadrature (QAM) à deux bandes latérales à 16 ou 32 états. Lorsqu'on utilise ces formes de modulation dans un canal à largeur de bande limitée (par exemple 6 MHz), on obtient des signaux présentant des rapports élevés de la puissance de crête à la puissance moyenne. Il est extrêmement difficile d'amplifier de tels signaux, à la fois en ce qui concerne le rendement et en ce qui concerne la fidélité, c'est-à- dire avec une très faible distorsion du contenu de modulation, tel que mesuré en l'absence de produits d'intermodulation d'ordre élevé. Ainsi, des amplificateurs linéaires de radiofréquence (RF) susceptibles de fournir ces caractéristiques sont très

souhaitables.

Classiquement, on a utilisé des klystrons comme amplificateurs de puissance élevée pour la plupart des émetteurs d'ondes UHF. Un klystron est un dispositif à faisceau linéaire, possédant un faisceau d'électrons qui a traversé une pluralité de cavités. Un signal d'entrée RF module en vitesse le faisceau et amène celui-ci à se former en paquets. Le faisceau formé en paquets induits un courant RF dans les cavités, et de l'énergie peut être extraite du faisceau mis en paquets sous la forme d'un signal de sortie RF amplifié. Toutefois, les klystrons ont un très faible rendement pour les puissances de sortie qui sont inférieures à la puissance maximale pour laquelle ils ont été conçus, car ils fonctionnent sous une tension et

un courant constants, leur rendement étant proportionnel à la puissance de sortie.

Une technique connue permettant d'augmenter le rendement d'un klystron consiste à utiliser un collecteur à cuvette en gradins (dit aussi collecteur déprimé à plusieurs étages, ou MSDC). Les électrons du faisceau modulé en vitesse ont des niveaux d'énergie largement variables lorsqu'ils sortent de la cavité de sortie. Lorsqu'on utilise une multiplicité d'électrodes collectrices qui sont

déprimées à des potentiels situés en deçà de celui du corps du dispositif (c'est-à-

dire le potentiel correspondant à l'énergie initial du faisceau d'électrons), les électrons épuisés du faisceau peuvent être recueillis à la plus petite énergie possible. On peut considérer que les électrons sont analogues à des billes possédant diverses vitesses, qui peuvent escalader une colline jusqu'à ce qu'elles s'arrêtent, puis revenir en roulant jusque dans des pièges se trouvant de l'un et l'autre côté de leur trajet montant. Du fait de la récupération de la plus grande partie de l'énergie cinétique restante du faisceau d'électrons épuisés dans les étages déprimés, l'énergie du faisceau n'est pas gaspillée par conversion d'énergie cinétique en chaleur, et on peut obtenir un plus grand rendement de fonctionnement. Les collecteurs à cuvette en gradins sont décrits dans Kosmhal, Modem Multistage Depressed Collectors--A

Review, Proceedings ofthe IEEE, volume 70, page 1325 (1982).

On a montré que le rendement des klystrons du type MSDC, pris en moyenne sur le cycle de modulation, était jusqu'à trois plus élevé que celui des klystrons classiques. Puisque la tension à laquelle les électrons sont recueillis est approximativement proportionnelle à la tension de sortie RF du klystron et que le

courant du faisceau est constant, le rendement du klystron MSDC est propor-

tionnel a la racine carrée de la puissance de sortie. Malgré cette ameélioration de rendement, les klystrons MSDC ne fournissent pas la linéarité nécessaire aux

systèmes d'émission HDTV proposés.

Un autre type d'amplificateur utilise une ou plusieurs grilles qui sont disposées entre une cathode et une anode afin de moduler en densité le courant extrait de la cathode. C'est une pratique courante d'établir des différences entre des amplificateurs qui utilisent une grille pour moduler en densité le train d'électrons sur la base de leur régime de fonctionnement, et on les range dans l'une des catégories suivantes: classe A, classe B ou classe C. Dans un amplificateur de classe A, les tensions de grille alternatives et de polarisation de grille sont appliquées de façon que le courant de cathode circule continûment sur tout le cycle électrique. Dans un amplificateur de classe B, la grille de commande fonctionne à proximité de la coupure, de sorte que le courant de cathode ne circule que pendant approximativement la moitié du cycle électrique. Les amplificateurs de classe AB sont des hybrides d'amplificateurs de la classe A et de la classe B, dans lesquels les tensions de grille alternatives et de polarisation de grille sont telles que le courant du faisceau circule pendant notablement plus de la moitié du cycle, mais moins que le cycle tout entier. Les amplificateurs de classe C ont une polarisation de grille qui est notablement supérieure à la coupure, de sorte que le courant de cathode circule

pendant notablement moins que la moitié du cycle électrique.

Aux fréquences inférieures, les amplificateurs de classe B utilisant des triodes ou des tétrodes ont révélé une aptitude à produire de la puissance plus efficacement que des klystrons classiques. Dans ces amplificateurs, le courant de sortie RF varie linéairement avec le courant de cathode et la tension est constante, de sorte que le rendement varie encore une fois comme la racine carrée de la puissance de sortie, comme c'est le cas pour le klystron MSDC. Les amplificateurs de classe B en tétrode et en triode se révèlent efficaces pour le fonctionnement à

très haute fréquence (VHF).

On peut étendre les avantages du fonctionnement en classe B aux fréquences supérieures en utilisant un dispositif connu sous l'appellation de "tube à sortie inductive". Les tubes à sortie inductive ont le même rendement que les autres amplificateurs de classe B du fait que le signal d'entrée RF appliqué à une grille de commande fait varier le courant du faisceau d'électrons approximativement comme la tension d'excitation RF. Puisque le courant RF du tube ne résulte pas d'une

modulation de vitesse, l'amplificateur est en outre fortement linéaire.

Le tube à sortie inductive initial a été créé par A. V. Haeff, et consistait en une ampoule de verre tubulaire contenant une cathode, une grille de commande disposée en avant de la cathode, une électrode à ouverture accélératrice et une électrode collectrice. Un espace d'interaction de cavité rentrante est disposé en partie dans l'ampoule de verre tubulaire, entre l'électrode à ouverture accélératrice et l'électrode collectrice. Le faisceau d'électrons produit par la cathode passe dans l'espace d'interaction lorsqu'il est focalisé par un champ magnétique. Lorsque le faisceau d'électrons a été modulé en densité par application d'un signal d'entrée RF à la grille de commande avec une fréquence égale à la fréquence de résonance de la cavité, le courant du faisceau d'électrons induit une onde électromagnétique dans la cavité qui extrait l'énergie des électrons sans intercepter les électrons. Le tube à sortie inductive a pour avantage, par rapport aux tubes à vide antérieurs, que l'espace d'interaction de la cavité peut avoir une petite aire et posséder une capacité faible convenant pour un fonctionnement à haute fréquence, tandis que les électrons peuvent être recueillis sur une électrode collectrice beaucoup plus

grande, qui n'a plus besoin de faire partie du circuit résonnant.

