Brevet FR2135299A1 — publié le 19721215

159W 1. 2135299 La présente invention se rapporte à des oscillateurs magnétrons. Dans certains systèmes, tels que les systèmes radar, il est nécessaire de prévoir un oscillateur magnétron ayant une fréquen-5 ce d'oscillation qui puisse rapidement varier d'une fréquence à une autre. La présente invention cherche à prévoir un tel oscillateur magnétron. Conformément à la présente invention, un oscillateur ma-10 gnétron comprend une structure de cathode et d'anode comportant plusieurs cavités à l'intérieur j une cavité résonante séparée couplée à l'une des cavités de la structure de cathode et d'anode ; et deux électrodes espacées dont les surfaces en regard sont formées d'un matériau émetteur d'électrons secondaires et dont la po-15 sition et les dimensions sont telles que, si une tension convenable est appliquée entre les électrodes, une décharge sous l'effet d'impacts multiples se produira entre elles. Une décharge sous l'effet d'impacts multiples se produit entre deux électrodes ayant des surfaces émettrices d'électrons se-20 condaires si une tension en radio-fréquence ou haute-fréquence est établie entre elles et si un électron quitte une électrode et vient heurter l'autre électrode après un demi-cycle de la haute-fréquence provoquant ainsi la libération de plusieurs électrons depuis cette électrode, et qui à leur tour, se dirigent vers la première élec-25 trode et la heurtent après un autre demi-cycle de la haute-fréquence et produisent le même effet que le premier électron. Le nombre d'électrons quittant les électrodes augmente rapidement jusqu'à ce qu'une décharge saturée soit obtenue dans l'intervalle d'interaction entre les électrodes. Pour interrompre la décharge ou pour em-50 pêcher la décharge de se produire, une tension en courant continu suffisamment grande peut être appliquée entre les électrodes ou, -en variante, un champ magnétique transversal important peut être appliqué. Par l'expression matériau émetteur d'électrons secondaires, on entend un matériau dont le facteur d'émission d'électrons 35 secondaires est supérieur à l'unité. Lors du fonctionnement d'un oscillateur magnétron conformément à la présente invention, l'énergie haute-fréquence sera couplée dans la cavité résonante depuis la cavité de la structure de la cathode et d'anode et ceci se traduira par l'établissement d'une 40 tension haute fréquence entre les électrodes. De préférence, l'agen- 72 15944 2. 2135299 cernent d'électrodes est tel que cette tension haute fréquence correspond à ladite tension convenable de sorte que, en l'absence d'une tension d'inhibition importante en courant continu ou d'un champ magnétique transversal, une décharge sous l'effet d'impacts 5 multiples se produira. Dans l'exemple de réalisation préféré des moyens de connexion sont prévus pour appliquer une tension à ces électrodes de sorte qu'une telle tension en courant continu peut être appliquée durant le fonctionnement pour provoquer l'inhibition ou l'interrup-10 tion d'une décharge sous l'effet d'impacts multiples établie entre les électrodes. De préférence, ladite cavité séparée est formée sur la paroi extérieure de la structure de cathode et d'anode de l'oscillateur magnétron. 15 De préférence, cette cavité est couplée à l'une des cavi tés dans la structure cathode-anode par une boucle de couplage. De préférence, l'une desdites électrodes comporte un élément chauffant. La présente invention sera bien comprise à la lecture de 20 la description suivante faite en relation avec le dessin ci-joint qui est une vue schématique et partiellement en coupe d'un oscillateur magnétron conformément à la présente invention. L'oscillateur magnétron représenté dans le dessin comporte une cathode 1 et une anode cylindrique creuse 2 avec des ailet-25 tes 3 qui s'étendent radialement vers l'intérieur en direction de la cathode 1. Des pièces polaires magnétiques 4 et 5 sont montées sur l'anode 2. Les espaces entre chaque paire d'ailettes adjacentes 3 constituent une cavité résonante et l'agencement particulier des ailettes et des cavités résonantes pouvant être utilisé peut être 30 tel que connu dans la technique, par exemple, comme dans un magnétron dit "rising sun". La eathode 1 de l'oscillateur magnétron est supportée par un support isolé 6 étanche au vide qui est relié à la pièce polaire 4. L'anode 2 du magnétron comporte une porte de sortie 27 à 35 laquelle un guide d'onde peut être connecté. La porte de sortie 27 comporte une "fenêtre" 28 en verre qui forme un joint étanche au vide et qui est transparente au signal de sortie de l'oscillateur magnétron. Une autre cavité résonante 8, comportant deux électrodes 40 9 et 10 est formée sur là paroi extérieure 7 de l'anode 2. L'élec- 72 15944 2135299 trode 9 est une électrode cylindrique creuse qui comporte une plaque d'extrémité 11 constituée d'un matériau émetteur de manière thermionique et émetteur d'électrons secondaires. L'électrode 9 est en contact électrique avec la paroi 12 de la cavité résonante 8. Un 5 élément chauffant 13 est monté à l'intérieur de l'électrode 9 et un courant est alimenté à cet élément chauffant 13 par un conducteur 14 qui traverse l'électrode par un chapeau d'extrémité 15 qui est isolé du reste de l'électrode par une bague isolante 16. L'électrode 10 est une électrode cylindrique et comporte une plaque d'extrémité 10 17 constituée d'un matériau émetteur d'électrons secondaires. L'électrode 10 traverse