FR3056042B1 - REDUNDANT RADIOFREQUENCY RECEIVING CHAIN WITH CRYOGENIC TEMPERATURE COOLING - Google Patents

REDUNDANT RADIOFREQUENCY RECEIVING CHAIN WITH CRYOGENIC TEMPERATURE COOLING Download PDF

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Abstract

Le dispositif (100) comporte une chaîne de réception radiofréquence dont au moins deux amplificateurs faibles bruits (LNA1, LNA2) des signaux reçus par une même antenne et refroidis à des températures cryogéniques. Dans le dispositif, les deux amplificateurs (LNA1, LNA2) sont maintenus à températures dans une même cavité (32) soumise à un vide poussé d'un cryostat (30) dans laquelle sont également agencés tous les composants radioélectriques entre un coupleur d'entrée (20) et les amplificateurs faibles bruits. Au moins deux cryogénérateurs (40a, 40b) assurent le refroidissement du cryostat dont les capacités de refroidissement sont déterminées pour maintenir une température nominale lorsque deux cryogénérateurs sont en fonctionnement simultané et pour maintenir une température dégradée, supérieure, lorsqu'un seul cryogénérateur est en fonctionnement. Une extension froide (61) du cryogénérateur, traversant la paroi (31) du cryostat (30), est confinée dans un fourreau (51) étanche permettant le démontage d'une tête froide sans casser le vide et en maintenant l'autre cryogénérateur en fonctionnement.The device (100) comprises a radiofrequency reception chain including at least two weak amplifiers (LNA1, LNA2) of the signals received by the same antenna and cooled to cryogenic temperatures. In the device, the two amplifiers (LNA1, LNA2) are maintained at temperatures in the same cavity (32) subjected to a high vacuum of a cryostat (30) in which are also arranged all the radio components between an input coupler (20) and low noise amplifiers. At least two cryogenerators (40a, 40b) cool the cryostat whose cooling capacity is determined to maintain a nominal temperature when two cryogenerators are in simultaneous operation and to maintain a degraded temperature, higher, when a single cryogenerator is in operation . A cold extension (61) of the cryogenerator, passing through the wall (31) of the cryostat (30), is confined in a sealed sleeve (51) allowing the disassembling of a cold head without breaking the vacuum and keeping the other cryogenerator in position. operation.

Description

Chaîne de réception radiofréquence redondante à refroidissement à température cryogéniqueRedundant radiofrequency receiver chain with cooling at cryogenic temperature

La présente invention appartient au domaine des systèmes de réception de signaux radiofréquences de faible puissance.The present invention belongs to the field of low power radiofrequency signal receiving systems.

Plus particulièrement l'invention concerne une chaîne de réception radio hautes fréquences et à faible bruit adaptée à la réception des signaux faibles émis en particulier par des véhicules spatiaux plus ou moins distants.More particularly, the invention relates to a high-frequency, low-noise radio reception chain adapted to the reception of weak signals emitted in particular by spacecraft more or less distant.

En matière de communications dans le domaine radiofréquence, il est parfois nécessaire de détecter et amplifier des signaux de très faibles puissances.With regard to communications in the radio frequency domain, it is sometimes necessary to detect and amplify signals of very low power.

Cette situation se trouve en particulier dans les cas où l'émetteur des signaux, parfois lui-même de faible puissance, se situe à de grandes distances ou que les conditions d'émission et ou de réception sont défavorables.This situation is particularly in cases where the signal transmitter, sometimes itself low power, is located at great distances or the conditions of transmission and / or reception are unfavorable.

Les réponses à l'amélioration de la réception des signaux radio sont connues et largement appliquées.Answers to improving the reception of radio signals are known and widely applied.

En général il n'est pas ou plus possible d'agir sur les conditions d'émission, puissances des émetteurs, gains des antennes ..., l'émetteur étant inaccessible.In general it is not or no longer possible to act on the transmission conditions, transmitter power, antennas gains ..., the transmitter being inaccessible.

La solution consiste donc à améliorer le rapport signal sur bruit du récepteur au sol dont un indice de qualité est donné par le rapport G/T ou G représente le gain de l'antenne et T (K) la température de bruit des équipements de la chaîne de réception.The solution therefore consists in improving the signal-to-noise ratio of the ground receiver whose quality index is given by the ratio G / T where G represents the gain of the antenna and T (K) the noise temperature of the equipment of the reception chain.

Le gain de l'antenne G, qui agit directement sur la puissance du signal reçu, est en pratique amélioré en augmentant les dimensions de l'antenne et trouve à un moment des limites opérationnelles et ou de coût qui conduisent à agir sur la température de bruit T pour diminuer le bruit interne du récepteur.The gain of the antenna G, which acts directly on the power of the received signal, is in practice improved by increasing the dimensions of the antenna and finds at a time operational limits and / or cost which lead to act on the temperature of the antenna. T noise to decrease the internal noise of the receiver.

Dans une chaîne de réception, les composants traitant des signaux de très faible puissance sont les plus sensibles à la température de bruit. Les composants les plus critiques sont les premiers amplificateurs raccordés à l'antenne dans la chaîne de réception en raison des faibles puissances des signaux reçus.In a reception chain, the components processing very low power signals are the most sensitive to the noise temperature. The most critical components are the first amplifiers connected to the antenna in the receive chain due to the low power of the received signals.

Pour ces composants sensibles, il est d'usage d'en abaisser la température en fonctionnement à des températures cryogéniques, en général en dessous de 120 K, et en pratique jusqu'à des températures de quelques Kelvin.For these sensitive components, it is customary to lower the operating temperature at cryogenic temperatures, generally below 120 K, and in practice to temperatures of a few Kelvin.

Le maintien d'une chaîne de réception à de telles basses températures est obtenu en plaçant les amplificateurs dans une enceinte refroidie d'un cryostat.Maintaining a reception chain at such low temperatures is achieved by placing the amplifiers in a cooled enclosure of a cryostat.

Les dispositifs connus, comme dans l'exemple d'architecture schématisé sur la figure 1, utilise en pratique des amplificateurs cryogéniques AC1, AC2, un amplificateur cryogénique consistant en un amplificateur faible bruit LNA1, LNA2 refroidi dans un cryostat ayant son générateur de froid.The known devices, as in the example of architecture shown schematically in Figure 1, in practice uses cryogenic amplifiers AC1, AC2, a cryogenic amplifier consisting of a low noise amplifier LNA1, LNA2 cooled in a cryostat having its cold generator.

Dans une telle architecture le remplacement d'un amplificateur cryogénique est facilement réalisable en cas de panne, de l'amplificateur faible bruit ou du générateur de froid, sans arrêter les autres amplificateurs. Mais cette architecture s'avère pénalisante en termes d'intégration de la chaîne de réception et en termes de maintenance du dispositif.In such an architecture the replacement of a cryogenic amplifier is easily achievable in case of failure, the low noise amplifier or the cold generator, without stopping the other amplifiers. But this architecture is penalizing in terms of integration of the reception chain and in terms of maintenance of the device.

Une telle panne, en particulier lorsque liée à une défaillance du générateur de froid, est d'autant plus gênante que les différents amplificateurs sont dédiés à l'amplification de signaux différents, par exemple par leurs polarisations comme dans l'exemple de la figure 1.Such a failure, especially when linked to a failure of the cold generator, is all the more troublesome that the different amplifiers are dedicated to the amplification of different signals, for example by their polarizations as in the example of Figure 1 .

Afin de palier aux défauts des systèmes existants et d'améliorer la disponibilité opérationnelle d'un dispositif pour la réception de signaux radiofréquences, le dispositif de l'invention comporte un cryostat dans une enceinte unique duquel sont regroupés les composants de la chaîne de réception dont le bruit thermique interne affecte sensiblement le rapport signal sur bruit du récepteur, et qui est refroidi par une pluralité de cryogénérateurs pour assurer une continuité de la réception.In order to overcome the defects of the existing systems and to improve the operational availability of a device for receiving radio frequency signals, the device of the invention comprises a cryostat in a single enclosure of which are grouped the components of the reception chain of which the internal thermal noise substantially affects the signal-to-noise ratio of the receiver, which is cooled by a plurality of cryogenerators to provide continuity of reception.

Suivant l'invention, le dispositif pour la réception de signaux radioélectriques comporte une chaîne de réception radiofréquence, ladite chaîne comportant des composants radioélectriques fonctionnellement interconnectés, dont au moins deux amplificateurs faibles bruits refroidis à des températures cryogéniques inférieures à 120K, lesdits aux moins deux amplificateurs faibles bruits étant agencés dans ladite chaîne de réception pour recevoir des signaux radioélectriques captés par une même antenne via un séparateur,.According to the invention, the device for the reception of radio signals comprises a radiofrequency reception chain, said chain comprising functionally interconnected radioelectric components, of which at least two low noise amplifiers cooled to cryogenic temperatures below 120K, said at least two amplifiers low noise being arranged in said reception channel to receive radio signals picked up by the same antenna via a separator ,.

En outre : - les deux amplificateurs faibles bruits sont maintenus à températures cryogéniques dans une même cavité d'un cryostat ; - la cavité du cryostat contient en outre, maintenus à températures cryogéniques, tous les composants radioélectriques de la chaîne de réception situés entre d'une part un coupleur d'entrée, agencé dans la cavité en vis-à-vis d'une fenêtre d'une paroi du cryostat, transparente aux signaux radio provenant de l'antenne, et sans contact avec ladite paroi, et d'autre part les aux moins deux amplificateurs faibles bruits.In addition: the two low noise amplifiers are maintained at cryogenic temperatures in the same cavity of a cryostat; the cavity of the cryostat furthermore contains, maintained at cryogenic temperatures, all the radioelectric components of the reception chain situated between on the one hand an input coupler, arranged in the cavity opposite a window; a wall of the cryostat, transparent to the radio signals coming from the antenna, and without contact with said wall, and on the other hand the at least two weak amplifiers noise.

Il est par un tel agencement réalisé un refroidissement complet par un moyen unitaire de tous les composants susceptibles de monter le niveau de bruit thermique dans la chaîne de réception lorsque le signal reçu n'a pas encore été amplifié.By such an arrangement, a complete cooling by unitary means of all the components capable of raising the thermal noise level in the reception chain is achieved when the received signal has not yet been amplified.

