Brevet FR2000905A1 — publié le 19690919

°1703 1 2000905 La présente invention a pour objet un tube amplificateur à microondes amélioré, du type à champs croisés. Dans les tubes amplificateurs jusqu'ici connus, un flux d'électrons devait être injecté dans une région d'interaction avec un «; flux rentrant de champs croisés, à partir de ses deux extrémités. Dans une telle géométrie de tube, le courant d'électrons s'écoulait dans la région d'interaction perpendiculairëment à la direction du flux d'énergie en microondes dans le circuit à microondes* ■10 Un tel tube est décrit, par exemple, dans un article intitulé "Considérations concernant la construction d'un amplificateur à champs croisés à faisceau injecté en rentrée", paru dans les ComptesRendus du 5ème Congrès International sur les tubes à microondes, Paris 14-18 Septembre 1964 pages 300-304» 15 Cependant, dans ce tube connu, il n'y avait pas d'électrode collectrice séparée du circuit anodique, en sorte que la charge d'espace, en l'absence d'un fort signal sur le circuit à microondes, pouvait s'établir dans la région d'interaction. Le problème, avec un tel établissement de charge d'espace, est que les éle'ctrons, à 20 cause de leur répulsion mutuelle, se rassemblent dans des régions de grands mouvements giratoires tourbilloiœaires autour des lignes de force du champ magnétique. Ces girations des électrons constituent des sources de puissance de bruit substantielles, qui se couplent au circuit à microondes et sont amplifiées par le circuit, 25 selon un mécanisme connu sous le nom de "Mécanisme de gain Dioco-tron". Ce bruit, couplé au circuit d'ondes lentes, produit une substantielle puissance de bruit en régime de signal d'entrée faible, empêchant par là le tube d'avoir une dynamique s'étendant au régime i • de signal d'entrée nul ou proche de zéro. Le tube fonctionne bien 30 en régime de forts signaux, car un fort signal d'entrée produit un mécanisme de verrouillage de phase qui bloque la phase des faisceaux partiels de charge d'espace sur celle de l'onde sur le circuit, éliminant ainsi la puissance de bruit. La présente invention prévoit, dans un tube amplificateur à 35 microondes du type à flux rentrant injecté orthogonalement, une électrode collectrice forçant le flux à passer à travers la région d'interaction jusqu'au collecteur dans un temps de transit assez court pour empêcher une production substantielle et le couplage d'une puissance de bruit avec le circuit d'ondes lentes, étendant kO ainsi la dynamique de l'amplificateur dans le régime des signaux 69 01703 2 2000905 d'entrée faibles» Une caractéristique de la présente invention est la même que précédemment, où le flux des électrons injectés est forcé à se dériver à travers le circuit à microondes jusqu'à une structure pou-5 vant comporter des électrodes collectrices multiples, fonctionnant à un ou plusieurs potentiels négatifs par rapport à l'anode, pour réduire la consommation au repos du tube. Une autre caractéristique de la présente invention est la même que l'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes, où les 10 électrons sont injectés à partir d'un canon à électrons focalisés magnétiquement, réduisant ainsi le bruit électronique dû au flux d'électrons pouvant être couplé au circuit à ondes lentes pour améliorer la stabilité du tube, pour l'amplitude nulle du signal d'entrée. 15 Une autre caractéristique de la présente invention est qu'elle . prévoit un canon à électrons du type à injection "magnétron11 pour injecter les électrons dans la région d'interaction, donnant ainsi une cathode émettrice à grande surface. Une autre caractéristique de la présente invention est qu* on 20 prévoit, dans un tube amplificateur à champs croisés et à flux rentrant injecté axialement, un deuxième circuit à ondes lentes réparti axialement le long de la région d'interaction à champs croisés, à partir d'un premier circuit à ondes lentes, tel que les faisceaux partiels tournants de la charge d'espace produite par 25 1' interaction au premier stade soient dérivés axialement vers une seconde région d'interaction, ou étage pour l'interaction cumulai», tive avec l'énergie de sortie en haute fréquence» Une autre caractéristique de la présente invention est la même que la précédente, où la tension anodique appliquée au second 30 circuit à ondes lentes est substantiellement plus grande que la tension anodique appliquée au premier circuit à ondes lentes^améliorant ainsi substantiellement le rendement et le gain du tube. Une autre caractéristique de la présente invention est la même que l'une des deux précédentes, ou les deux à la fois, où les 35 premier et second circuits à ondes lentes sont terminés par une impédance résistive à la sortie du premier circuit à ondes lentes et à l'entrée du second circuit à ondes lentes,pour empêcher des oscillations non désirées» Une autre caractéristique de la présente invention est la mê-kO me que l'une ou plusieurs des trois précédentes, où les premier et 69 01703 3 2000905 second circuits à ondes lentes comportent des séparateurs de circuit s, et la portion séparée du second circuit à ondes lentes est décalée angulairement par rapport au séparateur de circuits du premier circuit à ondes lentes, de telle façon que les faisceaux par-5 tiels tournants de la charge d'espace, qui dérivent dans l'é tage, sont bien formés à l'entrée du second circuit à ondes lentes» Grâce à l'emploi de l'électrode collectrice séparée sus-men-tionnée, la densité de charge d'espace est empêchée de s'établir dans la région d'interaction jusqu'à une valeur suffisante pour 10 produire une source de bruit substantielle qui pourrait être couplée au circuit de microondes* En conséquence, la dynamique de 1'amplificateur est étendue vers le régime des faibles signaux d'entrée* Dans une réalisation préférée de l'invention, les électrons 15 sont forcés de s'écouler à travers la région d'interaction si rapidement qu'essentiellement aucune puissance de bruit n'est couplée au circuit des microondes. Ainsi, en l'absence de signal d'entrée à ajqplifier, il n'y a pas de signal de sortie* Dans un tel ampli-ficateur amélioré, les électrons sont drainés vers l'anode du