Brevet FR2090156A1 — publié le 19720114

L'invention concerne un dispositif comportant d'une part une diode à vide munie d'une anode et d'une cathode formée par un filament, et d'autre part une ligne très haute fréquence ayant un conducteur intérieur et un conducteur extérieur qui ensemble 5 forment une paire de conducteurs pratiquement coaxiaux, ladite anode étant, dans la ligne, formée par une partie d'un des conducteurs. L'invention concerne également une diode à vide ainsi qu'une ligne très haute fréquence, destinées à un tel dispositif. Un tel dispositif est utilisé en particulier pour engendrer 10 des signaux de bruit dans des circuits de mesure très haute fréquence. Il est connu, par exemple de la publication "Philips Tech-nisch Tijdschrift", année 23, page 284- à 301, éditée en 1961, que jusqu'à une très haute fréquence, une diode fonctionnant dans la 15 région du courant à intensité de saturation et équipée d'une cathode chauffée directement, se comporte comme une source de courant de bruit, dont, suivant une formule de Schot'tky, la valeur moyenne du carré de 1'intensité du courant de bruit est proportionnelle à l'intensité du courant de saturation de la diode, 20 ainsi qu'à la largeur de la bande envisagée du spectre de bruit, et est indépendante de la fréquence autour de laquelle cette bande se situe dans le spectre de bruit- Pour des fréquences supérieures à une fréquence limite déterminée, ladite indépendance de fréquence n'est toutefois plus 25 valable et cette non indépendance est causée par un écart dit de transformation et par un écart dit de temps de transit. Il en résulte que pour des fréquences supérieures à ladite fréquence limite, la source de courant de bruit ne fournit pas un courant de bruit dont l'intensité peut être calculée, de sorte que ladite 30 source peut être utilisée tout au plus après un étalonnage très poussé. L'écart de transformation est déterminé par des inductances et capacités parasites et a comme conséquence que, la fréquence augmentant, il se produit d'abord vin accroissement de l'intensité 35 cLu courant de bruit fourni à un circuit, et ensuite une diminution de ladite intensité. L'écart de temps de transit est déterminé par le temps que nécessitent pour leur transit les électrons entre la cathode et l'anode, par rapport à la durée d'une période de la fréquence 71 17767 2 2090156 envisagée; par conséquent, lorsque la fréquence augmente, l'intensité du courant de bruit fourni au circuit, diminue régulièrement. L'écart de temps de transit peut être influencé si le temps de transit est modifié à l'aide de la tension d'anode. 5 Si les deux écarts devaient commencer à se produire environ pour la même fréquence, on pourrait obtenir, en principe, la compensation des deux écarts pour une étendue de fréquences limitée. Dans les diodes connues jusqu'à présent, l'écart de transformation commence à une fréquence de loin inférieure à celle à la-10 quelle commence l'écart de temps de transit, et par conséquent, ladite compensation est exclue. Dans la pratique, cet état de choses a comme conséquence que pour engendrer un courant de bruit indépendant de la fréquence, les diodes à vide connues conviennent jusqu'à des fréquences d'en-15 viron 1 GHz. Au-delà de 3 GHz, on utilise d'autres moyens pour engendrer le courant de bruit. Il existe donc une étendue de fréquences située entre les fréquences approximatives 1 GHz et 3 GHz, pour laquelle il n'existe aucune diode à vide pouvant être utilisée convenablement pour engendrer un courant de bruit. 20 Le brevet américain N0 2.506.644 fait mention d'un dispositif du genre préconisé dans le préambule. Dans ce dispositif, il existe une grande distance entre la cathode et l'anode de la diode, celle-ci ayant par conséquent une tension de saturation élevée. De plus, dans ladite diode, la distance entre la cathode et l'a-25 node n'est pas la même sur toute la longueur de la cathode, de sorte qu'il n'y a pas de coude prononcé dans la caractéristique courant-tension auquel peuvent être attribuées les coordonnées tension de saturation et courant de saturation, ce qui signifie une autre restriction pour faire varier la tension d'anode et de 30 ce fait limite la possibilité de régler l'écart de temps de transit. Par ailleurs, le filament de cette cathode est sensible à des vibrations mécaniques, ce qui ne favorise pas le fonctionnement stabile et contribue à l'obligation d'avoir une grande distance entre le filament et l'anode. De plus, le filament en forme 35 de boucle a une forte inductance, de sorte qu'un écart de transformation se prodv.it déjà à des fréquences relativement basses» Le but de l'invention est d'indiquer