Dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique et tube électronique comprenant le dispositif Coupling device between resonant cavities for an electron tube and an electron tube comprising the device
La présente invention concerne le domaine des cavités résonnantes destinées à être couplées, utilisées dans des amplificateurs à tubes électroniques notamment ceux de puissance pour des applications scientifiques. La gamme de fonctionnement s'étend généralement au-delà de 500 MHz. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique et un tube électronique comprenant ce dispositif. Des klystrons étaient dans le passé généralement utilisés pour de to telles amplifications et notamment pour la télévision. Ils possèdent une succession de cavités intégrées traversées par le faisceau électronique, la largeur de bande nécessaire dans la plage choisie est obtenue par des dispositifs d'accord en fréquence agissant sur les fréquences de résonance des différentes cavités. On utilise maintenant de plus en plus des tubes, 15 connus sous la dénomination anglaise d'I.O.T pour inductive output tube, dont le rendement est meilleur que celui des klystrons. Mais ces tubes à sortie inductive ne possèdent pas de cavité résonnante de sortie intégrée. Pour atteindre les plages de fréquences et la bande passante instantanée requises on dispose autour du tube une cavité de sortie dite primaire couplée 20 à une autre cavité dite secondaire. Le circuit de sortie de tels tubes comprend donc une cavité primaire traversée par le faisceau d'électrons, une cavité secondaire, un système de couplage entre les deux cavités et un dispositif de prélèvement qui extrait un signal de sortie de la cavité secondaire et le transmet à un 25 dispositif utilisateur ou charge tel une antenne. Le dispositif de prélèvement est généralement réalisé par une boucle qui embrasse les lignes du champ magnétique présent dans la cavité secondaire. Dans certains tubes à sortie inductive, le circuit de couplage entre les deux cavités est formé d'une boucle qui plonge dans la cavité primaire, et 30 se prolonge dans la cavité secondaire. La boucle traverse un orifice situé dans une paroi commune aux deux cavités primaire et secondaire. Cet orifice est souvent appelé iris. The present invention relates to the field of resonant cavities intended to be coupled, used in electronic tube amplifiers, especially power amplifiers for scientific applications. The operating range generally extends beyond 500 MHz. More specifically, the invention relates to a coupling device between resonant cavities for an electron tube and an electronic tube comprising this device. Klystrons were in the past generally used for such amplifications and especially for television. They have a succession of integrated cavities crossed by the electron beam, the necessary bandwidth in the chosen range is obtained by frequency tuning devices acting on the resonance frequencies of the different cavities. More and more tubes are now being used, known as I.O.T. for inductive output tube, which perform better than klystrons. But these inductive output tubes do not have integrated resonant cavity output. In order to reach the required frequency ranges and instantaneous bandwidth, a so-called primary output cavity coupled to another so-called secondary cavity is arranged around the tube. The output circuit of such tubes therefore comprises a primary cavity traversed by the electron beam, a secondary cavity, a coupling system between the two cavities and a sampling device which extracts an output signal from the secondary cavity and transmits it. to a user device or load such as an antenna. The sampling device is generally made by a loop which embraces the lines of the magnetic field present in the secondary cavity. In some inductive-output tubes, the coupling circuit between the two cavities is formed by a loop that plunges into the primary cavity, and extends into the secondary cavity. The loop passes through an orifice located in a wall common to both primary and secondary cavities. This orifice is often called iris.