En particulier, les composants radioélectriques de la chaîne de réception situés entre le coupleur d'entrée et les aux moins deux amplificateurs faibles bruits comportent au moins un des composants parmi : des coupleurs, des filtres de fréquences, des séparateurs, des commutateurs à une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sorties. De la sorte, il est possible de réaliser des traitements passifs des signaux avant leur amplification sans introduire de bruit thermique et en particulier de disposer de la capacité de reconfigurer en fonctionnement les voies d'amplification dans le cryostat.In particular, the radio components of the reception chain located between the input coupler and the at least two low noise amplifiers comprise at least one of: couplers, frequency filters, separators, single-stage switches, several inputs and one or more outputs. In this way, it is possible to carry out passive processing of the signals before amplification without introducing thermal noise and in particular to have the ability to reconfigure in operation the amplification channels in the cryostat.

Le dispositif comporte également tout ou partie des caractéristiques suivantes prises seules ou suivant toute configuration techniquement possible : - le coupleur d'entrée est une antenne cornet qui capte les signaux provenant de l'antenne au travers d'une fenêtre transparente sans qu'il soit nécessaire que le coupleur soit en contact avec la paroi du cryostat. - la chaîne de réception comporte au moins un amplificateur monté en deuxième étage d'amplification d'un amplificateur faibles bruits, agencé dans la chaîne d'amplification à l'extérieur du cryostat dans un boîtier annexe fixé audit cryostat. Il est de la sorte limité le nombre de composants dans le cryostat tout en conservant des liaisons de courte longueur entre les composants internes au cryostat et les composants externes.The device also includes all or some of the following characteristics taken alone or in any technically possible configuration: the input coupler is a horn antenna which picks up the signals coming from the antenna through a transparent window without being necessary that the coupler is in contact with the wall of the cryostat. the reception chain comprises at least one amplifier mounted in the second amplification stage of a low-noise amplifier, arranged in the amplification system outside the cryostat in an annex box fixed to said cryostat. It is thus limited the number of components in the cryostat while maintaining short links between the internal components of the cryostat and the external components.

Dans une forme de réalisation : - chacun des composants radioélectriques de la chaîne de réception situés dans la cavité du cryostat est fixé sur une plaque froide agencée dans ladite cavité soumise à un vide poussée d'une pression inférieure à un microbar (0,1 Pa) ; - la ou chacune des plaques froides est maintenue à températures cryogéniques par au moins deux cryogénérateurs dont les capacités de refroidissement sont déterminées pour maintenir les amplificateurs faibles bruits à une première température cryogénique nominale lorsque les aux moins deux cryogénérateurs sont en fonctionnement simultané et pour maintenir lesdits amplificateurs faibles bruits à une deuxième température cryogénique dégradée, supérieure à la première température cryogénique nominale, lorsqu'un seul cryogénérateur est en fonctionnement ; - chaque cryogénérateur réalisant un pompage de la chaleur de la ou des plaques froides par une extension froide, d'une tête froide du cryogénérateur, traversant la paroi du cryostat et confinée dans un fourreau fixé à ladite paroi pour assurer une étanchéité au gaz entre la cavité, soumise au vide poussé, et un espace environnant le cryostat à une pression atmosphérique.In one embodiment: each of the radioelectric components of the reception chain located in the cavity of the cryostat is fixed on a cold plate arranged in said cavity subjected to a high vacuum with a pressure of less than one microbar (0.1 Pa ); the or each of the cold plates is maintained at cryogenic temperatures by at least two cryogenerators whose cooling capacities are determined to maintain the low noise amplifiers at a first nominal cryogenic temperature when the at least two cryogenerators are in simultaneous operation and to maintain said low noise amplifiers at a second degraded cryogenic temperature, greater than the first nominal cryogenic temperature, when only one cryogenerator is in operation; each cryogenerator carrying out a pumping of the heat of the cold plate (s) by a cold extension, of a cold head of the cryogenerator, passing through the wall of the cryostat and confined in a sleeve fixed to the said wall to ensure a gastightness between the cavity, subjected to high vacuum, and a space surrounding the cryostat at atmospheric pressure.

Suivant cette forme de réalisation, il est assuré un maintien à une température cryogénique des composants fixés sur la ou les plaques froides, même en cas de défaillance d'un cryogénérateur, qui peut être retiré sans arrêt du dispositif et sans rompre le vide dans la cavité du cryostat.According to this embodiment, it is ensured a maintenance at a cryogenic temperature of the components fixed on the cold plate or plates, even in the event of failure of a cryogenerator, which can be removed without stopping the device and without breaking the vacuum in the cavity of the cryostat.

Suivant une forme de réalisation, chaque extension froide comporte au moins une connexion thermique avec une ou des plaques froides, et ou un ou des écrans antiradiations dans la cavité du cryostat, ladite connexion thermique comportant : - un élément de liaison fixé à la plaque froide, ou l'écran antiradiation, à refroidir ; - un pont thermique fixé au fourreau ; - une pièce d'extrémité froide solidaire de la tête froide ; lesdits éléments de liaison, pont thermique et pièce d'extrémité froide étant en contact pour assurer la transmission de la chaleur de la plaque froide vers la tête froide dans une première position nominale de ladite tête froide et l'élément de liaison et le pont thermique étant séparés dans une seconde position de ladite tête froide fixée au fourreau lorsque ledit fourreau, maintenu à la paroi du cryostat par un raccord extensible d'un retour de fourreau, est partiellement extrait du cryostat sans en être séparé.According to one embodiment, each cold extension comprises at least one thermal connection with one or more cold plates, and or one or more antiradiation screens in the cavity of the cryostat, said thermal connection comprising: a connection element fixed to the cold plate; , or the antiradiation screen, to cool; a thermal bridge fixed to the sheath; a cold end piece integral with the cold head; said connecting elements, thermal bridge and cold end piece being in contact to ensure transmission of heat from the cold plate to the cold head in a first nominal position of said cold head and the connecting member and the thermal bridge being separated in a second position of said cold head fixed to the sleeve when said sleeve, held at the wall of the cryostat by an extensible connection of a barrel return, is partially extracted from the cryostat without being separated from it.

Il est ainsi possible, sans interrompre le fonctionnement du dispositif, dans une position intermédiaire de réchauffer la tête froide devant être démontée et son fourreau. Egalement dans cette position intermédiaire, il est évité que la tête froide à l'arrêt soit une source de chaleur qui conduirait à un surdimensionnement du cryogénérateur devant maintenir les composants de la chaîne de réception à une température cryogénique.It is thus possible, without interrupting the operation of the device, in an intermediate position to heat the cold head to be disassembled and its sheath. Also in this intermediate position, it is avoided that the cold head at a standstill is a source of heat that would lead to oversizing of the cryogenerator to maintain the components of the receiver chain at a cryogenic temperature.

Pour réaliser le démontage complet de la tête froide, le pont thermique et la pièce d'extrémité froide sont séparés dans une troisième position de la tête froide au moins partiellement extraite du fourreau, ledit fourreau réalisant l'étanchéité au gaz entre la cavité et l'espace environnant.To carry out the complete disassembly of the cold head, the thermal bridge and the cold end piece are separated in a third position of the cold head at least partially extracted from the sleeve, said sleeve providing gastightness between the cavity and the nozzle. surrounding area.

Dans une forme de réalisation, une liaison thermique entre un élément de liaison et un pont thermique, et ou entre un pont thermique et une pièce d'extrémité froide, est réalisée par un téton engagé dans un manchon radialement élastique serré sur ledit téton par un anneau de serrage par contraction lorsque ledit anneau de serrage est à température cryogénique, et relâchant ledit téton lorsque ledit anneau de serrage est à température non cryogénique.In one embodiment, a thermal connection between a connecting member and a thermal bridge, and or between a thermal bridge and a cold end piece, is provided by a pin engaged in a radially elastic sleeve clamped to said pin by a contraction ring when said clamping ring is at cryogenic temperature, and releasing said pin when said clamping ring is at non-cryogenic temperature.

Il est ainsi assuré une résistance thermique de contact minimale entre les éléments conducteurs de chaleurs devant rester déconnectables.It is thus ensured a minimum contact heat resistance between the heat conducting elements that must remain disconnectable.

Pour assurer une réception optimale de signaux de très faible puissance, avantageusement la première température cryogénique, en fonctionnement nominal, est inférieure à 10 K.To ensure optimal reception of signals of very low power, advantageously the first cryogenic temperature, in nominal operation, is less than 10 K.

Pour assurer une réception acceptable de ces signaux la deuxième température cryogénique, en fonctionnement dégradé, est de préférence inférieure à 80 K. L'invention concerne également un procédé de remplacement d'une tête froide d'un dispositif suivant l'invention.To ensure acceptable reception of these signals, the second cryogenic temperature, in degraded operation, is preferably less than 80 K. The invention also relates to a method for replacing a cold head of a device according to the invention.

Suivant le procédé il est pallié à la défaillance d'une tête froide sans interruption de fonctionnement de la chaîne de réception par un maintien à température cryogénique des composants refroidis dans le cryostat.According to the method it is compensated for the failure of a cold head without interruption of operation of the receiving chain by maintaining cryogenic temperature of the cooled components in the cryostat.

Le procédé comporte une étape dans laquelle la tête froide, arrêtée et devant être remplacée, est démontée en maintenant au moins une autre tête froide en fonctionnement de sorte qu'un froid cryogénique est maintenu dans le cryostat sans rupture du vide dans le cryostat.The method comprises a step in which the cold head, stopped and to be replaced, is dismounted while maintaining at least one other cooling head in operation so that a cryogenic cold is maintained in the cryostat without breaking the vacuum in the cryostat.