un dispositif, équipé d'une diode à vide et convenant pour engendrer, pour des fréquences comprises entre environ 30 kHz et environ 4 GHz, ce que 71 17767 3 2090156 l'on appelle le "bruit "blanc, c'est-à-dire un "bruit indépendant de la fréquence. Selon l'invention, un dispositif comportant d'une part une diode à vide munie d'une anode et d'une cathode formée par un 5 filament, et d'autre part une ligne très haute fréquence ayant un conducteur intérieur et un conducteur extérieur qui ensemble forment une paire de conducteurs pratiquement coaxiaux, ladite anode étant, dans la ligne, formée par une partie d'un des conducteurs, est remarquable en ce que l'anode est formée par une 10 partie du conducteur intérieur. Du fait qu'un des conducteurs de la ligne très haute fréquence constitue également une des électrodes de la diode, il est possible de réaliser une construction dans laquelle la diode ne cause qu'une faible perturbation dans la ligne très haute fréquenceo En faisant en sorte que l'anode 15 de la diode soit formée par le conducteur intérieur de la ligne très haute fréquence, le filament qui a deux connections ayant chacune une inductance et une capacité parasites, ne doit pas être raccordé au conducteur intérieur, ce qui simplifie beaucoup la construction et rend la perturbation introduite aussi réduite 20 que possible puisque des irrégularités dans le conducteur intérieur exercent une influence plus grande que celles dans le conducteur extérieur. De préférence, un dispositif conforme à l'invention est remarquable en ce que le conducteur intérieur est muni d'une ouver-25 ture cylindrique dont la surface intérieure forme l'anode et dont l'axe coupe quasi perpendiculairement l'axe du conducteur intérieur, et que le filament est rectiligne, son axe coïncident pratiquement avec celui de l'ouverture cylindrique. Grâce à cette construction, la direction longitudinale de la diode est trans-30 versale à l'axe de la ligne très haute fréquence, alors que la faible perturbation - qui toutefois ne peut pas être évitée entièrement - de la diode dans la ligne très haute fréquence est concentrée dans une région aussi réduite que possible, localisée le long de l'axe de ladite ligne» Ceci constitue une condition 35 importante pour la possibilité de compenser ladite perturbation. On sait notamment que la compensation complète d'une perturbation dans \ine ligne très haute fréquence à moyens concentrés n'est possible que lorsque cette perturbation est également concentrée. Il est avantageux lorsqu'un dispositif conforme à l'invention 71 17767 4 2090156 comporte deux condensateurs dont chacun raccorde au conducteur extérieur une extrémité du filament. Ce faisant, pour des courants très haute fréquence, la longueur des connections filament-conducteur extérieur est réduite, de sorte que l'écart de trans-5 formation par suite des inductances et capacités parasites est faible, alors que le courant d'échauffement peut être fourni au filament par l'intermédiaire de connections pouvant être choisies librement, puisque dans cette construction, ces connections n'influencent pas l'écart de transformation. 10 Pour le fonctionnement convenable de la diode, il est in dispensable que le filament soit tendu et exempt de vibrations. A cet effet, il est très avantageux lorsque d'un côté du filament est prévu une connection conduisant à un ressort de tension situé à l'extérieur du conducteur extérieur, cette connection 15 étant munie d'un contact coulissant entrant en contact avec un contact immobile, alors qu'un des condensateurs est branché entre le contact immobile et le conducteur extérieur. Cette construction fait en sorte que le filament reste tendu et exempt de vibrations malgré des variations de longueur sous 1'influence des 20 variations de température. Il est ainsi possible de réaliser une faible distance entre la cathode et l'anode. Pour des courants très haute fréquence, afin de maintenir aussi réduite que possible la longueur de la liaison filament-conducteur extérieur, celle-ci est faite à l'aide d'un contact coulissant, de sorte 25 que le courant très haute fréquence ne traverse pas le ressort de tension, qui a une forte inductance. Pour la fabrication en série et afin de permettre l'interchangeabilité de la diode à vide, il est très avantageux lorsque le dispositif est muni d'une diode à vide fixée dans la ligne 30 très haute fréquence de façon à pouvoir en être détachée, la diode comportant une anode cylindrique dont 1'axe coïncide pratiquement avec celui du filament et dont un pas de vis extérieur permettant de placer l'anode dans une ouverture à pas de vis intérieur pratiquée dans le conducteur