FR2786022A1 - MULTIBEAM ELECTRONIC TUBE WITH MINIMIZED ELECTRON INTERCEPTION - Google Patents
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Abstract
Description
TUBE ELECTRONIQUE MULTIFAISCEAU A INTERCEPTION DES
ELECTRONS MINIMISE
La présente invention est relative aux tubes électroniques à interaction longitudinale multifaisceaux tels que, par exemple, les tubes de la famille des klystrons ou des tubes à ondes progressives. Ces tubes, généralement construits autour d'un axe principal, comportent plusieurs faisceaux d'électrons longitudinaux. Parmi ces faisceaux certains sont décalés, c'est à dire qu'ils sont éteignes de I'axe principal. Ils sont généralement situés sur un cercle centré sur I'axe principal. II peut y avoir un faisceau central qui lui est calé sur l'axe principal mais ce n'est pas une obligation.MULTI-BEAM ELECTRONIC TUBE WITH INTERCEPTION OF
MINIMIZED ELECTRON
The present invention relates to electronic tubes with multibeam longitudinal interaction such as, for example, tubes of the klystron family or traveling wave tubes. These tubes, generally built around a main axis, have several longitudinal electron beams. Among these beams, some are offset, that is to say that they are off the main axis. They are generally located on a circle centered on the main axis. There may be a central beam which is wedged to it on the main axis but this is not an obligation.
Ces faisceaux sont souvent produits par un canon à électrons commun, équipé de plusieurs cathodes, d'une anode percée d'orifices à travers desquels passent les faisceaux. Ils sont recueillis en fin de course dans un ou plusieurs collecteurs. Entre le canon et le collecteur, ils traversent un corps qui est une structure hyperfréquence à la sortie de laquelle est extraite de t'énergie hyperfréquence. Cette structure peut tre formée d'une succession de cavités résonantes et de tubes de glissement. These beams are often produced by a common electron gun, equipped with several cathodes, with an anode pierced with orifices through which the beams pass. They are collected at the end of the race in one or more collectors. Between the barrel and the collector, they pass through a body which is a microwave structure at the outlet of which is extracted microwave energy. This structure can be formed of a succession of resonant cavities and sliding tubes.
Les faisceaux d'électrons, pour conserver leur forme longue et fine, sont focalisés par le champ magnétique d'un focalisateur centré sur I'axe principal et qui entoure la structure hyperfréquence.The electron beams, to keep their long and fine shape, are focused by the magnetic field of a focusing centered on the main axis and which surrounds the microwave structure.
Les avantages des tubes électroniques multifaisceaux sont les suivants : le courant produit est plus élevé et/ou bien la haute tension et la longueur sont plus faibles. The advantages of multi-beam electronic tubes are as follows: the current produced is higher and / or the high voltage and the length are shorter.
A performances sensiblement égales, l'encombrement du tube est de façon générale réduit. L'alimentation électrique et le modulateur utilisés sont ainsi simplifiés et plus compacts. Le rendement d'interaction est meilleur en raison de la pervéance généralement plus faible de chacun des faisceaux. At substantially equal performance, the size of the tube is generally reduced. The power supply and the modulator used are thus simplified and more compact. The interaction efficiency is better due to the generally lower perveance of each of the beams.
Pour les klystrons, la bande passante est élargie en raison du fait que les cavités sont chargées avec un courant plus important. For klystrons, the bandwidth is widened due to the fact that the cavities are charged with a higher current.
Par rapport aux tubes monofaisceaux, un inconvénient apparaissant au niveau du canon est qu'il se produit une interception des faisceaux décalés au niveau de I'anode. Ce phénomène est du à la répulsion électrostatique des faisceaux décalés par rapport au faisceau central. On essaye de supprimer cette interception en configurant le wehnelt, qui est une électrode qui jouxte les cathodes, pour que son bord entourant l'ensemble des cathodes soit plus haut que sa partie centrale. Compared with single-beam tubes, a drawback appearing at the level of the barrel is that interception of the beams offset at the level of the anode occurs. This phenomenon is due to the electrostatic repulsion of the beams offset from the central beam. We are trying to eliminate this interception by configuring the wehnelt, which is an electrode which adjoins the cathodes, so that its edge surrounding all of the cathodes is higher than its central part.
Un autre inconvénient est qu'il est difficile de générer un champ magnétique de focalisation optimum qui permette aux faisceaux de circuler dans le corps sans interception notable par les tubes de glissement. Another disadvantage is that it is difficult to generate an optimum focusing magnetic field which allows the beams to circulate in the body without notable interception by the sliding tubes.
Dans les klystrons multifaisceaux le courant intercepté, appelé courant corps, est souvent de l'ordre de 4 à 8 % alors qu'il ne dépasse pas 2 à 3 % dans les klystrons monofaisceaux classiques mme lorsque le faisceau est fortement modulé en haute fréquence. C'est le cas notamment des klystrons à fort rendement. In multi-beam klystrons the intercepted current, called body current, is often of the order of 4 to 8% whereas it does not exceed 2 to 3% in conventional single-beam klystrons even when the beam is strongly modulated at high frequency. This is particularly the case for high-yield klystrons.
Une interception trop importante entraîne non seulement un échauffement prohibitif nécessitant un système de refroidissement complexe et coûteux mais aussi un mauvais fonctionnement du tube car il peut se produire des dilatations, des dégazages, des changements de fréquence, des oscillations, des excitations de modes parasites, des électrons réfléchis, des bombardements ioniques et une interaction perturbée entre le faisceau et la structure hyperfréquence. Too much interception leads not only to a prohibitive heating requiring a complex and expensive cooling system but also to a malfunction of the tube because it can occur expansion, degassing, frequency changes, oscillations, excitations of parasitic modes, reflected electrons, ion bombardments and a disturbed interaction between the beam and the microwave structure.