Ainsi le procédé comporte au moins les étapes de : - contrôler la température dans le cryostat, puis lorsque ladite température est sensiblement stabilisée autour de la deuxième température cryogénique dégradée ; - desserrer des vis immobilisant une bride de fourreau, du retour de fourreau, par rapport à une virole, fixée à la paroi du cryostat, la tête froide étant fixée sur une bride de tête froide solidarisant le fourreau et ledit retour de fourreau ; - appliquer un effort de traction sur la tête froide, toujours fixée au fourreau, jusqu'à une extraction partielle dudit fourreau, de la cavité du cryostat, permise par un allongement du raccord extensible étanche ; - mesurer la température du fourreau dont, suite à l'extraction partielle dudit fourreau, les ponts thermiques ne sont plus en contact avec des parties encore refroidies du dispositif ; - lorsque la température du fourreau a atteint ou dépassé une température du point de rosée dans l'environnement du cryostat, casser le vide dans ledit fourreau, détacher la tête froide de la bride de tête froide et extraire l'extension froide dudit fourreau.Thus, the method comprises at least the steps of: controlling the temperature in the cryostat, then when said temperature is substantially stabilized around the second degraded cryogenic temperature; - Loosen screws immobilizing a sleeve flange of the barrel return, relative to a ferrule, fixed to the wall of the cryostat, the cold head being fixed on a cold head flange solidarisant the sleeve and said sheath return; - Applying a tensile force on the cold head, still attached to the sleeve, to a partial extraction of said sleeve, the cavity of the cryostat, permitted by an elongation of the extensible sealing connector; measuring the temperature of the sleeve, which, following the partial extraction of said sleeve, the thermal bridges are no longer in contact with still cooled parts of the device; - When the barrel temperature has reached or exceeded a dew point temperature in the environment of the cryostat, break the vacuum in said sleeve, detach the cold head from the cold head flange and extract the cold extension of said sleeve.

Il est ainsi assuré un démontage sans risque d'endommagement ni du cryostat ni de la tête froide et apporter la possibilité de remontage simple et rapide d'une tête froide de remplacement. Le temps de fonctionnement de la chaîne de réception en mode dégradé peut être minimisé.It is thus ensured disassembly without risk of damage neither the cryostat nor the cold head and bring the possibility of easy and quick reassembly of a replacement cold head. The operating time of the reception channel in degraded mode can be minimized.

La description de l'invention est faite en référence aux figures qui illustrent schématiquement et de manière non limitative : figure 1 : déjà citée, une représentation schématique d'une chaîne de réception comportant plusieurs amplificateurs cryogéniques ; figure 2a : une représentation schématique d'un exemple de dispositif de l'invention dans laquelle une chaîne de réception de réception à plusieurs amplificateurs faibles bruits est agencée dans un cryostat unique ; figure 2b: une représentation schématique d'une autre forme de réalisation du dispositif suivant l'invention incorporant un dispositif similaire au dispositif de la figure 2a dans un ensemble comportant également des moyens d'émission ; figure 3a : en vue isométrique épurée, un dispositif tel que le dispositif du schéma de la figure 2a, montrant le cryostat avec une fenêtre transparente au rayonnement radio et deux cryogénérateurs de refroidissement du cryostat ; figure 3b : en vue isométrique, une illustration d'un exemple d'agencement intérieur du cryostat de la figure 3a, dont la paroi extérieure latérale et les écrans antiradiations latéraux sont retirés, tous les éléments de détail ou accessoires n'étant pas représentés ; Figure 4a : une section épurée d'un cryogénérateur, suivant un axe longitudinal de son extension froide, en position fonctionnelle sur un cryostat ;The description of the invention is made with reference to the figures which illustrate schematically and in a nonlimiting manner: FIG. 1: already cited, a schematic representation of a reception chain comprising several cryogenic amplifiers; FIG. 2a: a schematic representation of an exemplary device of the invention in which a reception channel receiving several low noise amplifiers is arranged in a single cryostat; Figure 2b: a schematic representation of another embodiment of the device according to the invention incorporating a device similar to the device of Figure 2a in a set also comprising transmitting means; FIG. 3a: in a simplified isometric view, a device such as the device of the diagram of FIG. 2a, showing the cryostat with a window transparent to radio radiation and two cryogenerators for cooling the cryostat; FIG. 3b: in isometric view, an illustration of an exemplary interior arrangement of the cryostat of FIG. 3a, the side exterior wall and the side antiradiation shields being removed, all the detail elements or accessories not being shown; Figure 4a: a purified section of a cryogenerator, along a longitudinal axis of its cold extension, in operative position on a cryostat;

Figure 4b : une représentation du cryogénérateur de la figure 4a dans lequel la tête froide est encore fixée au cryostat mais dont les ponts thermiques du fourreau, encore connectés aux extrémités froides de la tête froide, sont déconnectées des éléments de liaison aux plaque froides ; figure 4c: une représentation du cryogénérateur de la figure 4a dont la tête froide, déconnectée du fourreau, est dans une position partiellement extraite du fourreau du cryogénérateur.4b: a representation of the cryogenerator of FIG. 4a in which the cold head is still attached to the cryostat but whose thermal bridges of the sleeve, still connected to the cold ends of the cold head, are disconnected from the cold plate connection elements; FIG. 4c: a representation of the cryogenerator of FIG. 4a whose cold head, disconnected from the sleeve, is in a position partially extracted from the sleeve of the cryogenerator.

La présente invention concerne un dispositif pour la réception de signaux radioélectriques comportant une chaîne de réception et d'amplification de signaux radiofréquence maintenue à température cryogénique.The present invention relates to a device for receiving radio signals comprising a radio frequency signal reception and amplification system maintained at cryogenic temperature.

Pour les besoins de la description détaillée d'un exemple de réalisation du dispositif, il sera considéré le cas d'une chaîne de réception comportant deux amplificateurs faible bruit (LNA).For the purposes of the detailed description of an exemplary embodiment of the device, it will be considered the case of a reception chain comprising two low noise amplifiers (LNA).

Les températures sont ici considérées du domaine cryogénique pour des valeurs inférieures à 120K, valeur supérieure qui correspond sensiblement à la liquéfaction des gaz de l'air dans les conditions de pression atmosphérique.The temperatures are here considered cryogenic for values below 120K, higher value which corresponds substantially to the liquefaction of air gases under atmospheric pressure conditions.

La figure 2a représente schématiquement un dispositif 100 comportant la chaîne de réception, au moins sa partie amplification haute fréquence initiale.FIG. 2a schematically represents a device 100 comprising the reception chain, at least its initial high frequency amplification part.

Le dispositif comporte un cryostat 30 dont une paroi 31 délimite une cavité 32 dans laquelle les composants de la chaîne de réception doivent être maintenus une température cryogénique.The device comprises a cryostat 30, a wall 31 defines a cavity 32 in which the components of the receiving chain must be maintained at a cryogenic temperature.

La chaîne de réception comporte également à l'intérieur de la cavité 32 : - un coupleur d'entrée 20, sous la forme d'une antenne cornet, situé en vis à vis d'une fenêtre 33, transparente sur le plan radioélectrique, de la paroi 31 ; - deux amplificateurs faible bruit LNA1, LNA2 ; - des coupleurs de sortie CEI, CE2 des signaux amplifiés traversant la paroi 31 du cryostat.The reception chain also comprises, inside the cavity 32: an input coupler 20, in the form of a horn antenna, located opposite a window 33, transparent on the radio plane, of the wall 31; two low-noise amplifiers LNA1, LNA2; - Output couplers IEC, CE2 amplified signals through the wall 31 of the cryostat.

Entre le coupleur d'entrée 20 et les amplificateurs faible bruit LIMAI, LNA2, la chaîne de réception comporte également : - un coupleur de poursuite 21 ; - un ou des filtres 22, par exemple des filtres passe-bande, des signaux radiofréquence ; - un séparateur 23 pour discriminer les ondes de polarisations différentes ; - un commutateur 24 à deux entrées raccordées à des sorties du séparateur et à deux sorties raccordées chacune à une entrée d'un amplificateur faible bruit via un coupleur de test 251, 252.Between the input coupler 20 and the low-noise amplifiers LIMAI, LNA2, the reception chain also comprises: a tracking coupler 21; one or more filters 22, for example band-pass filters, radiofrequency signals; a separator 23 for discriminating the waves of different polarizations; a switch 24 with two inputs connected to outputs of the separator and with two outputs each connected to an input of a low-noise amplifier via a test coupler 251, 252.

Accessoirement, la cavité 32 contient également des composants d'un système de poursuite 26 recevant des signaux du coupleur de poursuite 21.Incidentally, the cavity 32 also contains components of a tracking system 26 receiving signals from the tracking coupler 21.

Les composants du système de poursuite 26 ne sont pas intercalés dans la chaîne de réception, hors le coupleur de poursuite 21. Les exigences de rapport signal sur bruit dans le système de poursuite ne sont pas aussi sévères que pour les signaux devant être analysés et lesdits composants du système de poursuite sont ici intégrés dans la cavité du cryostat par commodité.The components of the tracking system 26 are not interposed in the reception chain, outside the tracking coupler 21. The signal-to-noise ratio requirements in the tracking system are not as severe as for the signals to be analyzed and said Tracking system components are here integrated into the cavity of the cryostat for convenience.

Le montage du commutateur 24 dans le cryostat permet, sans mettre en œuvre de traversée mécanique dans la paroi 31 du cryostat, de commuter chacune des polarisations du signal, discriminées par le séparateur 23, vers l'un ou l'autre des amplificateurs faible bruit LNA1 ou LNA2. Ainsi chaque amplificateur faible bruit peut amplifier alternativement le signal radioélectrique suivant une ou l'autre des polarisations, et ainsi remplacer ponctuellement l'autre amplificateur faible bruit en cas de défaillance de ce dernier, sans qu'il soit dans la chaîne de réception introduit de bruit thermique ni de quantité de chaleur par conduction vers l'intérieur du cryostat.The mounting of the switch 24 in the cryostat makes it possible, without using mechanical traversing in the wall 31 of the cryostat, to switch each of the polarizations of the signal, discriminated by the separator 23, towards one or the other of the low-noise amplifiers. LNA1 or LNA2. Thus, each low-noise amplifier can alternately amplify the radio signal according to one or the other of the polarizations, and thus occasionally replace the other low-noise amplifier in the event of a failure of the latter, without it being in the reception channel introduced by thermal noise or amount of heat by conduction to the inside of the cryostat.

Dans le schéma de la figure 2a, des amplificateurs montés en deuxième étage d'amplification, moins sensibles aux bruits d'origine thermique en raison du signal pré-amplifié qu'ils reçoivent, sont agencés dans la chaîne d'amplification à l'extérieur du cryostat 30, avantageusement dans un boîtier annexe 90 fixé au cryostat 30 pour minimiser les longueurs des liaisons entre les différents étages d'amplification.In the diagram of FIG. 2a, amplifiers mounted in the second amplification stage, which are less sensitive to noise of thermal origin because of the pre-amplified signal they receive, are arranged in the amplification chain outside. cryostat 30, advantageously in an annex box 90 attached to the cryostat 30 to minimize the lengths of the connections between the different amplification stages.