intérieur de sorte que 35 ladite ouverture soit quasiment entièrement remplie, la diode comportant également deux cylindres creux non conducteurs dont l'axe coïncide avec l'axe du filament et qui, de manière étanche au vide, sont reliés à l'anode de part et d'autre de celle-ci et se trouvent dans l'espace entre le conducteur intérieur et le 4-0 conducteur extérieur, alors qu'enfin la diode comportant encore 71 17767 5 2090156 deux corps conducteurs pratiquement à symétrie de révolution, dont 1'axe coïncide avec celui du filament et qui sont reliés chacun à une face située à l'opposé de l'anode et appartenant à un cylindre creux non conducteur de manière étanche au vide, un 5 desdits corps étant relié solidement au filament alors que l'autre corps comporte le ressort de tension, le contact coulissant et le contact immobile. Par cette construction, il est possible de fabriquer et de fournir la diode à vide eoame composant indépendant, alors qu'en même temps, il est très facile de construire 1C la ligne très haute fréquenceo Le placement d'une diode dans la ligne très haute fréquence se résume maintenant à ce que 1'anode est vissée simplement dans le conducteur intérieur et que l'on met en place les condensateurs. On peut alors utiliser toutes sortes de mécanismes de verrouillage qui, garantissent le posi-15 tionnement exact de la diode. Qxl a pu constater qu'il est possible d'obtenir le comportement reproductible du circuit de mesure, et aussi que le remplacement de la diode ne nécessite pas la remise au point de l'appareillage utilisé. Pour faciliter le placement des condensateurs, il est inté-20 ressant lorsqu'au moins un des deux corps conducteurs pratiquement à symétrie de révolution est muni extérieurement d'une é-lectrode qui appartient à un des condensateurso Avec une telle construction, au moins un des condensateurs est divisé en deux parties lors du démontage de la diode. Une électrode (armature) 25 du condensateur appartient à la diode, tandis que l'autre électrode (armature) appartient au guide d'ondes. Il y a lieu de remarquer ici que lorsqu'il s'agit de mesurer des fréquences de bruit élevées, une faible capacité des condensateurs suffit. Lorsqu'il s'agit de mesurer de basses fréquences de bruit, les 30 capacités des condensateurs doivent être plus élevées, ce que l'on obtient par le branchement en parallèle des condensateurs supplémentaires. L'inductance ainsi introduite n'est pas défavorable lorsqu'il s'agit de basses fréquences. Une autre construction est remarquable en ce que les con-35 densateurs sont solidaires de la ligne très haute fréquence et que lorsque la diode est vissée dans l'ouverture qui lui est destinée, le contact avec les condensateurs est établi à l'aide de contacts élastiques. Pour obtenir que la fréquence à laquelle commence à se pro-40 duire l'écart de transformation soit aussi élevée que possible, 71 17767 6 2090156 il est très avantageux lox-squ'au moins un des conducteurs de la ligne très haute fréquence dans le voisinage de la diode à vide est muni d'au moins une"seule gorge annulaireo L'élaboration d'au moins une gorge annulaire dans la surface intérieure du con-5 ducteur extérieur ou dans la surface extérieure du conducteur intérieur s'est révelée être une mesure très efficace pour compenser la faible perturbation causée par la diode dans la ligne très haute fréquence. Cette compensation est possible par le caractère très local de la perturbation. 10 Dans un dispositif conforme à l'invention, la fréquence à laquelle l'écart de transformation commence à.se produire est devenue tellement élevée qu'également l'écart de temps de transit a son importance. Il en découle que dans un dispositif conforme à l'invention, il est possible de faire en sorte que l'écart de 15 temps ds transit et l'écart de transformation se compensent dans une certaine étendue de fréquences. Le temps de transit peut être modifié à l'aide de la tension d'anode de la diode, sous la réserve que pour un fonctionnement convenable du dispositif, la diode doit toujours fonctionner dans la région dé courant de sa-20 turation. Il est donc très important que dans le dispositif conforme à l'invention, la diode ait une faible tension de saturation, afin de permettre la variation de la tonsion d'anode entre des limites très larges. La tension de saturation relativement faible est rendue possible par la construction stable de la dio-25 de, ce qui a permis une faible distance entre la cathode et l'anode. On connaît du brevet allemand n° 928.190 un dispositif destiné à la mesure de tensions très haute fréquence et équipé d'une diode branchée dans une ligne coaxiale très haute fréquence. Tou-30 