FR2929045A1

FR2929045A1 - Magnetron

Info

Publication number: FR2929045A1
Application number: FR0951797A
Authority: FR
Inventors: Robert Charles Wilson
Original assignee: e2v Technologies UK Ltd
Current assignee: Teledyne UK Ltd
Priority date: 2008-03-20
Filing date: 2009-03-20
Publication date: 2009-09-25
Anticipated expiration: 2029-03-20
Also published as: US20090236991A1; GB2458509B; US8129911B2; FR2929045B1; GB2458509A; JP5415130B2; JP2009231291A; CN101540259B; GB0805277D0; CN101540259A

Abstract

Magnétron comportant une anode (3) entourant une cathode tubulaire creuse (4) qui contient un élément chauffant (9). La cathode (4) est supportée par des bras radiaux à chaque extrémité. À une extrémité de la cathode (4), l'élément chauffant (9) est alimenté à l'aide d'une borne de son alimentation en courant continu au moyen d'un bras radial (5), qui sert aussi à supporter cette extrémité de la cathode (4). Le bras (5) comporte une partie (5a) décalée en direction de la cathode (4), et un capot (13) d'une matière conductrice est interposé entre la connexion de l'élément chauffant et la paroi (1) d'extrémité adjacente de la chambre sous vide. Le capot (13) peut comporter une partie repliée (13a) de façon qu'il puisse être porté par le bras (5).

Description

La présente invention se rapporte au domaine des magnétrons. En se référant aux figures 1 et 2 des dessins, on va maintenant décrire un magnétron connu. La figure 1 est une vue fragmentaire en coupe du magnétron, prise suivant l'axe de l'anode, et la figure 2 est une vue agrandie de l'anode et de la cathode montrées à la figure 1. En se référant à la figure 1, le magnétron comprend une chambre sous vide ayant des parois 1 et 2 d'extrémité, qui sont à angle droit par rapport à l'axe de l'anode 3 et de la cathode 4 du magnétron. Il y a des cavités résonnantes (non représentées) définies dans l'anode, ou par des ailettes. Un champ magnétique est appliqué, par un électroaimant ou d'un aimant permanent (non représenté), perpendiculairement au plan des parois 1, 2 d'extrémité. La cathode 4 est tubulaire, et comporte un élément chauffant s'étendant suivant son axe, et une alimentation en courant continu pour l'élément chauffant, de même qu'une haute tension négative pour la cathode est fournie à la cathode au moyen de supports conducteurs 5, 6, qui s'étendent dans une région supérieure 7 du magnétron, dont l'intérieur se trouve dans la chambre sous vide. Les supports conducteurs se connectent à des bornes sur une partie, qui n'est pas représentée, de l'extérieur de la région supérieure. Des coupleurs (non représentés) s'étendent dans une cavité résonnante et extraient de l'énergie dans une section 8 de sortie, qui peut être couplée à un guide d'onde. En se référant à la figure 2, qui montre plus en détail la cathode tubulaire 4, une basse tension d'alimentation en courant continu pour l'élément chauffant 9 est délivrée entre les supports 5, 6, et une haute tension négative pulsée de courant continu est appliquée au support 6 seulement. L'élément chauffant 9 est connecté à l'extrémité de la cathode tubulaire au niveau de son extrémité droite (tel qu'elle est vue à la figure 2), et le support 6 est connecté directement à la cathode. Au niveau de son extrémité gauche, l'élément chauffant 9 est supporté dans la cathode par un manchon isolant 10, et il est connecté au support 5. La cathode est supportée sur des bras radiaux 5, 6 qui permettent que le champ magnétique soit appliqué directement au moyen d'un électroaimant distinct (non représenté). L'écartement à travers lequel le champ magnétique est