Cette interception est due en partie à l'augmentation des forces de charge d'espace sous l'effet de la modulation en densité de plus importante au fur et à mesure que l'on se rapproche du collecteur, ce qui entraîne une augmentation de la section des faisceaux qui en conséquence se rapprochent des parois des tubes de glissement. This interception is due in part to the increase in space charge forces under the effect of the higher density modulation as one approaches the collector, which leads to an increase in the section of the beams which consequently approach the walls of the sliding tubes.
Elle est aussi due au focalisateur, souvent bobiné, qui inévitablement produit un champ magnétique radial dans les zones où le champ magnétique axial varie, c'est-à-dire à proximité du canon et du collecteur. It is also due to the focuser, often wound, which inevitably produces a radial magnetic field in areas where the axial magnetic field varies, that is to say near the barrel and the collector.
Globalement sur une moitié de la longueur du corps la composante radiale du champ magnétique est dans un sens et sur I'autre moitié elle dans l'autre sens. Ces composantes ont une action néfaste sur les faisceaux décalés qui subissent une force azimutale Fo tantôt dans un sens tantôt dans I'autre et qui serpentent alors dans les tubes de glissement. Overall over half the length of the body the radial component of the magnetic field is in one direction and in the other half it in the other direction. These components have a harmful action on the offset beams which undergo an azimuthal force Fo sometimes in one direction sometimes in the other and which then wind in the sliding tubes.
De plus le focalisateur n'étant jamais parfait, il produit des composantes magnétiques parasites défocalisantes. In addition the focuser is never perfect, it produces stray defocusing magnetic components.
Une autre cause importante de défocalisation spécifique aux tubes multifaisceaux est que chaque faisceau crée autour de lui un champ magnétique azimutal qui selon la configuration du tube et son mode de fonctionnement risque de perturber les autres faisceaux. Ce champ magnétique azimutal se traduit, au niveau des faisceaux décalés, par une force radiale FR centrifuge les dévie. Another important cause of defocus specific to multibeam tubes is that each beam creates an azimuthal magnetic field around it which, depending on the configuration of the tube and its mode of operation, may disturb the other beams. This azimuthal magnetic field is reflected, at the offset beams, by a centrifugal radial force FR deflects them.
Les figures 1 a, 1 b, 1 c montrent en coupe transversale le faisceau central c et un faisceau décalé d d'un tube multifaisceau classique. Ces faisceaux sont contenus chacun dans un tube de glissement g et les coupes sont faites à différents endroits du corps du tube. Figures 1 a, 1 b, 1 c show in cross section the central beam c and an offset beam d of a conventional multibeam tube. These bundles are each contained in a sliding tube g and the cuts are made at different locations in the body of the tube.
Le faisceau central c reste centré sur I'axe principal du tube (matérialisé par le repère 0 sur les figures) tout au long de son parcours pour des raisons de symétrie, mais sa section croit plus on se rapproche du collecteur. Pour éviter l'interception, il suffit de donner aux tubes de glissement g qu'il traverse une section appropriée. The central beam c remains centered on the main axis of the tube (materialized by the reference 0 in the figures) throughout its course for reasons of symmetry, but its section increases the closer one gets to the collector. To avoid interception, it suffices to give the sliding tubes g that it crosses an appropriate section.
Quant au faisceau décale d, il est soumis d'une part à la résultante FT des forces radiale FR et azimutale Fo qui le dévie et d'autre part à une augmentation de section due aux forces de charge d'espace du faisceau d lui-mme qui contribue à son interception par les parois du tube de glissement. Les forces ont été représentées. As for the offset beam d, it is subjected on the one hand to the resultant FT of the radial FR and azimuthal forces Fo which deflects it and on the other hand to an increase in section due to the space charge forces of the beam d itself- even contributing to its interception by the walls of the sliding tube. The forces were represented.
La coupe de la figure 1 a a été faite à proximité du canon, la coupe de la figure 1c à proximité du collecteur et la coupe de la figure 1b se situe entre les deux coupes précédentes. The section of Figure 1 was made near the barrel, the section of Figure 1c near the manifold and the section of Figure 1b is between the two previous sections.
Sur la figure 1a, la force radiale FR est d'amplitude moyenne, la force azimutale Fo de faible amplitude, leur résultante FT dévie le faisceau décalé d mais il n'y a pas encore interception, la section du faisceau décale d n'ayant pratiquement pas grossi depuis sa création. In FIG. 1a, the radial force FR is of average amplitude, the azimuthal force Fo of small amplitude, their resultant FT deflects the offset beam d but there is not yet interception, the section of the offset beam d having no practically not magnified since its creation.
Sur la figure 1 b, la force radiale FR est toujours d'amplitude moyenne tandis que I'amplitude de la force azimutale Fo et la section du faisceau décalé d ont augmenté. Le faisceau décalé d est dévié et il intercepte maintenant les parois du tube de glissement g. In FIG. 1 b, the radial force FR is always of average amplitude while the amplitude of the azimuthal force Fo and the section of the offset beam d have increased. The offset beam d is deflected and it now intercepts the walls of the sliding tube g.