Pour être maintenus à basse température, les composants de la chaîne de réception, essentiellement regroupés au centre du cryostat, visibles mais non repérés sur la figure 3b, sont intimement fixés sur une plaque froide 34 formée dans un matériau fortement conducteur de la chaleur, par exemple en cuivre, elle-même refroidie par des cryogénérateurs 40a, 40b, c'est à dire des sources froides qui pompent la chaleur de ladite plaque froide, chaleur qui est apportée par le fonctionnement des composants électroniques, par la conduction via les structures du dispositif, la convection par les gaz résiduels dans la cavité 32 du cryostat et le rayonnement thermique.To be maintained at low temperature, the components of the reception chain, essentially grouped in the center of the cryostat, visible but not marked in FIG. 3b, are intimately fixed on a cold plate 34 formed in a material that is highly heat-conductive, for example copper example, itself cooled by cryogenerators 40a, 40b, ie cold sources that pump the heat of said cold plate, heat that is provided by the operation of electronic components, by the conduction via the structures of the device, the convection by the residual gases in the cavity 32 of the cryostat and the thermal radiation.

Pour maintenir la température en fonctionnement aussi basse que possible, il est naturellement recherché à minimiser tous les apports de chaleur de l'extérieur vers l'intérieur du cryostat et à maximiser les transferts de chaleur inverses du pompage thermique.To keep the temperature in operation as low as possible, it is naturally desirable to minimize all the heat gains from the outside to the inside of the cryostat and to maximize the inverse heat transfer from the thermal pumping.

Ainsi le coupleur d'entrée 20, antenne cornet placée en vis-à-vis de la fenêtre 33 transparente de la paroi est fixée sans contact avec la paroi 31 pour éviter des transferts de chaleur direct par conduction avec ladite paroi.Thus, the input coupler 20 horn antenna placed vis-à-vis the transparent window 33 of the wall is fixed without contact with the wall 31 to prevent direct heat transfer by conduction with said wall.

Egalement, il est en fonctionnement réalisé et entretenu un vide poussé, correspondant à une pression inférieure à un microbar (0,1 Pa), pour limiter les échanges de chaleur par conduction et convection.Also, it is operated and maintained a high vacuum, corresponding to a pressure of less than one microbar (0.1 Pa), to limit the heat exchange by conduction and convection.

Avantageusement des écrans antiradiations 35 sont agencés entre les parties devant être maintenues froides et la paroi 31 du cryostat pour limiter réchauffement par rayonnement de la chaleur externe réchauffant ladite paroi.Advantageously, antiradiation screens 35 are arranged between the parts to be kept cold and the wall 31 of the cryostat to limit radiative heating of the external heat heating said wall.

La combinaison du vide poussé et de la mise en œuvre d'écran antiradiation permet ainsi de ne pas pénaliser le bilan thermique du cryostat par la température de la paroi 31 du cryostat qui est avantageusement réalisée en alliage d'aluminium pour résister à la pression atmosphérique, lorsqu'il est réalisé un vide dans la cavité 32, sans pénalité de masse excessive.The combination of the high vacuum and the implementation of anti-radiation screen thus makes it possible not to penalize the thermal balance of the cryostat by the temperature of the wall 31 of the cryostat which is advantageously made of aluminum alloy to withstand atmospheric pressure. , when a vacuum is made in the cavity 32, without excessive mass penalty.

Les différents éléments, en particulier plaques froides et écrans antiradiations sont maintenus mécaniquement dans la cavité 32 fixés indirectement à la paroi 31 par des supports 36, tels que des colonnes, qui, sans affecter leurs fonctions mécaniques, sont réalisés dans un matériau autant que possible isolant sur le plan thermique pour éviter les apports de chaleur dans l'enceinte par conduction.The various elements, in particular cold plates and antiradiation screens are mechanically held in the cavity 32 attached indirectly to the wall 31 by supports 36, such as columns, which, without affecting their mechanical functions, are made of a material as much as possible thermally insulating to prevent heat input into the enclosure by conduction.

Pris individuellement, les différents composants de la chaîne de réception sont connus, mais ils sont ici assemblés et agencés dans une cavité 32 unique d'un cryostat 30 suivant un agencement adapté à la reconfiguration de ladite chaîne de réception, et leur refroidissement est réalisé par deux cryogénérateurs 40a, 40b indépendants.Taken individually, the various components of the reception chain are known, but here they are assembled and arranged in a single cavity 32 of a cryostat 30 in an arrangement adapted to the reconfiguration of said reception chain, and their cooling is carried out by two cryogenerators 40a, 40b independent.

Il faut comprendre ici que les deux cryogénérateurs sont indépendants en ce que chacun peut être en fonctionnement ou non indépendamment de l'autre.It must be understood here that the two cryogenerators are independent in that each can be in operation or not independently of the other.

Il convient également de noter que plus de deux cryogénérateurs peuvent être agencés pour refroidir les composants dans le cryostat, mais que pour éviter une interruption de la réception en raison d'une élévation excessive de la température, au moins deux cryogénérateurs sont en fonctionnement simultanément, hors cas de panne, de sorte qu'une défaillance d'un cryogénérateur en fonctionnement n'interrompe pas totalement le refroidissement des composants à l'intérieur du cryostat et qu'il puisse être démarré un cryogénérateur en redondance froide et ou procédé au changement du cryogénérateur défaillant.It should also be noted that more than two cryogenerators can be arranged to cool the components in the cryostat, but to avoid an interruption of the reception due to an excessive rise in temperature, at least two cryogenerators are in operation simultaneously, out of case of failure, so that a failure of a cryogenerator in operation does not completely interrupt the cooling of the components inside the cryostat and that it can be started a cold redundant cryogenerator and or proceeded to change the defective cryogenerator.

En outre, en cas de nécessité de démonter un cryogénérateur 40a, 40b, par exemple pour une réparation suite à une panne, une opération d'entretien ou un remplacement en fin de vie opérationnelle, le démontage doit pouvoir être réalisé sans interrompre le fonctionnement de la chaîne de réception ce qui implique sans réchauffer les composants au-delà d'une température maximale cryogénique définie et, conséquemment, de continuer le refroidissement sans rompre le vide poussé dans la cavité 32 du cryostat.In addition, if it is necessary to dismantle a cryogenerator 40a, 40b, for example for a repair following a breakdown, a maintenance operation or a replacement at the end of operational life, disassembly must be able to be performed without interrupting the operation of the reception chain which implies without heating the components beyond a defined maximum cryogenic temperature and, consequently, to continue the cooling without breaking the vacuum pushed into the cavity 32 of the cryostat.

Pour atteindre, avec une puissance de refroidissement minimale, une température en fonctionnement cryogénique, en particulier inférieure à 10K, il est nécessaire que le refroidissement de la plaque froide 34 soit réalisé de manière efficace ce qui implique d'une part qu'une terminaison froide 41, 42 d'un cryogénérateur soit portée à une température suffisamment basse pour atteindre la température souhaitée pour la plaque froide et que d'autre part toutes les connexions mécaniques par lesquelles la chaleur est pompée présentent une faible résistance thermique afin d'assurer un transfert efficace de la chaleur.To achieve, with a minimum cooling power, a temperature in cryogenic operation, in particular less than 10K, it is necessary that the cooling of the cold plate 34 is effected effectively, which implies on the one hand that a cold termination 41, 42 of a cryogenerator is brought to a sufficiently low temperature to reach the desired temperature for the cold plate and that on the other hand all the mechanical connections by which the heat is pumped have a low thermal resistance to ensure a transfer effective heat.

Dans l'exemple du cryogénérateur 40a, 40b illustré en coupe simplifiée sur les figures 4a, 4b et 4c, le cryogénérateur mis en œuvre comporte deux étages fonctionnant à des températures différentes.In the example of the cryogenerator 40a, 40b illustrated in simplified section in FIGS. 4a, 4b and 4c, the cryogenerator used has two stages operating at different temperatures.

Une telle configuration connue à deux étages de refroidissement n'est pas obligatoire mais s'avère adaptée au refroidissement d'une chaîne d'amplification aux températures considérées.Such a known configuration with two cooling stages is not mandatory but is suitable for cooling an amplification system at the temperatures considered.

Sur les figures 4a, 4b et 4c sont également représentés des éléments en contact avec le cryogénérateur, à savoir la plaque froide 34 devant être portée à la température la plus basse, l'écran antiradiation 35 et la paroi 31 du cryostat.Figures 4a, 4b and 4c also show elements in contact with the cryogenerator, namely the cold plate 34 to be brought to the lowest temperature, the anti-radiation screen 35 and the wall 31 of the cryostat.

Dans le présent chapitre consacré aux cryogénérateurs, le terme « résistance » s'adresse, sauf évidence contraire, à la résistance thermique qui s'oppose aux transferts de chaleur, en particulier à la résistance thermique de contact qui résulte de la jonction de deux parties par laquelle doit passer la chaleur.In this chapter devoted to cryogenerators, the term "resistance" refers to the thermal resistance that opposes heat transfer, in particular to the thermal contact resistance resulting from the joining of two parts. through which the heat must pass.

Le cryogénérateur comporte trois sous-ensembles principaux représentés sur la figure 4a en configuration de fonctionnement du cryogénérateur : - un premier sous ensemble en contact avec les autres parties du dispositif ; - un deuxième sous ensemble 50 comportant un fourreau étanche ; - un troisième sous ensemble formant une tête froide 60 pour la génération du froid et le pompage de la chaleur dans le cryostat.The cryogenerator comprises three main subassemblies shown in FIG. 4a in the operating configuration of the cryogenerator: a first subassembly in contact with the other parts of the device; a second subassembly 50 comprising a sealed sleeve; a third subassembly forming a cold head 60 for the generation of cold and the pumping of heat in the cryostat.

Le premier sous-ensemble comporte principalement les parties du cryogénérateur fixées directement aux parties à refroidir ou à la paroi 31 du cryostat.The first subassembly mainly comprises the parts of the cryogenerator directly attached to the parts to be cooled or to the wall 31 of the cryostat.