eir-20 cuit de micro onde s et & travers les ligp.es équipotentielles électriques en proportion directe de la force du signal d'entrée sur le circuit de microondes, convertissant ainsi une fraction de l'énergie potentielle disponible en énergie en microondes, proportionnellement à la force du signal d'entrée. Les électrodes collectri-25 °e* multiples déjà mentionnées, fonctionnant à plusieurs potentiels intermédiaires inférieurs au potentiel anodique, sont alors de préférence employées pour recueillir les diverses énergies potentielles non encore converties du faisceau électronique, augmentant par là l'efficacité du tube en régime de signal faible* 30 D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven tion apparaîtront à la lecture de la description ci—après, faite en relation avec les dessins ci-annexés, où : — la Fig. 1 est une coupe schématique transversale d'un tube amplificateur à microondes employant les caractéristiques de la présente 35 invention; — la Fig* 2 est une vue en coupe de la structure de la Fig. 1 prise ' le long de la ligne 2-2 dans la direction des flèches et montrant les alimentationsen énergie; — les Figs* 3, k. «t 5 sont des vues semblables à celles des Figs* 40 1 et 2 montrant des variantes de la présente invention; 69 01703 4 2000905 - la Fig. 6 est mie vue en coupe longitudinale d'un tube à champs croisés comportant les caractéristiques de la présente invention; - la Fig. 7 est une vue en plan des structures de la Fig. 6, prise le long de la ligne 7-7 en direction des flech.es; 5 •• la Fig. 8 donne la courbe de la puissance en microondes de sortie en fonction de la puissance d'entrée en microondes, en montrant les caractéristiques de gain de la technique antérieure, comparées à celles du tube de la présente inventionf - la Fig. 9 est un schéma équivalent d'un amplificateur à champs 10 croisés employant une structure collectrice, variante de la présente invention; - la Fig. 10 est une vue perspective fragmentaire d'un amplificateur à champs croisés à deux étages ayant un flux rentrant injecté axialement, comportant les caractéristiques de la présente invention 15 - la Fig. 11 est tme coupe agrandie d'une portion de la Fig. 10, prise le long de la ligne 11-11 dans la direction des flèches ; et - la Fig. 12 est une coupe transversale schématique montrant le déplacement angulaire relatif des premier et second circuits à ondes lentes. 20 En se reportant maintenant aux Figs* 1 et 2, on voit sur celles-ci une version circulaire du tube amplificateur à champs croisés 1 de la présente invention. Une base cathodique cylindrique non émissive 2, par exemple en cuivre, rayée de aill>ns pour empêcher l'émission secondaire, est entourée par une structure anodique 25 3. L'anode 3 comporte un circuit de microondes à ondes lentes 4, ayant une borne d'entrée 5 où sont appliqués les signaux à amplifier et une borne de sortie 6 pour l'extraction des signaux amplifiés. L'attède3 comporte un secteur de séparation 7 placé entre les bornes d'entrée et de sortie du circuit à ondes lentes pour empê— 30 cher l'énergie radioélectrique de circuler le long du tube de la sortie vers l'entrée. Une enveloppe 8 entoure les éléments du tube —9 et est vidée jusqu'à une pression de 10 Torr. Un aimant, non représenté, donne un champ magnétique B appliqué selon l'axe de la cathode cylindrique, dans la région 9 (où 35 interagisaeintles champs électrique et magnétique croisés) définie comme la région annulaire entre la cathode 2 et l'anode 3. Un émetteur thermionique d'électrons 11 est placé à une extrémité de la région d'interaction 9 pour fournir les électrons, lorsqu'il est chauffé jusqu'à la température d'émission par un moyen classique kO de chauffage, non représenté» 69 01703 5 2000905 Une électrode accélératrice annulaire 12 recouvre une extrémité de la base cathodique 2 et comporte un intervalle annulaire 13 axialement aligné avec la région d'interaction 9, et à travers lequel les électrons sont injectés dans la région d'in-t- teraction 9, à partir de l'émetteur thermionique 11. Le champ magnétique appliqué B s'étend dans la région de l'émetteur thermionique 11, les lignes de force B passant à travers l'émetteur 11, l-'intervalle 13 et la région d'interaction 9, pour fournir une injection électronique du type "à immersion"• 1Q Une électrode collectrice primaire lkt en cuivre par exemple, recouvre l'autre extrémité de la base cathodique 2, et est fixée sur la base 2 par un disque isolant 15» en céramique d'alumine par exemple. Une deuxième électrode collectrice annulaire 16, en cuivre par exemple, s'étend radialement au-delà de la périphérie de •jcj la première électrode collectrice 14 pour recueillir les électrons à un potentiel plus proche de celui du potentiel anodique» Une alimentation à'injecteur 17 fournit un potentiel de fonctionnement entre l'émetteur thermionique 11 et l'électrode accélératrice 12. La basff 2 fonctionne au même potentiel que l'électrode 2D accélératrice 12. Une alimentation 18 d'anode du champ croisé fournit la tension et le courant de fonctionnement entre l'anode 3 et la base 2* Une alimentation 19 fournit au collecteur creux 14 un potentiel intermédiaire entre le potentiel de l'émetteur thermionique 25 et le potentiel de l'électrode accélératrice. A titre de variante, le collecteur creux peut fonctionner au potentiel de la base cathodique, ou à un potentiel inférieur au potentiel de la base et seulement légèrement plus positif que le potentiel de l'émetteur, pour réduire la consommation à vide. 30 En fonctionnement, les électrons sont injectés axialement dans la région d'interaction à champs croisés 9* En l'absence d'un signal en microondes à amplifier appliqué au circuit à ondes lentes, le champ magnétique B concentre les électrons injectés en un chemin creux 21 qui conserve un rayon relativement constant* 35 Les champs magnétique et électrique croisés dans la région d'interaction donnent aux électrons une trajectoire spiralée autour de la base cathodique 2, avec le rayon du chemin 21. Le courant d'électrons creux et en forme de spirale dérive à travers la région d'interaction à champs croisés et est recueilli sur l'élec-40 trode