2 appliqué est souhaitablement minimisé de façon que l'électroaimant soit aussi petit que possible et utilise moins d'énergie. L'écartement de vide entre les extrémités de la structure de cathode tubulaire et les parois 1, 2 d'extrémité du magnétron doit être suffisant pour tenir à distance la tension négative, typiquement 50 kV, qui est appliquée à la cathode par rapport à l'anode et au corps du magnétron, incluant les parois d'extrémité, dans les conditions normales de fonctionnement. L'expérience a montré que l'écartement de la cathode à la paroi d'extrémité ne convient pas pour prévenir la formation d'un arc dans toutes les conditions (particulièrement lorsqu'elle est attaquée à l'aide de modulateurs du type ligne ou line-type modulators ) et très occasionnellement ceci peut avoir des conséquences sérieuses lorsque la formation d'arc provoque le claquage de la paroi d'extrémité. On pense qu'en plus de la tension impulsionnelle appliquée à travers la cathode à l'écartement jusqu'à la paroi latérale il y a des tensions HF captées à partir de là où les supports de cathode passent près de l'anode, particulièrement s'il y a une saillie comme dans le cas où l'anode est pourvue d'un cavalier 11. Ces tensions captées peuvent être accrues par des résonances sur les supports de cathode ou dans l'espace entre tôle d'extrémité et anode. La connexion 12 de l'élément chauffant sur la cathode forme un point anguleux, ce qui renforce encore la contrainte galvanique dans cette zone. Le résultat est que la connexion de l'élément chauffant peut être le siège d'une formation d'arc, qui peut confiner, dans la région de la paroi 1 qui est immédiatement adjacente, une éventuelle formation d'arc qui se produirait, et augmenter ainsi le risque de perforation.

Les demandeurs ont envisagé de contrer ce risque par l'expédient consistant à augmenter l'écartement entre paroi latérale et cathode mais ceci signifierait que l'allure générale du magnétron devrait changer. Or il y a des milliers d'équipements actuellement en utilisation, qui exigent le profil actuel pour le magnétron, de sorte qu'une modification serait un inconvénient. De plus, il n'est pas souhaitable de faire plus qu'un changement minimal à l'intérieur du magnétron, car tout changement risque de perturber son fonctionnement.

L'invention propose un magnétron comprenant une cathode, une anode entourant la cathode, la région entre l'anode et la cathode étant à l'intérieur d'une chambre sous vide, un élément chauffant pour la cathode ayant une connexion d'alimentation en courant continu à une extrémité de la cathode, et un capot d'une matière conductrice interposé entre la connexion d'alimentation en courant continu et l'extrémité adjacente de la chambre sous vide. Le capot sur la borne d'élément chauffant sur la cathode cache un éventuel point anguleux, en réduisant ainsi la contrainte galvanique. La tôle du capot pourrait être faite de n'importe quel conducteur qui soit compatible avec un tube à vide. Du nickel ou un alliage de nickel conviendrait en raison de sa disponibilité, de sa facilité d'usinage et de sa facilité de soudage. On va maintenant décrire l'invention en détail, à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un magnétron connu, partiellement découpé, prise suivant l'axe de la cathode ; la figure 2 est une vue d'une partie du magnétron de la figure 1 montrée plus en détail ; la figure 3 montre une variante selon l'invention d'une partie du magnétron connu de la figure 2 ; la figure 4 est une vue prise dans le sens des flèches 4-4 de la figure 3 ; la figure 5 est une coupe axiale à travers une partie d'un magnétron selon l'invention ; et la figure 6 est une vue en perspective du capot utilisé dans le magnétron montré à la figure 5.