On trouve dans ledit premier sous-ensemble un premier élément de liaison 41 à la plaque froide 34, un deuxième élément de liaison 42 à l'écran antiradiation et une virole 43 par laquelle le fourreau, et indirectement la tête froide du cryogénérateur, est fixé à la paroi 31.In said first subassembly, there is a first connecting element 41 to the cold plate 34, a second connecting element 42 to the antiradiation shield and a shell 43 through which the sleeve, and indirectly the cold head of the cryogenerator, is fixed. at the wall 31.

La forme et les dimensions des premier et second éléments de liaison sont adaptées pour former des surfaces de contact sur lesquelles sont appuyés respectivement la plaque froide et l'écran antiradiation et lesdits éléments de liaison sont serrés au moyens de fixations, telles que des vis 411, contre respectivement la plaque froide ou ledit écran-anti radiation pour obtenir une résistance de contact la plus faible possible.The shape and dimensions of the first and second connecting elements are adapted to form contact surfaces on which the cold plate and the antiradiation shield are respectively supported and said connection elements are tightened by means of fasteners, such as screws 411. , respectively against the cold plate or said anti-radiation shield to obtain the lowest possible contact resistance.

La virole 43 assure principalement le maintien du fourreau et du cryogénérateur et simultanément l'étanchéité au niveau de la traversée de la paroi 31 par le fourreau, traversée nécessairement étanche pour maintenir le vide réalisé dans la cavité 32.The ferrule 43 mainly ensures the maintenance of the sheath and the cryogenerator and simultaneously the sealing at the crossing of the wall 31 by the sheath, which is necessarily sealed to maintain the vacuum produced in the cavity 32.

Comme il est constaté sur la figure 4a, ces trois éléments ne sont pas en contact direct entre eux et forment une unité en ce qu'ils sont fixes par rapport à une structure du cryostat, lorsque le dispositif est en fonctionnement.As seen in FIG. 4a, these three elements are not in direct contact with each other and form a unit in that they are fixed with respect to a structure of the cryostat, when the device is in operation.

Le deuxième sous-ensemble 50 comporte principalement le fourreau 51, un premier pont thermique 52, un second pont thermique 53, un retour de fourreau 54, extérieur au fourreau, comportant un raccord extensible 55 étanche, par exemple un soufflet en accordéon.The second subassembly 50 mainly comprises the sheath 51, a first thermal bridge 52, a second thermal bridge 53, a sheath return 54, outside the sheath, comprising a tight fitting extension 55, for example an accordion bellows.

Le fourreau 51 et le retour de fourreau 54 comportant le raccord extensible 55 forment une enveloppe étanche au gaz qui s'appuie sur la virole 43 et assure l'étanchéité permettant de maintenir le vide dans la cavité 32.The sheath 51 and the sheath return 54 comprising the extensible connector 55 form a gas-tight envelope which rests on the shell 43 and provides the seal to maintain the vacuum in the cavity 32.

Une bride de tête froide 56 est agencée à la jonction du fourreau 51 et du retour de fourreau 54, dont la fonction sera exposée ultérieurement.A cold head flange 56 is arranged at the junction of the sleeve 51 and the barrel return 54, the function of which will be explained later.

Une bride de fourreau 57 est agencée sur le retour de fourreau, entre le raccord extensible et la bride de tête froide, de sorte à immobiliser le fourreau par des vis, non représentées sur les figures 4a, 4b et 4c, maintenant une position rapprochée de ladite bride de fourreau avec la virole 43 en fonctionnement nominal.A sleeve flange 57 is arranged on the sleeve return, between the extensible connector and the cold head flange, so as to immobilize the sleeve by screws, not shown in FIGS. 4a, 4b and 4c, maintaining a position close to said sleeve flange with the ferrule 43 in nominal operation.

Les premier et second ponts thermiques sont en contact thermique avec le premier élément de liaison 41 et respectivement le second élément de liaison 42.The first and second thermal bridges are in thermal contact with the first connecting element 41 and the second connecting element 42 respectively.

Suivant un agencement similaire pour les deux ponts thermiques, une liaison thermique est réalisée par un manchon 522, 532, radialement élastique, du pont thermique 52, 53 emboîté sur un téton 411, 421 de l'élément de liaison avec lequel la connexion thermique est réalisée.According to a similar arrangement for the two thermal bridges, a thermal connection is made by a sleeve 522, 532, radially elastic, the thermal bridge 52, 53 fitted on a pin 411, 421 of the connecting element with which the thermal connection is performed.

Pour garantir une qualité du contact entre le manchon et le téton un anneau de serrage 523, 533 est agencé autour du manchon 522, 532.To ensure a quality of the contact between the sleeve and the pin a clamping ring 523, 533 is arranged around the sleeve 522, 532.

Ce type de montage pour la jonction de terminaison froide permet une insertion ou un déboîtement du manchon sur le téton aisé à température ambiante, l'anneau ayant alors un diamètre suffisant pour permettre un élargissement élastique du manchon lors de l'insertion du téton, et un serrage à température cryogénique par une contraction thermique de l'anneau de serrage. L'anneau de serrage est par exemple réalisé en PTFE (polytétrafluoroéthylène).This type of assembly for the cold termination junction allows insertion or disengagement of the sleeve on the lug easily at room temperature, the ring then having a diameter sufficient to allow elastic expansion of the sleeve during the insertion of the nipple, and cryogenic temperature clamping by thermal contraction of the clamping ring. The clamping ring is for example made of PTFE (polytetrafluoroethylene).

La tête froide 60 est un dispositif conventionnel de génération de froid et de pompage de la chaleur par une extension froide 61, dans la forme de réalisation à deux extrémités froides, une première extrémité froide à basse température, ici pour atteindre une température inférieure à 10K, et une seconde extrémité froide à température cryogénique intermédiaire utilisée pour refroidir des parties n'exigeant pas une température aussi basse que pour les composants critiques, tels que les amplificateurs faibles bruits.The cold head 60 is a conventional device for generating cold and pumping heat by a cold extension 61, in the embodiment with two cold ends, a cold first end at low temperature, here to reach a temperature below 10K and a second cryogenic intermediate temperature cold end used to cool parts not requiring a temperature as low as critical components, such as low noise amplifiers.

Dans l'exemple illustré, l'extension froide correspond à une forme de révolution, comme en pratique le fourreau 51 et la virole 43, dont seul le contour est représenté sur la figure 4a.In the example shown, the cold extension corresponds to a form of revolution, as in practice the sleeve 51 and the shell 43, of which only the contour is shown in Figure 4a.

Des pièces d'extrémités froides 62, 63 sont thermiquement connectées aux ponts thermiques 52, 53 de manière similaire aux connexions thermiques entre lesdits ponts thermiques 52, 53 et les éléments de liaison 41, 42, c'est-à-dire par des manchons 622, 632, radialement élastique, emboîté sur des tétons 521, 531 du pont thermique 52, 53 avec lequel la liaison thermique est réalisée.Cold end pieces 62, 63 are thermally connected to the thermal bridges 52, 53 in a manner similar to thermal connections between said thermal bridges 52, 53 and the connecting elements 41, 42, i.e. by sleeves 622, 632, radially resilient, fitted on the pins 521, 531 of the thermal bridge 52, 53 with which the thermal connection is made.

Un anneau de serrage 623, 633 est agencé autour du manchon 622, 632 pour assurer un contact à faible résistance entre le manchon et le téton.A clamping ring 623, 633 is arranged around the sleeve 622, 632 to provide a low-resistance contact between the sleeve and the pin.

Il doit être remarqué que dans le cryogénérateur 40a, 40b, les contacts entre les éléments de liaison 41, 42 et les ponts thermiques 52, 53 sont situés à l'intérieure de la cavité 32 du cryostat dans laquelle est maintenu un vide poussé, et que les contacts entre lesdits ponts thermiques et les pièces d'extrémités froides 62, 63 sont situés à l'intérieur du fourreau 51 étanche par rapport à la cavité 32.It should be noted that in the cryogenerator 40a, 40b, the contacts between the connecting elements 41, 42 and the thermal bridges 52, 53 are located inside the cavity 32 of the cryostat in which a high vacuum is maintained, and that the contacts between said thermal bridges and the cold end pieces 62, 63 are located inside the sleeve 51 sealed with respect to the cavity 32.

Suivant une autre caractéristique, lorsque le dispositif est en fonctionnement et que le cryogénérateur considéré est également en fonction, le fourreau 51 est étanche et il est également maintenu le vide dans ledit fourreau étanche pour limiter les pertes thermiques.According to another characteristic, when the device is in operation and the cryogenerator considered is also in function, the sleeve 51 is sealed and it is also maintained the vacuum in said sealed sleeve to limit heat losses.

Cette forme de montage permet donc de maintenir l'étanchéité de la cavité 32 du cryostat, et donc le vide dans ladite cavité lorsque la tête froide 60, c'est-à-dire la partie du cryogénérateur qui produit le froid et pompe la chaleur dans le cryostat, qui est la partie du cryogénérateur susceptible de devoir être remplacée en fonctionnement du dispositif, est retiré.This form of assembly thus makes it possible to maintain the tightness of the cavity 32 of the cryostat, and thus the vacuum in said cavity when the cold head 60, that is to say the part of the cryogenerator that produces the cold and pumps the heat in the cryostat, which is the part of the cryogenerator that may need to be replaced in operation of the device, is removed.

Cette forme de réalisation permet également de démonter et de remonter la tête froide 60 lorsque le dispositif est toujours refroidi à température cryogénique par un autre cryogénérateur.This embodiment also makes it possible to disassemble and reassemble the cold head 60 when the device is still cooled at cryogenic temperature by another cryogenerator.

Dans le cas d'arrêt de fonctionnement d'un cryogénérateur, la température cryogénique du cryostat ne sera plus assurée que par le ou les générateurs restant en fonction.In the case of operating stoppage of a cryogenerator, the cryogenic temperature of the cryostat will be ensured only by the generator (s) remaining in operation.

En pratique la température maintenue en dessous de 10K avec deux cryogénérateurs va monter et ne sera plus maintenue qu'à une température supérieure, par exemple une température spécifiée de 80K qui sera utilisée pour déterminer une puissance minimale d'un cryogénérateur pour assurer le fonctionnement du dispositif en mode dégradé.In practice the temperature maintained below 10K with two cryogenerators will rise and will only be maintained at a higher temperature, for example a specified temperature of 80K which will be used to determine a minimum power of a cryogenerator to ensure the operation of the device in degraded mode.