tefois, dans ce brevet, il s'agit d'une diode équipée d'une cathode chauffée indirectement qui ne convient pas pour des mesures de bruit. Dans ledit dispositif, la diode est formée par des rétrécissements prononcés et localisés dans les conducteurs intérieur et extérieur d'une ligne très haute fréquence. A 1'en-35 droit du rétrécissement, la surface intérieure du conducteur extérieur sert de cathode chauffée indirectement, le filament entourant le conducteur extérieur. A l'endroit du rétrécissement, la surface du conducteur intérieur fait office d'anode.. La description suivante, en regard des dessins annexés, le 71 17767 7 2090156 tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée» La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une diode conforme à l'invention» 5 La fig. 2 est une coupe longitudinale d'une ligne très haute fréquence, conforme à l'invention, et équipée de la diode illustrée sur la fig. 1, cette diode étant représentée en vue en élévation sur cette fig. 2. Sur la fig. 1, une anode cylindrique en acier inoxydable est 10 munie d'une ouverture cylindrique 14- pour un filament rectiligne 5 dont une extrémité est fixée à une broche de connection 2 et dont l'autre extrémité est fixée à un contact coulissant 8. L'anode 4- est raccordée des deux côtés de manière étanche au vide à deux cylindres creux 3 et 6 en matériau céramique (oxyde d'a-15 luminium). L'autre extrémité du cylindre 3 est, de manière étanche au vide, fixée à un cylindre conducteur 1 dans lequel est fixée également de manière étanche au vide la broche 2, ce qui est le cas aussi du cylindre 6, relié à un boîtier conducteur 7« Une douille de couplage 11 et un cylindre de verre 12 complètent 20 l'enveloppe, étanche au vide, de la diode. Le contact coulissant 8, en acier inoxydable, est muni d'ouvertures 15 pour établir dans la diode le vide voulu, ainsi que d'un revêtement d1 aluminium 16 en contact avec le boîtier 7 en acier inoxydable. Ledit revêtement 16 doit empêcher que dans les 25 circonstances de vide, le contact coulissant 8 ne colle au boîtier 7» Le filament 5 est ainsi raccordé directement au boîtier 7, d'où il résulte que des courants très haute fréquence du filament 5 atteignent le boîtier 7 suivant une trajectoire très courte et ne doivent pas traverser un ressort de tension 9« Ce res-30 sort 9 doit tendre le filament 5 et est parcouru également par un courant continu devant chauffer ce filament. A cet effet, une extrémité du x^essort de tension 9 est raccordée au contact coulissant 8, alors que l'autre extrémité du ressort 9 est raccordée à une tige d'alimentation 10 qui est solidaire d'une broche 35 de connection 17, fixée dans le cylindre de verre 12. Les broches 2 et 17 forment les connections de filament pour la diode. Le cylindre de verre 12 contient également une broche 13 pour un getter non représenté. Les broches 2, 10, 13 et 17 sont 71 17767 8 2090156 en molybdène. Le boîtier 7 est muni d'un pas de vis 18 qui n'a rien à voir avec le fonctionnement de la diode mais qui est utilisé pour sa fabrication. L'anode 4 est munie d'un pas de vis 19 pour fixer une ligne très haute fréquence (31 sur la fig. 2) dans 5 un conducteur intérieur. (32 sur la fig. 2). L'épaulement 20 de l'anode 4 sert d'arrêt intervenant dans le positionnement exact de la diode. Sur la fig. 2, la diode illustrée sur la fig. 1 est indiquée par le repère 30 et est montée dans une ligne très haute fréquence 10 31 ayant un conducteur intérieur 32 et un conducteur extérieur 33, tous les deux en acier inoxydable. Des ouvertures 34 et 35, pratiquées dans le conducteur intérieur 32 et munies d'un pas de vis, servent à fixer la ligne très haute fréquence 31 à des prises pour la liaison à un ensemble de mesure non représenté. L'anode 15 4, munie Par ses deux extrémités, le filament 5, qui n'est pas visible 20 sur la fig. 2, est raccordé au conducteur extérieur 33 pour les courants très haute fréquence. Comme déjà décrit en référence à la fig. 1, une extrémité du filament 5 est raccordée notamment au boîtier 7« Une électrode 38 enserre le boîtier 7 et est fixée au conducteur extérieur 33 à l'aide de vis 39 en téflon, alors 25 qu'entre le conducteur extérieur 33 et l'électrode 38 se trouve une feuille isolante 40 en mylar, présentant une épaisseur d'environ 0,05 Une extrémité du filament est ainsi raccordée au conducteur extérieur par l'intermédiaire d'une liaison capacitive à faible inductance. L'autre extrémité du filament 5 est raccordée 30 au cylindre conducteur 1 qui est en contact avec une dauille de contact élastique 41 en bronze phosphoreux, reliée à une électrode 42. A l'aide de vis 43 en téflon, cette électrode 42 est fixée à un bossage 44 du conducteur extérieur 33, une feuille isolante 45, en mylar ayant une épaisseur d'environ 0,05 étant placée 35 entre le bossage 44 et l'électrode 44 et l'électrode 42. Ladite autre extrémité du filament 5 est ainsi raccordée au conducteur extérieur par l'intermédiaire d'une liaison capacitive à faible inductance. Pour autant que l'exigent les conditions technologiques pour la très haute fréquence, les constituants sontargentés. 