Brevet FR2168943A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne la separation entre deux guides d'ondes électromagnétiques dont les atmosphères intérieures ne doivent pas être mélangées alors que le passage des ondes électromagnétiques de l'un de ces guides d'ondes à l'autre doit etre possible. Dans les dispositifs de puissance utilisant des klystrons ou des magnétrons la nécessité d'éviter les claquages électriques entre les parois du guide pose un probleme étant donné les fortes tensions mises en jeu. Aussi pour des puissances importantes on pressurise des portions de guide avec un gaz évitant les claquages tel que l'hexafluorure de soufre. Il est connu aussi que l'air porté à une forte pression supporte des puissances plus importantes que l'air à la pression atmosphérique. Ainsi, dans le cas de l'air une pression de cinq atmosphères est nécessaire pour supporter deux megawatts de puissance sans claquage alors que le meme résultat n'est obtenu à la pression normale qu'avec un mégawatt.Par ailleurs, dans un dispositif de réception d'ondes d'hyperfréquences utilisant par exemple des amplificateurs parametriques refroidis à l'hélium liquide, il est nécessaire de porter des portions de guide à un vide très poussé de façon à éviter les dé- perditions de froid. Selon les applications envisagées ci-dessus, les dispositifs de séparation utilisés, parfois appelés fenetres doivent etre étanches et pouvoir tenir sur l'une de leurs faces, soit des pressions pouvant atteindre 18 kg/cm2, soit un vide pouvant atteindre 10 mm de marcure. Jusqu'à présent. dans le cas de guides d'ondes rectangulaires, ces fenetres constituées de lamelles diélectriques de mica, verre ou quartz etaient supportées par un iris rectangulaire disposé à l'intérieur du guide. Les dimensions de l'ouverture de cet iris et celles de la section du guide d'ondes rectangulaires étaient choisies en fonction de la longueur d'onde d'utilisation de manière à assurer au mieux la transparance de la fenêtre aux ondes électromagnétiques. Cependant les lamelles utilisées à ce jour étaient rectangulaires possédant de ce fait quatre coins qu'il était difficile de souder d'une façon parfaite sur les parois de l'iris à l'intérieur du guide rectangulaire. Il en résultait des difficultés de réalisation ou parfois des défauts d'étanchéité qui se traduisaient par des fuites de gaz sous pression ou une tenue du vide insuffisante. Le dispositif suivant la présente invention permet d'éviter cet inconvénient. Dans celui-ci en effet il est possible d'obtenir une paroi suffisamment étanche, de fabrication relativement aisée, cette paroi -étant apte à laisser passer des ondes électromagnétiques avec des pertes très faibles. L'invention a pour objet un dispositif de séparation pour guide d'ondes élec tromagnétiques à section rectangulaire dispositif comportant une lamelle diélectrique transparente auxdites ondes et occupant toute la section d'une portion de guide d'ondes de façon à ce que cette portion soit obturée de manière étanche par cette lamelle et des moyens de raccordement des deux extrémités de cette portion obturée avec deux guides d'ondes dont la section est égale à un même rectangle, dispositif caractérisé par le fait que la section de ladite portion obturée est une courbe fermée convexe sans, point anguleux, lesdits moyens de raccordement étant constitués par deux flasques de raccordement conducteurs plans occupant dans les deux sections droites extrêmes de cette portion l'aire comprise entre la section de cette portion obturée et celle desdits guides d'ondes rectangulaires. Bien entendu, l'expression "Guides d'ondes" doit être prise ici dans un sens large, l'extrémité étroite d'un cornet d'émission d'ondes d'hyperfréquences pouvant par exemple être assimilée à un guide d'ondes. En se référant aux figures schématiques 1 à 5 ci-jointes, on va décrire ciaprès un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. Les mêmes éléments représentés sur plusieurs de ces figures portent sur toutes celles-ci les mêmes références. La figure 1 représente une vue éclatée schématique de deux guides d'ondes rectangulaires s'adaptant sur un guide d'onde circulaire. La figure 2 représente une section perpendiculaire aux génératrices du guide d'ondes circulaire au niveau de l'intersection des guides d'onde rectangulaire et circulaire. Les figures 3 et 4 représentent la forme des champs électriques dans le guide circulaire et le guide rectangulaire respectivement. La figure 5 représente une coupe schématique des guides rectangulaire et circulaire selon une génératrice du guide d'ondes circulaire. Sur la figure 1 on voit un guide d'ondes rectangulaire 1 et un guide d'ondes rectangulaire 2 encadrant une portion de guide d'ondes circulaire 3. Les guides d'ondes rectangulaires 1 et 2 sont munis de flasques 4 à leurs extrémités permettant une fixation par des vis aux parois extérieures du guide d'ondes circulaire 3. Une lamelle circulaire 5 constituée de quartz, céramique ou analogue sépare l'intérieur du guide d'ondes circulaire 3 en deux parties égales de façon à isoler la partie en communication avec le guide rectangulaire I de la partie en communication avec le guide rectangulaire 2. A titre d'exemple, cette lamelle 5 étanche a pour but de maintenir dans le guide rectangulaire 2 un vide de 10 8 mm de mercure et dans le guide rectangulaire 1 de contenir de l'air sec légèrement pressurisé. Sur la figure 2 on voit que la section du guide rectangulaire 1 s'adapte au guide circulaire 3. Les deux guides ont un même axe perpendiculaire au plan de la figure et la diagonale du rectangle de la section du guide rectangulaire 1 est sensiblement égale au diamètre du cercle qui est la section du guide