Cette élévation de la température suffit à assurer une dilatation des différents anneaux de serrage qui permettrait un démontage de la tête froide. Cependant les ponts thermiques 52, 53 du fourreau sont encore en contact avec les éléments de liaison 41, 42 eux même en contact avec les parties refroidies par l'autre cryogénérateur : la plaque froide 34 et l'écran antiradiation 35.This rise in temperature is sufficient to ensure expansion of the various clamping rings which would allow disassembly of the cold head. However, the thermal bridges 52, 53 of the sheath are still in contact with the connecting elements 41, 42 themselves in contact with the parts cooled by the other cryogenerator: the cold plate 34 and the antiradiation shield 35.

Dans ces conditions un démontage de la tête froide 60 aurait pour conséquence d'une part des échanges thermiques avec l'air extérieur qui serait en contact direct avec les surfaces desdits ponts thermiques à l'intérieure du fourreau 51 et apporterait de la chaleur aux éléments refroidis par l'autre cryogénérateur et d'autre part une formation de glace à partir de l'eau présente sous forme vapeur dans l'atmosphère.Under these conditions, a disassembly of the cold head 60 would have the consequence, on the one hand, of heat exchanges with the outside air which would be in direct contact with the surfaces of said thermal bridges inside the sleeve 51 and would bring heat to the elements cooled by the other cryogenerator and on the other hand an ice formation from the water present in vapor form in the atmosphere.

Il serait en conséquence provoqué un flux de chaleur vers les parties froides et la glace formée s'opposerait à un remontage d'une tête froide.It would therefore be caused a heat flow towards the cold parts and the formed ice would oppose a reassembly of a cold head.

La forme de réalisation décrite permet d'échapper à ces difficultés par la double jonction thermique réalisée à chacune des terminaisons froides et par le raccord extensible 55.The described embodiment makes it possible to escape these difficulties by the double thermal junction made at each of the cold terminations and by the extensible connector 55.

Les avantages en seront mieux compris à la description d'un mode opératoire illustré sur la séquence des figures 4a, 4b et 4c pour le remplacement d'une tête froide 60 lorsque le dispositif est en fonctionnement.The advantages will be better understood from the description of a procedure illustrated in the sequence of FIGS. 4a, 4b and 4c for the replacement of a cold head 60 when the device is in operation.

Le montage initial réalisé à température ambiante ne pose pas de problème particulier pour l'homme du métier qui assurera l'ordre de montage adapté et les étanchéités nécessaires des liaisons mécaniques. Lorsque le montage est terminé, le vide est réalisé dans la cavité 32 du cryostat et dans le fourreau 51. Compte tenu des températures recherchées en fonctionnement, il sera réalisé un vide poussé. La température est alors abaissée et maintenue sur les parties refroidies du dispositif par la mise en fonctionnement simultanée d'au moins deux cryogénérateurs.The initial assembly carried out at room temperature does not pose any particular problem for the skilled person who will ensure the appropriate assembly order and the necessary sealing mechanical connections. When the assembly is completed, the vacuum is produced in the cavity 32 of the cryostat and in the sleeve 51. Given the temperatures desired during operation, a high vacuum will be achieved. The temperature is then lowered and maintained on the cooled parts of the device by the simultaneous operation of at least two cryogenerators.

Pour démonter une tête froide d'un cryogénérateur à l'arrêt, panne ou arrêt volontaire, sans interrompre le fonctionnement du dispositif, il est alors procédé de la manière suivante : - dans une première étape, partant de la configuration illustrée sur la figure 4a, il est attendu que les températures dans le cryostat au niveau des parties refroidies remontent du fait de l'arrêt du cryogénérateur dont la tête froide doit être démontée ; - lorsque cette température est remontée, en pratique de quelques dizaines de Kelvin et toujours dans le domaine des températures cryogéniques grâce au cryogénérateur toujours en fonctionnement, la dilatation des anneaux de serrage 523, 533 est suffisante pour qu'un effort de traction ordinaire sur le fourreau 51 assure la séparation des manchons 522, 532 des ponts thermiques d'avec les tétons 411, 421 des éléments de liaison. Cet effort est appliqué sous la forme d'une traction, réalisée à la main ou avec un outillage spécialisé, lorsque les vis maintenant la bride de fourreau 57 à la virole 43 ont été suffisamment desserrées, la tête froide étant toujours fixée sur la bride de tête froide 56. L'extraction partielle du fourreau 51 est permise par la déformation du raccord extensible 55 qui permet le déplacement du fourreau en maintenant l'étanchéité de la cavité 32 du cryostat. A ce stade, le volume intérieur du fourreau, dans lequel se trouve l'extension froide 61 est toujours sous vide bien que le fourreau soit partiellement extrait du cryostat ; - suite à cette manœuvre d'extraction partielle du fourreau, dans la configuration de la figure 4b, les ponts thermiques 52, 53 ne sont plus en contact avec les parties encore refroidies du dispositif et la température de l'ensemble, fourreau, ponts thermiques, et tête froide, ainsi déconnecté thermiquement, séparations indiquées par les flèches doubles sur la figure 4b, peut être amenée à la température ambiante, naturellement ou par un réchauffage actif pour accélérer ledit réchauffage, en maintenant le fonctionnement du dispositif. A ce stade, le vide poussé dans la cavité 32 du cryostat évite un réchauffement excessif des composant de la chaîne de réception par diffusion de la température du fourreau ; - Lorsque la température du fourreau 54 est au voisinage de la température ambiante, en pratique au moins au-dessus de la température du point de rosée dans l'environnement du cryostat, il est alors cassé le vide dans ledit fourreau, et la tête froide peut être démontée en détachant ladite tête froide de la bride de tête froide 56 sans craindre la condensation d'eau ou la formation de glace dans le fourreau.To dismantle a cold head from a cryogenerator at standstill, breakdown or voluntary stop, without interrupting the operation of the device, it is then proceeded as follows: in a first step, starting from the configuration illustrated in FIG. 4a , it is expected that the temperatures in the cryostat at the cooled parts back because of the stop cryogenerator whose cold head must be dismantled; - When this temperature is raised, in practice a few tens of Kelvin and still in the field of cryogenic temperatures thanks to the cryogenerator still in operation, the expansion of the clamping rings 523, 533 is sufficient for an ordinary tensile force on the sleeve 51 ensures the separation of the sleeves 522, 532 of the thermal bridges with the pins 411, 421 of the connecting elements. This force is applied in the form of traction, performed by hand or with specialized tools, when the screws holding the sleeve flange 57 to the shell 43 have been sufficiently loosened, the cold head still being fixed on the flange of cold head 56. The partial extraction of the sleeve 51 is allowed by the deformation of the extensible connector 55 which allows movement of the sleeve while maintaining the seal of the cavity 32 of the cryostat. At this stage, the inner volume of the sheath, in which the cold extension 61 is located, is always under vacuum although the sheath is partially extracted from the cryostat; - Following this maneuver partial extraction of the sheath, in the configuration of Figure 4b, the thermal bridges 52, 53 are no longer in contact with the still cooled parts of the device and the temperature of the assembly, sheath, thermal bridges , and cold head, thus thermally disconnected, separations indicated by the double arrows in Figure 4b, can be brought to room temperature, naturally or by active heating to accelerate said heating, maintaining the operation of the device. At this stage, the vacuum pushed into the cavity 32 of the cryostat prevents excessive heating of the components of the reception chain by diffusion of the temperature of the sleeve; - When the temperature of the sleeve 54 is in the vicinity of the ambient temperature, in practice at least above the dew point temperature in the environment of the cryostat, it is then broken the vacuum in said sleeve, and the cold head can be disassembled by detaching said cold head from the cold head flange 56 without fear of condensation of water or ice formation in the sheath.

Lors de ce démontage, bien que dans des conditions dégradées, la chaîne de réception est toujours fonctionnelle et refroidie à une température cryogénique.During this disassembly, although in degraded conditions, the reception chain is still functional and cooled to a cryogenic temperature.

Le remontage d'une tête froide 60, lorsque le dispositif est en fonctionnement, est réalisé en suivant l'ordre inverse des opérations de démontage : - l'extension froide 61 de la tête froide 60 de remplacement est insérée dans le fourreau 51 jusqu'à engagement des manchons 622, 632 des pièces d'extrémités froides 62, 63 sur les tétons 521, 531 des ponts thermiques 52, 53. Cet engagement est réalisé pratiquement sans effort du fait de la dilatation des anneaux de serrage 623, 633 dont la dilatation à température ambiante est importante à l'échelle considérée ; - la tête froide est fixée sur la bride de tête froide 56 reconstituant l'étanchéité du fourreau 51 dans lequel le vide peut être rétabli ; - le fourreau 51 peut alors être repoussé jusqu'à engagement des manchons 522, 532 des ponts thermiques 52, 53 sur les tétons 411, 421 des éléments de liaison 41, 42. Comme lors du montage de la tête froide dans le fourreau, cet engagement est réalisé pratiquement sans effort du fait de la dilatation des anneaux de serrage 523, 533 encore sensiblement à température ambiante ; - une fois ce contact établi avec les parties refroidies par l'autre cryogénérateur en fonctionnement, les pièces de conduction thermique commencent à se refroidir et les anneaux de serrage à se resserrer par contraction thermique. La mise en service du cryogénérateur venant d'être monté permet alors d'abaisser la température pour ramener le dispositif en conditions nominales de température.The reassembly of a cold head 60, when the device is in operation, is performed in the reverse order of disassembly operations: - the cold extension 61 of the replacement cold head 60 is inserted into the sleeve 51 until with engagement of the sleeves 622, 632 of the cold end pieces 62, 63 on the pins 521, 531 of the thermal bridges 52, 53. This engagement is made practically without effort due to the expansion of the clamping rings 623, 633 whose Expansion at room temperature is important at the scale considered; the cold head is fixed on the cold head flange 56 reconstituting the imperviousness of the sleeve 51 in which the vacuum can be restored; - The sheath 51 can then be pushed back to engagement of the sleeves 522, 532 of the thermal bridges 52, 53 on the pins 411, 421 of the connecting elements 41, 42. As when mounting the cold head in the sleeve, this engagement is achieved virtually effortless due to the expansion of the clamping rings 523, 533 still substantially at room temperature; - Once this contact established with the parts cooled by the other cryogenerator in operation, the heat conduction parts begin to cool and the clamping rings to tighten by thermal contraction. The commissioning of the cryogenerator that has just been mounted then makes it possible to lower the temperature in order to bring the device back to nominal temperature conditions.