Le concept initial du tube à sortie inductive a ultérieurement été reconnu comme avantageux lorsqu'on l'utilise comme amplificateur linéaire pour des signaux de télévision UHF. Un tube à sortie inductive modernisé est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 480 210, "GRIDDED ELECTRON POWER TUBE", qui comporte un canon à électrons fortement convergent qui possède une grille de commande en graphite pyrolytique et un grand collecteur. Le fait de réaliser la grille de commande en graphite pyrolytique, qui est un matériau hautement réfractaire, autorise un courant d'une densité beaucoup plus élevée que

cela n'était antérieurement possible avec le tube à sortie inductive initial de Haeff.

Ce tube remis à jour a connu la célébrité sous l'appellation de "klystrode", puisqu'il combine les particularités des klystrons classiques avec celles des tétrodes; le klystrode possède la cavité de sortie résonnante d'un klystron, et la configuration à

quatre électrodes de la tétrode.

Même si les techniques d'améliorations du rendement offertes par le klystron MSDC et le tube à sortie inductive sont largement connus, la mise en combinaison des avantages du tube à sortie inductive et du collecteur à cuvette en gradins n'a pas fait l'objet de recherches actives. L'opinion commune des experts en 1 5 ce domaine a été que toute amélioration de rendement qu'on obtiendrait en combinant ces particularités ne serait que de l'ordre de 10 à 15 % aux niveaux de

puissance de crête, et que cela ne valait donc pas la peine d'effectuer des investis-

sements supplémentaires pour modifier les modèles existants. Voir Gilmour, Microwave Tubes, pages 196-200 (Artech House 1986). De plus, on a pensé que le fait de déprimer en cuvette le collecteur demanderait une augmentation de la tension cathode-anode (pour une puissance de sortie donnée), et que, si l'on faisait appel à une dépression trop importante pour essayer d'accroître le rendement, il s'ensuivrait une détérioration de la qualité d'image du fait des électrons renvoyés dans l'espace d'interaction de la cavité. Voir Preist & Shrader, The Kystrode- -An Unusual Transmitting Tube With Potential For UHF-TV, Proceedings of the IEEE,

volume 70, page 1318 (1982).

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 650 751, qui est lié à la présente demande par "continuation partielle" (selon la procédure des Etats-Unis d'Amérique) a démontré que les connaissances classiques dans ce domaine de la technique n'avaient pas amené à reconnaître qu'un tube à sortie inductive possédant un collecteur à cuvette en gradins pouvait fournir un rendement élevé et presque constant sur une large gamme de puissance du signal RF par un choix soigneux des potentiels des étages d'électrodes des électrodes collectrices. Ainsi, il serait souhaitable d'adapter ces connaissances aux amplificateurs RF de fréquences inférieures ayant des cavités résonnantes constituées d'éléments inductifs et capacitifs discrets, plutôt qu'à des cavités résonnantes, dans le but d'obtenir le même rendement de fonctionnement élevé et presque constant sur une gamme de puissances du signal RF, comme cela avait été démontré jusqu'à ici pour les

niveaux de fréquences UHF.

Selon les enseignements de l'invention, il est proposé un amplificateur linéaire permettant d'amplifier un signal d'entrée qui présente un rapport élevé de la puissance de crête à la puissance moyenne. L'amplificateur linéaire combine les enseignements du tube à sortie inductive avec ceux du klystron à collecteur à cuvette en gradins afin d'obtenir un rendement de fonctionnement amélioré et une linéarité améliorée. Selon l'invention, l'amplificateur linéaire utilise des éléments de circuits résonnants à constantes localisées plutôt qu'une cavité accordée, pour étendre les avantages du fonctionnement à rendement élevé constant aux fréquences inférieures pour lesquelles la taille d'une cavité résonnante en

empêcherait purement et simplement l'utilisation.

L'amplificateur linéaire comprend un ensemble canon à électrons possédant une cathode et une anode séparée de la cathode. Un potentiel relativement élevé est appliqué entre l'anode et la cathode, et la cathode fournit un faisceau d'électrons en réponse au potentiel relativement élevé. Une grille de commande est placée entre la cathode et l'anode, à distance de celles-ci, et est couplée à un accès, ou port, d'entrée destiné à recevoir le signal d'entrée. Le signal

d'entrée provoque la modulation en densité du faisceau par la grille de commande.

La grille de commande est également couplée à une source de tension de polarisa-

tion afin d'empêcher l'émission du faisceau d'électrons pendant le demicycle négatif du signal d'entrée. Une pluralité d'étages collecteurs sont prévus, auxquels sont appliqués des potentiels électriques s'échelonnant respectivement entre le potentiel de la cathode et celui de l'anode, afin de recueillir efficacement les électrons du faisceau après que l'anode a été dépassée. Le premier des étages collecteurs est écarté de l'anode dans le sens opposé par rapport à la grille de commande et est en outre couplé à un accès de sortie afin que soit produit par celui-ci un signal de sortie amplifié. Les potentiels électriques respectifs des étages collecteurs ont des valeurs de tension correspondantes de façon à produire un

rendement élevé et presque constant sur la gamme de puissances du signal d'entrée.

Plus particulièrement, le potentiel électrique appliqué à chaque étage collecteur respectif est ajusté de façon à empêcher que les électrons ne soient collectés au potentiel relativement élevé. Les étages collecteurs sont couplés ensemble par des condensateurs afin d'empêcher que des champs RF ne se forment entre eux, et les étages collecteurs sont couplés aux potentiels électriques respectifs par l'intermédiaire de bobines d'induction respectives. De cette manière, les électrons qui ont abandonné de l'énergie à la grille de sortie ne seront pas

réaccélérés ou ralentis plus fortement par les éléments des étages collecteurs.

La description suivante d'un amplificateur linéaire pour basses

fréquences, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à permettre une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est un dessin simplifié montrant un tube à sortie inductive possédant un collecteur à cuvette en gradins (MSDC) selon l'invention; - la figure 2 est un graphe qui présente le rendement attendu pour un tube à sortie inductive possédant cinq étages collecteurs en cuvette; - la figure 3 est un graphe montrant le rendement attendu pour un tube à sortie inductive dont une première électrode collectrice formée par la structure du tube est au potentiel total du faisceau et une deuxième électrode collectrice est à une tension déprimée; - la figure 4 est une vue latérale d'un mode de réalisation du tube à sortie inductive à MSDC selon l'invention;

- la figure 5 est un dessin simplifié montrant un dispositif d'amplifica-

tion linéaire pour signaux de basse fréquence utilisant des grilles formant des électrodes;

- la figure 6 est un autre mode de réalisation du dispositif d'amplifica-

tion linéaire de la figure 5; et - la figure 7 est un élément d'induction de circuits résonnants destiné à

être utilisé dans l'autre mode de réalisation de la figure 6.