Sur la figure 1c, I'amplitude de la force radiale FR a diminué tandis que celle de la force azimutale Fo est restée sensiblement constante mais le sens de la force azimutale Fo s'est inversé. La section du faisceau décalé d a encore grossi puisqu'on s'est rapproché du collecteur et ce faisceau décalé d est dévié et il intercepte encore plus le tube de glissement g
On sait qu'il est possible en soignant particulièrement la configuration du focalisateur et de son bobinage de réduire les composantes magnétiques défocalisantes et donc les forces déviantes.In FIG. 1c, the amplitude of the radial force FR has decreased while that of the azimuthal force Fo has remained substantially constant but the direction of the azimuthal force Fo has been reversed. The section of the offset beam da further magnified since we got closer to the collector and this offset beam d is deflected and it intercepts the sliding tube g even more
We know that it is possible, with particular care for the configuration of the focusing device and its winding, to reduce the defocusing magnetic components and therefore the deviating forces.
En utilisant des pièces polaires intermédiaires dans le corps du tube on peut aussi contribuer à réduire le champ magnétique radial. Ces améliorations n'apportent pas toute satisfaction. Using intermediate pole pieces in the body of the tube can also help reduce the radial magnetic field. These improvements are not entirely satisfactory.
Des améliorations peuvent aussi tre apportées au niveau du canon pour que les lignes de flux magnétique épousent sensiblement la trajectoire des électrons dès leur émission. Improvements can also be made at the level of the gun so that the magnetic flux lines substantially follow the trajectory of the electrons as soon as they are emitted.
On peut également donner aux tubes de glissement des diamètres intérieurs plus importants que ceux donnés aux tubes de glissement des tubes monofaisceaux ou agir sur l'inclinaison des tubes de glissement pour qu'ils suivent le mouvement général des faisceaux. It is also possible to give the sliding tubes larger inside diameters than those given to the sliding tubes of the single-beam tubes or to act on the inclination of the sliding tubes so that they follow the general movement of the beams.
La présente invention vise à réduire encore ces phénomènes d'interception, qu'ils aient lieu dans le canon ou dans le corps du tube, de manière simple et sans pratiquement dégrader les performances en gain et rendement du tube. The present invention aims to further reduce these interception phenomena, whether they take place in the barrel or in the body of the tube, in a simple manner and without practically degrading the gain and yield performance of the tube.
Pour y parvenir la présente invention propose un tube électronique multifaisceau, construit autour d'un axe principal, dont les faisceaux sont générés par des cathodes sensiblement cylindriques, certaines, décalées par rapport à I'axe principal, produisant des faisceaux décalés par rapport à I'axe principal. Les faisceaux traversent chacun des éléments cylindriques et au moins un élément cylindrique traversé par un faisceau décalé est désaxé par rapport à la cathode ayant produit le faisceau décalé, I'axe de l'élément cylindrique désaxé, sensiblement parallèle à I'axe principal, étant plus éteigne de I'axe principal que I'axe de cette cathode. To achieve this, the present invention provides a multibeam electronic tube, constructed around a main axis, the beams of which are generated by substantially cylindrical cathodes, some of which are offset from the main axis, producing beams offset from I main axis. The beams pass through each of the cylindrical elements and at least one cylindrical element crossed by an offset beam is offset with respect to the cathode having produced the offset beam, the axis of the offset cylindrical element, substantially parallel to the main axis, being more extinct from the main axis than the axis of this cathode.
Si une génératrice de l'élément cylindrique désaxé et une génératrice de la cathode ayant produit le faisceau décalé sont situées sensiblement dans le prolongement l'une de !'autre, et que ces génératrices sont celles qui sont les plus proches de I'axe principal, on prend mieux en considération l'augmentation de section des faisceaux décalés. If a generator of the offset cylindrical element and a generator of the cathode having produced the offset beam are located substantially in the extension of one another, and these generators are those which are closest to the main axis , the increase in section of the offset beams is better taken into account.
L'élément désaxé peut tre un tube de glissement, une portion de tube de glissement ou mme une ouverture d'anode ce qui contribue notamment à minimiser l'effet néfaste de la répulsion électrostatique des faisceaux décalés par rapport au faisceau central. The offset element may be a sliding tube, a portion of sliding tube or even an anode opening, which in particular contributes to minimizing the harmful effect of the electrostatic repulsion of the beams offset with respect to the central beam.
Lorsque deux tubes de glissement successifs se terminant dans une mme cavité sont désaxés, pour supprimer l'effet néfaste d'une composante radiale du champ électrique, il est possible que, l'intervalle entre les extrémités des deux tubes, dans une zone proche de I'axe principal, soit plus grand que l'intervalle entre les extrémités des deux tubes dans une zone éloignée de I'axe principal. Au moins l'une des extrémités peut tre configurée en biseau. When two successive sliding tubes ending in the same cavity are offset, to eliminate the harmful effect of a radial component of the electric field, it is possible that, the interval between the ends of the two tubes, in an area close to The main axis, is greater than the interval between the ends of the two tubes in an area remote from the main axis. At least one of the ends can be configured as a bevel.
Lorsque le tube comporte plusieurs de tubes de glissement désaxés traversés par le mme faisceau décalé, un tube de glissement désaxé éteigne de la cathode ayant produit le faisceau décale a de préférence un diamètre supérieur à celui d'un tube de glissement désaxé plus proche de la cathode. When the tube comprises several offset skew tubes traversed by the same offset beam, a skewed sliding tube extinguished from the cathode having produced the shifted beam preferably has a diameter greater than that of a skewed sliding tube closer to the cathode.
Lorsqu'un tube de glissement traversé par un faisceau décalé est formé de plusieurs portions désaxées, il est préférable que dans ce tube de glissement, une portion éloignée de la cathode ayant produit le faisceau décalé, possède un diamètre supérieur à celui d'une portion plus proche de la cathode. When a sliding tube traversed by an offset beam is formed from several offset centers, it is preferable that in this sliding tube, a portion distant from the cathode having produced the offset beam, has a diameter greater than that of a portion closer to the cathode.