Simultanément à l'abaissement de la température des pièces refroidies dans le cryostat, les différentes bagues de serrage se contractent à nouveau et rétablissent des contacts à résistance thermique diminuée.Simultaneously with the lowering of the temperature of the cooled parts in the cryostat, the various clamping rings contract again and restore contacts with reduced thermal resistance.

Dans la description qui vient d'être faite, lorsqu'il est utilisé l'expression « la température » ou « la température cryogénique » et de manière générale le terme « température », l'homme du métier comprend que, en raison des sources de réchauffement et du pompage thermique dans le cryostat, la température n'est pas identique en tout point même si le singulier est utilisé.In the description just given, when the term "temperature" or "cryogenic temperature" and generally the term "temperature" are used, the skilled person understands that, because of the sources of warming and thermal pumping in the cryostat, the temperature is not identical in every way even if the singular is used.

Le dispositif dont un exemple vient d'être décrit est susceptible de variantes sans se démarquer de l'invention.The device of which an example has just been described is capable of variants without departing from the invention.

Par exemple, la chaîne de réception peut ne comprendre qu'une partie des composants illustrés sur l'exemple décrit et ou, comme dans l'exemple illustré sur la figure 2a, être associé à une chaîne d'émission 91 couplée à la même antenne.For example, the reception chain may comprise only part of the components illustrated in the example described and, as in the example illustrated in FIG. 2a, be associated with a transmission channel 91 coupled to the same antenna. .

Comme déjà signalé, le dispositif comporte au moins deux cryogénérateurs indépendants qui sont en fonctionnement simultané, mais il peut en comporter plus fonctionnant simultanément ou occasionnellement lorsque l'un des cryogénérateurs en fonctionnement tombe en panne ou doit être arrêté.As already mentioned, the device comprises at least two independent cryogenerators that are in simultaneous operation, but it may include more operating simultaneously or occasionally when one of the cryogenerators in operation fails or must be stopped.

Les têtes froides décrites comportent deux étages, mais les principes de connexion et de déconnexion expliqués sont transposables à une tête froide avec un nombre quelconque d'étages.The cold heads described have two stages, but the principles of connection and disconnection explained can be transposed to a cold head with any number of stages.

Le dispositif décrit est représenté schématiquement avec une seule plaque froide sur laquelle sont fixés les composants devant être maintenus à basses températures, et avec un écran antiradiations refroidi se comportant fonctionnellement comme une plaque froide vis à vis du pompage thermique, cependant le dispositif peut comporter plusieurs plaques froides, et ou plusieurs écrans antiradiations, reliées entre elles par des raccords thermiques, dont certains sont visibles sur la figure 3b, et ou connectées à des étages différents des têtes froides, en fonction de températures souhaitées. L'expression « plaque froide », même utilisée au singulier, doit donc ici être considérée de manière générale comme des structures devant être refroidies à température cryogénique par un pompage de la chaleur, en particulier un ensemble de supports sur lesquels sont fixés des composants devant être maintenus à températures cryogéniques, l'expression plaque froide au singulier étant plus particulièrement utilisée lorsque les supports de cet ensemble sont connectés thermiquement entre eux.The device described is shown schematically with a single cold plate on which are fixed the components to be maintained at low temperatures, and with a cooled antiradiation screen functionally acting as a cold plate with respect to thermal pumping, however the device may comprise several cold plates, and or several antiradiation screens, interconnected by thermal connectors, some of which are visible in Figure 3b, and or connected to different stages of the cold heads, depending on desired temperatures. The expression "cold plate", even used in the singular, must therefore be considered here generally as structures to be cooled to cryogenic temperature by a pumping of heat, in particular a set of supports on which are fixed components in front of to be maintained at cryogenic temperatures, the expression cold plate in the singular being more particularly used when the supports of this set are thermally connected to each other.

Dans les jonctions thermiques « élément de liaison - pont thermique » et « pont thermique - pièce d'extrémité froide », réalisées par emboîtement d'un téton dans un manchon et serrage par contraction thermique d'un anneau de serrage, les positions du téton et du manchon peuvent être inversées par rapport aux cas illustrés suivant toute combinaison possible. Par exemple le manchon peut être sur l'élément de liaison et le téton sur le pont thermique.In the thermal junctions "connecting element - thermal bridge" and "thermal bridge - cold end piece", made by fitting a nipple in a sleeve and clamping by thermal contraction of a clamping ring, the positions of the nipple and the sleeve can be inverted with respect to the illustrated cases in any possible combination. For example the sleeve may be on the connecting element and the pin on the thermal bridge.

Les températures et pressions mises en jeu dans le dispositif sont données à titre d'exemple correspondant à un fonctionnement réaliste pour un dispositif tel que celui de l'invention mais peuvent cependant évoluer en plus ou en moins en fonctions des spécifications et exigences du cas d'espèce, pour autant que le fonctionnement suppose une température cryogénique des composants sensibles et le maintien d'un vide au moins partiel, sinon poussé, dans le cryostat.The temperatures and pressures involved in the device are given by way of example corresponding to a realistic operation for a device such as that of the invention but may however evolve more or less according to the specifications and requirements of the case. the species, provided that the operation assumes a cryogenic temperature of the sensitive components and the maintenance of a vacuum at least partial, if not pushed, in the cryostat.

Le dispositif de l'invention s'avère donc particulièrement performant en assurant le fonctionnement de la chaîne de réception pour la réception de signaux radio faibles, en particulier dans la bande S (2,2-2,3 GHz), la bande X (8,4-8,5 GHz) et la bande Ka (31,8-32,3 GHz), même en cas de panne d'un cryostat et permettant le changement du cryostat en panne sans arrêt de la chaîne réception.The device of the invention is therefore particularly efficient in ensuring the operation of the reception channel for the reception of weak radio signals, in particular in the S band (2.2-2.3 GHz), the X band ( 8.4-8.5 GHz) and the Ka band (31.8-32.3 GHz), even in the event of a cryostat failure and allowing the change of the failed cryostat without stopping the reception chain.

Claims (11)

