Brevet FR2004462A1 — publié le 19691121

La présente invention se rapporte à des tubes à ondes progressives et, plus spécifiquement, à ce que l'on appelera ici des "tubes à ondes progressives du type hélicoïdal" ï par cette expression, on veut dire, dans cette description, des tubes à 5 ondes progressives du type dans lequel la structure de circuit d'intéraction ou de ligne de retard est hélicoïdale. C'est un type de tube très courant. La présente invention sera expliquée en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels : 10 Les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques, données à titre d'explication, représentant (pour autant que cela soit nécessaire à la compréhension) deux tubes typiques connu* - à ondes progrèssivea du type hélicoïdal. La figure 3 est une vue semblable à celle des figures 1 et 15 2, représentant un exemple de réalisation de la présente invention, et La figure 4 est un graphique représentant la nature du perfectionnement réalisé dans la présente invention. Des références semblables indiquent des parties semblables 20 dans les dessins. Dans des tubes à ondes progressives du type hélicoïdal, des signaux de fréquence radio sont couplés à l'hélice à une extrémité ou au voisinage de cette extrémité à partir d'une ligne de transmission de guide d'ondes ou analogue, à travers laquelle 25 les signaux sont appliqués. Couramment, le couplage est effectué à travers l'enveloppe, maintenant le vide du tube, cette enveloppe étant électriquement transparente au moins dans la région où le couplage doit être effectué. L'extrémité de l'hélice proprement dite est connectée à une extrémité d'une longueur de 30 conducteur axial (appelé ici l'antenne) qui est convenablement placé en relation avec le guide d'ondes ou autre entrée â fréquence élevée pour recevoir l'énergie transférée. Pour obtenir le transfert d'énergie maximum, une bonne adaptation d'impédance est assurée en connectant l'extrémité de l'antenne éloignée de 35 l'hélice proprement dite à ce qu'on appelle un piège (dit choke) d'ordinaire sous forme d'un cylindre de métal coaxial à l'hélice et de diamètre plutôt plus grand que celle-ci. Le potentiel continu opératoire nécessaire pour l'hélice est appliqué par l'intermédiaire du piège et de l'antenne à partir d'une source 4-0 convenable. En général, il y a deux manières d'agencer le piège. 69 08454 2 2004462 L'une concerne ce que l'on peut appeler l'agencement séquentiel, le piège et l'hélice étant espacées par la longueur de l'antenne. L'autre constitue ce que l'on peut appeler l'agencement réentrant, dans lequel le piège entoure line partie de l'hélice à pro-5 ximité d'une extrémité et l'antenne est agencée de manière réentrante, étant ramenée vers le piège axialement sur quelques unes des spires d'extrémité de l'hélice faisant projection hors du piège. Dans les deux cas, le potentiel continu pour l'hélice est appliqué au piège par l'intermédiaire d'une courte hélice de 10 diamètre relativement grand (qu'on appélera ci-après l'hélice de connexion en courant continu pour la distinguer de l'hélice mentionnée précédemment, qui sert de ligne de retard du tube) dont une extrémité est connectée au point le plus proche sur le piège et dont l'autre extrémité est connecté à un cylindre ter-15 minai ou de racccârd. La figure 1 illustre un tube à ondes progressives connu, du type hélicoïdal, avec un agencement séquentiel du piège. En se référant à la figure 1, l'enveloppe en verre maintenant le vide, ou autre enveloppe convenable, du tube est représenté en 1 et 2 20 est l'hélice de retard proprement dite. Elle est supportée par plusieurs tiges de quartz 3, et il peut y avoir par exemple trois tiges à 120°. L'extrémité de l'hélice continue par un fil axial 4 qui est l'antenne et dont l'autre extrémité est connectée à un piège 5 sous forme d'un cylindre métallique coaxial de diamètre 25 plutôt plus grand que l'hélice 2. Le potentiel opératoire continu est appliqué à partir d'un cylindre terminal (qui n'apparait pas dans la vue éclatée de la figure 1) par l'intermédiaire d'une hélice de connexion en courant continu 6, à grand diamètre, au piège 5 et, de là, à travers l'antenne 4 vers l'hélice 2. Une 30 entrée de guide d'ondes est représentée sur la figure 1. Le guide d'ondes, qui est référencé en 7, est placé en relation avec l'antenne 1 pour fournir un couplage satisfaisant à fréquence élevée et tout l'agencement est construit et diroansionné selon des principes bien connus pour fournir le transfert maximum 35 d'énergie à haute fréquence vers l'hélice 2. 