Lorsque le tube comporte une cathode produisant un faisceau central centré sur I'axe principal, le faisceau central traverse une succession de tubes de glissement axés sur I'axe principal puisque le faisceau central n'est pas dévié. II est préférable qu'un tube de glissement de la succession, éteigne de la cathode ayant produit le faisceau central, ait un diamètre supérieur à celui d'un tube de glissement de la succession plus proche de la cathode. When the tube comprises a cathode producing a central beam centered on the main axis, the central beam passes through a succession of sliding tubes centered on the main axis since the central beam is not deflected. It is preferable that a succession sliding tube, extinguished from the cathode having produced the central beam, have a diameter greater than that of a succession sliding tube closer to the cathode.
On peut aussi envisager qu'un tube de glissement traversé par le faisceau central soit formé d'une succession de portions et que dans ce tube de glissement, au moins une portion éloignée de la cathode ayant produit le faisceau central possède un diamètre supérieur à celui d'une portion plus proche de la cathode. It is also conceivable that a sliding tube traversed by the central beam is formed of a succession of portions and that in this sliding tube, at least a portion remote from the cathode having produced the central beam has a diameter greater than that of a portion closer to the cathode.
Au point de vue réalisation, lorque plusieurs tubes de glissement situés à un mme niveau du tube sont regroupés dans un mme bloc, deux portions successives d'un mme tube de glissement peuvent tre creusées dans le bloc. Si le bloc est formé de plusieurs tronçons successifs, deux portions successives peuvent tre situées dans des tronçons différents. Les tronçons peuvent tre assemblés par une liaison rigide ou par une liaison souple périphérique. From the production point of view, when several sliding tubes located at the same level of the tube are grouped in the same block, two successive portions of the same sliding tube can be dug in the block. If the block is formed from several successive sections, two successive portions can be located in different sections. The sections can be assembled by a rigid link or by a flexible peripheral link.
Si plusieurs tubes de glissement situés à un mme niveau du tube sont disjoints, deux portions d'un tube de glissement peuvent tre assempblées l'un à l'autre par l'intermédiaire d'une cloison de compensation. If several sliding tubes located at the same level of the tube are separated, two portions of a sliding tube can be assembled to each other by means of a compensation partition.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures jointes qui représentent :
-les figures 1a, 1b, 1c (déjà décrites), des coupes transversales partielles du corps d'un tube classique, à différents niveaux ;
-la figure 2a, en coupe longitudinale, un exemple d'un tube multifaisceau de la famille des klystrons et la figure 2b en détail 1'espace d'interaction d'une cavité et les cathodes associées ;
-la figure 3, en coupe longitudinale, un exemple de canon d'un tube selon l'invention ;
-la figure 4, en coupe longitudinale partielle, un exemple de corps d'un tube de la famille des tubes à ondes progressives selon l'invention ;
-la figure 5, en coupe longitudinale, un exemple de réalisation des tubes de glissement d'un tube selon l'invention ;
-les figures 6a, 6b des vues en perspective et en coupe de tubes de glissement d'un tube selon l'invention, ces tubes étant formés de plusieurs portions assemblées les unes aux autres.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description, illustrated by the attached figures which represent:
FIGS. 1a, 1b, 1c (already described), partial cross-sections of the body of a conventional tube, at different levels;
FIG. 2a, in longitudinal section, an example of a multibeam tube of the klystron family and FIG. 2b in detail the interaction space of a cavity and the associated cathodes;
FIG. 3, in longitudinal section, an example of a barrel of a tube according to the invention;
FIG. 4, in partial longitudinal section, an example of the body of a tube from the family of traveling wave tubes according to the invention;
FIG. 5, in longitudinal section, an exemplary embodiment of the sliding tubes of a tube according to the invention;
FIGS. 6a, 6b are views in perspective and in section of sliding tubes of a tube according to the invention, these tubes being formed from several portions assembled together.
Sur ces figures, les mmes éléments portent les mmes références et les échelles ne sont pas forcément respectées dans un souci de clarté. In these figures, the same elements bear the same references and the scales are not necessarily observed for the sake of clarity.
La figure 2a montre, en coupe longitudinale, un exemple d'un tube multifaisceau de la famille des klystrons conforme à l'invention. Ce tube sensiblement cylindrique est construit autour d'un axe XX'qui est dit principal. On suppose que ce tube possède 7 sept faisceaux d'électrons référencés 1,2. Parmi ceux-ci, le premier 1 est central, il est axé sur I'axe
XX'principal et les autres 2 sont décalés par rapport à I'axe XX'principal. Ils sont disposés en couronne autour du faisceau 1 central.FIG. 2a shows, in longitudinal section, an example of a multibeam tube of the klystron family according to the invention. This substantially cylindrical tube is built around an axis XX ′ which is said to be main. It is assumed that this tube has 7 seven electron beams referenced 1,2. Among these, the first 1 is central, it is focused on the axis
XX'principal and the other 2 are offset from the XX'principal axis. They are arranged in a ring around the central beam 1.
Les électrons des faisceaux 1,2 sont produits par un canon 8 puis ils pénètrent dans un corps 9 qu'ils traversent avant d'tre recueillis dans un collecteur 10. Le canon 8 comporte sept cathodes 3,4 cylindriques d'axes respectifs occ, ocd, qui émettent des électrons lorsqu'elles sont portées à un potentiel approprié. The electrons of the beams 1,2 are produced by a barrel 8 then they penetrate into a body 9 which they pass through before being collected in a collector 10. The barrel 8 comprises seven cathodes 3,4 cylindrical with respective axes occ, ocd, which emit electrons when brought to an appropriate potential.
