FR2929754A1 - Collecteur et tube electronique - Google Patents

Abstract

Un collecteur (70) d'un tube électronique est formé en utilisant un matériau composite molybdène-cuivre ou un matériau composite de tungstène-cuivre.

Description

COLLECTEUR ET TUBE ÉLECTRONIQUE

La présente demande est fondée sur et revendique l'avantage de priorité de la demande de brevet japonais n° 2008-097121, déposée le 3 avril 2008, dont la description est incorporée par renvoi dans les présentes dans sa totalité.

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un collecteur, qui capture le faisceau d'électrons émis à partir d'un pistolet électronique, et un tube électronique comprenant celui-ci.

ART CONNEXE Un tube à ondes progressives ( Traveling Wave Tube ou TWT ) ou un klystron est un tube électronique utilisé pour amplifier ou faire osciller un signal RF par interaction entre un faisceau d'électrons émis à partir d'un canon à électrons et un circuit à haute fréquence.

En faisant référence à la figure 1, un TWT 1 comprend un canon à électrons 10 pour émettre des électrons, une hélice 20 servant de circuit à haute fréquence qui permet à un faisceau d'électrons 50 à partir du canon à électrons 10 de présenter une interaction avec un signal RF (à savoir, un signal micro-ondes), un collecteur 30 pour collecter le faisceau d'électrons 50 passé à travers l'hélice 20, et une anode 40 pour faire sortir le faisceau d'électrons 50 à partir du canon à électrons 10 ainsi que guider le faisceau d'électrons 50 émis à partir du canon à électrons 10 dans l'hélice 20. Le canon à électrons 10 comporte une cathode 11 pour émettre un électron thermionique et un élément chauffant 12 pour fournir de l'énergie thermique pour entraîner l'émission des électrons thermioniques. Le faisceau d'électrons 50 émis à partir du canon à électrons 10 est accéléré par la différence de potentiel électrique entre la cathode 11 et l'anode 40, et guidé dans l'hélice 20, et puis se déplace à l'intérieur de l'hélice 20, tout en présentant une interaction avec le signal RF entré à travers une extrémité de l'hélice 20. Après que le faisceau d'électrons 50 est passé à travers l'hélice 20, le collecteur 30 capture le faisceau d'électrons 50. Ici, le signal RF, amplifié par l'interaction avec le faisceau d'électrons 50, est sorti à travers l'autre extrémité de l'hélice 20. Un appareil d'alimentation électrique 60 fournit une tension d'hélice Ehe1, qui est une tension continue négative sur la base du potentiel (HELICE) de l'hélice 20, à la cathode 11. En outre, l'appareil d'alimentation électrique 60 fournit une tension de collecteur E 1, qui est une tension continue positive sur la base du potentiel H/K de la cathode 11, au collecteur 30, et fournit une tension d'élément chauffant Eh, qui est un courant continu négatif sur la base du potentiel H/K de la cathode 11, à l'élément chauffant 12. En général, l'hélice 20 est connectée à un boîtier du TWT 1 et est ainsi mise à la masse.

Bien que la figure 1 illustre un exemple de construction du TWT 1 comportant un collecteur 30, le TWT 1 peut comporter des collecteurs à étages multiples 30. Bien que la figure 1 illustre une construction dans laquelle l'anode 40 et l'hélice 20 sont connectées à l'intérieur de l'appareil d'alimentation électrique 60, elle peut être construite de sorte que l'anode 40 soit alimentée en une tension d'anode Ea, qui est une tension positive par rapport au potentiel H/K de la cathode 11. Les figures 2 et 3 représentent des configurations du collecteur 30 représenté sur la figure 1. Le collecteur 30 représenté sur les figures 2 et 3 est décrit, par exemple, dans la description de l'art connexe dans le brevet japonais mis à l'inspection publique n° 11-67108. La figure 2 est une vue en coupe représentant un exemple de configuration d'un collecteur. La figure 3 est une vue en coupe représentant un autre exemple de configuration du collecteur. La figure 2 représente une configuration typique avec un collecteur unique du TWT, alors que la figure 3 représente une configuration typique avec deux collecteurs à étage du TWT.

