Brevet FR2293080A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne des lignes à retard pour tubes hyperfréquence tels que par exemple des tubes à ondes progressives ou des tubes à champs croisés ; elle cqncerne également les tubes comportant de telles lignes. Un problème important posé par ce type de tubes est celui de l'encombrement de leur ligne retard. En effet les dimensions transversales de la ligne , c'est-à-dire perpendiculaires à la-direction de propagation du faisceau d'électrons et de l'onde hyperfréquence sont imposées par les caractéristiques de fonctionnement des tubes qu'elles équipent, et notamment par la fréquence centrale de leur bande de fonctionnement. Or, qu'il s'agisse de tubes à ondes progressives, ou de tubes à champs croisés, un champ magnétique est nécessaire. Tens le premier cas il stagit d'un champ magnétique sensiblement colinéaire au faisceau d'électrons pour-assurer sa focalisation, produit par exemple par un solénode entourant le tube ; il serait donc souhaitable que le diamètre du-tube ne soit pas trop grand pour que la puissance dissipée danslesolénoSde n'ait pas à être trop élevée.Rn effet, le champ magnétique devant être relativement intense dans la zone traversée par le faisceau, plus le tube a un grand diamètre, plus la puissance consommée par le focalisateur sera grande, ce qui, bien entendu n'.est pas souhaitable. On a ainsi intérêt à réduire le plus possible le diamètre des tubes ondes progressives et donc les dimensions transversales des lignes à retard qui les équipent ; ce sont en effet ces ligne qui., dans les tubes à ondes progressives, conditionnent le diamètre du tube. Quant aux tubes à champs croisés, ils sont généralement placés dans l'entrefer d'un aimant ou électro-aimant produisant un champ magnétique transversai dans l'espace traversé par le faisceau d'élec trons, espace d'interaction. Il serait-donc souhaitable que les dimensions transversales de l'espace d'interaction soient réduites ; ceci permettrait en effet d utiliser des aimants (ou électro-aimants) ayant des entrefers réduits ce qui se traduit par une réduction notabla.du volume et du poids des aimants nécessaires au fonctionnement de ces tubes. Pour réduire les dimensions de l'espace d'interaction, il faut encore ici pouvoir réduire les dimensions transversales de la ligne à retard. La présente invention concerne précisément des lignes à retard ayant une structure nouvelle permettant d'obtenir des dimensions transversales réduites tout en conservant des caractéristiques électriques voisines de celles des lignes classiques de plus.grandes dimensions, et susceptibles notamment de transmettre convenablement des ondes hyperfréquences de même fréquence que lesdites lignes classiques de plus grandes dimensions. . Selon l'invention, dans une ligne à retard ayant une structure périodique, pour la propagation d'ondes électromagnétiques, les éléments conducteurs qui sont régulièrement répartis le long de la direction de propagation des ondes électromagnétiques et définissent ainsi ladite structure périodique, font, avec cette direction un angle différent de 'L/2. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figurés annexées qui représentent : - les figures 1 et 2 des vues schématiques en perspective et en coupe d'une partie de ligne à retard conforme à l'invention - les figures 3 et 4 deux vues schématiques en perspective et en coupe d'une partie d'une autre ligne à retard conforme à 1 invention Les figures 1 .et 2 représentent schématiquement des parties d-'une. ligne B retard d'allure générale cylindrique, avantageusement utilisable dans un tube à ondes progressives. On voit sur la figure 1 une partie d'une telle ligne coupée selon deux plans longitudinaux passant par l'axe longitudinal ZZ, tandis que l'on voit sur la figure 2 une coupe selon un plan transversal perpendiculaire à l'axe ZZ. Ud certain nombre-d'éléments- d'une telle ligne sont classiques en eux-mêmes ; il s'agit de l'enveloppe métallique cylindrique 1, des anneaux métalliques 2 ménageant au centre de l'enveloppe t, le long de l'axe longitudinal ZZ, un espace cylindrique libre pour le faisceau d'électrons se propageant le long de ZZ, et des deux parties métal- liques 3 et 4 qui constituent sur l'enveloppe 1 des protubérances parallèles à ZZ formant capacité avec les parties des anneaux 2 qui leur font face. Les barreaux métalliques tels que 5 et 6 qui sont accrochés sur 1' enveloppe 1 et supportent les anneaux 2 ont ici, conformément à l'invention, une structure différente des barreaux habituels des lignes à retard cylindriques à barreaux. En effet, ces barreaux tels que 5 et 6, s'ils sont régulièrement répartis le long de la ligne de manière à constituer classiquement une ligne à retard à structure périodique, font avec la direction ZZ, direction de propagation des ondes électroiagnétiques le long de la ligne, un angle a différent de /2 alors que dans les lignes classiques ces barreaux sont perpendiculaires à la direction de pro pagation des ondes dans la ligne. Tous les barreaux tels que 5 se trouvant dans la méme moitié de cylindre 1 sont parallèles entre eux et tous les barreaux tels que 6 se trouvant dans l'autre moitié de cylindre 1 sont parallèles entre eux, ces deux séries de barreaux étant symétriquement inclinées par rapport à la direction ZZ. Une telle ligne à retard présente, pour les mimes caractéristiques électriques que les lignes de l'art antérieur, taux de retard et fréquence notamment, des dimensions transversales réduites grâce à l'inclinaison des barreaux 5 et 6. Sn effet, pour conserver des caractéristiques électriques prédéterminées, il suffit de conserver d'une part les valeurs des capacités et des selfs de chaque élément constituant la ligne à structure