La présente invention concerne un amplificateur de radiofréquence (RF) qui offre des niveaux de rendement de fonctionnement et une linéarité plus élevés que ceux que l'on pouvait obtenir dans la technique antérieure. On obtient cette amélioration en combinant les caractéristiques de rendement élevé des tubes à sortie inductive et des collecteurs à cuvette en gradins et en faisant fonctionner le dispositif combiné en amplificateur de classe B. On se reporte maintenant à la figure 1, qui représente un dessin simplifié d'un tube à sortie inductive (10T) 10 à rendement élevé possédant un collecteur à cuvette en gradins (MSDC) 30. L'IOT 10 comporte un canon à électrons 12 sensiblement cylindrique qui possède une cathode thermo-ionique (dite aussi à émission thermoélectronique) 15 associée à une bobine de chauffage 13 disposée au-dessous de la surface de la cathode et couplée à une source VH de tension de chauffage. Une grille de commande 14 est placée tout près de la surface

de la cathode 15 et est couplée à une source VB de tension de polarisation de grille.

Une anode 16 à ouverture axiale est disposée en aval par rapport à la cathode 15 et à la grille de commande 14 au début d'une section tube de glissement qui comprend une première partie 22 et une deuxième partie 24. Les parties du tube de glissement sont séparées par un espace 27, qui ouvre dans une cavité 29. Une entrée RF 23 comprenant une boucle inductive est disposée au voisinage de la

grille de commande 14 de façon qu'un signal d'entrée RF soit couplé à la grille.

Selon une autre possibilité, le couplage d'entrée à la grille de commande 14 peut également être capacitif Une sortie RF 25, comprenant une boucle inductive, est disposée à l'intérieur de la cavité 29 afin d'extraire de la cavité une énergie

électromagnétique RF.

Le MSDC 30 est disposé axialement au-delà des parties du tube de glissement, à une extrémité du tube, et possède une pluralité d'électrodes collectrices 32, 34, 36 et 38. Chacune des électrodes collectrices est d'une forme sensiblement annulaire, qui présente une partie entonnoir qui se rétrécit dans la direction de PlOT 10. Un potentiel est appliqué à chacune des électrodes collectrices afin de déprimer leur tension par rapport à l'IOT 10, comme cela sera

expliqué plus complètement ci-après.

La puissance délivrée au canon à électrons 12 et au MSDC 30 est fournie par un transformateur 40 recevant un courant alternatif (AC) d'une source d'alimentation électrique d'entrée. Des premières diodes de redressement 48, et 482 fournissent un potentiel au premier étage collecteur 32. Des deuxièmes diodes de

redressement 46, et 462 fournissent un potentiel au deuxième étage collecteur 34.

Des troisièmes diodes de redressement 441 et 442 fournissent un potentiel au troisième étage collecteur 36. Des quatrièmes diodes de redressement 42, et 422

fournissent un potentiel au quatrième étage collecteur 38. Dans le mode de réali-

sation de la figure 1, les quatrièmes diodes de redressement 422 et 422 fournissent aussi ce même niveau de potentiel à la cathode 15. Des condensateurs de filtrage d'intégration 52, 54, 56 et 58 sont respectivement incorporés et servent à maintenir un potentiel constant sur chacune des électrodes. Le potentiel constant appliqué à chaque étage collecteur successif est, de façon générale, un pourcentage croissant du potentiel de la cathode, l'étage de l'électrode finale étant au potentiel de la

cathode ou un potentiel proche.

Un signal d'entrée RF est appliqué entre la cathode 15 et la grille de commande 14, tandis qu'un potentiel continu stationnaire, typiquement compris entre 10 et 30 kV, est maintenu entre la cathode 15 et l'anode 16, l'anode étant de préférence au potentiel de la terre. Un faisceau d'électrons à énergie de courant continu élevée est formé et est accéléré en direction de l'anode 16 sous un potentiel élevé, et il la traverse avec une interception minimale. Un champ magnétique extérieur à l'ampoule sous vide de l'IOT 10 est prévu pour focaliser le faisceau et le confiner dans les limites d'un diamètre constant, tandis qu'il va de IOT 10 au MSDC 30. Le signal d'entrée RF qui est induit dans la grille 14 module le faisceau d'électrons 2, formant une modulation en densité ou "mettant en paquets" les électrons en correspondance avec la fréquence du signal RF, comme représenté en 18 sur la figure 1. Le faisceau modulé en densité passe au travers de l'anode 16 et franchit l'espace 27 qui existe entre les première et deuxième parties du tube de

glissement. Le franchissement de l'espace 27 induit un signal RF d'onde électro-

magnétique correspondant dans la cavité de sortie 29, lequel est fortement amplifié par comparaison avec le signal d'entrée. Cette énergie d'onde RF est ensuite

extraite du tube 10 via la sortie 25, par couplage inductif ou capacitif.

Après traversée des parties 22 et 24 du tube de glissement, le faisceau d'électrons maintenant épuisé entre dans le MSDC 30. Selon l'énergie des électrons compris à l'intérieur du faisceau, ces électrons sont efficacement recueillis sur l'une ou l'autre des électrodes collectrices 32, 34, 36 et 38. Les électrons qui possèdent le niveau d'énergie le plus élevé traverseront tout jusqu'au quatrième étage collecteur déprimé 38, tandis que les électrons ayant de moindres quantités

d'énergie seront recueillis sur l'un des étages précédents.

Puisqu'on fait fonctionner l'IOT 10 en amplificateur de classe B, aucun courant de faisceau électronique venant de la cathode ne circule dans la grille 14 pendant le demi-cycle négatif du signal d'entrée RF appliqué à la grille. Pendant chaque demi-cycle positif, une impulsion de courant RF passe dans la cavité 29 et

abandonne une partie de son énergie au champ électrique formé dans l'espace 27.

La hauteur de l'impulsion de courant tout comme celle du courant moyen dans la chaîne d'impulsions augmentent lorsque la tension d'excitation RF appliquée sur la grille de commande augmente, et le courant RF de la chaîne d'impulsions, soit IRF, augmente proportionnellement au courant de faisceau (en courant continu) I. La puissance de sortie l'IOT est égale à IRF2R, o R est la résistance parallèle opposée au faisceau dans l'espace 27. Dans le collecteur à cuvette en gradins (ou collecteur déprimé à plusieurs étages), l'énergie en excès minimale des électrons sortant du tube sera proportionnelle à la différence entre la tension de faisceau (en courant continu) et la tension RF. Cette énergie en excès sera récupérée par recueil des électrons sur les étages collecteurs avec des potentiels compris entre la tension de cathode et la tension de faisceau. Lorsque la tension d'excitation RF augmente, le courant RF présent dans la cavité provoque l'apparition d'une tension VRF sur la résistance parallèle. Ainsi, s'il y a suffisamment d'étages collecteurs pour que le potentiel de recueil soit proche du potentiel de faisceau (courant continu) moins VRF, la puissance d'entrée en courant continu appliquée au tube est presque

proportionnelle à VRrI.

