Brevet FR2132180A1 — publié le 19721117

Jusqu'à maintenant , on a construit des fenêtres pour microondes ayant une bande passante relativement large, dans lesquelles une section de guide d'onde de longueur égale à une demi longueur d'onde et ayant une impédance relativement élevée est raccordée à ses 5 deux extrémités à des seconde et troisième sections de guide d'onde d'impédances caractéristiques égale et plus faible . Une fenêtre perméable aux ondes est montée de façon scellée en travers du guide à haute impédance en un point situé à peu près au milieu de celui-ci. Une telle fenêtre est décrite dans le brevet des Etats Unis d'Amé-10 rique N° 2 958 83^• Cette fenêtre a pour avantage de pouvoir transmettre des niveaux d'énergie à hyperfréquence relativement élevés , comme par exemple de 4 MW de crête dans la bande S et des énergies moyennes relativement élevées, comme par exemple de 8 kW, sur une bande de fréquence relativement large,comme par exemple de 15 à 30% 15 avec un taux d'ondes stationnaires inférieur à 1,1 Cette fenêtre de la technique antérieure est utilisée par exemple comme' fenêtre de sortie d'un tube à hyperfréquence, à impulsions de grande énergie, comme par exemple un tube klystron, un tube à ondes stationnaires ou un magnétron . Toutefois, dans de telles ap-20 plications, le guide d'onde de sortie du tube à hyperfréquence présente généralement une hauteur réduite en comparaison des guides d'ondes normaux pour recevoir un dispositif de concentration magnétique du faisceau ou un dispositif analogue entourant le tube .Le guide d'onde de sortie présente également une hauteur réduite afin 25 de présenter une impédance caractéristique plus faible afin d'offrir une meilleure adaptation avec l'impédance de charge de sortie du tube . Dans la technique antérieure, on utilise donc un transformateur à plusieurs guides d'ondes échelonnés entre la sortie du tube à 30 hyperfréquence et la fenêtre à hyperfréquence , de sorte que le côté d'entrée de la fenêtre peut être raccordé à un guide d'onde de hauteur normele . Avec cette disposition, le problème est qu'un transformateur à guides d'ondes est généralement relativement coûteux et il serait 35 donc intéressant de supprimer ce transformateur distinct . L'invention a pour but de fournir une fenêtre pour microondes et un transformateur à guides d'ondes perfectionnés . Suivant une caractéristique de l'invention, il est prévu un ensemble de fenêtre pour microondes et un transformateur à guides 40 d'ondes dans lequel une première section de guide d'onde, dont la 72 11030 2 2132180 longueur est à peu près égale à un nombre entier de demi longueurs d'onde, et en travers duquel est scellé un élément de fenêtre pour microondes est raccordé par des transitions brusques de guide d'onde à des second et troisième guides d'onde de liaison à ses ex-5 trémités . L'un des guides d'onde de liaison présente une impédance caractéristique plus faible que l'autre et l'élément de fenêtre est décalé par rapport au point milieu de la première section de guide vers le guide d'onde de liaison à faible impédance afin de ■ produire une adaptation d'impédance à large bande en vue de former ]_0 un ensemble de fenêtre et de transformateur à hyperfréquence . Suivant une autre caractéristique de l'invention, le premier guide d'onde présente une section circulaire et les second et troisième guides d'onde de liaison ont une section rectangulaire et les transitions brusques de guide d'onde comportent des parois aux ex-]_5 trémités opposées de la première section de guide d'onde ainsi que des orifices rectangulaires pour assurer la communication de l'énergie ondulatoire entre les seconde, troisième et première sections de guide d'ondes . Suivant une autre caractéristique de l'invention, le guide d'on-20 de de liaiscn rectangulaire et à faible impédance a une hauteur égale à un tiers environ de sa largeur et le troisième guide d'onde est rectangulaire et sa hauteur est égale à la moitié environ de sa largeur . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî-25 tront au cours de la description suivante ,donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Pig.l est une vue en perspective, en partie en arraché , d'un ensemble de fenêtre suivant la technique antérieure ; 30 la Fig.2 est une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de la Fig.l , prise suivant la ligne 2-2 dans la direction des flèches et comportant un transformateur à guides d'onde suivant la technique antérieure ; la Fig.3 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble de 35 transformateur à guides d'onde et d'une fenêtre pour microondes suivant l'invention ; et la Fig.4 est un graphique du taux d'ondes stationnaires en fonction de la fréquence en GHz montrant les caractéristiques de bande passante de l'ensemble de fenêtre et de transformateur sui-40 vant l'invention . 