une ouverture 18 dans la paroi 19 de la cavité résonante 8 et est supportée par un support isolant 20 étanche au vide. A l'intérieur de la cavité 8 à proximité de la paroi 19 est montée une plaque 21 comportant une ouverture et qui est située de 15 façon que l'électrode 10 traverse cette ouverture. Cette plaque porte un cylindre 22 qui entoure l'électrode 10 et se comporte comme un piège de haute-fréquence. L'électrode 10 comporte un conducteur de connexion 23 et la cavité comporte également un conducteur de connexion 24, de sorte qu'une tension peut être appliquée entre les 20 deux électrodes 9 et 10. La cavité résonante 8 est couplée de manière inductive à l'une des cavités de 1'osôillateur magnétron par une boucle de couplage inductive 25 qui traverse une ouverture 26 dans la paroi 7 de l'anode 2. La boucle 25 a généralement la forme d'un S, mais 25 l'une des boucles formant le S se trouve dans un plan situé à 90° par rapport au plan contenant l'autre boucle formant le S. Lorsque le magnétron est mis en fonctionnement, la cavité est fortement excitée par l'énergie couplée depuis la cavité dans l'anode du magnétron par la boucle de couplage 25 et, en l'absence 30 d'une décharge d'électrons, quelques dizaines de kilovolts de hau-te-fréquence sont développés entre les électrodes 9 et 10 et la fréquence d'oscillation du magnétron est "tirée" par la cavité 8 vers une fréquence prédéterminée. Si la grandeur et la fréquence de la tension haute-fré-35 quence développée entre les électrodes sont rapportées à l'intervalle .séparant ces électrodes 9 et 10 de sorte qu'un électron libéré d'une surface prend un temps égal à un demi-cycle pour traverser l'intervalle d'interaction, une décharge sous l'effet d'impacts multiples se produira entre les électrodes. Pour favoriser le début 40 de la décharge dans l'exemple de réalisation préféré, un courant 72 15944 4. 2135299 de chauffage est alimenté dans l'élément chauffant 13 par les conducteurs 14 et 24. Une décharge sous l'effet d'impacts multiples se produit si un électron quitte une électrode à un 'temps approprié dans le 5 cycle et vient heurter l'autre électrode un demi-cycle plus tard, provoquant la libération de plusieurs électrons depuis cette électrode, ces électrons à leur tour se déplaçant dans le sens opposé et chacun produisant le même effet sur ladite première électrode. Le nombre d'électrons libérés augmente rapidement jusqu'à ce qu'une 10 décharge saturée soit atteinte dans l'intervalle d'interaction entre les électrodes. Tandis que la décharge sous l'effet d'impacts multiples se produit, la tension entre les électrodes 9 et 10 tombe à environ 250 à 5°0 volts et la cavité 8 est effectivement court-circuitée et ainsi la fréquence d'oscillation du magnétron 15 revient presque à la fréquence de résonance de son résonateur ano-de-cathode. La décharge sous l'effet d'impacts multiples peut être arrêtée en appliquant -une tension en courant continu convenable aux électrodes 9 et 10, l'effet global étant que la fréquence d'os-20 cillation du magnétron peut être commutée entre deux valeurs différentes en l'absence ou lors de l'application d'une tension de polarisation convenable aux électrodes par les conducteurs 23 et 24. En variante, l'interruption transversale de la décharge sous l'effet d'impacts multiples peut être obtenue en appliquant un champ 25 magnétique convenable à l'intervalle d'interaction entre les électrodes. Lorsque la décharge est arrêtée la fréquence d'oscillation de l'oscillateur est à nouveau "tirée" par la cavité 8 vers la fréquence prédéterminée. Bien que la présente invention ait été décrite en se ré-30 férant à un magnétron ayant une cavité résonante supplémentaire 8, il est possible de concevoir des magnétrons comportant plusieurs cavités supplémentaires de ce genre. La présente invention-n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire 35 susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 72 15944 5. 2135299 REVENDICATIONS 1 - Oscillateur magnétron caractérisé en ce qu'il comprend une structure de cathode et d'anode comportant plusieurs cavités à l'intérieur ; une cavité résonante séparée couplée à l'une 5 des cavités dans la structure de cathode et d'anode ; et deux électrodes espacées dont les surfaces en regard sont formées d'un matériau émetteur d'électrons secondaires et dont la position et les dimensions sont telles que, si une tension convenable est établie entre ces électrodes, une décharge sous l'effet d'impacts multiples 10 se produira entre elles. 2 - Oscillateur magnétron selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens de connexion sont prévus pour appliquer ime tension à ces électrodes de sorte qu'une tension en courant continu peut être appliquée durant le fonctionnement pour provoquer 15 l'inhibition ou l'interruption de la décharge sous l'effet d'impacts multiples qui a lieu entre les électrodes. 3 - Oscillateur magnétron selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite cavité séparée est formée sur la paroi extérieure de la structure de cathode et d'anode de l'oscillateur 20 magnétron. 4 - Oscillateur magnétron selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite cavité est couplée à l'tme des cavités dans la structure cathode-anode par une boucle de couplage. 25 5 - Oscillateur magnétron selon l'une quelconque des re vendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une desdites électrodes comporte un élément chauffant.