La combinaison du tube à sortie inductive 10 avec le collecteur à cuvette en gradins 30 produit un résultat surprenant. Non seulement le courant de 1 O faisceau (en courant continu) est proportionnel à IpRF, mais la tension de recueil de faisceau effective est proportionnelle à VRF et la puissance d'entrée appliquée à l'IOT 10 est proportionnelle à IRFVRF, soit sa puissance de sortie. Le rendement de l'IOT sur la gamme complète de puissances de l'IOT est presque constant et indépendant du niveau auquel l'amplificateur fonctionne. Non seulement le rendement de crête de l'IOT augmente par suite du recueil des électrons de manière plus efficace à la puissance maximale, mais un rendement très proche du rendement de crête est obtenu à tous les niveaux de fonctionnement. Par augmentation de la tension du faisceau et du courant du faisceau à des niveaux suffisants pour entretenir une puissance instantanée très élevée, et par le fait qu'on évite le recueil d'une quelconque partie de ce courant sur des électrodes maintenues à ce potentiel, HOT peut réaliser une amplification extrêmement linéaire. La totalité du courant de faisceau sera recueillie sur les étages déprimés et il n'y aura aucune perte de rendement. Alors que la figure 1 décrit un collecteur qui possède quatre étage déprimés, il est clair que l'on pourrait avantageusement utiliser cinq, six ou un nombre quelconque de ces étages. Toutefois, lorsque le nombre d'étages collecteurs augmente, la complexité du dispositif augmente également, jusqu'à un point o l'avantage d'un rendement accru entre en conflit avec la complexité. En réalité, l'extrémité de la structure d'IOT 10 se trouvant avant le collecteur 30, comme illustré en 31 sur la figure 1, est au potentiel d'anode et peut faire fonction d'une première électrode collectrice. Comme cela sera expliqué ci-après, lorsqu'on limite la tension de sortie RF pour améliorer la linéarité, on obtient un rendement maximal en empêchant le recueil des électrons épuisés sur cette première électrode

se trouvant au potentiel de l'anode.

Les tensions exactes sélectionnées pour chaque étage doivent être ajustées de manière à minimiser la puissance appliquée en entrée à l'IOT eu égard O10 au caractère statistique particulier du signal RF qui est amplifié. A titre d'exemple, la figure 2 montre le rendement théorique d'un IOT selon l'invention, qui possède cinq étages collecteurs déprimés se trouvant respectivement à 0,7, 0,45, 0,3, 0,2 et 0,1 fois la tension de faisceau et pour une tension RF maximale de la cavité de sortie qui est égale à 0,7 fois la tension de faisceau, que l'on compare avec le rendement d'un IOT classique. Chacune des crêtes de rendement de 'IOT à MSDC de la figure 2 correspond aux potentiels particuliers sélectionnés des électrodes collectrices. On a calculé les rendements en supposant les impulsions de courant en

onde demi-sinusoïdale et des tensions d'espace de sortie sinusoïdales. Cette hypo-

thèse conduit à un rendement maximal de 78,5 % pour l'IOT classique et à des rendements compris entre 80 et 90 % sur la plus grande partie de la gamme de puissance de l'IOT à MSDC. On note que la valeur réelle obtenue concrètement dans la mise en oeuvre d'un amplificateur UHF, aussi bien pour l'IOT classique que pour l'IOT à MSDC, sera quelque peu réduite en raison des effets des charges

spatiales et de l'étalement des temps de transit des électrons.

Un rendement amélioré peut être réalisé à l'aide de l'invention sur une gamme plus étroite de puissance de sortie avec une unique électrode collectrice déprimée présentant un potentiel choisi pour coïncider avec la puissance de sortie demandée la plus faible. A titre d'exemple, la figure 3 montre le rendement d'un IOT o l'extrémité de l'IOT fait fonction d'une première électrode collectrice pour la pleine tension de faisceau et o une deuxième électrode, comprise à l'intérieur du collecteur 30, est déprimée à 0,7 fois la tension de faisceau, que l'on compare avec le rendement d'un IOT classique. Ainsi, l'amplificateur RF selon l'invention est ajusté pour fournir un rendement élevé presque constant à n'importe quel niveau de puissance compris entre la moitié de la puissance maximale et la puissance maximale, au lieu d'obéir à une relation en racine carrée de la puissance de sortie, comme c'est le cas pour les tubes à sortie inductive et les klystrons à collecteur à

cuvette en gradins.

Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que, en faisant varier le nombre d'étages collecteurs déprimés et leurs potentiels respectifs, on peut optimiser le rendement moyen pour n'importe quel caractèrestatistique du signal qui est amplifié. Puisqu'un système d'émission HDTV (télévision haute définition) est susceptible de fonctionner avec une puissance moyenne valant 0,25 fois la puissance maximale, plusieurs électrodes à tension basse seront nécessaires pour

permettre la récupération d'une énergie maximale à ce niveau de fonctionnement.

il Selon un mode de réalisation de l'invention, un IOT 60 possédant un MSDC est représenté sur la figure 4, o les éléments identiques à ceux de la figure 1 ont reçu des numéros de référence identiques. L'IOT 60 possède une cathode modifiée 62 possédant une grille alignée 64 facultative, une grille de commande 66 et une surface de cathode convergente 68. La cathode 62 est couplée à une source de tension d'élément thermo-ionique (indiquée par la référence "HTR" sur la figure 4) et à une source de tension de surface émettrice (indiquée par "cathode" sur la figure 4). La grille alignée 64 et la grille de commande 66 peuvent être formées d'un matériau perforé ou d'un matériau en treillis de fil, le matériau étant un métal réfractaire, comme molybdène ou le tungstène, et elles peuvent être revêtues d'un matériau de suppression d'émission électronique primaire, comme le titane. La grille alignée 64 fonctionne sous un potentiel continu égal au potentiel de cathode, ou très proche de ce potentiel, et la grille de commande 66 reçoit le signal d'entrée RF (indiqué par "RF IN" sur la figure 4). La grille alignée 64 masque la grille de

commande 66 de sorte qu'aucun électron ne vient frapper la grille de commande.

