Brevet FR2219518A1 — publié le 19740920

La présente invention se rapporte aux tubes électroniques à ondes progressives, et a plus particulièrement pour objet un collecteur perfectionné pour ce type de tv-;e Selon une conception classique, ces tubes comprennent notamment, inclus dans une enveloppe sous vide, une cathode émettant un faisceau d'électrons, un collecteur recevant les électrons, et entre ces deux électrodes une ligne à retard, généralement en forme d'hélice, assurant le guidage d'une énergie haute fréquence dans le tube de telle sorte que se produise un transfert d'énergie du faisceau d'électrons vers l'onde haute fréquence, afin d'amplifier cette dernière. Le collecteur d'un tel tube reçoit donc, à la fraction d'entre gie transmise à l'onde haute fréquence près, toute l'énergie du faisceau électronique et la dissipe sous forme de chaleur ; il y a intérêt à diminuer cette énergie dissipée, d'une part pour réduire les difficultés associées à ;'évacuation de la chaleur, et d'autre part pour augmenter le rendement du tube. Une solution connue pour d minuter la puissance dissipée consiste à choisir, pour le potentiel auquel est porté le collecteur, une valeur inférieure à celle du potentiel de la ligne à retard c'est la solution connue sous le nom de collecteur déprimé et qui permet une réduction sensible de la paieeance à appliquer.Une autre solution, qui se superpose à précédente, consiste-à utiliser un collecteur dépritd à plusieurs étages afin d'assurer un tri des électrons selon leur énergie ; à cet effet, les étages sont portés à des potentiels différents et on superpose au champ électrique interétages ainsi créé un champ magnétique transversal destiné à infléchir la trajectoire des électrons, selon leur énergie, vers les divers étages. le collecteur obtenu est encombrant et sa réalisation technologique est rendue difficile, notamment par les exigences d'isolement électrique à réaliser. La présente invention a pour objet un collecteur pour tube à ondes progressives permettant d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus gracie à une constitution simple, prévoyant plusieurs étages successifs, de section intérieure et de longueur croissantes et portés à des potentiels décroissants, assurant ainsi le tri des électrons selon leur énergie ; l'orifice d'entrée des électrons dans chacun des étages est disposé obliquement et dimensionné de telle sorte que ceux des électrons qui ont pénétré dans un étage ne puissent pas en ressortir. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins s'y rapportant parmi lesquels - la figure 1 représente un mode de réalisation à deux étages du collecteur selon l'invention - la figure 2 représente un autre mode de réalisation, à trois étages, dudit collecteur. ta figure 1 est la coupe schématique d'un collecteur selon l'invention comportant deux étages ; sur ce schéma sont représentés principalement une enveloppe 5 et deux étages 1 et 2 du collecteur placé dans cette enveloppe. t'enveloppe 5 est constituée par un cylindre d'axe X'X, réalisé en un matériau bon conducteur de la chaleur 2 elle est raccordée de façon étanche à ses extrémités à deux pièces 7 et 6. Sur la pièce 6 vient se raccorder, de façon étanche également, tout le reste du tube, non représenté s cette pièce 6 comporte une ouverture 8 située sur l'axe X'X, permettant le passage du faisceau d'électrons vers le collecteur. tes étages t et 2 du collecteur sont des cylindres métalliques creux coaxiaux (axe X'X) placés successivement sur le trajet des électrons. L'étage 1, de diamètre intérieur D1, comporte une entrée 21, placée vis-à-vis de l'ouverture 8, et de diamètre d1 inférieur à D1. L'étage 2 du collecteur, de diamètre intérieur D2 comporte une entrée 22 sensiblement égale à l'ouverture 23 de l'étage t qui lui fait vis-à-vis. te plan de séparation des étages 1 et 2, dont la trace dans le plan de la figure est repérée 10, fait un angle e avec un plan perpendiculaire à l'axe X'X. Les étages 1 et 2 du collecteur sont isolés et maintenus par des bâtonnets isolants tels que 11, 12 et 13, réalisés en alumine par exemple, disposés tout autour des deux étagesP dsns space annulaire compris entre ces étages et l'enveloppe 5, et selon un mode de réalisation décrit dans le brevet français nO 69. 09 365. Les étages 1 et 2 sont portés à des potentiels V1 ét V2 à l'aide des connexions 31 et 32 traversant la pièce 7, à l'arrière du tube, et isolées de celle-ci de manière étanche au vide par un matériau électriquement isolant 14. L'un des batonnets isolants (13 sur le schéma) est creux afin de permettre le passage de la connexion 31 de l'étage 1 vers l'arrière du tube. Les étages sont portés à des potentiels choisis, pour Vt' inférieur au potentiel de la ligne à retard du tube, et pour V2, inférieur à V1 ; les étages constituent ainsi deux zones équipotentielles appelées habituellement espaces de glissement. Le faisceau électronique pénétrant dans le collecteur par l'ouverture 8 est composé d'électrons d'énergies différentes, qui se trouvent séparés par le mécanisme décrit ci-après: - les électrons dont l'énergie est insuffisante pour leur permettre de pénétrer dans l'étage 2 vont voir leur vitesse s'annuler au voisinage de la région 10 de séparation des deux étages, et Qtre renvoyés dans l'étage 1 par le champ électrique : en effet, l'inclinaison d'un angle edu plan 10 provoque une répartition particulière des lignes équipotentielles