collectrice d'électrons primaire 1^, fonctionnant de préfé 69 01703 6 2000905 rence juste au-dessus du potentiel de l'émetteur cathodique thermionique 11, ce qui fait que le fonctionnement obtenu pour le collecteur creux réduit la consommation à vide du tube 1. Dans le cas où un signal d'entrée à amplifier est présent sur 5 le circuit anodique à ondes lentes 4, les champs électriques de l'onde de signal pénètrent dans le faisceau électronique primaire 21 pour interagir avec la composante de vitesse tangentielle des électrons spiralants de la même façon que cola a lieu dans les tubes amplificateurs classiques à champs croisés. Il en résulte 10 qu'unè partie du courant électronique est écarté du chemin spira-lant stable 21 et amené plus à proximité de l'anode 3 pour convertir \ine fraction de la puissance en courant continu en puissance en microondes dans le circuit 4. Cette portion retranchée au courant électronique interagit, 15 de la même façon que dans les tubes classiques à interaction par champs croisés, avec les champs à haute fréquence sur le circuit à ondes lentes. L'énergie qui est transformée en énergie à microondes est prise sur l'alimentation en courant continu 18, connectée entre l'électrode de base 2 et l'anode 3* Les électrons se dépla-20 cent radialement depuis le faisceau creux stable 21 vers l'anode 3, traversant les lignes équipotentielles dans l'espace d'interaction 9» et convertissent l'énergie de l'alimentation en courant continu en énergie à haute fréquence, laquelle énergie est transférée au circuit à ondes lentes. La distance à laquelle les électrons se 25 meuvent vers l'anode 3 est déterminée par la vitesse radiale, puisque la vitesse axiale (et par conséquent le temps de transit à travers la région d'interaction 9) est fixée. La vitesse radiale est déterminée localement par la composante tangentielle de E _ rf et le champ magnétique axial B, c*est-à-dire : 30 (tangentielle)/B L'intensité du champ à haute fréquence est, bien entendu, une fonction de la position radiale et du niveau du champ à haute fréquence sur le circuit à ondes lentes 4. Il en résulte que les trajectoires des électrons dans la région d'interaction sont très 35 complexes. Dans certains cas, les niveaux des champs à haute fréquence sur le circuit à ondes lentes 4 sont assez faibles pour que les électrons ne puissent franchir qu'une partie de la distance entre la base 2 et l'anode 3 pendant leur parcours axial à travers 69 01703 7 2000905 l'espace d'interaction 9• Dans ce cas, seulement une fraction de l'énergie potentielle totale disponible est transformée en énergie à haute fréquence. Les électrons continuent alors à se déplacer axialement, 5 quittant la région d'interaction à champs croisés 9» et sont finalement recueillis sur les parois 8 du tube t ou sur l'électrode collectrice secondaire 16. En se déplaçant vers le collecteur secondaire 16, les électrons subissent une accélération correspondant à une différence de potentiel égale à celle qui existe entre ■jO le potentiel anodique complet et la ligne de potentiel sur laquelle ils se déplaçaient en quittant la région d'interaction à champs croisés 9• Cette énergie apparaît sous forme de chaleur dissipée sur les parois de l'anode 3 ou sur l'électrode collectrice secondaire 16. Plus il y a d'énergie transformée directement ■J5 en énergie radio électrique sur le circuit à ondes lentes, moins il y en a à dissiper sous forme de chaleur sur l'électrode collectrice secondaire 16. Pour des signaux à fréquences radioélectriques très faibles sur le circuit à ondes lentes, il n'y a qu'un faible cburant pré-20 levé sur le faisceau creux spiralant 21. De plus, seule une fraction de ce courant atteint le circuit à ondes lentes 4, le reste étant recueilli par l'électrode secondaire 16. La commande par haute, fréquence de l'amplitude du courant à signal faible, ajoutée à la possibilité qu'a ce courant de ne traverser qu'une partie de 2$ la distance totale entre la base 2 et le circuit à ondes lentes 4, se traduit par une conversion partielle de l'énergie potentielle et donne une possibilité de grande gamme dynamique à la configuration de tube décrite. De plus, la possibilité d'avoir une variation continue dans la séparation du courant depuis l'électrode 30 primaire jusqu'à l'électrode secondaire tend à améliorer l'efficacité du processus de conversion aux très bas niveaux du signal à haute fréquence. Ceci signifie que seule une fraction, commandée par la haute fréquence, du courant du faisceau participera à l'interaction par chants croisés. 35 Le gain de l'amplificateur peut être rendu très grand en choisissant ion circuit à ondes lentes suffisamment long. La longueur du circuit et les autres dimensions sont choisies de telle sorte que le faisceau d'électrons spiralants fasse moins d'un tour complet autour de l'électrode de base 2 pendant le temps de transit kO à travers la région d'interaction 9* 69 01703 8 2000905 Cette caractéristique, jointe à la présence de l'espace de dérive entre l'entrée à haute fréquence 5 et la sortie 6 sur le circuit à ondes lentes k fourni par le séparateur 7 tend à empêcher l'établissement possible d'oscillationscohérentes à des fré-5 quences correspondant à une désadaptation du circuit à ondes lentes. La configuration d'amplificateur ainsi réalisée est stable en ce qui concerne le bruit, car seule la composante tangentielle du bruit est couplée au circuit et tout bruit contenu dans la spirale tournante d'électrons, couplée au circuit à ondes lentes, ne 10 l'est'que sur une fraction de sa longueur totale, pendant le parcours axial des électrons à travers la région d'interaction* Il faut noter que la variation axiale de la vitesse des électrons qui constituent le bruit de faisceau n'est pas coupléeau circuit à ondes lentes 4, parce que la direction du flux d'énergie sur ce 15 circuit à ondes lentes est perpendiculaire au champ électrique de la puissance du bruit. De plus, le temps de transit relativement court des électrons à travers la région d'interaction 9 empêche l'établissement d'une densité de charge d'espace dans cette région d'interaction 9« Tout 20 établissement d'une densité de charge d'espace