Des travaux internes à la société demanderesse ont permis de constater que la boucle de couplage entre les cavités primaire et secondaire limite progressivement la puissance de sortie à partir de 750 Mhz, pour atteindre seulement environ la moitié de la puissance à 800 Mhz pour un amplificateur de 80 kW. Cette limitation provient d'un échauffement excessif de la boucle qui a pour conséquence un manque de fiabilité car il peut se produire des ionisations et ou des flashs dans les cavités, notamment dans la cavité primaire entre la boucle et les parois de cette cavité. L'invention vise à permettre l'utilisation de boucle de couplage au-delà de 750 Mhz tout en limitant les pertes de puissance du tube. Internal work at the applicant company has found that the coupling loop between the primary and secondary cavities gradually limits the power output from 750 MHz, to only about half of the power at 800 MHz for an amplifier. 80 kW. This limitation comes from an excessive heating of the loop which results in a lack of reliability because it can occur ionizations and or flashes in the cavities, especially in the primary cavity between the loop and the walls of this cavity. The invention aims to allow the use of coupling loop beyond 750 Mhz while limiting the power losses of the tube.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique comprenant une boucle traversant un iris situé dans une paroi commune aux cavités résonnantes, 15 caractérisé en ce que la boucle comprend un tube dans lequel circule un fluide caloporteur destiné à refroidir la boucle. L'invention a également pour objet un tube électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de couplage selon l'invention. L'invention peut être mise en oeuvre pour tout type de tubes 20 électroniques comprenant des cavités résonnantes tels que par exemple des IOT, triodes ou tétrodes. To this end, the subject of the invention is a device for coupling between resonant cavities for an electron tube comprising a loop passing through an iris situated in a wall common to the resonant cavities, characterized in that the loop comprises a tube in which a fluid circulates. coolant for cooling the loop. The invention also relates to an electron tube, characterized in that it comprises a coupling device according to the invention. The invention can be implemented for any type of electronic tubes comprising resonant cavities such as, for example, IOTs, triodes or tetrodes.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation 25 donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif de couplage conforme à l'invention. The invention will be better understood and other advantages will appear on reading the detailed description of an embodiment given by way of example, a description illustrated by the attached drawing in which: FIG. 1 schematically represents an example of embodiment of a coupling device according to the invention.
Un dispositif de couplage est mis en oeuvre dans un tube 30 électronique comprenant un canon à électron 10 générant un faisceau d'électrons 11 en direction d'un collecteur 12. Le faisceau d'électrons 11 traverse deux tubes de glissement 13 et 14. Le faisceau d'électrons 11 est établit dans une enceinte sous vide. Autour des tubes de glissement 13 et 14, un cylindre 15 maintient le vide dans l'enceinte. Autour des tubes de 35 glissement 13 et 14, le faisceau d'électrons 11 génère un champ magnétique dans une cavité primaire 16 couplée à une cavité secondaire 17. Les deux cavités 16 et 17 sont couplées au niveau d'une paroi 18 commune aux deux cavités 16 et 17. Le couplage est assuré au moyen d'une ouverture appelée iris 19 réalisée dans la paroi 18 et au moyen d'une boucle 20. Les deux cavités 16 et 17 sont résonnantes et elles peuvent comprendre des moyens pour faire varier leur volume de façon à accorder leur fréquence de résonance. A cet effet, les cavités 16 et 17 comprennent par exemple des parois mobiles non représentées sur la figure. La boucle 20 comprend un élément conducteur en contact à une io première extrémité 21 de la boucle 20 avec une paroi 22 de la cavité primaire 16 et à une seconde extrémité 23 de la boucle 20 avec une paroi 24 de la cavité secondaire 17. La boucle 20 est par exemple formée d'un mat s'étendant à partir de la paroi 24, traversant l'iris 19 et se recourbant dans la cavité primaire jusqu'à la paroi 22. En embrassant le champ magnétique 15 présent dans la cavité primaire 16, la partie recourbée 25 génère un courant dans la boucle 20 et ce courant génère à son tour un champ magnétique dans la cavité secondaire 17. Les contacts entre la boule 20 et les parois 22 et 24 peuvent être glissants afin de régler le couplage entre les deux cavités 16 et 17.A coupling device is implemented in an electron tube comprising an electron gun 10 generating an electron beam 11 in the direction of a collector 12. The electron beam 11 passes through two slip tubes 13 and 14. electron beam 11 is established in a vacuum chamber. Around the slide tubes 13 and 14, a cylinder 15 maintains the vacuum in the enclosure. Around the slip tubes 13 and 14, the electron beam 11 generates a magnetic field in a primary cavity 16 coupled to a secondary cavity 17. The two cavities 16 and 17 are coupled at a wall 18 common to both cavities 16 and 17. The coupling is provided by means of an opening called iris 19 made in the wall 18 and by means of a loop 20. The two cavities 16 and 17 are resonant and they may comprise means for varying their volume so as to tune their resonance frequency. For this purpose, the cavities 16 and 17 comprise for example movable walls not shown in the figure. The loop 20 comprises a conductive element in contact with a first end 21 of the loop 20 with a wall 22 of the primary cavity 16 and at a second end 23 of the loop 20 with a wall 24 of the secondary cavity 17. The loop 20 is for example formed of a mat extending from the wall 24, passing through the iris 19 and curling in the primary cavity to the wall 22. By embracing the magnetic field 15 present in the primary cavity 16 , the bent portion 25 generates a current in the loop 20 and this current in turn generates a magnetic field in the secondary cavity 17. The contacts between the ball 20 and the walls 22 and 24 can be slippery in order to adjust the coupling between the two cavities 16 and 17.