Puisque la grille de commande 66 atteint un potentiel positif plutôt élevé pour la

crête de la tension d'excitation RF, le fait de la protéger des électrons en inter-

posant la grille alignée 64 entre elle et la cathode 62 réduit sensiblement la puissance de chauffage de la grille, la température de la grille, ainsi que la probabilité d'une émission électronique primaire par la grille. Une configuration de grille alignée est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 737 680

(GRIDDED ELECTRON GUN), qui a été cédé au présent cessionnaire.

La surface de cathode convergente 68 est sensiblement concave, la grille alignée 64 et la grille de commande 66 ayant des formes similaires. Une anode 76 est formée par l'avant de la première partie 22 du tube de glissement, et se trouve au potentiel de la terre. Les lignes de champ électrique émanant de la grille de commande 66 et de l'anode 73 atteignent la grille alignée 64 et rendent positif le gradient de potentiel hors cathode en l'absence de charge spatiale, sur une certaine zone en arrière des ouvertures des grilles d'o la cathode émet des électrons. En ajustant les tensions (polarisations) moyennes de la grille alignée 64 et de la grille de commande 66 par rapport à la surface de cathode 68 (comme indiqué par "polarisation de grille" sur la figure 4), on peut obtenir une linéarité améliorée pour le courant de cathode en fonction de la tension RF de la grille de commande. Les électrons émis par effet thermo-ionique par la surface de cathode 68 suivent un trajet qui est sensiblement perpendiculaire à la surface de cathode, et ils se focalisent en un faisceau sensiblement linéaire sous l'effet du champ magnétique appliqué dans MIOT depuis l'extérieur de l'ampoule sous vide. Le champ magnétique est fourni par un aimant à solénoïde (non représenté), et il est dirigé dans le dispositif par des plaques de fer 72 et 74 se trouvant de part et d'autre de la cavité 29. La taille du trou ménagé dans la plaque 72 contribue à conformer le champ magnétique dans la région comprise entre la cathode 62 et l'anode 76, de façon que les lignes de champ magnétique soient assez sensiblement parallèles aux trajectoires voulues des électrons. De cette manière, tous les électrons émis sont guidés, de la surface de cathode 68 à la région collectrice, via l'anode 76 et la cavité de sortie 29, pour tous les niveaux de courant. Le collecteur comporte cinq étages déprimés, indiqués en 92, 94, 96, 98 et 102. Comme expliqué ci-dessus, l'extrémité de la structure d'IOT 74 joue le rôle d'un premier étage collecteur, et se trouve au potentiel d'anode. L'étage collecteur final 102 est conformé suivant une pointe, de façon à former une région de champ électrique radial qui force les électrons entrants à s'en aller radialement vers l'extérieur de façon à venir frapper perpendiculairement sur l'une des électrodes collectrices précédentes. Les impulsions de courant de faisceau passant dans l'espace 27 de la cavité de sortie 29 induisent dans la cavité des champs magnétiques et électriques, et les champs électriques extraient de l'énergie des électrons. Pour les courants faibles, les champs présents dans la cavité de sortie 29 seront faibles et l'énergie minimale des électrons quittant l'espace 27 sera élevée. Pour les courants forts, les champs de la cavité seront élevés et l'énergie minimale des électrons quittant la cavité de sortie sera faible. Selon le niveau du courant et les champs instantanés présents dans la cavité de sortie, un électron pourra suivre une trajectoire analogue à l'une de celles indiquées en 82, 83, 84, 85 et 86. Puisque les électrodes collectrices sont connectées à des potentiels décroissants, plus un électron possède de l'énergie, et plus profondément il pénètre dans le MSDC 30. Lorsqu'il a perdu toute son énergie, il fait demi-tour et est recueilli par le premier étage collecteur qu'il frappe. Heureusement, les forces liées à la charge spatiale poussent les électrons radialement vers l'extérieur, et il existe une probabilité élevée qu'un

électron soit recueilli sur l'étage collecteur présentant le plus bas potentiel possible.

Des distorsions d'amplitude et de phase résultent du quasi-arrêt de certains électrons dans l'espace de sortie. Pour obtenir une excellente linéarité d'amplitude et de faibles distorsions de phase, il faut que la tension RF présente dans l'espace de sortie 27 soit maintenue entre environ 90 % et 75 % du potentiel cathode-anode. Avec cette tension, les électrons les plus lents posséderont entre environ 10 % et 25 % de l'énergie initiale du faisceau ou entre environ 32 % et % de la vitesse initiale du faisceau. On peut obtenir ceci en ajustant l'impédance de l'espace de sortie. Si la première électrode collectrice 92 possède un potentiel égal à l'amplitude de crête de la tension RF de l'espace de la cavité, la totalité du courant peut être recueillie sur les électrodes collectrices, et le rendement est plus élevé que celui des tubes à sortie inductive existants non dotés de collecteurs déprimés, en même temps qu'il est produit une amplification beaucoup plus fidèle

de ce signal.

L'homme de l'art doit comprendre qu'un tube à sortie inductive fonc-

tionnel ayant un collecteur déprimé à plusieurs étages (ou collecteur à cuvette en

gradins) demande des dispositifs de refroidissement qui maintiennent la tempéra-

ture du collecteur à l'intérieur d'un intervalle raisonnable. Ces dispositifs de refroi-

dissement peuvent comprendre une chemise à eau ou des ailettes à refroidissement 1 5 par air. De plus, des structures bimétalliques seront typiquement incorporées, pour

compenser les différences de dilatation thermique.

On se reporte maintenant à la figure 5. Un autre mode de réalisation selon l'invention est proposé, dans lequel les techniques ci-dessus indiquées sont appliquées à l'amplification de signaux de basse fréquence. Il faut noter que les dispositifs décrits ci-dessus ne seraient pas adaptés, d'un point de vue pratique, à l'utilisation pour l'amplification de signaux RF dans une gamme de fréquences plus basses que 100 NMHiz, car la taille des cavités d'entrée et de sortie devrait nécessairement être très grande. Par conséquent, l'amplificateur linéaire de la figure utilise des éléments de circuits résonnants à constantes localisées au lieu de cavités accordées, pour étendre à l'amplification de signaux de basse fréquence les avantages d'un fonctionnement à rendement élevé constant. On envisage que l'amplificateur linéaire de la figure 5 soit utilisé pour amplifier des signaux d'entrée dont la fréquence s'abaisse, depuis la gamme VHF (c'està-dire de 30 à 300 MHz) en passant par la gamme ELF (bande des extrêmes basses fréquences, c'est-à-dire

inférieure à 3 kHz).