La cathode qui émet le faisceau central 1 est référencée 3, les cathodes qui émettent les faisceaux décalés 2 sont référencées 4. L'axe occ est confondu avec I'axe principal XX'et les axes ocd sont décalés par rapport à I'axe principal XX'. Le canon 8 comporte également une anode 12 qui accélère les électrons pour les faire pénétrer dans le corps 9. Pour cela,
I'anode 12 est portée à un potentiel moins négatif que celui des cathodes 3, 4. L'anode 12 est généralement formée d'un bloc avec des ouvertures 5,6 cylindriques d'axes respectifs ooc, ood (visibles seulement sur la figure 3), le faisceau central 1 traversant l'ouverture référencée 5 et les faisceaux décalés 2 les ouvertures 6. L'axe ooc est confondu avec I'axe principal XX', les axes ood sont décalés par rapport à I'axe principal XX'. The cathode which emits the central beam 1 is referenced 3, the cathodes which emit the offset beams 2 are referenced 4. The occ axis is coincident with the main axis XX ′ and the ocd axes are offset with respect to the main axis XX '. The barrel 8 also includes an anode 12 which accelerates the electrons to make them penetrate into the body 9. For this,
The anode 12 is brought to a less negative potential than that of the cathodes 3, 4. The anode 12 is generally formed of a block with 5.6 cylindrical openings of respective axes ooc, ood (visible only in the figure 3), the central beam 1 passing through the opening referenced 5 and the offset beams 2 the openings 6. The axis ooc is coincident with the main axis XX ', the axes ood are offset with respect to the main axis XX' .
Le corps 9 est formé d'une alternance de cavités 14 et de tubes de glissement 15,16 cylindriques d'axes respectifs ogc, ogd. Une cavité 14 est traversée par tous les faisceaux 1,2. Chacun des faisceaux 1,2 traverse une succession de tubes de glissement respectivement 15,16. L'axe ogc est confondu avec l'axe principal XX', les axes ogd sont décalés par rapport à I'axe principal XX'. Le corps 9 est placé dans un focalisateur tubulaire 7. The body 9 is formed by alternating cavities 14 and cylindrical sliding tubes 15, 16 with respective axes ogc, ogd. A cavity 14 is crossed by all the beams 1,2. Each of the beams 1,2 passes through a succession of sliding tubes 15,16 respectively. The ogc axis coincides with the main axis XX ', the ogd axes are offset from the main axis XX'. The body 9 is placed in a tubular focusing device 7.
Selon l'invention, au moins un élément cylindrique traversé par un faisceau décalé 2 est désaxé par rapport à la cathode 4 ayant produit le dit faisceau décalé 2. L'axe de l'élément cylindrique désaxé, sensiblement parallèle à I'axe principal XX', est plus éloigné de I'axe principal XX'que 1'axe ocd de la cathode 4. Dans l'exemple des figures 2, plusieurs éléments cylindriques désaxés répondent à ces caractéristiques, ce sont les tubes de glissement 16 traversés par les faisceaux 2 décales, à l'exception de ceux situés entre le canon 8 et la première cavité 14. According to the invention, at least one cylindrical element traversed by an offset beam 2 is offset with respect to the cathode 4 having produced said offset beam 2. The axis of the offset cylindrical element, substantially parallel to the main axis XX ', is farther from the main axis XX' than the axis ocd of the cathode 4. In the example of Figures 2, several offset cylindrical elements meet these characteristics, these are the sliding tubes 16 crossed by the beams 2 decals, with the exception of those located between the barrel 8 and the first cavity 14.
Le fait de désaxer des tubes de glissement 16 traversés par des faisceaux 2 décalés permet de prendre en considération la déviation des faisceaux décalés 2 due au champ magnétique azimutal induit. The offset of the sliding tubes 16 traversed by offset beams 2 makes it possible to take into consideration the deviation of the offset beams 2 due to the induced azimuthal magnetic field.
Dans l'exemple décrit à la figure 2a, un faisceau décalé 2 traverse successivement plusieurs tubes de glissement 16 désaxés et t'écart entre
I'axe ogd de chaque tube de glissement 16 désaxé et I'axe ocd de la cathode 4 ayant produit le faisceau décalé 2 est croissant plus le tube de glissement est éteigne de la cathode 4.In the example described in FIG. 2a, an offset beam 2 passes successively through several offset tubes 16 and the gap between them
The axis ogd of each offset tube 16 offset and the axis ocd of the cathode 4 having produced the offset beam 2 is increasing the more the sliding tube is extinguished from the cathode 4.
Le faisceau central 1 traverse lui une succession de tubes de glissement 15 dont les axes ogc sont sensiblement dans le prolongement les uns des autres puisque le faisceau central 1 n'est pas dévié. The central beam 1 passes through a succession of sliding tubes 15 whose axes ogc are substantially in line with one another since the central beam 1 is not deflected.
L'élément cylindrique désaxé possède des génératrices dont une g1 est la plus proche de I'axe principal XX'. La cathode 4 ayant produit le faisceau décalé 2 traversant l'élément cylindrique désaxé possède des génératrices dont une g2 est la plus proche de I'axe principal XX'. La génératrice g1 et la génératrice g2 sont sensiblement dans le prolongement l'une de I'autre. Cette particularité est visible sur la figure 2b. The off-axis cylindrical element has generators one of which g1 is closest to the main axis XX '. The cathode 4 having produced the offset beam 2 passing through the off-axis cylindrical element has generators of which one g2 is closest to the main axis XX '. Generator g1 and generator g2 are substantially in line with one another. This feature is visible in Figure 2b.