Dans tous les dessins, on a donné les mêmes repères aux mêmes éléments. On peut mieux apprécier l'invention en considérant les figures 3 et 4 en liaison avec la figure 2, lesquelles montrent une variante du magnétron connu réalisée selon l'invention. En comparant la figure 3 avec la figure 2, on verra que le bras support 5 est pourvu d'une région 5a qui est décalée en direction de la cathode, de sorte que le point 12 de connexion entre l'élément chauffant et le bras support 5 est déplacé plus près de la cathode que dans le magnétron de l'art antérieur. En plus, et selon l'invention, un capot 13 fait d'une matière conductrice est interposé entre le point 12 de connexion et la paroi 1 d'extrémité adjacente de la chambre sous vide. Le capot est fait de nickel, ou d'un alliage de nickel, mais l'on pourrait utiliser, si on le souhaitait, d'autres matières conductrices. La région du bras 5 sur laquelle s'étend le capot est en fait formée par deux conducteurs étroitement rapprochés, qui divergent dans la région du point 12 de connexion pour rendre plus facile la connexion à l'extrémité de l'élément chauffant. L'extrémité supérieure du capot est repliée derrière le support 5 afin de réaliser un ancrage sûr pour que le capot soit soudé ou brasé au bras, toutefois, si on le souhaitait, le capot pourrait être monté mécaniquement sur le bras. Il y aura bien entendu la même tension entre le capot 13 et la paroi adjacente 1 de la chambre sous vide (puisque la face de la tôle suit la ligne du support 5 d'origine), mais le point anguleux 12 est maintenant blindé du point de vue électrostatique, de sorte qu'il n'y a pas de tendance à une formation d'arc comme celle qui pouvait avoir lieu de façon préférentielle dans la région de la paroi 1 immédiatement adjacente à la connexion 12. Une telle formation d'arc si elle se produisait serait étalée sur la surface du capot et sur une superficie correspondante de la paroi. Ainsi, le risque de perforation de la paroi a été réduit ou éliminé.

Les figures 5 et 6 montrent un mode de réalisation pratique de l'invention. L'élément chauffant 9 se termine par un conducteur 9a qui est entouré par une douille 14 et qui est isolé de la cathode tubulaire 4, à l'extrémité de celle-ci qu'il traverse, par un manchon isolant l0a et une rondelle isolante 10b. Le bras support 5 est en deux parties, 5b et 5c. Ce dernier est formé par une certaine longueur de conducteur, qui est repliée en deux brins étroitement rapprochés là où les éléments sont réunis. Les brins sont connectés aux côtés opposés de l'extrémité du conducteur d'élément chauffant. Le capot est montré à la figure 6, et l'on verra que la partie supérieure de celui-ci est repliée sur elle-même en 13a, le bras étant pris en sandwich entre la partie frontale et la partie repliée du capot, et que le capot est fixé au bras par soudage ou brasage.

L'invention s'applique particulièrement aux magnétrons de forte puissance, c'est-à-dire, aux magnétrons ayant des puissances de crête de sortie excédant 1 MW. La gamme typique des fréquences de fonctionnement va de 1 GHz à 20 GHz, la conception étant spécialement appropriée pour un fonctionnement en bande S, c'est-à-dire de 2 GHz à 4 GHz. De tels magnétrons conviennent pour utilisation dans des accélérateurs linéaires.

Claims

REVENDICATIONS

1. Magnétron comprenant une cathode (4), une anode (3) entourant ladite cathode (4), la région entre ladite anode et ladite cathode étant à l'intérieur d'une chambre sous vide, un élément chauffant (9) pour ladite cathode (4) ayant une connexion (12) d'alimentation en courant continu à une extrémité de ladite cathode (4), caractérisé en ce qu'un capot (13) de matière conductrice est interposé entre ladite connexion (12) d'alimentation en courant continu et une extrémité adjacente (1) de ladite chambre sous vide.

2. Magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit capot est supporté sur un bras (5) fournissant du courant continu audit élément chauffant (9).

3. Magnétron selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit capot (13) comporte une partie repliée (13a) pour être supporté de manière sûre 15 sur ledit bras (5).

4. Magnétron selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que ladite connexion (12) d'alimentation en courant continu est dans une partie (5a) dudit bras (5) qui est décalée en direction de ladite cathode (4). 20

5. Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit capot (13) est fait de nickel ou d'un alliage de nickel.

6. Magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément chauffant (9) s'étend le long de l'intérieur creux de ladite cathode (4). 25

7. Magnétron selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un conducteur (9a) qui s'étend depuis ledit élément chauffant (9) et qui passe à travers un manchon isolant (10a) à l'extrémité de ladite cathode (4).