L'amplificateur linéaire de la figure 5 comprend un tube 110 sensible-

ment cylindrique qui possède une cathode thermo-ionique 112 disposée à une première extrémité du tube. L'amplificateur linéaire comprend en outre une grille de commande 114 placée au voisinage immédiat de la surface de la cathode 112, une anode 136 disposée en aval par rapport à la cathode et à la grille de commande, et une pluralité d'éléments collecteurs 138, 142, 144, 146, à la suite de l'anode. Une électrode collectrice finale 148 est disposée après les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146, à une deuxième extrémité du tube 110. L'anode

136 et les éléments collecteurs 138, 142, 144 et 146 sont représentés schématique-

ment sous la forme de grilles, comme cela est classique dans tels schémas, bien qu'ils soient plus susceptibles d'être réalisés par des plaques métalliques dotées chacune d'un trou passant destiné à permettre le passage des électrons, comme cela

est représenté sur les autres figures.

La cathode 112 comporte un élément chauffant 113 disposé en dessous

de la surface de la cathode et est couplée à une source de tension de chauffage VH.

Une borne de l'élément chauffant 113 est couplée à la terre. La grille de commande 114 et l'anode 136 sont couplées à la terre par l'intermédiaire de condensateurs de dérivation respectifs 124 et 126. L'anode 136 est couplée à une source de tension positive +VB, afin qu'il lui soit appliqué un potentiel positif Les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146 se voient appliquer des potentiels respectifs par des sources de tension respectives +VB2, +VB3, +VB4, +VB5 via des bobines d'induction respectives 162, 164, 166, 168. L'électrode collectrice 148 peut être constituée par une plaque conductrice, par exemple en cuivre, et est couplée à la terre par l'intermédiaire d'une bobine d'induction 172. Selon une autre possibilité, l'électrode collectrice finale 148 peut avoir un point se prolongeant axialement afin de contribuer à la conformation du champ électrique à l'intérieur du tube 110. Les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146 et l'électrode collectrice 148 sont couplées ensemble par l'intermédiaire de condensateurs respectifs 152, 154, 156, 158. Le potentiel appliqué à chacun des éléments collecteurs successifs est généralement un pourcentage croissant du potentiel de cathode, l'électrode finale se trouvant au

potentiel de cathode ou à une tension proche de celle-ci.

Un circuit d'entrée 122 possède un enroulement primaire couplé sur un accès d'entrée (indiqué par "RF IN") et un enroulement secondaire mis à la résonance à l'aide d'un condensateur 118 couplé entre la grille de commande 114 et une borne de source de tension Vc de polarisation de grille de commande. Un circuit de sortie 132 possède un enroulement secondaire couplé sur un accès de sortie (indiqué par "RF OUT") et un enroulement primaire mis à la résonance à l'aide d'un condensateur 134 couplé entre l'anode 136 et le premier élément collecteur 138. Le circuit d'entrée 122 et le condensateur 118 fonctionnent de la

même manière que la cavité d'entrée des dispositifs pour haute fréquence précé-

demment décrits et, de la même façon, le circuit de sortie 132 et le condensateur

134 fonctionnent de la même manière que la cavité de sortie.

Le potentiel positif présent sur l'anode 136 fait qu'un faisceau d'électrons à énergie élevée de courant continu est accéléré en direction de l'anode 136 se trouvant à un potentiel élevé et la traverse au prix d'une interception minimale. Le signal d'entrée appliqué à l'accès d'entrée est couplé par induction, via le transformateur 122, à la grille de commande 114. De la même manière que pour les dispositifs haute fréquence décrits ci-dessus, le signal d'entrée module en densité le faisceau d'électrons fourni par la cathode 112, afin de former une modulation en densité ou une "mise en paquets" des électrons en correspondance avec la fréquence du signal d'entrée. Le faisceau modulé en densité traverse l'anode 136 et l'espace défini entre l'anode et le premier des éléments collecteurs, soit 138,

de manière à induire un signal électromagnétique correspondant dans le transfor-

mateur de sortie 132, lequel signal est fortement amplifié par comparaison avec le signal d'entrée. Le signal de sortie est ensuite extrait du tube 110 via l'accès de sortie. La source de tension Vc de polarisation de la grille de commande fait fonctionner l'amplificateur linéaire en amplificateur de classe B. Par conséquent, aucun courant de faisceau électronique venant de la cathode 112 ne passe dans la grille de commande 114 pendant le demi-cycle négatif du signal d'entrée appliqué à la grille de commande. Pendant chaque demi-cycle positif, une impulsion de courant passe, depuis la cathode 112, dans la grille de commande 114 du fait de la tension RF présente sur les enroulements secondaires du circuit d'entrée 122. La hauteur de l'impulsion de courant ainsi que celle du courant moyen dans la chaîne d'impulsions augmentent lorsque la tension d'excitation présente sur la grille de commande 114 augmente, et le courant RF de la chaîne d'impulsions augmente proportionnellement au courant de faisceau continu I. La puissance de sortie de l'amplificateur linéaire est proportionnelle à I2R, o R est la résistance parallèle opposée au faisceau dans l'espace, si bien que les mêmes caractéristiques sont

présentées que pour les dispositifs haute fréquence décrits ci-dessus.

Pour obtenir le même rendement de recueil d'électrons que les collecteurs à cuvette en gradins des dispositifs haute fréquence, il est nécessaire d'exclure les champs électriques RF de la région se trouvant entre les éléments collecteurs, de façon que les électrons qui abandonnent de l'énergie à l'espace ne soient pas réaccélérés ou plus encore ralentis dans le collecteur. Dans l'amplificateur linéaire de la figure 5, les condensateurs de connexion 152, 154, 156, 158 présentent une faible impédance vis-à-vis des courants RF entre les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146 et l'électrode finale 148. De ce fait, les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146 et l'électrode finale 148 voient leurs potentiels monter et descendre ensemble avec la fréquence du signal d'entrée. Les éléments collecteurs 138, 142, 144, 146 et l'électrode finale 148 sont donc connectés à leurs sources de tension respectives via les bobines d'induction 162, 164, 166, 168, 172, qui jouent le rôle de bobines d'arrêt RF. Les tensions exactes sélectionnées pour chaque élément collecteur doivent être ajustées de façon à minimiser la puissance appliquée en entrée à l'amplificateur pour le caractère

statistique particulier du signal qui est amplifié.

Comme dans le dispositif haute fréquence, le rendement de l'amplifica-

teur linéaire basse fréquence sur toute une gamme de puissances est presque

constant et indépendant du niveau auquel l'amplificateur fonctionne. Non seule-

ment le rendement de crête de l'amplificateur linéaire est augmenté par le recueil des électrons de manière plus efficace à la puissance maximale, mais on obtient un rendement très proche du rendement de crête pour tous les niveaux de fonctionnement. Par une augmentation de la tension de faisceau et du courant de faisceau jusqu'à des niveaux suffisants pour maintenir une puissance instantanée très élevée, et par le fait qu'on évite le recueil d'une quelconque partie de ce courant sur des éléments collecteurs maintenus à ce potentiel, l'amplificateur peut effectuer une amplification extrêmement linéaire. La totalité du courant de faisceau

est recueillie sur les étages déprimés, et il n'y a pas de perte de puissance.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, il sera également possible de construire un dispositif à rendement constant en combinant les enseignements des divers modes de réalisation décrits ci-dessus. Plus spécialement, un tel dispositif pourrait être construit à l'aide de l'IOT 10 et du MSDC 30 de la figure 1, mais en utilisant les circuits résonnants à constantes réparties de la figure à la place des cavités résonnantes. De cette manière, un dispositif IOT existant pourra être modifié pour pouvoir fonctionner dans les basses fréquences. Un

exemple d'un tel dispositif est représenté sur la figure 6.