dans cette région conduira à la production d'une puissance de bruit due à la répulsion mutuelle des charges d'espace qui augmente les orbites du genre cyclotron et la turbulence du flux électronique. Ce flux électronique turbulent constitue une puissance de 25 bruit ayant une composante non négligeable dont les vitesses sont parallèles à la direction du flux d'énergie sur le circuit et pomsit ainsi se coupler au circuit k. Il résulte de ceci que la dynamique du tube amplificateur 1 se trouve £,«eru*, ■„ vers les régimes de bas niveaux de signal, et 30 même jusqu'à une amplitude de signal nulle, ainsi que le montre la Fig* 8 où la partie pointillée de la courbe montre l'extension de la dynamique, comparée à «elle obtenue par la technique existant jusqu'ici» Se reportant maintenant à la Fig. 3, celle-ci montre une va-35 riante de la présente invention* La structure est essentiellement; identique à celles décrites par les Figs* 1 et 2, avec l'exception que les électrons sont injectés dans la région d'interaction à champs croisés 9 depuis un canon à électrons injecteur du type ma-gnétron 22* Plus précisément le canon 22 comporte un émetteur—ther— ko «ionUque 23* Une électrode accélératrice focalisante est radiale- 69 01703 2000905 ment écartée de l'émetteur 23 pour donner un champ accélérateur radial E qui croît le long de l'axe, à angle droit avec le champ ■agnétique axial B qui s'étend à travers la région entre l'émetteur 23 et l'anode 24. Dans ces conditions les électrons sont extraits 5 de la région émettrice et injectés dans la région d'interaction à champs croisés 9« Cette configuration de tube a l'avantage de pouvoir utiliser • une surface émettrice ayant una aire plus grande que celle du canon à électrons monté sur les Figs. 1 et 2. Les canons injecteurs 10 à champs croisés sont d'habitude plus bruyants que les canons à électrons à immersion de flux# Cependant, dans un tube selon la présente invention, les composantes axiales de bruit du faisceau ne sont pas couplées au circuit à ondes lentes qui est dirigé perpendiculairement à ces •j«; dernières, et en conséquence les niveaux de bruit plus élevés du canon à injection à magnétron n'interfèrent pas avec un fonctionnement convenable du tube 1• En se reportant maintenant à la Fig. 4, on voit sur celle-ci une variante de la présente invention. Dans cette variante, deux 20 structures de tubes, semblables à celles des Figs. 1 et 2, sont montées axialement dos à dos, de telle façon que les canons à électrons injectent leurs flux d'électrons dans le tube à partir des deux extrémités vers le collecteur central 14. Ceci permet d'avoir un plus grand circuit anodique 4 et deux fois plus de 25 courant électronique. Les structures collectrices secondaires sont reportées aux extrémités opposées de la région d'interaction à champs croisés 9« H en résulte un tube ayant une dynamique accrue et une possibilité de puissance de sortie accrue. - Se reportant maintenant à la Fig. 5, celle-ci montre une «j0 variante de la présente invention. Dans cette variante, le circuit à ondes lentes est coupé en deux parties par une seconde séparation 26. Les extrémités des parties de circuit ainsi séparées sont terminées sur des terminaisons résistives adaptées 27 pour éviter la réflexion de l'énergie des ondes depuis les ter-minaisons séparées. Le fait de prévoir la seconde séparation de circuits 2.6 et les terminaisons adajjtées 27 permet d'accroître le gain du tube, par comparaison avec les tubes à circuits non séparés, parce que le tube n'est pas traversé par les ondes réfléchies par la charge. De préférence la seconde séparation 26 s'étend 40 dans la direction tangentielle seulement sur une période du cir 69 01703 10 2000905 cuit périodique à ondes lentes 4, pour éviter que les paquets d'électrons spiralants se désagrègent pendant le temps de transit du faisceau à travers la seconde séparation de circuits 26, Se reportant maintenant aux Figs» 6 et 7 celles-ci montrent 5 une version linéarisée du tube circulaire à champs croisés 1 des Figs. 1 et 2. Plus particulièrement, le tube est équivalent à la géométrie circulaire des Figs. 1 et 2 coupée longitudinalement et aplatie. L'émetteur 11' est un émetteur filiforme qui s'étend sur un côté du tube 1'. L'électrode accélératrice 12 est une plaque •jO ayant une fente d'injection de flux allongée 13' qui s'étend parallèlement à l'émetteur 11'. La base de cathode 2' est une plaque qui s'étend longitudinalement sur le tube. Le circuit d'anode périodique 4' recouvre la plaque de base 2', de façon à laisser entre eux un espace définissant la région d'interaction à chants croisés 15 9*. Les électrodes collectrices primaire et secondaire 14' et 16' respectivement, s'étendent le long du tube 1» en même temps que l'isolateur 15' sur le côté opposé de l'émetteur 11'. L'énergie de l'onde de signal à amplifier est appliquée à une borne d'entrée 5* du circuit à ondes lentes 4'. L'énergie du signal 20 amplifié est extraite du circuit 4' par la borne 6' à l'autre bout du tube. Les trajectoires électroniques pour les conditions de fonctionnement à vide (amplitude de signal d'entrée nulle) sont indiquées selon les lignes de courant 32. Le fonctionnement du tube 1 « des Figs. 6 et 7 est substan-2 5 tiellement le même que celui du tube des Figs. 1 et 2, et possède l'extension de la portion de dynamique indiquée sur la Fig. 8. Cependant le rendement de ce tube 1' est inférieur à celui des géo-métries circulaires, du fait que le faisceau électronique n'est pas rentrant. 