Lorsque le faisceau décalé 2 traverse une succession d'éléments cylindriques désaxés, ces éléments cylindriques désaxés ont des diamètres croissants plus ils sont éloignés de la cathode 4. L'augmentation des diamètres permet de prendre en considération les déviations azimutales et l'augmentation de la section du faisceau décalé 2. When the offset beam 2 crosses a succession of offset axial elements, these offset cylindrical elements have increasing diameters the further they are from the cathode 4. The increase in diameters makes it possible to take into account the azimuthal deviations and the increase in the offset beam section 2.
En ce qui concerne le faisceau central 1, il traverse une succession de tubes de glissement 15 qui possèdent aussi des diamètres croissants plus ils sont éloignés de la cathode 3 ayant produit le faisceau central 1. As regards the central beam 1, it passes through a succession of sliding tubes 15 which also have increasing diameters the further they are from the cathode 3 having produced the central beam 1.
Dans cette configuration, deux tubes de glissement 16 traversés par un mme faisceau décalé 2, débouchant dans une mme cavité 14 sont désaxés l'un par rapport à l'autre et sont de diamètres différents. Leurs extrémités 19 ne sont pas rigoureusement l'une en face de l'autre. Cette construction peut introduire une composante radiale de champ électrique néfaste. Cette composante peut tre atténuée en s'arrangeant pour que l'intervalle b1 séparant les extrémités 19 des deux tubes de glissement 16, dans une zone proche de I'axe principal XX'soit plus grand que celui b2 séparant les deux extrémités 19 dans une zone éloignée de I'axe principal
XX'. Cela peut tre réalisé par exemple en biseautant l'une des extrémités 19 au moins. La figure 2b illustre cette configuration.In this configuration, two sliding tubes 16 traversed by the same offset beam 2, opening into the same cavity 14 are offset relative to each other and are of different diameters. Their ends 19 are not strictly one opposite the other. This construction can introduce a radial component of a harmful electric field. This component can be attenuated by arranging so that the interval b1 separating the ends 19 of the two sliding tubes 16, in an area close to the main axis XX ′ is larger than that b2 separating the two ends 19 in a area away from the main axis
XX '. This can be done for example by bevelling at least one of the ends 19. Figure 2b illustrates this configuration.
On sait que plus le rapport entre le rayon d'un faisceau et le rayon du tube de glissement qu'il traverse est petit, plus le coefficient de couplage radial faisceau-cavité est faible et plus le rendement et le gain du tube sont faibles. It is known that the smaller the ratio between the radius of a beam and the radius of the sliding tube it passes through, the lower the beam-cavity radial coupling coefficient and the lower the efficiency and the gain of the tube.
Le fait de désaxer plusieurs tubes de glissement successifs traversés par un mme faisceau alors qu'ils conservent une génératrice commune permet de moins augmenter leurs diamètres que si ces tubes de glissement restaient calés sur le mme axe. The fact of offsetting several successive sliding tubes traversed by the same beam while they keep a common generator makes it possible to increase their diameters less than if these sliding tubes remained wedged on the same axis.
II en résulte que le coefficient de couplage radial faisceau-cavité est meilleur et que le rendement et le gain du tube sont moins dégradés. It follows that the beam-cavity radial coupling coefficient is better and that the efficiency and the gain of the tube are less degraded.
On va voir maintenant un autre mode de réafisation d'un tube selon l'invention. On se réfère à la figure 3 qui montre une coupe longitudinale partielle du canon 8 d'un tube selon l'invention. Maintenant l'élément cylindrique désaxé est une ouverture 6 d'anode 12. On a référencé a1 la distance entre I'axe principal XX'et I'axe ocd d'une cathode 4 produisant un faisceau décalé 2 et a2 la distance entre I'axe principal XX'et l'axe ood d'une ouverture 6 d'anode 12 traversée par le faisceau décalé 2. We will now see another method of re-making a tube according to the invention. Reference is made to FIG. 3 which shows a partial longitudinal section of the barrel 8 of a tube according to the invention. Now the off-axis cylindrical element is an anode opening 6 12. Reference is made to a1 the distance between the main axis XX ′ and the ocd axis of a cathode 4 producing an offset beam 2 and a2 the distance between I ′ main axis XX ′ and ood axis of an anode opening 6 crossed by the offset beam 2.
Ces distances sont telles : a2 > a1
Cette disposition contribue à compenser la répulsion électrostatique des faisceaux décalés 2 par rapport au faisceau central 1. La compensation peut encore tre améliorée en agissant au niveau du wehnelt référencé 18 qui est une électrode qui jouxte les cathodes 3,4.These distances are such: a2> a1
This arrangement contributes to compensating for the electrostatic repulsion of the beams offset 2 with respect to the central beam 1. The compensation can be further improved by acting at the level of the wehnelt referenced 18 which is an electrode which adjoins the cathodes 3,4.
Le wehnelt 18 possède une partie 18.1 à proximité de l'axe principal XX'et une partie 18.2 plus éloignée de I'axe principal XX'qui entoure l'ensemble des cathodes 3,4. The wehnelt 18 has a part 18.1 near the main axis XX ′ and a part 18.2 more distant from the main axis XX ′ which surrounds all of the cathodes 3,4.