Plus spécialement, l'amplificateur linéaire de la figure 6 comprend un tube 210 sensiblement cylindrique qui possède une cathode thermo- ionique 212 disposée à une première extrémité du tube et une grille de commande 214 placée très près de la surface de la cathode. La grille de commande 214 peut être constituée d'un matériau perforé ou en treillis de fil, le matériau étant un métal réfractaire, comme le molybdène ou le tungstène, et peut être revêtue d'un matériau de suppression d'émission électronique primaire, comme le titane. La cathode 212 et la grille de commande 214 de la figure 6 comportent une surface sensiblement concave, même s'il faut comprendre que d'autres formes peuvent également être utilisées pour obtenir les caractéristiques voulues de forme du

faisceau d'électrons, comme cela est bien connu dans la technique.

Une électrode d'anode 220 de forme annulaire est disposée en aval de la cathode 212 et de la grille de commande 214. Comme représenté sur la figure 6, l'électrode d'anode 220 possède une surface de bord antérieur 221 qui va en s'amincissant. Plusieurs électrodes collectrices 222, 224, 226, 228 sont disposées en série à la suite de l'électrode d'anode 220 et sont sensiblement annulaires, présentant une forme conique comme dans les électrodes collectrices déprimées, ou en cuvette, des dispositifs haute fréquence classiques. Une électrode collectrice finale 230 est disposée après les électrodes collectrices 222, 224, 226, 228, à une deuxième extrémité du tube 210. Un espace est défini entre l'électrode d'anode 220 et la première électrode collectrice 222, et les deux électrodes ont des surfaces aplaties qui se font face de part et d'autre de l'espace. L'électrode d'anode 220 et les électrodes collectrices 222, 224, 226, 228 peuvent chacune être constituées en

un matériau électriquement et thermiquement conducteur, comme le cuivre.

Comme dans le mode de réalisation de la figure 5, la cathode 212 comporte un élément chauffant 213 disposé au-dessous de la surface de la cathode, et est couplée à une source de tension VH de chauffage. L'électrode d'anode 220 est couplée à une source de tension positive + VI servant à appliquer une tension positive à cette électrode. La première électrode de collecteur 222 est également couplée à +VI via un circuit résonnant parallèle formé d'une bobine d'induction 242 et d'un condensateur 234. Les électrodes collectrices 224, 226, 228 et 230 se voient appliquer des potentiels respectifs par des sources de tension + V2, +V3,

+V4, +V5 respectives via des bobines d'induction respectives 244, 246, 248, 252.

Les bobines d'induction 242, 244, 246, 248 et 252 sont couplée ensemble par induction de façon que la même tension RF apparaisse à leurs bornes, et peuvent être constituées d'un unique élément inductif 240, qui sera décrit de manière plus détaillée ci-après en liaison avec la figure 7. Comme dans le mode de réalisation précédent, le potentiel appliqué à chacune des électrodes collectrices successives est, de façon générale, un pourcentage croissant du potentiel de cathode, l'étage de l'électrode finale étant au potentiel de cathode ou à une tension proche de ce potentiel. Les bobines d'induction 244, 246, 248, 252 ont pour fonction d'exclure les champs électriques RF de la région se trouvant entre les électrodes collectrices, de façon que les électrons qui abandonnent de l'énergie à l'espace ne soient pas

réaccélérés ou plus encore ralentis dans le collecteur.

Un transformateur d'entrée 262 possède un enroulement primaire qui est couplé sur un accès d'entrée (indiqué par "RF IN") et un enroulement secondaire mis à la résonance à l'aide d'un condensateur 264 qui est couplé entre la grille de commande 214 et une borne de source de tension Vc de polarisation de grille de commande. Un transformateur de sortie est formé par un enroulement secondaire 266 couplé sur un accès de sortie (indiqué par "RF OUT") et un enroulement primaire formé par la bobine d'induction 242 qui est couplée entre l'électrode d'anode 220 et la première électrode collectrice 222. Le transformateur d'entrée 262 et le condensateur 264 fonctionnent de la même manière que la cavité d'entrée des dispositifs haute fréquence précédemment décrits, et, de même, le transformateur de sortie formé par l'enroulement secondaire 266, la bobine d'induction 242 et le condensateur 234 fonctionnent de la même manière que la

cavité de sortie.

Comme dans les modes de réalisation précédents, la source de tension Vc de polarisation de la grille de commande fait fonctionner l'amplificateur linéaire en amplificateur de classe B. Par conséquent, aucun courant de faisceau d'électrons venant de la cathode 212 ne circule dans la grille de commande 214 pendant le demi-cycle négatif du signal d'entrée appliqué à la grille de commande. Pendant chaque demi- cycle positif, une impulsion de courant circule dans la grille de commande 214 et abandonne une partie de son énergie au champ électrique formé dans l'espace qui se trouve entre l'électrode d'anode 220 et la première électrode collectrice 222. La hauteur de l'impulsion de courant aussi bien que celle du courant moyen, dans la chaîne des impulsions, augmentent lorsque la tension d'excitation appliquée sur la grille de commande 214 augmente, et le courant de la chaîne d'impulsions augmente proportionnellement au courant de faisceau continu I. La puissance de sortie de l'amplificateur linéaire est proportionnelle à I2R, o R est la résistance parallèle présentée au faisceau dans l'espace d'interaction, ce qui

donne les mêmes caractéristiques que les dispositifs haute fréquence décrits ci-

dessus. Les bobines d'induction respectives 242, 244, 246, 248, 252 utilisées

pour coupler les alimentations en tension aux électrodes collectrices sont étroite-

ment couplées ensembles de façon inductive, si bien qu'aucune tension RF n'existe entre les éléments 222, 224, 226, 228 et 230. Il est également possible de les combiner en un unique élément inductif, comme indiqué en 240. Par exemple, les fils isolés qui sont utilisés pour coupler les électrodes collectrices respectives peuvent être torsadés ensemble avec le fil du circuit résonnant couplé sur l'espace, et être formés en une hélice afin de former toutes les bobines d'induction. Un deuxième procédé permettant de réaliser les éléments inductifs est illustré sur la figure 7, qui montre qu'un tube formant une bobine d'induction résonnante 270 et des fils 282, 272, 274, 276, 278 qui couplent respectivement les sources de tension +VI, +V2, +V3, +V4, +V5 aux électrodes respectives 220, 222, 224, 226, 228 effectue les fonctions des bobines d'induction respectives 242, 248, 246, 244 et

252. Le tube bobine d'induction 270 peut être constitué en un matériau électrique-

ment conducteur, par exemple en cuivre, que l'on forme en une hélice. Un conden-

sateur de circuit résonnant 284 est couplé entre les extrémités du tube bobine d'induction 270, et joue le rôle du condensateur 234. Il faut noter que le tube bobine d'induction 270 produit la bobine d'induction 242 qui est représentée sur la

figure 6.