REVENDICATIONS 1 - Dispositif (100) pour la réception de signaux radioélectriques comportant un cryostat (30) ayant une cavité (32), une chaîne de réception radiofréquence, ladite chaîne comportant des composants radioélectriques fonctionnellement interconnectés, dont un coupleur d'entrée (20) recevant des signaux radioélectriques captés par une antenne extérieure au dispositif (100), au moins deux amplificateurs faibles bruits (LNA1, LNA2) refroidis à des températures cryogéniques inférieures à 120K dans la cavité (32) du cryostat (30), caractérisé en ce que : - la cavité (32) du cryostat (30) contient en outre, maintenus à températures cryogéniques, tous les composants radioélectriques de la chaîne de réception du dispositif (100) situés dans ladite chaîne entre d'une part le coupleur d'entrée (20), agencé dans la cavité (32) en vis-à-vis d'une fenêtre (33) d'une paroi (31) du cryostat (30), transparente aux signaux radio provenant de l'antenne, et sans contact avec ladite paroi, et en ce que ; - les aux moins deux amplificateurs faibles bruits (LIMAI, LNA2) sont agencés en parallèle dans ladite chaîne de réception pour recevoir les signaux radioélectriques captés par le coupleur d'entrée (20) via un séparateur (23).1 - Device (100) for receiving radio signals comprising a cryostat (30) having a cavity (32), a radio frequency reception chain, said chain comprising functionally interconnected radioelectric components, including an input coupler (20) receiving radio signals picked up by an antenna outside the device (100), at least two weak noise amplifiers (LNA1, LNA2) cooled to cryogenic temperatures below 120K in the cavity (32) of the cryostat (30), characterized in that: the cavity (32) of the cryostat (30) furthermore contains, maintained at cryogenic temperatures, all the radio components of the receiving channel of the device (100) situated in said chain between, on the one hand, the input coupler (20); ), arranged in the cavity (32) vis-à-vis a window (33) of a wall (31) of the cryostat (30), transparent to the radio signals from the antenna, and without contact with said wall, and that; the at least two low noise amplifiers (LIMAI, LNA2) are arranged in parallel in said reception channel to receive the radio signals picked up by the input coupler (20) via a splitter (23). 2 - Dispositif suivant la revendication 1 dans lequel les composants radioélectriques de la chaîne de réception situés entre le coupleur d'entrée et les aux moins deux amplificateurs faibles bruits (LNA1, LNA2) comportent au moins un des composants parmi : des coupleurs (21, 251, 252), des filtres (22) de fréquences, des séparateurs (23), des commutateurs (24) à une ou plusieurs entrées et une ou plusieurs sorties.2 - Device according to claim 1 wherein the radio components of the reception chain located between the input coupler and the at least two weak amplifiers (LNA1, LNA2) comprise at least one of: couplers (21, 251, 252), frequency filters (22), separators (23), switches (24) with one or more inputs and one or more outputs. 3 - Dispositif suivant la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel le coupleur d'entrée (20) est une antenne cornet.3 - Device according to claim 1 or claim 2 wherein the input coupler (20) is a horn antenna. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications précédentes dans lequel la chaîne de réception comporte au moins un amplificateur monté en deuxième étage d'amplification d'un amplificateur faibles bruits (LNA1, LNA2) agencé dans la chaîne d'amplification à l'extérieur du cryostat (30) dans un boîtier annexe (90) fixé audit cryostat.4 - Device according to one of the preceding claims wherein the receiving chain comprises at least one amplifier mounted second amplification stage of a low noise amplifier (LNA1, LNA2) arranged in the amplification chain outside the cryostat (30) in an auxiliary housing (90) attached to said cryostat. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications précédentes dans lequel : -le cryostat (30) comporte au moins deux cryogénérateurs (40a, 40b) capables de fonctionner indépendamment l'un de l'autre, agencés pour pomper la chaleur d'une ou plusieurs plaques froides (34) où chacun des composés de la chaîne de réception sont fixés -la cavité (32) du cryostat (30) est soumise à un vide poussée d'une pression inférieure à un microbar (0,1 Pa) - la ou chacune des plaques froides (34) est maintenue à températures cryogéniques conjointement par les au moins deux cryogénérateurs (40a, 40b) dont les capacités de refroidissement sont déterminées pour maintenir les amplificateurs faibles bruits (LNA1, LNA2) à une première température cryogénique nominale lorsque les aux moins deux cryogénérateurs sont en fonctionnement simultané et pour maintenir lesdits amplificateurs faibles bruits à une deuxième température cryogénique dégradée, supérieure à la première température cryogénique nominale, lorsqu'un seul cryogénérateur est en fonctionnement ; - le dispositif comporte également, pour chaque cryogénérateur, un fourreau (51) fixé à la paroi (31) du cryostat (30) de manière à assurer une étanchéité au gaz entre la cavité (32), soumise au vide poussé, et un espace environnant le cryostat à une pression atmosphérique, et dont le fourreau (51) traverse la dite paroi (31) et confine à son intérieure une tête froide (60) d'un cryogénérateur ; - chaque cryogénérateur (40a, 40b) réalise simultanément un pompage de la chaleur de la ou des plaques froides par une extension froide (61), de la tête froide (60) du cryogénérateur, traversant la paroi (31) du cryostat (30) et confinée dans le fourreau (51).5 - Device according to one of the preceding claims wherein: -the cryostat (30) comprises at least two cryogenerators (40a, 40b) capable of operating independently of one another, arranged to pump heat from one or several cold plates (34) where each of the compounds of the reception chain are fixed -the cavity (32) of the cryostat (30) is subjected to a high vacuum of a pressure lower than a microbar (0.1 Pa) - the or each of the cold plates (34) is maintained at cryogenic temperatures jointly by the at least two cryogenerators (40a, 40b) whose cooling capacities are determined to maintain the low noise amplifiers (LNA1, LNA2) at a first nominal cryogenic temperature when the at least two cryogenerators are in simultaneous operation and to maintain said low noise amplifiers at a second degraded cryogenic temperature, higher than the first nominal cryogenic temperature, when only one cryogenerator is in operation; the device also comprises, for each cryogenerator, a sheath (51) fastened to the wall (31) of the cryostat (30) so as to ensure a gastight seal between the cavity (32), subjected to high vacuum, and a space surrounding the cryostat at atmospheric pressure, and whose sheath (51) passes through said wall (31) and confines to its interior a cold head (60) of a cryogenerator; each cryogenerator (40a, 40b) simultaneously pumps the heat of the cold plate (s) by a cold extension (61) of the cold head (60) of the cryogenerator, passing through the wall (31) of the cryostat (30) and confined in the sleeve (51). 6 - Dispositif suivant la revendication 5 dans lequel : -le fourreau (51) traversant la paroi (31) du cryostat comporte, à son extérieur, un retour de fourreau (54) solidarisé audit fourreau (51) par une bride de tête froide (56), et sur lequel retour de fourreau (54) sont agencés un raccord extensible (55) et une virole (43) assurant l'étanchéité de la cavité du cryostat (32) et; -le fourreau (51) est fixé à la paroi (31) du cryostat par une bride de fourreau (57) agencée sur le retour de fourreau (54), entre le raccord extensible (55) et la bride de tête froide (56), immobilisant le retour de fourreau (54) par rapport à la virole (43) et le raccord extensible (55); -chaque extension froide (61) comporte au moins une connexion thermique avec la ou les plaques froides (34), et ou un ou des écrans antiradiations (35) dans la cavité (32), ladite connexion thermique comportant : - un élément de liaison (41, 42) fixé à la plaque froide, et ou l'écran antiradiation, à refroidir ; - un pont thermique (52, 53) fixé au fourreau (51) ; - une pièce d'extrémité froide (62, 63) solidaire de la tête froide (60) ; lesdit éléments de liaison, pont thermique et pièce d'extrémité froide étant en contact pour assurer la transmission de la chaleur de la plaque froide vers la tête froide dans une première position nominale de ladite tête froide et l'élément de liaison et le pont thermique étant séparés dans une seconde position de ladite tête froide fixée au fourreau (51) lorsque ledit fourreau est partiellement extrait du cryostat sans en être séparé.6 - Device according to claim 5 wherein: -the sleeve (51) passing through the wall (31) of the cryostat comprises, on its outside, a barrel return (54) secured to said sleeve (51) by a cold head flange ( 56), and on which sleeve return (54) are arranged an extensible coupling (55) and a ferrule (43) sealing the cavity of the cryostat (32) and; the sleeve (51) is fixed to the wall (31) of the cryostat by a sleeve flange (57) arranged on the sleeve return (54), between the extensible connector (55) and the cold head flange (56) immobilizing the barrel return (54) relative to the barrel (43) and the expandable coupling (55); each cold extension (61) comprises at least one thermal connection with the cold plate or plates (34), and or one or more antiradiation screens (35) in the cavity (32), said thermal connection comprising: a connecting element (41, 42) attached to the cold plate, and or the antiradiation screen, to cool; - a thermal bridge (52, 53) fixed to the sheath (51); - a cold end piece (62, 63) integral with the cold head (60); the connecting elements, thermal bridge and cold end piece being in contact to ensure the transmission of heat from the cold plate to the cold head in a first nominal position of said cold head and the connecting element and the thermal bridge being separated in a second position of said cold head fixed to the sheath (51) when said sheath is partially extracted from the cryostat without being separated from it. 7 - Dispositif suivant la revendication 6 dans lequel le pont thermique (52, 53) et la pièce d'extrémité froide (62, 63) sont séparés dans une troisième position de la tête froide (60) au moins partiellement extraite du fourreau (51), ledit fourreau réalisant l'étanchéité au gaz entre la cavité (32) et l'espace environnant.7 - Device according to claim 6 wherein the thermal bridge (52, 53) and the cold end piece (62, 63) are separated in a third position of the cold head (60) at least partially extracted from the sleeve (51). ), said sleeve providing gastightness between the cavity (32) and the surrounding space. 8 - Dispositif suivant la revendication 6 ou la revendication 7 dans lequel une liaison thermique entre un élément de liaison (41, 42) et un pont thermique (52, 53), et ou entre un pont thermique (52, 53) et une pièce d'extrémité froide (62, 63), est réalisée par un téton (411, 521, 421, 531) engagé dans un manchon (522, 622, 532, 632) radialement élastique serré sur ledit téton par un anneau de serrage (523, 623, 533, 633) par contraction lorsque ledit anneau de serrage est à température cryogénique, et relâchant ledit téton lorsque ledit anneau de serrage est à température non cryogénique.8 - Device according to claim 6 or claim 7 wherein a thermal connection between a connecting element (41, 42) and a thermal bridge (52, 53), and or between a thermal bridge (52, 53) and a part the cold end (62, 63) is formed by a stud (411, 521, 421, 531) engaged in a radially resilient sleeve (522, 622, 532, 632) clamped to said stud by a clamping ring (523 , 623, 533, 633) by contraction when said clamping ring is at cryogenic temperature, and releasing said pin when said clamping ring is at non-cryogenic temperature. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 8 dans lequel la première température cryogénique, en fonctionnement nominal, est inférieure à 10 K.9 - Device according to one of claims 5 to 8 wherein the first cryogenic temperature in nominal operation is less than 10 K. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 5 à 9 dans lequel la deuxième température cryogénique, en fonctionnement dégradé, est inférieure à 80 K.10 - Device according to one of claims 5 to 9 wherein the second cryogenic temperature in degraded operation is less than 80 K. 11 - Procédé de remplacement d'une tête froide (60) d'un dispositif (100) conforme à l'une des revendications 8 à 10 sans interruption de fonctionnement de la chaîne de réception par un maintien à température cryogénique des composants refroidis dans le cryostat (30), ledit procédé comportant de démonter la tête froide arrêtée devant être remplacée en maintenant au moins une autre tête froide en fonctionnement, ledit procédé comportant au moins les étapes de : - contrôler la température dans le cryostat, puis lorsque ladite température est sensiblement stabilisée autour de la deuxième température cryogénique dégradée ; - desserrer des vis immobilisant la bride de fourreau (57), du retour de fourreau (54), par rapport à la virole (43), fixée à la paroi (31) du cryostat, la tête froide étant fixée sur la bride de tête froide (56) solidarisant le fourreau (51) et ledit retour de fourreau ; - appliquer un effort de traction sur la tête froide (60), toujours fixée au fourreau (51), jusqu'à une extraction partielle dudit fourreau, de la cavité du cryostat, permise par un allongement du raccord extensible (55) étanche ; - mesurer la température du fourreau (51) dont, suite à l'extraction partielle dudit fourreau, les ponts thermiques (52, 53) ne sont plus en contact avec des parties encore refroidies du dispositif ; - lorsque la température du fourreau (51) a atteint ou dépassé une température du point de rosée dans l'environnement du cryostat, casser le vide dans ledit fourreau, détacher la tête froide (60) de la bride de tête froide (56) et extraire l'extension froide (61) dudit fourreau.11 - Method for replacing a cold head (60) of a device (100) according to one of claims 8 to 10 without interruption of operation of the receiving chain by a cryogenic temperature maintenance components cooled in the cryostat (30), said method comprising disassembling the stopped cold head to be replaced by maintaining at least one other cold head in operation, said method comprising at least the steps of: - controlling the temperature in the cryostat, then when said temperature is substantially stabilized around the second degraded cryogenic temperature; - loosen screws immobilizing the sleeve flange (57), the barrel return (54), relative to the shell (43), fixed to the wall (31) of the cryostat, the cold head being fixed on the head flange cold (56) solidarisant the sheath (51) and said sheath return; - Applying a tensile force on the cold head (60), still attached to the sleeve (51), to a partial extraction of said sleeve, the cavity of the cryostat, permitted by an elongation of the extensible fitting (55) sealed; - Measuring the temperature of the sleeve (51), following the partial extraction of said sleeve, the thermal bridges (52, 53) are no longer in contact with still cooled parts of the device; when the temperature of the sleeve (51) has reached or exceeded a dew point temperature in the environment of the cryostat, breaking the vacuum in said sleeve, detaching the cold head (60) from the cold head flange (56) and extracting the cold extension (61) of said sheath.
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