Le collecteur 30 représenté sur la figure 2 présente une forme cylindrique à fond dans laquelle une paroi latérale du cylindre est rétrécie à un certain point vers une extrémité d'ouverture afin de présenter une forme tronconique. Le collecteur 30 est supporté et fixé dans une coque extérieure 33 du TWT 1 par une céramique isolante 32 de sorte que l'ouverture fasse face au canon à électrons 10 (voir figure 1). Un fil de sortie 34 est connecté à une partie inférieure du collecteur 30 et est sorti à travers une borne de collecteur 35 qui est prévue sur la coque extérieure 33.

D'autre part, comme cela est représenté sur la figure 3, un premier collecteur 301 et un second collecteur 302 sont agencés dans une séquence de sorte que le premier collecteur 301 soit plus près de l'hélice 20 (voir figure 1) dans le TWT comprenant deux collecteurs à étage. Le premier collecteur 301 présente une forme cylindrique sans fond, dans laquelle une paroi latérale du cylindre est rétrécie à un certain point vers une extrémité d'ouverture afin de présenter une forme tronconique. Le second collecteur 302 est de forme similaire à celle du collecteur 30 représenté sur la figure 2. Les premier et second collecteurs 301 et 302 sont supportés et fixés dans la coque extérieure 33 du TWT 1 par une céramique isolante 32 de sorte que les ouvertures respectives fassent face au canon à électrons 10 (voir figure 1). Un premier fil de sortie 341 est connecté au premier collecteur 301 et sorti à travers un espace prévu sur la céramique isolante 32 et une borne de premier collecteur 351 prévue sur la coque extérieure 33. Un second fil de sortie 342 est connecté au second collecteur 302 et sorti à travers une borne de second collecteur 352 prévue sur la coque extérieure 33. Du molybdène (Mo), du cuivre (Cu) ou analogue est généralement utilisé pour le collecteur 30 représenté sur la figure 2, le premier collecteur 301 et le second collecteur 302 représentés sur la figure 3, qui est traité dans la forme représentée sur la figure 2 ou la figure 3 en usinant une plaque ou une barre faite de celui-ci.

Le faisceau d'électrons quittant l'hélice contient une puissance qui est distribuée au collecteur. Une certaine quantité de cette puissance est convertie en chaleur par des électrons entrant en collision avec le collecteur.

Si le faisceau d'électrons se concentre au point arbitraire, il est difficile de faire fondre le collecteur qui est fait de molybdène. Ceci est dû au fait que le molybdène possède un point de fusion élevé (environ 2 622 °C).

Cependant, il existe un problème en ce que le rayonnement de la chaleur qui est générée dans le collecteur sera difficile du fait que le molybdène possède une conductivité thermique comparativement faible (environ 138 W/m•k). Par conséquent, même si du molybdène est utilisé, il existe une limite en ce qui concerne la puissance de sortie élevée du TWT du fait que la température du collecteur augmentera sensiblement. En outre, le molybdène possède un point de fusion élevée, comme cela est décrit ci-dessus, et un matériau de frittage qui est fait de poudre. En raison de ceci, un gaz peut être enfermé dans une porosité de petite taille générée au moment du frittage. Dans ce cas, il existe un problème en ce que le gaz enfermé dans la porosité est résorbé et le degré de vide dans la coque extérieure s'aggrave si le TWT est fait en utilisant le collecteur de molybdène. D'autre part, si le collecteur est fait de cuivre, le rayonnement de la chaleur générée dans le collecteur est facile. Ceci est dû au fait que le cuivre possède une conductivité thermique importante (environ 398 W/m• k) . Cependant, le cuivre possède un point de fusion plus bas (environ 1 083 °C) que le molybdène. Si un faisceau d'électrons se concentre au point arbitraire comme cela est décrit ci-dessus, il est possible de faire fondre le point. En raison de ceci, si du cuivre est utilisé pour le collecteur, il sera difficile de réaliser un TWT qui possède une puissance de sortie importante. En outre, afin d'obtenir la puissance de sortie nécessaire à partir du TWT, une configuration dans laquelle du cuivre est utilisé pour le collecteur ne peut pas être utilisée si la taille du TWT est réduite. Ceci est dû au fait que, par exemple, le collecteur doit être formé pour posséder une certaine épaisseur.