7 A est le bras de réactance ordinaire courtcircuité du guide d'ondes. Un agencement connu tel que représenté sur la figure 1, est généralement satisfaisant, sauf en ce qui concerne un défaut. Ce défaut est qu'il y a moins que l'utilisation maxima de la 40 dimension longitudinale disponible. La dimension longitudinale, 69 08454 3 2004462 c'est-à-dire la dimension dans la direction axiale, occupée par le piège et l'antenne, est très importante et comme, dans un tube à ondes progressives du type hélicoïdal, le gain que l'on peut obtenir est relié à la longueur de l'hélice, c'est-à-dire que 5 plus l'hélice est longue, plus grand est le gain, un tube tel que représenté sur la figure 1 et ayant une longueur axiale donnée aura une hélice 2 de longueur considérablement plus faible. En conséquence, pour un tube de longueur donnée, le gain est inférieur à celui qui est souhaitable. 10 L'adoption de l'agencement réentrant du piège surmonte ce défaut et entraîne un perfectionnement considérable de gain par rapport à un tube de longueur donnée. L'agencement réentrant connu est illustré par la figure 2. Ici, le piège 5 entoure une partie dé l'hélice 2 au voisinage de son extrémité et laisse 15 quelques unes de ses spires d'extrémité faisant projection vers l'extérieur (vers la gauche sur la figure 2). L'antenne 4 est ramenée coaxialement à travers ces spires et connectée au piège. Le potentiel contenu est appliqué au cylindre terminal (partiellement représenté et référencé 8 sur la figure 2) qui est con-20 necté à une extrémité de l'hélice 6 de connexion en courant continu dont l'autre extrémité est connectée à l'extrémité adjacente du piège 5. L'agencement de la figure 2 a désavantagés par rapport à celui de la figure 1 du fait qu'il permet de recevoir une hélice 25 2 considérablement plus longue dans un tube de longueur donnée et, en conséquence, entraîne un gain sensiblement amélioré. Cependant, un agencement tel que représenté sur la figure 2 a le défaut important de tendre en effet à amener le tube à une bande étroite, en limitant la largeur de la bande de fréquences sur 30 laquelle on obtient une adaptation d'impédance satisfaisante. L'adaptation obtenue peut être représentée par une courbe connectant le coefficient de réflexion, exprimé en pourcentage du signal de fréquence élevée d'entrée, en fonction de la fréquence. La courbe en trait plein A de la figure 4 indique des résultats 35 typiques tels que couramment obtenus avec un agencement connu, te.l que représenté sur la figure 2, et, comme on le verra, elle présente des pics prononcés X qui ne sont pas grandement séparés le long de l'échelle de fréquences. Les positions des pics, qui sont provoqués par des effets de résonance dus à l'hélice 6 de 40 connexion en courant continu croisant une région à champ élec 69 08454 4 2004462 trique élevé, peuvent être déplacées le long de l'échelle des fréquences par une construction convenable de l'hélice de connexion 6, mais on n'a pas trouvé qu'il était en pratique possible de les éliminer de la bande de fréquences sur laquelle 5 on exige couramment que les tubes à ondes progressives fonctionnent . la présente invention cherche à fournir des tubes perfectionnés à ondes progressives, du type hélicoïdal, qui combineront les avantages, par rapport au gain, de l'agencement connu 10 réentrant de la figure 2 avec l'avantage, par rapport aux caractéristiques opératoires à large bande, de l'agencement de piège en ligne de la figure 1. Selon des caractéristiques de la présente invention, uh tube à ondes progressives du type hélicoïdal comprend une hélice 15 de retard ayant une extrémité connectée à une antenne qui est agencée pour coupler la fréquence élevée d'entrée dans l'hélice de retard et s'étend vers l'intérieur à l'intérieur de ses spires d'extrémité ; un piège auquel l'autre extrémité de l'antenne est connectée et qui est à l'extérieur et entoure l'hélice 20 près de son extrémité d'antenne, de sorte que ces spires d'extrémité font projection hors du piège à son extrémité la plus proche de l'antenne, et des moyens pour appliquer le potentiel continu à l'hélice, ces moyens comprenant une hélice de connexion en courant continu entourant les spires d'extrémité et une con-25 nexion qui est séparée du piège lui-même et s'étend entre l'extrémité de l'hélice de connexion en courant eontinu au voisinage du piège et un point sur ce dernier à son extrémité ou au voisinage de son extrémité éloignée de l'hélice de connexion en courant continu. 30 Selon une caractéristique de la présente invention, un tube à ondes progressives du type hélicoïdal, comprend une hélice de retard, un piège cylindrique entourant coaxialement une partie de 1 ''hélice de retard, en position adjacente à une extrémité et en laissant quelques spires faire projection à 35 partir du piège à cette extrémité ; une antenne située coaxialement dans les spires d'extrémité en projection et connectée entre l'extrémité en projection de l'hélice de retard et le piège à ou au voisinage de, son extrémité adjacente, et une hélice de connexion en courant continu entourant coaxialement 40 ces spires en projection et ayant son extrémité la plus proche 69 08454 5 2004462 du piège connectée à celui-ci par une connexion qui passe longitudinalement à l'intérieur du piège et entre celui-ci et l'hélice de retard jusqu'à un point à ou au voisinage de son extrémité éloignée de son hélice à connexion en courant continu. 