30 En se reportant maintenant à la Fig. 9, celle-ci montre un tube amplificateur à champs croisés 1 de la présente invention qui emploie des électrodes collectrices multiples fonctionnant à divers potentiels intermédiaires entre ceux appliqués entre l'anode 4 et la base 2. Plus précisément le tube 1 eat essentiellement identique 35 à la structure des Figs. 1,2 et 3 sauf que les électrodes collectrices additionnelles 4l, 42 et 43 y sont prévues. Les électrodes collectrices 41—43 sont isolées l'une de l'autre par les isolateurs 44, 45, 46 et 4?» Une alimentation 48 ayant plusieurs sorties fournit des potentiels de fonctionnement séparés aux divers collecteurs 40 additionnels 41-43 dont les potentiels sont intermédiaires 69 01703 11 2000905 entre les potentiels de l'anode 4 et de la base 2C Les collecteurs additionnels servent à recueillir les électrons qui n'ont que partiellement interagi avec l'onde sur le circuit à ondes lentes» De tels électrons ont une substantielle 5 vitesse axiale et sont sur les diverses lignes équipotentielles intermédiaires entre le chemin du pinceau 21 et l'anode k. Les collecteurs additionnels sont polarisés à ces divers potentiels intermédiaires pour recueillir les électrons à un potentiel inférieur à celui de l'anode, de telle sorte que les électrons sont ■jO recueillis sans accroissement supplémentaire de leur énergie cinétique» En fait les électrodes pourraient être polarisées à des potentiels inférieurs à ceux des lignes équipotentielles sur lesquelles les électrons quittent la région d'interaction pour recueillir les électrons à une énergie cinétique inférieure et amé-15 liorer encore le rendement du tube* Le collecteur à plusieurs étages de la Fig, 9 permet une nette amélioration du rendement global de l'amplificateur, avec une amélioration particulière aux signaux à haute fréquence de bas niveaux d'entrée. Aux signaux de hauts niveaux proches du point de saturation, tous les'courants par 20 ticipant à l'interaction seraient recueillis sur le circuit à ondes lentes anodique, et, par suite, les rendements aux hauts niveaux, typiques des systèmes à champs croisés, seraient obtenus» Les divers potentiels intermédiaires appliqués au collecteur sont prélevés sur l'enroulement secondaire 50 d'un transformateur 25 51 dont l'enroulement primaire 52 est alimenté par le réseau à 60 Hz 53» Les potentiels sont prélevés sur l'enroulement secondaire 50 qui porte des prises en plusieurs points, et la sortie en alternatif redressée et les diverses tensions de sortie sont filtrées par les condensateurs de filtrage 55» 30 Dans les tubes de la présente invention, on peut employer n'importe quel nombre de circuits à ondes lentes et à ondes progressives h, Des circuits convenables à ondes progressives comportent r sans limitation, l'hélice, la ligne interdigitale chargée réactivement, et le circuit Gi _ à barres dite de "strapping"• 35 De plus,les tubes peuvent avantageusement être employés comme tubes à double mode, en ce sens que la puissance de sortie peut être augmentée pour un fonctionnement par impulsions, en comparaison avec le fonctionnement en ondes entretenues» On obtient ce résultat en augmentant le potentiel appliqué à l'électrode kû accélératrice d'injection 12, par rapport aux potentiels appliqués 69 01703 12 2000905 pour le fonct±ormement en ondes entretenues* En se reportant maintenant aux Figs* 10 et 12 des dessins, celles-ci montrent un tube antp 1 ificateur à champs croisés 61, à deux étages à faisceau rentrant injecté axialement, comportant les 5 caractéristiques de l'invention* Le tube 61 comporte une électrode cathodique ou base 62 non émissive cylindrique et disposée d'une façon centrale, entourée par un premier et un second circuits annulaires à ondes lentes 63 et 64,respectivement* Les circuits à ondes lentes 63 et 6k sont espacés axialement le long de la base 10 non émissive 62 et sont radialement écartés de la base pour définir les première et deuxième régions d'interaction à champs croisés, ou étages, 65 et 66 respectivement. Des circuits à ondes lentes convenables 63 et 6k comportent des hélices de forme toroï-dale comprenant un bloc massif de métal conducteur formant les 15 séparateurs 67 et 68 pour chacun des circuits à ondes lentes* Un assemblage formant canon à électrons 69 est placé à une extrémité axiale des régions d'interaction à champs croisés combinées 65 et 66 pour projeter un faisceau annulaire d*électrons, axialement, à travers les régions d'interaction 65 et 66* Le ca-20 non à électrons 69 comprend une cathode émettrice thermionique 71 , pourvue d'un élément chauffant convenable 72 pour la chauffez* à la température d'émission thermionique. Une électrode accélératrice 73 entoure la cathode émettrice 71 pour tirer les électrons de la cathode émettrice 71• Une électrode de répulsion 7kt fonc-25 tioimant au potentiel de la cathode, est placée & une extrémité de la cathode émettrice 7*1 , pour coopérer avec le potentiel anodique appliqué à l'électrode accélératrice 73 pour"forcer les électrons provenant de la cathode émettrice 71 à se déplacer, en direction axiale, dans et à travers les régions d'interaction 65 et 66• Un aimant, non représenté, produit un champ magnétique arial B à travers les régions d'interaction du type magnétron 65 et 66 et à travers l'espace annulaire entre la cathode émettrice 71 et l'électrode accélératrice 73* Bien que le canon à électrons 69 ait été décrit comme un canon à injection du type magnétron, il 35 peut aussi prendre la forme d'un émetteur d'électrons annulaire du type employé pour les tubes du type O, combiné avec une électwtls accélératrice placée entre l'émetteur et la première région d'interaction 65 pour produire le faisceau électronique annulaire* Une structure d'électrode collectrice du faisceau électro-kO nique 75, est placée à l'autre extrémité axiale des régions d*in 69 01703 t3 2000905 teraction 65 et 66 pour recueillir le faisceau électronique après son passage à travers ces régions d*interaction f>5 et 66. La structure collectrice de faisceau électronique 75 comporte plusieurs électrodes collectrices en forme de coupelles 76, de diamètre pro-5 gressif- pris dans la direction axiale du tube, avec des pièces isolantes 77 positionnées entre les électrodes collectrices adjacentes 76 de telle sorte que les électrodes puissent fonctionner à des potentiels indépendants. Une structure enveloppe 78, étanche au vide, en cuivre .par exemple, contient les diverses parties du > —7 10 tube et est vidée à une pression suffisamment basse, 10 Torr par exemple. Les pièces isolantes pour lrélectricité, mais conductrices pour la chaleur, 79, en céramique par exemple, sont fixées à l'enveloppe 78 et aux circuits à ondes lentes 63 et 64, pour soutenir et isoler les circuits à ondes lentes 63 et 64 l'un par rap-15 port à l'autre, pour