RESUME Un objet de la présente invention est de proposer un collecteur qui facilite une réduction supplémentaire de la taille d'un tube électronique et qui permette à un tube électronique de distribuer une puissance de sortie importante, et un tube électronique comprenant celui-ci.

Afin de réaliser cet objectif, un collecteur de la présente invention est utilisé en tant que collecteur d'un tube électronique, dans lequel le collecteur est fait d'un matériau 5 composite de molybdène-cuivre. Un autre collecteur de la présente invention est utilisé en tant que collecteur d'un tube électronique, dans lequel le collecteur est fait d'un matériau composite de tungstène-cuivre. 10 Un tube électronique de la présente invention comprend le collecteur. Les objets, caractéristiques, et avantages ci-dessus et autres de la présente invention deviendront évidents à partir de la description 15 suivante en faisant référence aux dessins joints, qui illustrent des exemples de la présente invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un schéma de principe représentant 20 un exemple de configuration d'un système de circuit à haute fréquence comprenant un tube électronique et un appareil d'alimentation électrique ; la figure 2 est une vue en coupe représentant un exemple de configuration d'un collecteur ; 25 la figure 3 est une vue en coupe représentant un autre exemple de configuration du collecteur ; la figure 4 est une vue en perspective représentant un exemple de configuration d'un collecteur de la présente invention ; et 30 la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne A-A' du collecteur représenté sur la figure 4.

EXEMPLES DE MODES DE REALISATION La présente invention va être décrite plus complètement ci-après en faisant référence aux dessins joints, sur lesquels des modes de réalisation préférés de celle-ci sont représentés. Ci-après, la présente invention va être décrite à l'aide d'un collecteur d'un TWT en tant qu'exemple, alors que la présente invention peut être appliquée à un collecteur d'un type différent de tube électronique. La figure 4 est une vue en perspective représentant un exemple de configuration d'un collecteur de la présente invention. La figure 5 est une vue en coupe selon la ligne A-A' du collecteur représenté sur la figure 4. Un collecteur 70 d'un exemple de mode de réalisation est formé à l'aide d'un matériau composite de molybdène-cuivre. Dans l'exemple de mode de réalisation, une couche de carbure de molybdène 71 est en outre formée près d'une surface de la zone nécessaire dans le collecteur 70 qui est fait du matériau composite de molybdène-cuivre. Comme cela est représenté dans une zone ombrée diagonalement de la figure 4 et une zone à ligne onduleuse de la figure 5, la couche de carbure de molybdène 71 est formée afin de couvrir une zone avec laquelle un électron émis à partir d'un canon à électrons non représenté (voir figure 1) entre en collision (zone comportant une haute probabilité de collision). Plus particulièrement, la couche de carbure de molybdène 71 est formée sur la surface intérieure entière du collecteur 70 qui comporte une forme cylindrique à fond et dans la zone tronconique périphérique d'une ouverture 72 sur la surface extérieure du collecteur 70. Les figures 4 et 5 représentent un exemple de forme du collecteur 70 dans le cas d'un TWT comportant seulement un collecteur unique. Dans le cas d'un TWT qui comporte deux collecteurs ou plus, le collecteur le plus éloigné d'une hélice (voir figure 1), qui n'est pas représenté, possède une forme qui est similaire à la forme représentée sur les figures 4 et 5. Un autre collecteur présente une forme sans fond du collecteur 70 représenté sur les figures 4 et 5, comme cela est représenté sur la figure 3. Le cuivre fond dans un matériau de molybdène, qui comporte la porosité nécessaire pour l'imprégnation, et qui est formé dans une plaque ou une barre, et la porosité dans le matériau de molybdène est remplie avec le cuivre, de sorte que le matériau composite de molybdène-cuivre soit formé. Le rapport entre le molybdène et le cuivre (rapport pondéral) du matériau composite est déterminé par la porosité du matériau de molybdène. La porosité du matériau composite est réglée de sorte que le rapport pondéral entre le molybdène et le cuivre (% pondéral) soit une valeur souhaitée. La porosité du matériau de molybdène peut être contrôlée par une granulation de la poudre de molybdène, une pression au moment de la formation, la température de frittage, le temps de frittage, ou analogue, dans une étape de formation de la plaque ou la barre en moulant à la presse et en frittant la poudre de molybdène. Ici, si un rapport du cuivre dans le matériau composite augmente en augmentant la porosité du matériau de molybdène, la résistance d'adhésion parmi des particules de molybdène est réduite et ainsi la résistance qui est nécessaire pour le collecteur est réduite. De même, le molybdène qui est composé du matériau de la couche de carbure de molybdène 71 est réduit. Par conséquent, il est préférable que le rapport du cuivre par rapport au molybdène (rapport pondéral) soit supérieur à 0 % et non supérieur à 40 % dans le matériau composite de molybdène-cuivre de l'exemple de mode de réalisation.