La partie 18.1 à proximité de l'axe principal XX'dépasse une des cathodes 4 produisant un faisceau décalé 2 d'une hauteur w1. La partie 18.2 plus éloignée de l'axe principal XX'dépasse la mme cathode 4 d'une hauteur w2. Les hauteurs w1 et w2 sont inégales et de préférence telles que w2 > w1. Part 18.1 near the main axis XX 'exceeds one of the cathodes 4 producing an offset beam 2 of a height w1. The part 18.2 further from the main axis XX 'exceeds the same cathode 4 by a height w2. The heights w1 and w2 are uneven and preferably such that w2> w1.
Sur les figures 4 et 5 on va voir que les éléments cylindriques désaxés sont maintenant des portions de tube de glissement. La figure 4 illustre le cas d'un tube multifaisceau de la famille des tubes à ondes progressives en coupe longitudinale partielle mais cette variante pourrait bien sûr s'appliquer aux tubes multifaisceaux de la famille des klystrons. In Figures 4 and 5 we will see that the offset cylindrical elements are now portions of the sliding tube. FIG. 4 illustrates the case of a multibeam tube of the family of traveling waves tubes in partial longitudinal section, but this variant could of course apply to multibeam tubes of the klystron family.
Seules une partie du corps 9 du tube et une partie du canon 8 sont représentées. Les faisceaux d'électrons 1,2 ne sont visibles qu'au niveau du canon 8 et pas dans le corps 9 du tube pour ne pas surcharger inutilement la figure.Only part of the body 9 of the tube and part of the barrel 8 are shown. The electron beams 1,2 are visible only at the level of the barrel 8 and not in the body 9 of the tube so as not to unnecessarily overload the figure.
La principale différence entre le klystron et le tube à ondes progressives est que deux cavités successives p, p+1 du tube à ondes progressives sont couplées l'une à l'autre à I'aide d'au moins un iris 30 placé dans une paroi 31 commune aux deux cavités. The main difference between the klystron and the traveling wave tube is that two successive cavities p, p + 1 of the traveling wave tube are coupled to each other using at least one iris 30 placed in a wall 31 common to the two cavities.
Les tubes de glissement 15,16 sont maintenant formés de plusieurs portions respectivement 15.1,15.2,16.1,16.2 cylindriques, mises bout à bout, d'axes respectifs ogc1, ogc2, ogd1, ogd2. Ces axes sont sensiblement parallèles à I'axe XX'principal. Au moins une portion 16.1 d'un tube de glissement 16 traversé par un faisceau 2 décalé est désaxée par rapport à la cathode 4 ayant produit le faisceau 2 décalé. L'axe ogd1 de la portion désaxée est plus éteigne de I'axe principal XX'que I'axe ocd de la cathode 4 ayant produit le faisceau 2 décalé. La portion 16.1 désaxée possède une génératrice g1. 1 qui est sensiblement dans le prolongement d'une génératrice g2 de la cathode 4 ayant produit le faisceau décalé 2. Ces génératrices g1. 1, g2 sont celles qui sont les plus proches de I'axe principal
XX'. Un tube de glissement 16 formé de plusieurs portions 16.1,16.2 subit au moins un changement de diamètre, qui est une augmentation de diamètre, plus on s'éloigne de la cathode 4 ayant produit le faisceau décalé 2.The sliding tubes 15, 16 are now formed of several portions respectively 15.1,15.2,16.1,16.2 cylindrical, placed end to end, with respective axes ogc1, ogc2, ogd1, ogd2. These axes are substantially parallel to the main axis XX ′. At least a portion 16.1 of a sliding tube 16 traversed by an offset beam 2 is offset with respect to the cathode 4 having produced the offset beam 2. The axis ogd1 of the offset axis is more extinct from the main axis XX 'than the axis ocd of the cathode 4 having produced the offset beam 2. The offset portion 16.1 has a generator g1. 1 which is substantially in the extension of a generator g2 of the cathode 4 having produced the offset beam 2. These generators g1. 1, g2 are those closest to the main axis
XX '. A sliding tube 16 formed of several portions 16.1, 16.2 undergoes at least one change in diameter, which is an increase in diameter, the further one moves away from the cathode 4 having produced the offset beam 2.
Dans t'exempte décrit, deux portions 16.1,16.2 successives appartenant à un mme tube de glissement 16 traversé par un faisceau 2 décalé sont désaxées et I'axe ogd2 de la portion 16.2 la plus éloignée de la cathode 4 est plus éloigné de I'axe principal XX'que I'axe ogd1 de la portion la plus proche. Les génératrices g1. 1, g1. 2 des deux portions 16.1,16.2 les plus proches de I'axe principal XX'sont sensiblement dans le prolongement l'une de l'autre. La portion 16.2 la plus éloignée de la cathode 4 a un plus grand diamètre que la portion 16.1. In the example described, two successive portions 16.1, 16.2 belonging to the same sliding tube 16 crossed by an offset beam 2 are offset and the axis ogd2 of the portion 16.2 furthest from the cathode 4 is furthest from I ' main axis XX 'than the axis ogd1 of the nearest portion. The generators g1. 1, g1. 2 of the two portions 16.1, 16.2 closest to the main axis XX 'are substantially in line with one another. The portion 16.2 furthest from the cathode 4 has a larger diameter than the portion 16.1.
Deux portions 16.1,16.2 appartenant à deux tubes de glissement successifs 16, et débouchant dans une mme cavité p ont, dans cet exemple, des axes ogd1, ogd2 qui sont sensiblement dans le prolongement l'un de l'autre. Ces deux portions 16.1,16.2 appartenant à des tubes de glissement 16 successifs ont aussi sensiblement le mme diamètre. Two portions 16.1, 16.2 belonging to two successive sliding tubes 16, and opening into the same cavity p have, in this example, axes ogd1, ogd2 which are substantially in line with one another. These two portions 16.1, 16.2 belonging to successive sliding tubes 16 also have substantially the same diameter.