permettre de leur appliquer des potentiels c ont inus indépendant s. Une alimentation en courant continu 121, indiquée schématique-ment par la batterie 122 et le réseau diviseur de potentiel 123» fournit des potentiels de fonctionnement indépendants à chacune des 20 diverses structures d'électrodes dans le tube 6l. Plus précisément la sortie 124 fournit un certain potentiel, négatif par rapport au sol, à l'émetteur cathodique 71 par la connexion 125 et le même potentiel est appliqué à l'une des électrodes collectrices du faisceau 76' par l'intermédiaire de la connexion 125. La sortie 126 25 fournit à la base non émissive 62 un potentiel légèrement négatif par rapport au potentiel appliqué à l'émetteur cathodique 71. La sortie 127 fournit un potentiel, positif par rapport à l'émetteur 71, à l'électrode accélératrice 73 par l'intermédiaire de la connexion 128, et le même potentiel est appliqué par l'intermédiaire 30 de la connexion 128 à une deuxième structure d'électrode collectrice du faisceau 76*• Le premier circuit à ondes lentes 63 fonctionne au potentiel du sol, qui est légèrement positif par rapport au potentiel appliqué à l'électrode accélératrice 73• La sortie 129 fournit un potentiel relativement élevé au deuxième circuit à 35 ondes lentes 64 par l'intermédiaire de la connexion 131 de l'isolateur de traversée 132 et de la bobine d'arrêt des hautes fréquences 133« La sortie 134 fournit un potentiel intermédiaire entre le potentiel appliqué au second circuit à ondes lentes 64 et le potentiel du sol, par l'intermédiaire de la connexion 135, à une 40 quatrième des électrodes collectrices de pinceau 76"'« L'électrode 69 01703 ,» 2000905 collectrice de faisceau la plus centrale 76 fonctionne au même potentiel que la base 62» Une ligne d'entrée en haute fréquence 136, telle qu*une ligne coaxiale, est eonnectée à l'extrémité d'entrée du premier circuit 5 à ondes lentes 63 pour appliquer les signaux en microondes- devant être amplifiés au circuit à ondes lentes 63. L'extrémité do sortie du premier circuit à ondes lentes 63 est connectée par une ligne coaxiale 137 à une terminaison résistive adaptée 138. L'extrémité d'entrée du second circuit à ondes lentes 64 est connectée par une 10 ligne coaxiale 139, à une terminaison résistive adaptée 141. L'extrémité de sortie du second circuit à ondes lentes 64 est reliée, par une ligne coaxiale 142, à une charge de sortie, non représentée. Une tension d'alimentation de filament, 6 volts par exemple, est appliquée à travers le circuit de chauffage de filament 72 15 depuis une batterie 143. Pendant le fonctionnement, les signaux d'entrée à haute fréquence à amplifier sont appliqués au premier circuit à ondes lentes 63 par l'intermédiaire de la ligne coaxiale d'entrée 136. L'onde à haute fréquence se propageant selon la direction tangen-20 tielle sur le premier circuit à ondes lentes 63 produit une interaction du type "à champs croisés" électronique cumulative avec les électrons dans la première région d'interaction 65, pour produire des faisceaux partiels radiaux de charge d'espace e qui tournent autour de la base catho4ique 62 dans la région d'interaction 25 "magnétron" 65» Ces faisceaux radiaux de charge d'espace interagissent cumulâtivement avec l'onde à haute fréquence sur la pre- » » /ce miere structure à ondes lentes,/qui produit 11 amplification de l'onde et ddimé des faisceaux radiaux de charge d'espace plus clairement définis. L'onde à haute fréquence amplifiée est extraite 30 par l'intermédiaire de la ligne coaxiale 137 et terminée dans la charge résistive 138 adaptatrice d'impédances. Le séparateur de circuits 67 défait ceux des faisceaux radiaux de charge d'espace qui traversent le séparateur 67 dans la direction tangentielle pour éviter une réaction électronique et 35 l'oscillation dans le premier étage du tube. Cependant, à cause de la dérive axiale du faisceau électronique, certains des faisceaux radiaux de charge d'espace bien définis, dérivant à partir de la deuxième moitié du premier circuit à ondes lentes 63 dans le second étage 66,ne franchissent pas le séparateur 67* Ces 40 faisceaux radiaux décrivent dans le second étage 66 pour exciter 69 01703 15 2000905 de l'énergie ondulatoire dans le second eirow.it à ondes lentes 64. La portion séparatrice de circuits 68 du second circuit à ondes lentes 6k est de préférence décalée angulairement par rapport au séparateur de circuits 67 du premier circuit à ondes lentes 63, 5 tel que les faisceaux radiaux de charge d'espace bien formés produits près de l'extrémité de sortie du premier circuit à ondes lentes 63 dérivent dans l'extrémité d'entrée du second circuit à ondes lentes 6k, Une telle condition est obtenue quand le séparateur de circuits est dans la position angulaire indiquée Fig. 12f« 10 Précisément, le séparateur de circuits a tourné, dans la direction . amont du flux» à partir du séparateur de circuit 67 de la première section. L'onde à haute fréquence excitée sur le deuxième circuit à ondes lentes 6k interagit cumulativement avec le flux d'électrons produisant une onde de sortie amplifiée à la borne de sortie 142. 15 En l'absence d'un signal d'entrée à amplifier, les électrons du faisceau restent à l'intérieur d'un anneau de diamètre relativement petit suivant de près les dimensions originales du faisceau en forme d'anneau injecté dans les régions d'interaction de type magnétron 65 et 66, Ces électrons dérivent à travers la région 20 d'interaction du type magnétron et sont recueillis sur la structure d* électrode collectrice 76. Les signaux de bruit dans le flux électronique n'ont, substantiellement, aucune composante tangentielle, et par conséquent, ne sont pas substantiellement couplés aux circuits à ondes lentes 63 et 64 pour produire une puissance de bruit 25 à la sortie* Le tube, en fonctionnement à vide, peut être relativement efficace puisque le flux électronique peut être recueilli sensiblement au même potentiel que celui des électrons à leur entrée dans la première région 4'interaction 65, c'est-à-dire que la plupart des électrons seront recueillis sur les électrodes inté-30 rieures 76 et 76', donnant un fonctionnement du type à collecteur