20 D'autres formes sont possibles pour la boucle 20. La partie recourbée 25 de la boucle 20 peut par exemple être en contact avec la paroi 18 au niveau d'un bord de l'iris 19. Une telle configuration est décrite dans le brevet français FR 2 727 244. D'autres éléments expliquant le fonctionnement d'un tube électronique, comprenant des cavités résonnantes 25 couplées, pourront être puisés dans ce brevet. Une boucle de prélèvement 26 est introduite dans la cavité secondaire 17 pour alimenter une charge non représentée avec la puissance électromagnétique présente dans la cavité secondaire 17. La boucle de prélèvement 26 embrasse le champ magnétique présent dans la cavité 30 secondaire 17. Pour limiter l'échauffement de la boucle 20, un fluide caloporteur circule dans la boucle 20. On pourra par exemple choisir de l'eau, éventuellement additionnée de glycol, comme fluide caloporteur. D'autres fluides peuvent également convenir, comme par exemple de l'air qui, bien 35 qu'assurant un transfert thermique plus faible que l'eau, permet d'éviter des moyens d'étanchéité nécessaires pour confiner l'eau dans un circuit fermé. Pour permettre la circulation du fluide, la boucle 20 comprend un tube 27 dans lequel circule le fluide caloporteur. On a constaté un échauffement de la boucle 20 surtout au niveau de sa partie recourbée 25 présente dans la cavité primaire 16. On pourrait n'assurer le refroidissement qu'au niveau de la partie recourbée 25. Seule cette parie 25 serait alors formée d'un tube. Pour faciliter la réalisation de la boucle 20, la totalité de la boucle 20 est formée d'un tube et le fluide circule à l'intérieur de la boucle 20 sur toute sa longueur. lo Avantageusement, pour faciliter l'alimentation de la boucle 20 en fluide caloporteur, la boucle 20 comprend un prolongement 28 au niveau de sa seconde extrémité 23, hors des cavités 16 et 17 et notamment hors de la cavité secondaire 17. Le prolongement 28 comprend une entrée 29 du fluide caloporteur dans la boucle 20 et une sortie 30 du fluide caloporteur hors de 15 la boucle 20. L'alimentation de la boucle 20 en fluide caloporteur, entrée et sortie, est alors assurée au niveau d'une seule extrémité de la boucle 20, extrémité 23 dans le cas représenté. L'extrémité 21 pourrait également convenir pour réaliser l'alimentation de la boucle 20 en fluide. Mais l'extrémité 21 est proche du canon à électron 10 et cette zone du tube est 20 souvent encombrée, ce qui rend difficile d'y disposer l'entrée 29 et la sortie 30. Lorsque l'entrée 29 et la sortie 30 du fluide sont situées à l'une des extrémités de la boucle 20, on peut prévoir des moyens pour faire circuler le fluide tout au long de la boucle 20 entre ses deux extrémités 21 et 25 23. A cet effet, le tube 27 forme la paroi extérieure de la boucle 20 et est appelé premier tube 27. La boucle 20 comprend en outre un second tube 31 disposé à l'intérieur du premier tube 27. Le second tube 31 communique avec l'entrée 29 ou avec la sortie 30 du fluide. Le second tube 31 permet au fluide d'atteindre la première extrémité 21 de la boucle 20.Other shapes are possible for the loop 20. The curved portion 25 of the loop 20 may for example be in contact with the wall 18 at an edge of the iris 19. Such a configuration is described in the patent FR 2 727 244. Other elements explaining the operation of an electron tube, comprising coupled resonant cavities, may be drawn from this patent. A sampling loop 26 is introduced into the secondary cavity 17 to feed a load not shown with the electromagnetic