5 La figure 3 représente un exemple de réalisation préféré de la présente invention. En comparant la figure 2 et la figure 3, on verra que la différence essentielle entre cep. deux figures est qu'alors que dans la figure 2, l'extrémité proche de l'hélice de connexion 6 en courant continu est directement 10 connectée à l'extrémité adjacente du piège 5, sur la figure 3, elle est connectée à ce piège, par l'intermédiaire d'un conducteur 61 qui passe longitudinalement à travers et entre ce dernier et l'hélice de retard, et qui est connecté à ce piège à son extrémité éloignée de l'hélice 6 de connexion en courant 15 continu. Du point de vue purement mécanique, cette différence est en effet très faible, de sorte qu'au point de vue pratique, il y a le grand avantage que la construction de la figure 3 n'est pas plus coûteuse, ou seulement plus coûteuse d'une manière négligeable, que la construction de la figure 2. Cependant, au 20 point de vue électrique et d'un point de vue d'un fonctionnement, le perfectionnement réalisé par cette différence, bien qu'elle soit mécaniquement simple, est tout à fait remarquable, car le résultat est virtuellement d'éliminer les pics X de la courbe en trait plein A de la figure 4 d'une gamme pratique 25 large de fréquences,et de produire une courbe telle que représentée par la ligne brisée B de la figure 4. L'explication théorique de la raLèon pour laquelle la présente invention produit ainsi ce perfectionnement remarquable est obcure et n'est pas totalement comprise. Alors que la pré-30 sente invention ne dépend en aucune manière de la précision et de la suffisance, ou autre facteur, des raisons que l'on avance maintenant, il apparaît probable que le perfectionnement est dû en partie à une protection progressive de la connexion 61 à partir du champ à haute fréquence par le piège, et en 35 partie au fait que la connexion entre le conducteur 61 et le ... piège est fait dans une région de résistance faible au champ de fréquence élevée, de sorte que les réactances du circuit de connexion en courant continu n'affectent pas le couplage de la puissance de fréquence radio entre les guides d'ondes et 40 l'hélice de retard. 69 08454 6 2004462 Gomme on l'appréciera, sur la figure 3, le champ électrique est sensiblement symétrique sur toute la section d'hélice si bien qu'on évite les perturbations de faisceaux de rayons cathodiques associés à l'antenne dans l'agenoement con-5 nu de la figure 1 alors que la stabilité de charge sur les tiges de support en quartz 3 est obtenue, ce qui n'était pas le cas aveo l'agencement de la figure 1. la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au oontraire 10 susceptible.; de variantes et de modifications qui apparaîtront à 1'homme de 11 art. 69 08454 7 2004462 REVENDICATIONS 1 - Tube à ondes progressives du type hélicoïdal, caractérisé en ce qu'il comprend une hélice de retard ayant une extrémité connectée à une antenne qui est agencée pour coupler la 5 fréquence d'entrée élevée dans l'hélice de retard et s'étend vers l'intérieur à l'intérieur de ses spires d'extrémité ; un piège à laquelle l'autre extrémité de l'antenne est connectée et qui est à l'extérieur et entoure l'hélice au voisinage de son extrémité d'antenne, de sorte que ses spires d'extrémité font pro-10 jection hors du piège à son extrémité la plus proche de l'antenne, et des moyens pour appliquer le potentiel continu à l'hélice, ces moyens comprenant une hélice de connexion en courant continu entourant les spires d'extrémité et une connexion qui est séparée du piège lui-même et s'étend entre l'extrémité de 15 l'hélice de connexion en courant continu la plus proche du piège et un point sur ce dernier à ou au voisinage de son extrémité éloignée de l'hélice de connexion en courant continu. 2 - Tube à ondes progressives du type hélicoïdal, caractérisé en ce qu'il comprend une hélice de retard, un piège cylin- 20 drique entourant - ooôaistlement une partie de l'hélice de retard en position adjacente à une extrémité et laissant quelques spires en projection à partir de ce piège à cette extrémité, une antenne située coaxialement dans les spires d'extrémité en projection et connectée entre l'extrémité en projection de 25 l'hélice de retard et le piège à ou au voisinage de son extrémité adjacente, et une hélice de connexion en courant continu, entourant coaxialement ses spires en projection et ayant son extrémité la plus proche du piège connecté à celui-ci par une connexion qui passe longitudinalement à l'intérieur de ce piège 30 et entre celui-ci et l'hélice de retard jusqu'à un point à bu au voisinage de l'extrémité éloignée de l'hélice de connexion en courant continu.