à bas potentiel* Cependant, en présence d'un fort signal à haute fréquence sur le premier circuit à ondes lentes 63, les chançjs à haute fréquence interagissent avec les électrons pour produire les faisceaux ra-35 diaux tournants, et de plus, les électrons en interaction poursuivent leur chemin, hors de la .base cathodique 62 vers le premier circuit à ondes lentes 63, Un pourcentage relativement petit des électrons est recueilli sur le premier circuit à ondes lentes 63, et la plupart des électrons s'écoulent dans la deuxième région d'in kO teraôtion à champs croisés 66. Dans la faconde région d'interac— 69 01703 16 200090 S tion 66, le potentiel d!anode est sensiblement plus grand que celui qui est appliqué au premier étage 65» par exemple 10 à 25 fois la tension de synchronisme, comparé à seulement 4 à 5 fois cette tension pour le potentiel d'anode appliqué au premier cir-5 cuit à ondes lentes. XI en résulte que le rendement et le gain dans la seconde région d'interaction 66 sent substantiellement plïas grands que ceux produits dans la première région d'interaction 65* Dans la deuxième région d'interaction 66, le circuit anodique à ondes lentes 64 est placé à une distance radiale de la base 62 10 plus grande que dans la première région d'interaction 65, pour maintenir la même vitesse angulaire de phase dans les deux sect£c2c5 avec la tension la plus élevée appliquée à la seconde région dsir^=» teraction 66. De plus, le circuit à ondes lentes 64, dans la deuxième région d'interaction 64, a de préférence une extension axiale 15 plus grande que celle du circuit à ondes lentes 63 dans la prend".":::-région d'interaction 65, pour obtenir une plus forte interaction avec le faisceau d'électrons* Comme de nombreuses modifications pourraient être apportées à la construction décrite ci-dessus, et comme des variantes de 20 ces inventions en apparence très différentes peuvent être réali_I. sans s'en écarter, il est conforme à notre intention que tout io contenu de la description ci-dessus et ce qui est représenté miles dessins qui l'accompagnent doivent être interprétés t cornue donnés à titre d'exemples illustratifs, sans caractère limitatifo 69 017C3 2000905 -REVENDICATIONS 1. - Amplificateur pour microondes à champs croisés comportant des moyens de former une électrode cathodique, des moyens de former une structure d'électrode anodique, fonctionnant pendant l'utilisation. à un potentiel positif par rapport à ladite cathode et compor- 5 tant une portion écartée de ladite électrode cathodique pour définir une région d'interaction électronique entre ces deux électrodes} des moyens pour appliquer un champ magnétique à la région d'interaction avec le champ magnétique dirigés transversalement au champ . électrique entre lesdites électrodes anodique et cathodique, pour 10 former une région d'interaction à champs croisés, ladite structure d'électrode anodique comportant une portion de circuit à ondes lentes périodique adjacente à ladite région d'interaction à champs croisés et ayant une entrée et une borne de sortie, ledit circuit étant dirigé perpendiculairement à chacun des champs électrique et 15 magnétique dans la région d'interaction à champs croisés de façon que le flux de puissance ondulatoire du signal sur ledit circuit à ondes lentes soit orthogonal aux champs électrique et magnétique croisés; des moyens pour injecter un flux d'électrons le long de la direction du champ magnétique appliqué, avec une composante subs-20 tantielle de vitesse orthogonale à la direction du flux de puissance du signal sur ledit circuit à ondes lentes, grâce à quoi le bruit électronique sur le flux d'électrons n'est pas fortement couplé audit circuit à ondes lentes et ladite structure anodique; ledit amplificateur éteint caractérisé par des moyens comportant une por-25 tion d'électrode collectrice disposée à au moins une extrémité axiale d'une portion de ladite région d'interaction pour forcer le flux d'électrons à s'écouler à travers la région d'interaction vers ladite portion d'électrode collectrice, étendant par là la dynamique de l'amplificateur à champs croisés aux signaux à faible 30 niveau. 2. - Amplificateur selon 1, caractérisé en ce qu'une portion de ladite structure d'électrode collectrice est électriquement isolée desdits moyens de réaliser un circuit anodique à ondes lentes et en ce que ladite structure d'électrode cathodique est adaptée à un 35 fonctionnement à un potentiel intermédiaire entre les potentiels appliqués audit circuit anodique et à ladite cathode et disposée à l'extrémité du flux électronique injecté pour recueillir et dis 69 01703 18 2000905 siper l'énergie d1au moins une portion du flux électronique, ce qui fait que ledit collecteur fonctionne à un potentiel plus bas que celui du circuit anodique à ondes lentes pour réduire la consommation de puissance à vide du tube» çj 3» - Ançilificateur selon 1 , caractérisé en ce que lesdits moyens pour injecter le flux électronique comportent un émetteur thermionique donnant une source d'électrons et où le champ magnétique appliqué s'étend à travers ledit émetteur thermionique pour confiner le flux d'électrons dudit émetteur sur un chemin ayant •jq une composante substantielle parallèle à la direction du chanqj magnétique appliqué entre lesdites structures anodique et cathodique, ce qui fait que le bruit électronique sur le flux d'électrons injectés n'est pas fortement couplé audit circuit à ondes lentes orienté perpendiculairement» ^ k, - Amplificateur selon 1, caractérisé en ce que lesdits moyens pour injecter le flux électronique comportent un émetteur thermionique formant une source d'électrons et ayant une portion de surface émettrice, et des moyens pour former une structure d'électrode accélératrice éloignée dudit émetteur pour produire un 20 champ électrique entre lesdits émetteur et accélérateur pour en tirer des électrons dans un flux électronique, lesdits moyens pour appliquer le champ magnétique à la région entre ladite surface émettrice d'électrons et ladite électrode accélératrice faisant un angle substantiel avec le champ électrique entre lesdites 25 électrodes pour former un assemblage de canon à injection à champs croisés du type magnétron. 