71 17767 2090156 Dans le conducteur extérieur 33, on a ménagé une gorge 46, et dans le conducteur intérieur 32 une gorge 47; ces deux gorges s'étendent de part et d'autre de la diode et doivent compenser la perturbation que cause la diode 30 dans la ligne très haute fré-5 quence 31• lors de son fonctionnement, la diode décrite en référence aux figures 1 et 2 nécessite une tension de régime comprise entre , 1 et 2 V et est alors parcourue par un courant de filament dont l'intensité atteint au maximum 40 mA. Pour le filament, on uti-10 lise un courant alternatif de 20 kHz de fréquence. Les connections pour le filament sont les broches 2 et 17» I 15 Diamètre de l'ouverture cylindrique 14 (diamètre d'anode): 1,2 mm. Diamètre du filament 5 : 0,125 mm. Le filament est un fil de tungstène thorié. La ligne très haute fréquence 31 à comme dimensions : Diamètre intérieur du conducteur extérieur 33 : 14,2 mm. 20 Diamètre extérieur du conducteur intérieur 32 : 6,2 mm. Dimensionnée de la sorte, la ligne 31 a une impédance caractéristique égale à 50 ohms. 71 17767 2090156 EEVEmiOAIIOHS : 1. Dispositif comportant d'une part une diode à vide munie d'une anode et d'une cathode formée par un filament, et d'autre part une ligne très haute fréquence ayant un conducteur intérieur 5 et un conducteur extérieur qui ensemble forment une paire de conducteurs pratiquement coaxiaux, ladite anode étant, dans la ligne, formée par une partie d'un des conducteurs, caractérisé en ce que l'anode est formée par une partie du conducteur intérieur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 10 le conducteur intérieur est muni d'une ouverture cylindrique dont la surface intérieure forme l'anode et dont l'axe coupe quasi perpendiculairement l'axe du conducteur intérieur, et que le filament est rectiligne son axe coïncidant pratiquement avec celui de l'ouverture cylindrique. 15 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux condensateurs dont chacun raccorde au conducteur extérieur une extrémité du filament. 4, Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que d'un côté du filament est prévu une connection conduisant à 20 un ressort de tension situé à l'extérieur du conducteur extérieur, cette connection étant munie d'un contact coulissant entrant en contact avec un contact immobile, alors qu'un des condensateurs est branché entre le contact immobile et le conducteur extérieur. 25 5* Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est muni d'une diode à vide fixée dans la ligne très haute fréquence de façon à pouvoir en être détachée, la diode comportant une anode cylindrique dont 11 axe coïncide pratiquement avec celui du filament et dont un pas de vis extérieur permettant de 30 placer l'anode dans une ouverture à pas de vis intérieur pratiquée dans le conducteur intérieur de sorte que ladite ouverture soit quasiment entièrement remplie, la diode comportant également deux cylindres creux non conducteurs dont l'axe coïncide avec l'axe du filament et qui, de manière étanche au vide, sont 35 reliés à l'anode de part et d'autre de celle-ci et se trouvent dans l'espace entre le conducteur intérieur et le conducteur extérieur, alors qu'enfin la diode comportant encore deux corps conducteurs pratiquement à symétrie de révolution, dont l'axe coïncide avec celui du filament et qui sont reliés chacun à une 71 17767 n 2090156 face située à l'opposé de l'anode et appartenant à un cylindre creux non conducteur de manière étanclie au vide, un desdits corps étant relié solidement au filament alors que l'autre corps comporte le ressort de tension, le contact coulissant et le 5 contact immobile. 6. Dispositif selon la revendication 55 caractérisé en ce qu'au moins un des deux corps conducteurs pratiquement, à symétrie de révolution est muni extérieurement d'une électrode qui appartient à un des condensateurs. 10 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins un des conducteurs de la ligne très haute fréquence dans le voisinage de la diode à vide est muni d'au moins une seule gorge annulaire. 8. Diode pour un dispositif selon l'une des revendications 15 5 à 8. 9. Ligne très haute fréquence pour un dispositif selon l'une des revendications 5 à 8.