En ce qui concerne les tubes de glissement 15 traversés par le faisceau central 1, s'il existe, ils sont formés de plusieurs portions 15.1,15.2 mises bout à bout, mais ces portions 15.1,15.2 ont des axes respectifs ogc1, ogc2 dans le prolongement les uns des autres. As regards the sliding tubes 15 traversed by the central beam 1, if they exist, they are formed of several portions 15.1,15.2 placed end to end, but these portions 15.1,15.2 have respective axes ogc1, ogc2 in the extension of each other.
Un tube de glissement 15 traversé par le faisceau central 1 subit au moins un changement de diamètre qui est une augmentation de diamètre plus on s'éloigne de la cathode 4 ayant produit le faisceau central 1. A sliding tube 15 traversed by the central beam 1 undergoes at least one change in diameter which is an increase in diameter the further one moves away from the cathode 4 having produced the central beam 1.
Dans l'exemple décrit entre les cavités p-1 et p, les tubes de glissement 15,16 situés à un mme niveau du tube sont regroupés au sein d'un mme bloc 32 et les portions successives 16.1,16.2,15.1,15.2 d'un mme tube de glissement 16,15 sont creusées au sein du mme bloc 32. In the example described between the cavities p-1 and p, the sliding tubes 15,16 located at the same level of the tube are grouped together in the same block 32 and the successive portions 16.1,16.2,15.1,15.2 d the same sliding tube 16, 15 are hollowed out within the same block 32.
Les changements de diamètre requis peuvent tre réalisés par un simple usinage dans le bloc 32.The required diameter changes can be made by simple machining in the block 32.
Au lieu d'utiliser un bloc massif, on peut aussi utiliser un bloc 36 formé de plusieurs tronçons 36.1,36.2 assemblés de manière rigide. Ces tronçons comportent une ou plusieurs portions 15.1,15.2,16.1,16.2 de tubes de glissement. Cette variante est schématisée sur la figure 4 avec le bloc 36 placé entre la cavité p et la cavité p+1
On pourrait aussi les assembler avec une liaison souple et étanche 34. Cette variante est illustrée à la figure 5. Dans l'exemple, un bloc 36 est formé d'un tronçon 36.1 assemblé à un tronçon 36.2 et chaque faisceau traverse une portion de tube de glissement de chaque tronçon. La liaison souple et étanche 34 se situe à la périphérie des deux tronçons 36.1, 36.2 qu'elle assemble.Instead of using a solid block, one can also use a block 36 formed of several sections 36.1, 36.2 rigidly assembled. These sections comprise one or more portions 15.1,15.2,16.1,16.2 of sliding tubes. This variant is shown diagrammatically in FIG. 4 with the block 36 placed between the cavity p and the cavity p + 1
They could also be assembled with a flexible and waterproof connection 34. This variant is illustrated in FIG. 5. In the example, a block 36 is formed of a section 36.1 assembled to a section 36.2 and each bundle passes through a portion of tube of each section. The flexible and sealed connection 34 is located at the periphery of the two sections 36.1, 36.2 which it assembles.
Un bloc formé de plusieurs tronçons ainsi assemblés ou massif est ensuite relie à au moins une cavité. La liaison avec la cavité peut tre rigide ou souple comme illustré sur 1'exemple de la figure 5. La liaison rigide 38 se situe entre la périphérie du bloc, dans l'exemple du tronçon 36.1 et la cavité p. La liaison souple 35 se situe entre la périphérie du bloc, ici du tronçon 36.2 et la cavité p+1. On peut ainsi ajuster l'enfoncement des tubes de glissement 15.2,16.2 dans la cavité p+1. A block formed of several sections thus assembled or solid is then connected to at least one cavity. The connection with the cavity can be rigid or flexible as illustrated in the example of FIG. 5. The rigid connection 38 is located between the periphery of the block, in the example of section 36.1 and the cavity p. The flexible link 35 is located between the periphery of the block, here of the section 36.2 and the cavity p + 1. It is thus possible to adjust the insertion of the sliding tubes 15.2, 16.2 into the cavity p + 1.
Les tubes de glissement situés à un mme niveau dans le corps du tube peuvent tre disjoints. Deux portions successives 15.1,15.2,16.1, 16.2 pourraient aussi bien sur tre creusées au sein d'un mme tube. Mais on peut aussi envisager comme sur les figures 6a, 6b, qu'ils soient formés de portions 15.1,15.2,16.1,16.2 raboutées les unes aux autres. II est aisé de désaxer les portions 16.1,16.2 qui doivent l'tre et de réaliser les changements de diamètre en utilisant des portions de tubes que l'on relie entre elles. The sliding tubes situated at the same level in the body of the tube can be separated. Two successive portions 15.1,15.2,16.1, 16.2 could as well be dug in the same tube. But we can also consider as in Figures 6a, 6b, they are formed of portions 15.1,15.2,16.1,16.2 butted together. It is easy to offset the portions 16.1, 16.2 which must be offset and to make the changes in diameter by using portions of tubes which are connected together.
L'assemblage peut se faire de manière rigide, par brasure par exemple, avec une cloison de compensation 37 pour obturer la différence de sections entre deux portions 15.1,15.2 et 16.1,16.2 à assembler qui ont des diamètres différents. Sur les figures 6a, 6b les cavités ne sont pas représentées. The assembly can be done rigidly, by brazing for example, with a compensation partition 37 to close the difference in sections between two portions 15.1,15.2 and 16.1,16.2 to be assembled which have different diameters. In Figures 6a, 6b the cavities are not shown.
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