D'autre part, si le rapport du cuivre dans le matériau composite est réduit en réduisant la porosité du matériau de molybdène, l'effet de conductivité thermique améliorée dans le matériau composite, qui est obtenu en incluant du cuivre, possédant une conductivité thermique élevée, qui va être décrit plus bas, sera réduit. En outre, il est préférable que le rapport entre le molybdène et le cuivre (rapport pondéral) dans le matériau composite de molybdène-cuivre soit réglé de sorte que la dilatation thermique de celui-ci soit aussi importante que la dilatation thermique d'un élément supportant le collecteur 70 (céramique isolante 32 représentée sur la figure 2 ou analogue) fait du matériau composite. Par conséquent, il est mieux encore que le rapport cuivre/molybdène (rapport pondéral) soit dans une plage de 15 % à 25 % dans le matériau composite de molybdène-cuivre de l'exemple de mode de réalisation. Un film mince de carbone est formé dans une zone nécessaire d'une surface du collecteur 70 grâce, par exemple, à un procédé de pulvérisation connu ou un procédé CVD ( Chemical Vapor Deposition ou dépôt chimique en phase vapeur ), et puis, le film mince de carbone est allié avec du molybdène sous le film mince en le chauffant dans une atmosphère sous vide, de sorte que la couche de carbure de molybdène 71 soit formée. Il peut être considéré possible qu'un point de fusion du matériau composite molybdène-cuivre soit presque le même que celui du molybdène du fait que le molybdène n'est pas généralement allié avec du cuivre.

D'autre part, la conductivité thermique du matériau composite de molybdène-cuivre est supérieure à celle du molybdène (de l'ordre de 154 à 174 W/m• k) en raison de la présence de cuivre dans la porosité. Du fait que la couche de carbure de molybdène 71 déposée sur la surface du collecteur 70 est un film, la conductivité thermique du collecteur 70 est à peine influencée. Ainsi, le collecteur de formation 70 qui est fait du matériau composite de molybdène-cuivre possède une meilleure conductivité thermique que le collecteur qui est fait de molybdène. En conséquence, le rayonnement de la chaleur qui est générée dans le collecteur 70 peut être facile, et le TWT fournira plus vraisemblablement une puissance de sortie importante que dans le cas des collecteurs dans l'art connexe.

Le point de fusion du matériau composite de molybdène-cuivre est presque le même que celui du molybdène, et donc, il est possible de réaliser le collecteur 70 pour qu'il soit comparativement mince. En conséquence, il est possible de réduire la taille du collecteur 70 et du TWT comprenant celui-ci.

En outre, du fait que la valeur d'un coefficient d'émission électronique secondaire ômax est faible (ômax = 0,90) dans le carbure de molybdène, l'émission électronique secondaire générée au moment de la collision électronique dans le collecteur 70 est supprimée en formant la couche de carbure de molybdène 71 sur la surface du collecteur 70. En raison de ceci, un électron secondaire émis à partir du collecteur 70 par l'émission électronique secondaire devient un électron de retour, et un courant d'hélice passant jusqu'à un potentiel de masse à travers l'hélice (voir figure 1) est réduit. Par conséquent, le rendement du tube à ondes progressives est amélioré et l'endommagement de l'hélice en raison du passage du courant d'hélice est supprimé.