72 11030 3 2132180 La Fig.l représente la fenêtre 1 pour microondes suivant la technique antérieure . L'ensemble de fenêtre 1 comprend une première section de guide d'onde 2 cylindrique et creuse de longueur égale à un nombre entier à peu près de demi longueurs d'onde à la 5 fréquence centrale de la bande passante de la fenêtre.La section cylindrique de guide d'onde 2 est fermée à ses extrémités opposées par des parois 3 et 4 comportant un orifice central . Des guides d'onde rectangulaires 5 et 6 de hauteur sensiblement inférieure à la section cylindrique centrale 2 sont raccordés à la section cen-10 traie 2 par les orifices rectangulaires 7 et 8 des parois d'extrémité 3 et 4 opposées . Les orifices 7 et 8 ont les mêmes dimensions que l'intérieur des guides d'onde rectangulaires 5 et 6 respectivement . Les parois d'extrémité 3 et 4 à orifice central constituent des transitions brusques de guide d'onde entre les guides 5 15 et 6 et la section centrale 2. Une fenêtre 9 en forrr.e de disque et perméable aux ondes, en matière céramique à base d'alumine par exemple, est scellée hermétiquement, par brasage par exemple, en travers de la section centrale de guide d'onde 2 en un point situé à peu près à mi chemin 20 de sa longueur .Une telle fenêtre de la technique antérieure constitue un ensemble à large bande de par exemple 20$ et capable de transmettre une énergie relativement élevée de l'ordre des MW de puissance de crête et de l'ordre des kW d'énergie moyenne . Lorsqu'on utilise la fenêtre de la technique antérieure de la 25 Fig.l comme fenêtre de sortie dans le tube à hyperfréquence représenté à titre d'exemple, on désire utiliser un transformateur à guides d'onde pour raccorder le guide 5 de hauteur normale au guide de sortie du tube à hyperfréquences . Le guide de sortie du tube est représenté en 11 à la Fig.2 et présente normalement une hau-30 teur réduite h égale à un tiers de sa largeur , la hauteur h et la largeur w étant représentées à la Fig.l . Le transformateur est représenté en 12 à la Fig.2 et il peut comporter une partie coniaue décroissant régulièrement en hauteur ou, selon une variante, un ou plu:-ieur-s gradins en hauteur , comme représenté 35 à la Fig. 2, pour obtenir une adaptation d'impédance entre le guide 11 de faible hauteur et le guide 5 de hauteur normale . De tels transformateurs d'impédance 12 occupent un espace supplémentaire et sont relativement onéreux à fabriquer . La Fig.3 représente ion ensemble de fenêtre pour microondes 40 et de transformateur à guides d'ondes 15 mettant en oeuvre les ca 72 11030 2132180 ractéristiques de l'invention . L'ensemble 15 est pratiquement identique à celui décrit en relation avec les Pig.l et 2 sauf que le guide d'onde d'entrée 5> qui est raccordé à la section centrale 2, présente une hauteur réduite .Plus précisément, le guide d'onde 5 d'entrée 5 présente une section rectangulaire avec une hauteur h à peu près égale à un tiers de sa largeur w .Le trou de oouplage 7 ménagé dans la paroi d'extrémité 4 est de section rectangulaire et a les mêmes dimensions que la section interne du guide d'entrée 5 à faible impédance . 10 La fenêtre 9 est scellée en travers de la section centrale 2 en un point qui est décalé par rapport au point milieu dans la direction du guide de hauteur réduite, c'est-à-dire le guide 5 . La fenêtre 9 est décalée d'une quantité assurant -une adaptation à large bande, de sorte que l'ensemble comportant la fenêtre dé-15 calée 9 constitue un ensemble de fenêtre pour microondes et de transformateur d'impédance . Dans un exemple de réalisation , le centre de la fenêtre 9 est décalé par rapport au point milieu de la longueur du guide cylindrique 2 d'environ 17$ de la longueur de celai-ci . Le guide 2 a une longueur 1 qui est égale à environ 85$ 20 de la moitié d'une longueur d'onde dans l'espace libre . Les dimensions de la fenêtre 9 sont telles, que la distance d entre les régions situées juste à l'intérieur des guides d'onde de liaison 5 et 6 , au niveau des transitions brusques 7 et 8, est