et des lignes de champ qui agissent, en première approximation, comme un miroir plan placé en 10, normalement au plan de la figure, et la valeur non nulle de l'angle e permet d'éviter le retour des électrons réfléchis dans les autres régions du tube à travers l'ouverture 8 - les électrons dont les énergies sont les plus élevées parviennent jusqu'à l'étage 2 où le faisceau s'épanouit et où les électrons sont recueillis comme dans un collecteur.classique. ^ maxlBus a faible dimension au diametre/de lXentree (d) de claque étage par rapport à son diamètre intérieur (D) permet de rendre très faible la probabilité de retour d'un électron dans l'étage précédent ou dans l'hélice, notamment dans le cas des électrons secondaires créés par l'impact des électrons du faisceau sur les parois des étages. ta valeur de l'angle &commat; est choisie de telle sorte que, dans l'approximation du miroir plan ci-dessus, les électrons réfléchis à la surface de séparation des deux étages 1 et 2 ne puissent atteindre l'entrée 21 de l'étage 1, ce qui conduit à une valeur minimale déterminée géométriquement. Par ailleurs, le choix de la longueur de l'étage est conditionné par la plus grande puissance que cet étage ait à dissiper. La figure 2 représente un mode de réalisation à trois étages du collecteur selon l'invention. Sur cette figure, les mêmes chiffres de référence représentent les mêmes éléments que sur la figure précédente. te collecteur est cotlstitué par les étages 41, 42 et 43, cylindriques, contenus dans l'enveloppe 5, isolés et maintenus comme précédemment par des bâtonnets isolants (11, 13 et 14 sur la figure 2.) En fonctionnement, les étages 41, 42 et 43 sont portés à des potentiels V41, V42 et V43 décroissants, V41 étant inférieur au potentiel auquel est porté la ligne à retard du tube, les étages constituant ainsi trois espaces de glissement. tes étages 41 et 42 jouent un rôle analogue à celui de l'étage 1 de la figure 1, c'est-à-dire que, conformément au mécanisme décrit plus haut - l'étage 41 réalise la collection des électrons dont l'énergie est la plus faible et insuffisante pour franchir le premier espace interétages (41 - 42) - l'étage 42 réalise celle des électrons dont l'énergie est supérieure à la précédente, mais non suffisante pour franchir la zone de séparation suivante (étages 42 et 43). L'étage 43 joue le m8me roule que l'étage 2 : la collection des électrons dont l'énergie est la plus élevée. tes étages 41, 42 et 43 sont reliés à l'arrière du tube comme précédemment par trois connexions 31, 32 et 33 respectivement, dont deux (31 et 32) sont placées à l'intérieur des bâtonnets d'isolement (13 et 14). La fixation des étages 42 et 43 est réalisée, core il est montre pou l'étage 41 par le b-onnet 11, par des bâtonnets isolants ais ne figurant pL. sur la vue en coupe de la figure 2. le dimensionnement des étages, ainsi que le choix des angles e (représentés égaux à titre d'exemple sur la figure 2), est réalisé à partir des mêmes critères que précédemment. te dispositif selon l1invention permet donc de réaliser le tri des électrons à l'aide d'un collecteur de constitution technologique simple et très peu encombrant. A titre dtexemple, il a été réalisé un collecteur selon l'invention, pour un tube à ondes progressives de faible puissance (environ 20 W) dont les dimensions extérieures sont d'environ 60 mm de longueur et 15 mm de diamètre, comportant deux étages sensiblement homothétiques, les rapports entre les dimensions d'un même étage étant les suivants e G = 230 - diamètre intérieur (D) de l'ordre du tiers de la longueur - diamètre de l'ouverture d'entrée (d) de l'ordre du tiers de D. le collecteur selon l'invention est applicable généralement aux tubes à ondes progressives, et est plus particulièrement adapté aux systèmes dont la réalisation comporte des contraintes quant à encombrement. REVENDICATIONS 1. Collecteur pour tube à ondes pro2reseIvesz ledit tube comportant outre ledit ccllecteur une électrode émettant un faisceau d'électrons et une ligne à retard parcourue par une onde haute fréquence, ledit collecteur comportant une pluralité d'étages placés sur le parcours dudit faisceau et portés respectivement à des potentiels décroissants , ledit collecteur étant caractérisé par le fait que lesdits étages constituent chacun pour les électrons un espace de glissement dont l'orifice d'entrée est de dia métre inférieur à la section intérieure de l'étage et est orienté obliquement par rapport à l'axe dudit faisceau. 2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits étages sont de longueur croissante. 3. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdits étages sont sensiblement des cylindres dont l'axe est confondu avec l'axe dudit faisceau, le premier de ceux-ci étant porté à un potentiel inférieur à celui de ladite ligne. 4. Collecteur selon l'une quelconque des revendications pré cédantes, caractérisé par le fait que lesdits étages sont contenus dans une enveloppe, maintenus et isolés à l'aide de bttonnets répartis longitudinalement dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe et les étages, et que quelques uns au moins parmi ces btonnets sont creux et contiennent des connexions d'alimentation des étages. 5. Collecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte deux étages. 6. Tube à ondes progressives, caractérisé par le fait qu'il contient un collecteur selon l'une des revendications précédentes.