power present in the secondary cavity 17. The sampling loop 26 embraces the magnetic field present in the secondary cavity 17. To limit the heating of the loop 20, a heat transfer fluid circulates in the loop 20. It may for example choose water, possibly added glycol, as heat transfer fluid. Other fluids may also be suitable, for example air which, while ensuring a lower heat transfer than water, avoids the sealing means necessary to confine the water in a circuit. closed. To allow the flow of fluid, the loop 20 comprises a tube 27 in which circulates the coolant. It has been noted that the loop 20 has heated up, especially at its bent portion 25 present in the primary cavity 16. It is possible to provide cooling only at the bent portion 25. Only this bead 25 would then be formed of a tube. To facilitate the realization of the loop 20, the entire loop 20 is formed of a tube and the fluid circulates inside the loop 20 over its entire length. lo advantageously, to facilitate the supply of the loop 20 heat transfer fluid, the loop 20 comprises an extension 28 at its second end 23, outside the cavities 16 and 17 and in particular outside the secondary cavity 17. The extension 28 comprises an inlet 29 of the coolant in the loop 20 and an outlet 30 of the coolant out of the loop 20. The supply of the heat transfer fluid loop 20, inlet and outlet, is then provided at a single end of the loop 20, end 23 in the case shown. The end 21 could also be suitable for supplying the loop 20 with fluid. But the end 21 is close to the electron gun 10 and this zone of the tube is often congested, which makes it difficult to dispose of the inlet 29 and the outlet 30. When the inlet 29 and the outlet 30 of the fluid are located at one end of the loop 20, may be provided means for circulating the fluid throughout the loop 20 between its two ends 21 and 25 23. For this purpose, the tube 27 forms the outer wall of the loop 20 and is called first tube 27. The loop 20 further comprises a second tube 31 disposed within the first tube 27. The second tube 31 communicates with the inlet 29 or the outlet 30 of the fluid. The second tube 31 allows the fluid to reach the first end 21 of the loop 20.
30 Dans l'exemple représenté, le second tube 31 communique avec l'entrée 29 et s'étend entre les deux extrémités 21 et 23 de la boucle 20. Les deux tubes 27 et 31 ont par exemple tous deux une section circulaire et le diamètre extérieur du second tube 31 est inférieur au diamètre intérieur du premier tube 27 de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur entre 35 les deux tubes 27 et 31. Le fluide pénètre dans la boucle 20 par l'entrée 29, circule dans le second tube 31 jusqu'à l'extrémité 21 où il débouche dans le premier tube 27 puis s'écoule entre les deux tubes 27 et 31 jusqu'à la sortie 30. Un parcours inverse du fluide dans la boucle 20 est bien entendu possible.5 In the example shown, the second tube 31 communicates with the inlet 29 and extends between the two ends 21 and 23 of the loop 20. The two tubes 27 and 31 have for example both a circular section and the diameter The outside of the second tube 31 is smaller than the inside diameter of the first tube 27 so as to allow the circulation of the coolant between the two tubes 27 and 31. The fluid enters the loop 20 through the inlet 29, circulates in the second tube 31 to the end 21 where it opens into the first tube 27 and flows between the two tubes 27 and 31 to the outlet 30. A reverse path of the fluid in the loop 20 is of course possible.5