Brevet FR2075837A1 — publié le 19711015

La présente invention concerne le domaine des tubes électroniques générateurs ou amplificateurs d'ondes hyperfréquence . On y fait souvent appel à des structures en forme d'hélices réalisées en fil électriquement conducteur, enroulées suivant un cy-5 lindre en spires équidistantes. La propagation d'une onde électromagnétique le long d'une telle structure induit dans le fil un courant électrique, et développe dans le volume délimité par le cylindre hélicoïdal un système de champs électrique et magnétique dont le déplacement 10 suivant l'axe de l'hélice est lié à celui du courant électrique. On sait que dans ces conditions l'hélice agit comme une ligne de transmission retardatrice pour le système de champs, dont la vitesse de déplacement comparée à celle du courant est dans le même rapport que le pas de l'hélice rapporté à la longueur d'une 15 spire. Une telle réduction de la vitesse des champs est nécessaire pour la ramener à un même ordre de grandeur que celle des électrons du faisceau électronique habituellement injecté suivant l'axe de l'hélice, et permettre leur interaction avec le champ électrique de l'onde-, 20 Cependant la recherche de grandes puissances, qui conduit à augmenter le diamètre de l'hélice pour pouvoir y injecter un faisceau plus puissant, se heurte, dès qu'on dépasse "an diamètre de l'ordre du 10e de la longueur d'onde, à l'apparition de modes supérieurs ou "harmoniques d'espace" dans la propagation^lesquels 25 représentent une proportion notable de puissance non utilisable. De plus, certains d'entre eux correspondent à un mode de propagation dit inverse, et peuvent entrer en interaction avec le faisceau en entraînant l'auto-oscillation du tube électronique. D'où, une première limitation sur le diamètre de l'hélice . 30 Par ailleurs, le champ électrique relatif à ces "harmoniques d'espace" inverses étant essentiellement situé au voisinage de l'hélice, il est nécessaire, pour éviter l'apparition de l'interaction néfaste, d'imposer au faisceau un diamètre réduit par rapport à celui de l'hélice ; d'oti une seconde limitation sur le dia-35 mètre du faisceau. 69 43510 2 2075837 Les solutions connues, telles que les hélices doubles à pas inversés, ou les hélices chargées périodiquement, pour augmenter les puissances en jeu, conduisent à une limitation de la bande passante. 5 Par contre, la structure suivant la présente invention ne mo difie pas les caractéristiques connues de propagation à large bande de l'hélice simple, tout en rendant possible son application à des puissances bien supérieures. Plus précisément, l'invention a pour objet une ligne à retard 10 pour tube électronique hyperfréquence, comprenant une première hélice constituée d'un conducteur électrique enroulé selon un cylindre, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde hélice, constituée d'un conducteur électrique enroulé dans le même sens selon un cylindre de diamètre et de pas sous-multiples pairs entiers de 15 ceux ae la première hélice, et disposée parallèlement et extérieurement à elle de telle sorte que celles de leurs spires qui sont placées en vis-à-vis soient en contact électrique suivant line génératrice commune aux deux hélices. la description de l'invention sera donnée ci-après, en s*ap-20 puyant sur les figures annexées, où la figure 1 représente une vue schématique d'une hélice perfectionnée suivant l'invention g - la figure 2 en représente une variante. La figure 1 représente une hélice pour tube électronique perfectionnée selon l'invention. A l'hélice principale 1, de pas p 25 et de diamètre D est associée une hélice secondaire 2 de même sens d'enroulement,de pas p/2 et de diamètre D fdisposée à l'extérieur 'o et parallèlement à elle. Les spires de l'une et de l'autre sont respectivement en contact en des points tels que 3, 4 et 5. 30 En fonctionnement, le courant électrique induit par l'onde hy perfréquence dans l'hélice 1 circule également dans l'hélice 2 grâce à ces points de contacts, et les champs électriques axiaux , s'y déplacent à la même vitesse, car les taux de retard respectifs des deux hélices, proportionnels aux rapports respectifs entre le 35 diamètre et le pas de chacune d'elles, sont les mêmes. 