d'ondes circulaire 3. Une tolérance de 1 t en longueur peut être admise dans l'évaluation de ces dimensions sans augmenter sensiblement le taux d'ondes stationnaire. Sur les figures 3 et 4 on voit une représentation des modes de propagation utilisés. Dans le guide rectangulaire on utilise le mode fondamental TE10 dans lequel le champ électrique est perpendiculaire au grand côté du rectangle. La longueur d'ondes de coupure de ce mode fondamental est alors égale à deux fois le grand côté du rectangle. Ce mode fondamental s'adapte bien au mode TE11 utilisé dans le guide circulaire 3 et dont le champ électrique est représenté sur la figure 3. La longueur d'onde de coupure qui impose les dimensions radiales du guide circulaire est égale à 3,42 fois le rayon de ce guide. Pour une fréquence d'utilisation comprise entre 3,7 et 4,2 GHz le rayon du guide circulaire 3 peut être de 32.5 cm. Pour une fréquence d'utilisation centrée sur 5,5 GHz le rayon peut être de 26,4 cm. Sur la figure 5 on voit la disposition de la lamelle 5 dans le guide circulaire 3. La portion de guide circulaire 3 comprise entre les deux guides rectangulaires 1 et 3 a une longueur voisine du quart de la longueur d'onde guidée. On sait que la longueur d'onde guidée Ag est déterminée en fonction de la longueur d'onde d'utilisation X et la longueur d'onde de coupure Ac suivant la relation Il faut tenir compte dans l'évaluation de la longueur d'onde guidée de la présence de la lamelle et de sa constante diélectrique qui modifie la longueur d'onde de coupure dans la relation ci-dessus. La longueur exacte de la portion de guide 3 est déterminée de préférence par essais successifs de manière à rendre le dispositif de séparation selon l'invention aussi transparent que possible.Pour une lamelle 5 de 2 mm d'épaisseur et de constante diélectrique 9 la longueur de la portion de guide circulaire 3 est de 25 mm environ à la fréquence moyenne de 3,95 GHz et de 19 mm environ à la fréquence moyenne de 5,5 GHz. La longueur électrique de la portion de guide circulaire est comprise entre 9 et Il dixièmes du quart de la longueur d'ondes guidée afin d'obtenir un taux d'ondes stationnaire de 1,1 dans la gamme de fréquences d'utilisation. Le choix des dimensions de la section des guides 1 et 2 est fait également en fonction de cette gamme, ou de sa fréquence moyenne, selon des règles connues des spécialistes, de manière à optimiser les conditions de propagation. La lamelle 5 est particulièrement facile à braser sur son support parce qu'elle a, selon l'invention, un contour circulaire ou ovale ne présentant pas de coins anguleux. Ce contour constitue une courbe fermée convexe. Si le matériau de la lamelle est de la céramique le métal du support doit avoir un coefficient de dilatation compatible tel qu'un alliage de fer de nickel et de cobalt dans les proportions de 53 - 29 et 18 pour cent respectivement. Si le matériau de la lamelle est du quartz on procède à une première métallisation des bords de la rondelle avec une solution de chlorure de platine. Puis sur cette couche de sensibilisation on dépose par électrolyse une couche d'argent. Enfin on procède à une soudure tendre à basse température entre la couche d'argent et le métal du guide d'ondes circulaire. La lamelle présente alors une bonne tenue en température, en pression (18 kg/cm23 ou au vide [10 mm de mercure). Dans l'utilisation au vide le dégazage n'est pas nécessaire. Bien que le dispositif qui vient d'être décrit paraisse le plus avantageux on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains des éléments du dispositif pouvant être remplacés par d'autres susceptibles d'y assurer la même fonction technique. Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où une lamelle étanche doit être disposée entre deux guides d'ondes rectangulaires soumis à des pressions différentes et plus particulièrement lorsque l'étanchéité doit être satisfaisante pour des différences de pression élevées. Les applications particulièrement intéressantes concernent les guides d'onde connectés à des tubes de puissance ou des amplificateurs paramétriques. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de séparation pour guide d'ondes électromagnétiques à section rectangulaire, dispositif comportant une lamelle diélectrique transparente auxdites ondes et occupant toute la section d'une portion du guide d'ondes de façon à ce que cette portion soit obturée de manière étanche par cette lamelle, et des moyens de raccordement des deux extrémités de cette portion obturée avec deux guides d'ondes dont la section est égale à un même rectangle, dispositif caractérisé par le fait que la section de ladite portion obturée est une courbe fermée convexe sans point anguleux, lesdits moyens de raccordement étant constitués par deux flasques de raccordement conducteurs plans occupant dans les deux sections droites extrêmes de cette portion l'aire comprise entre la section de cette portion obturée et celle desdits guides d'ondes rectangulaires. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section de ladite portion obturée est un cercle coaxial auxdits guides d'ondes rectangulaires et dont le diamètre est compris entre 99 et 101 centièmes de la diagonale dudit rectangle. 3/ Dispositif selon la revendication 1, ladite section rectangulaire de guide d'ondes correspondant à une fréquence particulière d'utilisation de manière que le choix de cette section minimise les pertes de transmission le long de ces guides pour des ondes de cette fréquence, caractérisé par le fait que la longueur électrique de ladite portion obturée est comprise entre 9 et 11 dixièmes du quart de la longueur d'ondes guidée dans ladite portion obturée pour ladite fréquence d'utilisation.