périodique, et de conserver d'autre part le pas de cette périodicité, c' est-à-dire la distance entre deux barreaux voisins tels que deux barreaux de la série 5 ou deux barreaux de la série 6. Pour conserver les valeurs de capacités et de self, malgré l'inclinaison des barreaux, on donne à la distance d entre les anneaux 2 et les parties leur faisant face des protubérances 3 et 4 la me valeur que dans les lignes à barreaux de l'art antérieur et on choisit tant le diamètre du cylindre 1 que l'inclinaison a des barreaux 5 et 6 pour que la longueur électrique d'un élément de la ligne, c 'est-à-dire la somme AB + BC + CD des trois segments AB, BC, et CD, soit égale au diamètre intérieur du cylindre des lignes à retard de l'art antérieur. Ainsi les lignes de l'invention présentent, pour des dimensions transversales réduites, c'est-àedir. pour un cylindre t de plus petit diamètre, les mames caractéristiques électriques (fréquence et taux de retard) que les lignes de l'art antérieur de plus grandes dimensions transversales. Les figures 3 et 4 représentent schématiquement dans des vues respectivement en coupe longitudinale et transversale, une partie d'un autre type de ligne à retard. pour tubes à ondes progressives, perfectionnée selon l'invention. I1 s'agit ici d'une ligne cylindrique 10 formée d'une succession de cavités à bec telles que Il couplées deux à deux par des trous 12, 13 pratiqués dans les parois métalliques transversales telles que 14 et 15 des cavités. Ces parois transversales 14 et 15 par exemple sont munies en leur centre d'un petit cylindre métallique tel que 16 et 17 délimitant autour de l'axe ZZ un espace cylindrique libre pour le faisceau d'électrons. Ces cylindres 16 et 17 sdparés par une distance D forment capacité et constituent les "becs" des cavités. Cette structure, telle-qu'elle vient d'être décrite jusqu'ici est classique en elle-même. Ici encore les caractéristiques électriques de la ligne dépendent des distances entre éléments et des longueurs de ces éléments, les parois 14 et 15 constituant les éléments métalliques régulièrement répartis le long de la direction de propagå- tion des ondes ét lui donnant sa structure périodique. Conformément à l'invention, ces parois transversales telles que 14 et 15 sont constituées d'éléments coniques au sommet desquels sont fixés les cylindres 16 et 17 ; les surfaces coniques constituant les parois transversales telles que 14 et 15 des cavités forment avec la direction ZZ un angle a alors que dans les lignes à cavité de 1' art antérieur elles forment un angle de 900. Ici, comme dans le cas de la ligne à barreaux décrite aux figures 1 et 2, l'inclinaison des éléments périodiques (parois 14 et 15), sur la direction ZZ d'un angle a permet de diminuer le diamètre de la ligne 10 en lui conservant les caractéristiques électriques des lignes à cavités de l'art antérieur de plus grand diamètre ; il convient ici de conserver la distance D, la distance entre les parois transversales des cavités (parois coniques ici) et la longueur électrique EFGH. Les perfectionnements qui viennent d'entre décrits peuvent s'appliquer à la plupart des lignes à retard pour tubes à ondes progressives que ce soit des lignes cylindriques comme il vient d'être décrit, ou des lignes parallélépipédiques, que ce soit des lignes à barreaux ou des lignes à cavités, etc. ns peuvent également 'appliquer à d ' autres types de lignes, et notamment à des lignes plates telles que celles qui sont utilisées dans les tubes à champs croisés. De manière générale, les perfectionnements de l'invention peu tent s'appliquer à toùt type de ligne à retard présentant une struc ture périodique définie par des éléments conducteurs (barreaux, parois, doigts ... ) périodiquement distribués le long de la ligne. Dans de telles lignes de l'art antérieur ces éléments sont contenus dans des plans perpendiculaires à la direction de propagation des ondes hyperfréquence le long de la ligne ; dans de telles lignes perfectionnées conformément à l'invention, ces éléments sont inclinés d'un angle a ; /2 sur la direction de propagation. REVENDICATIONS 1. Ligne à retard à structure périodique pour la propagation d'ondes électromagnétiques, comportant des éléments conducteurs régulièrement répartis le long de la direction de propagation desdites ondes, définissant ainsi ladite structure périodique, caractérisée en ce que lesdits éléments font, avec ladite direction de propagation, un angle différent de 900. 2. Ligne à retard selon la revendication 1, utilisable dans un tube à ondes progressives, comportant une enveloppe conductrice allongée à l'intérieur de laquelle sont régulièrement répartis lesdits éléments conducteurs, caractérisée en ce que-lesdits éléments sont constitués par deux séries de barreaux parallèles et équidistants, symétriquement disposées par rapport à l'axe longitudinal de la ligne, deux barreaux correspondant de chacune des deux séries étant symétriquent inclinés par rapport audit axe et étant réunis par un anneau conducteur coaxial audit axe. 3. Ligne à retard selon la revendication t utilisable dans un tube à ondes progressives, comportant une enveloppe conductrice allongée à l'intérieur de laquelle sont régulièrement répartis lesdits éléments conducteurs qui sont des parois délimitant des cavités cou plées deux à deux par des ouvertures pratiqude3 dans lesdites parois, caractérisée én ce que lesdites parois sont coniques et se terminent, à leur sommet, par un cylindre conducteur - coaxial à 1 'axe longitudinal de ladite enveloppe. 4. Tube à ondes progressives caractérisé en ce qu'il comporte une ligne à retard selon l'une des revendications 1 à 3. 5. Tube à champs croisés, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne à retard selon la revendication 1.