Il a été décrit un mode de réalisation préféré d'un tube à sortie inductive ayant des électrodes collectrices à cuvette en gradins, ainsi que des procédés permettant de l'ajuster pour obtenir des performances optimales lors de

l'amplification de signaux ayant des caractéristiques statistiques différentes.

Toutefois, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des

procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et

nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de

l'invention.

Claims (21)

REVENDICATIONS

1. Amplificateur linéaire permettant d'amplifier un signal d'entrée qui

présente un rapport élevé de sa puissance de crête à sa puissance moyenne, l'ampli-

ficateur étant caractérisé en ce qu'il comprend: un ensemble canon à électrons (12) possédant une cathode (15; 62;

112; 212);

une anode (16; 76; 136; 220) écartée de ladite cathode; un moyen servant à appliquer une tension relativement élevée entre ladite anode et ladite cathode, ladite cathode produisant un faisceau d'électrons en réponse audit potentiel relativement élevé; une grille de commande (14; 66; 114; 214) disposée à une certaine distance entre ladite cathode et ladite anode, ladite grille de commande étant couplée à un accès d'entrée (23; "RF IN") destiné à recevoir ledit signal d'entrée, ledit signal d'entrée amenant ladite grille de commande à moduler en densité ledit faisceau (18), ladite grille de commande étant en outre couplée à une source de tension de polarisation (VB; Vc) qui sert à empêcher l'émission dudit faisceau d'électrons pendant le demi-cycle négatif dudit signal d'entrée; et une pluralité d'étages collecteurs (32, 34, 36, 38; 92, 94, 96, 98, 102 138, 142, 144, 146, 148; 222, 224, 226, 228, 230) se voyant chacun appliquer un potentiel électrique respectif s'échelonnant entre le potentiel de ladite cathode et le potentiel de ladite anode afin de recueillir efficacement lesdits électrons dudit faisceau après le passage au-delà de ladite anode, le premier desdits étages collecteurs étant écarté de ladite anode dans un sens opposé par rapport à ladite grille de commande et étant couplé à un accès de sortie (25; "RF OUT"), ledit accès de sortie fournissant un signal de sortie amplifié, lesdits potentiels électriques respectifs desdits étages collecteurs ayant des valeurs de tension correspondantes de manière à produire un rendement élevé presque constant sur une gamme de

puissances dudit signal d'entrée.

2. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que

ledit accès d'entrée comprend en outre un transformateur (40; 122; 262).

3. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que

ledit accès de sortie comprend en outre un transformateur (132).

4. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il

y a au moins deux dits étages collecteurs.

5. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier desdits étages collecteurs présente un potentiel électrique égal au potentiel de faisceau total, et un deuxième desdits étages collecteurs possède un

potentiel déprimé qui est égal à une fraction dudit potentiel de faisceau.

6. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dit potentiel électrique appliqué auxdits étages collecteurs respectifs est ajusté afin d'empêcher le recueil desdits électrons audit potentiel relativement élevé.

7. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal d'entrée comprend en outre un signal RF qui possède une fréquence comprise dans une gamme permettant l'utilisation de circuits résonnants d'éléments

à constantes localisées pour former lesdits accès d'entrée et de sortie.

8. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits étages collecteurs sont couplés ensemble par des condensateurs (52, 54, 56, 58; 152, 154, 156, 158) destinés à empêcher que des champs RF ne se forment

entre eux.

9. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits étages collecteurs sont couplés ensemble par des bobines d'induction (162, 164, 166, 168, 172; 242, 244, 246, 248, 252) afin d'empêcher que des champs RF

ne se forment entre eux.

10. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits étages collecteurs sont couplés auxdits potentiels électriques respectifs par l'intermédiaire de bobines d'induction respectives (162, 164, 166, 168, 172;

242, 244, 246, 248, 252).

11. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'application de potentiel comprend en outre une source de

tension positive couplée à ladite anode.

12. Amplificateur linéaire selon la revendication 11, caractérisé en ce

que ladite cathode est couplée à la terre.

13. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce

que ladite anode comprend en outre une grille d'anode.

14. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits étages collecteurs comprennent en outre des grilles de collecteurs respectives.

15. Amplificateur linéaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits étages collecteurs sont couplés auxdits potentiels électriques respectifs par l'intermédiaire de conducteurs isolés qui sont disposés à l'intérieur d'un

résonateur commun (240).

16. Amplificateur linéaire selon la revendication 15, caractérisé en ce

que ledit résonateur commun comprend en outre un tube en hélice (270).

17. Procédé permettant d'amplifier un signal d'entrée, le procédé comprenant les opérations suivantes: accélérer un faisceau d'électrons venant d'un ensemble canon à électrons, qui possède une cathode et une anode écartée de cette dernière, par application d'un potentiel relativement élevé entre ladite cathode et ladite anode; moduler en densité ledit faisceau d'électrons par l'application dudit signal d'entrée à une grille de commande disposée entre ladite cathode et ladite anode; polariser ladite grille de commande par rapport à ladite cathode afin d'empêcher l'émission dudit faisceau d'électrons pendant le demi-cycle négatif dudit signal d'entrée; induire un signal de sortie amplifié dans un transformateur de sortie en faisant passer ledit faisceau modulé en densité dans un espace couplé sur ledit transformateur de sortie; et recueillir les électrons dudit faisceau qui subsistent après la traversée dudit espace sur une pluralité d'étages collecteurs à chacun desquels est appliqué un potentiel électrique s'échelonnant entre le potentiel de la terre et le potentiel

électrique total dudit faisceau.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le premier desdits étages collecteurs possèdent un potentiel électrique égal au potentiel total du faisceau, et un deuxième desdits étages collecteurs possède un potentiel

déprimé égal à une fraction dudit potentiel de faisceau.

19. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à sélectionner lesdits potentiels électriques respectifs desdits étages collecteurs de façon à empêcher le recueil desdits électrons au

potentiel dudit faisceau.

20. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que ledit signal

d'entrée comprend en outre un signal RF basse fréquence.

21. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'opération consistant à empêcher que des champs RF ne se forment entre

lesdits étages collecteurs.