69 43510 3 2075837 . „ Les champs magnétiques associés ont une répartition générale telle que leurs lignes de force entourent le fil oîi circulent les courants, comme par exemple les lignes 7 et 8 pour l'hélice principale, et les lignes 9 et 10 pour l'hélice secondaire, et dans les 5 sens respectifs indiqués par les flèches indiquées sur la figjzre. Dans les zones de contact: où les deux hélices sont tangentes selon une génératrice, le champ magnétique existant dans l'hélice principale au voisinage du fil résulte de l'addition du champ intérieur de cette hélice et du champ extérieur de l'hélice secon-10 daire. Or ces champs magnétiques sont de sens contraire ; ils s' opposent donc à l'intérieur -et au voisinage du fil de l'hélice principale et l'énergie magnétique correspondante sera plus faible que dans le cas de la première hélice considérée seule. Or il est connu dans la théorie des champs électromagnétiques 15 que le champ électromagnétique existant à l'intérieur de l'hélice peut être décomposé en une portion du type "transverse électrique " , dont la valeur est liée à la composante magnétique longitudinale et en une portion du type "transverse magnétique" dont la valeur est liée à la composante électrique longitudinale utile. 20 Pour une hélice simple l'énergie totale est sensiblement répartie par moitié dans chacune de ces deux parties du champ. On peut alors donner du rôle de la seconde hélice, l'interprétation suivante, étant bien entendu que cette interprétation ne limite en rien l'invention : sa présence réduit la part d'énergie magnétique sur 25 la composante fondamentale, et par conséquent augmente l'énergie magnétique sur les autres harmoniques d'espace ; l'énergie électrique associée sur ces harmoniques est essentiellement du type transverse électrique qui est sans interaction avec le faisceau; il y aura donc réduction du champ électrique longitudinal des h&r-30 moniques donc en particulier de l'harmonique d'espace inverse générateur d'oscillations parasites. Ainsi, dans un tube électronique muni d'une hélice perfectionnée selon l'invention il sera possible d'augmenter le diamètre de celle-ci sans risques de perte de rendement, et d'y injec-35 ter tin faisceau électronique d'un diamètre voisin sans risques 69 43510 4 2075837 d'auto-oscillation, ce qui permettra de réaliser des tubes de grande puissance et à large bande. La figure 2 représente une variante de l'invention, où deux hélices secondaires conformes à la description de celle de la fi-5 gure 1 sont disposées parallèlement à l'hélice principale, qu' elles touchent selon deux génératrices situées aux extrémités d'un diamètre de la section droite de l'hélice, les champs électriques admettant alors comme plan de symétrie le plan contenant les axes des trois hélices. 69 43510 5 REVENDICATIONS 1. ligne à retard pour tube électronique hyperfréquence, comprenant une première hélice constituée d'un conducteur électrique enroulé selon un cylindre, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde hélice, constituée d'un conducteur électrique enroulé 5 dans le même sens selon un cylindre de diamètre et de pas sous-multiples pairs entiers de ceux de la première hélice, et disposée parallèlement et extérieurement à elle de telle sorte que celles de leurs spires qui sont placées en vis à vis soient en contact électrique suivant une génératrice commune aux deux hélices. 10 2. Ligne à retard suivant 1, caractérisée en ce qu'elle com prend 'une troisième hélice identique à la seconde, et disposée parallèlement et extérieurement aux deux autres, de telle sorte que celles de ses spires placéès en vis-à-vis de celles de ladite première hélice soient en contact électrique avec elles suivant 15 une génératrice commune diamétralement opposée à ladite génératrice commune aux deux premières hélices. 3. Ligne à retard suivant 1, où la première hélice est de longueur supérieure à la seconde. 4. Ligne à retard suivant 2 où la première hélice est.de 20 longueur supérieure aux deux autres. 5. Ligne à rotard suivant 1, où lesdits sous-mltiples sont égaux à 1/2. 6. !Tube éle ctronique hyperfréquence comprenant une ligne à retard selon les revendications 1, 2, 3, 4 ou 5.