à peu près égale à la moitié d'une longueur d'onde électrique lorsqu'on tient 25 compte de la charge produite par la fenêtre 9 et des régions de bordure de champ au niveau des transitions brusques, ces régions de bordure de champ s'étendant légèrement dans les sections de guide 5 et 6 adjacentes . Dans un exemple de réalisation dans la bande S, le guide d'on-30 de d'entrée 5 a une largeur de 72,14 mm et une hauteur qui est égale aux deux tiers de la hauteur normale, c'est-à-dire 22,65 mm. Le guide de sortie 6 a une largeur de 72,14 mm et une hauteur de 34mm. Le guide cylindrique 2 a un diamètre de 9,03 cm et une longueur 1 de 3,85 cm-. La fenêtre 9 est en matière céramique à base d'alu-35 mine et présente une épaisseur de 0,36 cm. L'ensemble de fenêtre pour microondes et de transformateur à guides d'onde ayant les dimensions précitées présente une caractéristique de bande passante telle que celle représentée à lr Fig.4, la bande passante étant d'environ 13$ ou de 400 MHz entre les points 40 de taux d'ondes stationnaires de 1,1 pour une fréquence centrale 72 11030 5 2132180 d'environ 2,8 GHz .L'ensemble de fenêtre et de transformateur 15 transmet une énergie de 4 MW de crête et supérieure à 8 kW en moyenne . Le guide de sortie 6 et la partie de la section centrale 2 qui communique avec lui sont mis sous pression avec du gaz SFg à environ 1,75 kg/cm2 .Le guide d'entrée 5 est raccordé au moyen d'un rebord 17 au guide de sortie du tube, non représenté, et le guide de sortie 6 est raccordé à un guide pour bande S de dimension normale et classique par le rebord de guide 18. 72 11030 2132180 REVENDICATIONS 1-Ensemble de fenêtre perméable aux ondes à haute fréquence, étanche au gaz et dont les dimensions sont calculées pour qu'il transmette de l'énergie ondulatoire appartenant à une certaine 5 bande de fréquences , ledit ensemble étant caractérisé en ce qu'il comprend un premier élément de guide d'onde tubulaire d'une première hauteur, des second et troisième éléments de guide d'onde tubulaire ayant des hauteurs inférieures à celle du premier élément de guide, des parois d'extrémité comportant un orifice central for-10 mant des transitions brusques de guide d'onde pour raccorder les second et troisième éléments au premier à peu près aux extrémités de ce dernier, un élément de fenêtre perméable aux ondes et étanche au gaz qui est disposé en travers et à l'intérieur du premier élément de guide d'onde , l'épaisseur de l'élément de fenêtre 15 étant inférieure à la demi longueur d'onde électrique d'une onde à la fréquence centrale de la bande passante de l'ensemble de fenêtre, et la longueur du premier élément de guide plus les régions de bordure de champ s'étendant dans les second et troisième guides au niveau des transitions brusques, la fenêtre perméable aux ondes 20 étant en place,étant à peu près égale à n/2 longueurs d'onde électriques d'une onde à la fréquence centrale de la bande passante de l'ensemble de fenêtre, n pouvant être un entier impair quelconque , le second élément de guide ayant une hauteur sensiblement plus faible que celle du troisième élément de guide, et l'élément de 25 fenêtre perméable aux ondes étant décalé par rapport à la position à mi longueur du premier guide dans la direction de l'extrémité de celui-ci qui est raccordée au second élément de guide, de sorte qu'on obtient un ensemble de fenêtre pour microondes et de transformateur à guides d'onde à bande passante relativement large . 30 2-Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le premier guide d'onde présente une section circulaire, les second et troisième guides d'onde présentant une-section rectangulaire , et les orifices ménagés dans les parois d'extrémité du premier guide étant rectangulaires . 35 3-Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le second guide d'onde a une hauteur égale à 1/3 environ de sa largeur, le troisième guide d'onde ayant une hauteur qui est à peu près égale à la moitié de sa largeur . 4-Ensemble suivant la revendication 3,caractérisé en ce que la 40 fenêtre est décalée d'environ 17$ suivant la longueur du premier 12 11030 7 2132180 guide d1 onde par rapport à la mi longueur de celui-ci . 5 -Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la longueur du premier guide entre les parois d'extrémités est égale à environ 85$ de la longueur d'onde dans l'espace libre au centre de. la bande passante de l'ensemble de fenêtre et de transformateur composite ,