En outre, du fait que le matériau de molybdène possède une dureté élevée et comprend une porosité, il est difficile d'usiner et de traiter le matériau de molybdène pour obtenir la forme du collecteur 70. Cependant, la lubrification du matériau composite de molybdène-cuivre est améliorée par le cuivre remplissant la porosité du matériau de molybdène, et donc, l'usinabilité est meilleure que dans l'art connexe lorsqu'une plaque ou une barre est traitée pour obtenir la forme du collecteur 70.

Bien qu'un exemple soit représenté dans lequel le matériau composite de molybdène-cuivre est utilisé en tant que collecteur 70 pour le tube à ondes progressives dans la description ci-dessus, du tungstène (W) peut être utilisé au lieu du molybdène. Dans ce cas, une couche de carbure de tungstène peut être formée de manière similaire à celle décrite ci-dessus dans une zone nécessaire d'une surface de collecteur faite d'un matériau composite de tungstène-cuivre. Pour une raison similaire à celle du matériau composite de molybdène-cuivre, le rapport cuivre/tungstène (rapport pondéral) dans le matériau composite de tungstène-cuivre peut être réglé pour être supérieur à 0 % et non supérieur à 40 %, et mieux encore dans la plage de 15 % à 25 %. La conductivité thermique du matériau composite de tungstène-cuivre est la même que celle du matériau composite de molybdène-cuivre et le point de fusion du tungstène est très élevé (3 400 °C), similaire à celui du molybdène. En outre, la valeur d'un coefficient d'émission électronique secondaire ômax de carbure de tungstène est 1 ou moins. Par conséquent, même si le collecteur est formé à l'aide de matériau composite de tungstène-cuivre, un effet qui est similaire au cas lorsque le matériau composite de molybdène-cuivre est utilisé peut être obtenu. Bien que l'invention ait été particulièrement représentée et décrite en faisant référence à des exemples de modes de réalisation de celle-ci, l'invention n'est pas limitée à ces exemples de modes de réalisation. L'homme du métier ordinaire entendra que divers changements de la forme et des détails peuvent y être apportés sans s'éloigner de la portée de la présente invention telle qu'elle est définie par les revendications.

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Collecteur (70) d'un tube électronique, caractérisé en ce que ledit collecteur (70) est fait d'un matériau composite de molybdène-cuivre.
2. 2. Collecteur (70) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport cuivre/molybdène est supérieur à 0 % et non supérieur à 40 % dans le matériau composite.
3. 3. Collecteur (70) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport cuivre/molybdène se trouve dans une plage de 15 % à 25 % dans le matériau composite.
4. 4. Collecteur (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une couche de carbure de molybdène (71) est formée près d'une surface d'une zone nécessaire du collecteur (70).
5. 5. Collecteur (70) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone nécessaire est une zone avec laquelle un électron émis à partir d'un canon à électrons du tube électronique entre en collision.
6. 6. Collecteur (70) d'un tube électronique, caractérisé en ce que le collecteur (70) est fait d'un matériau composite de tungstène-cuivre. 5 10 15 20
7. 7. Collecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport cuivre/tungstène est supérieur à 0 % et non supérieur à 40 % dans le matériau composite.
8. 8. Collecteur (70) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rapport cuivre/tungstène se trouve dans une plage de 15 % à 25 % dans le matériau composite.
9. 9. Collecteur (70) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'une couche de carbure de tungstène est formée près de la surface d'une zone nécessaire du collecteur (70).
10. 10. Collecteur (70) selon la revendication 9, caractérisé en ce que la zone nécessaire est une zone avec laquelle un électron émis à partir d'un canon à électrons du tube électronique entre en collision.
11. 11. Tube électronique caractérisé en ce qu'il comprend un collecteur (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.