5» - Amplificateur selon 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'injecter un flux d'électrons injectent une paire de flux électroniques dirigés axialement dans la région d'interaction à 30 partir de directions opposées, augmentant ainsi le courant injecté disponible. 6. - Amplificateur selon 1, caractérisé en ce que ledit circuit à ondes lentes est un circuit fondamental à ondes progressives dans le sens vers l'avant. vg 7» - Amplificateur selon 1, caractérisé en ce que ledit cir cuit à ondes lentes comporte un séparateur de circuit, placé entre lesdites bornes d'entrée et de sortie pour partager le circuit anodique en deux portions de circuit à ondes lentes et comprenant deux terminaisons résistives, fournies aux extrémités séparées desdites 2jq portions de circuit, grâce à quoi le gain du tube est augmenté ^1703 19 2000905 sans produire d' oscillations par- rétroaction dans le tubec 8. - Amplificateui1 selon 1» caraet excisé en ce que la région d'interaction électronique est recourbée, ledit circuit à ondes lentes étant dirigé tangentiellement à la région d'interaction élec tronique recourbée, et la région d'espace entre lesdites électrodes anodique et cathodique étant rentrante, de façon que les électrons peuvent circuler à proximité dudit circuit anodique depuis ladite borne de sortie jusqu'à ladite borne d'entrée afin d'augmenter le rendement du tube* 9« » Amplificateur selon 1, caractérisé en ce que ladite structure d'électrode anodique comporte une deuxième portion de circuit à ondes lentes écartée- axialement le long de ladite région d'interaction de ladite portion du premier circuit à ondes lentes, ladite portion du second circuit à ondes lentes étant formée et arrangée pour être adjacente à ladite région d'interaction, pour que le flux de puissance à haute fréquence s'écoule dans une direction tangentielle à ladite région d'interaction, et des moyens pour extraire la puissance à haute fréquence de ladite portion du second circuit à ondes lentes* 10* m Amplificateur selon 9» caractérisé par des moyens pour appliquer des potentiels de fonctionnement en courant continu séparés aux portions desdits premier et deuxième circuits à ondes lentes de ladite structure anodique. 11*- Amplificateur selon 9, caractérisé par des moyens pour appliquer les signaux à haute fréquence devant être amplifiés à ladite portion du premier circuit à ondes lentes. 12* - Amplificateur selon 9» caractérisé en ce que ladite région d'interaction à champs croisés a une épaisseur radiale plus gQ^nde dans la région adjacente à ladite portion du second circuit à ondes lentes que dans la région adjacente à ladite portion du premier circuit à ondes lentes. 13. - Amplificateur selon 9, caractérisé en ce que la longueur axiale de la portion du second circuit à ondes lentes est plus grande que la longueur axiale de ladite portion du premier circuit à ondes lentes* 14* - Amplificateur selon 9» caractérisé en ce que lesdites portions des premier et deuxième circuits à ondes lentes comportent chacune une portion séparatrice de circuits, ladite portion séparatrice dudit second circuit à ondes lentes étant décalée angulairement par rapport à la position de ladite portion sépara- 69 01703 ao 2000905 trice du premier circuit dudit premier circuit à ondes lentes. 15• - Méthode pour produire une puissance de sortie en haute fréquence, caractérisée par les étapes suivantes : injecter axialement un faisceau d'électrons à travers une première région 5 annulaire d'interaction à champs croisés définie entre des structures anodique et cathodique espacées concentriquement, la région d'interaction comportant un champ magnétique unidirectionnel dirigé a£Û.alement, et un champ électrique unidirectionnel dirigé radialementj faire interagir cumulâtivement les électrons du 10 faisceau avec l'énergie ondulatoire à haute fréquence s'écoulant tangentiellement(sur un cercle entourant le faisceau dirigé axialement) sur un premier circuit à ondes lentes pour former dans la première région d'interaction des faisceaux partiels radiaux de charge d'espace qui tournent autour de l'axe dans le faisceau; 15 faire passer axialement le faisceau avec les faisceaux partiels tournants de charge d'espace à travers une seconde région d'interaction annulaire à champs croisés définie entre des structures anodique et cathodique concentriquement espacées et axialement espacées à partir de la première région d'interaction, la deuxième 20 région d'interaction à champs croisés contenant un champ magnétiqœ unidirectionnel dirigé axialement dans un champ électrique unidirectionnel dirigé radialementj obliger les faisceaux partiels de charge d'espace tournants à exciter une onde à haute fréquence sur un deuxième circuit à ondes lentes; et faire interagir cumu-25 lativement les faisceaux partiels de charge d'espace tournants avec l'énergie ondulatoire à haute fréquence qui s'écoule tangentiellement sur la circonférence autour du faisceau dirigé axialement sur le deuxième circuit à ondes lentes pour produire •l'.ét-'-nergie ondulatoire à haute fréquence de sortie sur le deuxième 30 circuit à ondes lentes. 16. - Méthode selon 15 caractérisée en ce qu'elle comporte les étapes consistant à appliquer l'énergie ondulatoire à haute fréquence à une extrémité du premier circuit à ondes lentes pour produire des faisceaux partiels de charge d'espace tournants dans 35 la première région d'interaction à champs croisés. 17» — Méthode selon 15 caractérisée par des moyens pour terminer par tin organe résistif l'extrémité de sortie du premier circuit à ondes lentes et l'extrémité d'entrée du second circuit à ondes lentes. 69 01703 21 2000905 18. - Méthode selon 15, caractérisée par les étapes suivantes î appliquer une différence de potentiel électrique entre les première et deuxième structures anodique et cathodique concentriques qui définissent les première et deuxième régions d'in-5 teraction à champs croisés pour produire les champs électriques dirigés radialement; et appliquer une plus grande différence de potentiel à la deuxième région d'interaction à champs croisés qu'à la première région d'interaction.