Brevet FR2334196A1 — publié le 19770701

I,a présente invention a pour objet un tube à ondes progressives à cavités couplées, notamment à structure à ondes lentes. Les tubes à ondes progressives à gain élevé, comprenant plusieurs sections amplificatrices branchées en cascade et formées chacune de plusieurs cavités couplées présentent de l'instabilité si l'onde électromagnétique 8 haute fréquence - désignée souvent par onde de circuit - se déplaçant le long de la structure à ondes lentes doit traverser un trop grand nombre de sections. Ainsi chaque section amplificatrice présente une longueur optimale, c'est-à-dire un nombre de cavités couplées optimal, correspondant au maximum de gain stable qui peut être obtenu, chacune des sections étant fermée sur une charge adaptée destinée à éviter les réflexions de l'onde de circuit.Ainsi le tube est isolé (ou "coupé" comme on dit couramment) en ce qui concerne l'onde de circuit régnant entre sections amplificatrices adjacentes, le seul couplage entre les sections adjacentes étant obtenu par le faisceau d'électrons dont la vitesse est modulée par l'onde de circuit. Ce faisceau d'électrons parcourt le tube à ondes progressives en passant par plusieurs tubes de glissement ménagés chacun entre des cavités adjacentes. On sait comment obtenir une terminaison sensiblement exempte de réflexions, en transformant les cavités à guide d'ondes de section circulaire, en guides d'ondes rectangulaires de faible hauteur et fermés sur une charge de guide d'ondes. En choisissant convenablement le matériau constituant la charge du guide d'ondes, par exemple de l'oxyde de majiésium contenant du carbure de silicium, la charge peut etre disposée à l'intérieur de l'enveloppe sous vide du tube ce qui permet d'éviter d'avoir à prévoir une fenetre sous vide à haute fréquence.Pour plus amples informations concernant ces tubes à ondes progressives isolés on consultera l'exposé du brevet britannique No 969 291, et iI suffira de mentionner ici qu'en ce qui concerne les tubes focalisés par un aimant permanent périodique de faible poids il est vivement souhaitable de disposer les charges d'isolation à l'intérieur des limites de la pile d'aimants permanents périodiques entourant les cavités à ondes lentes. On va maintenant décrire une section d'isolation couramment utilisée dans les tubes à ondes progressives et à cavités couplées, ceci en regard des figures 1 à 3 du dessin la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube à ondes progres sives isolé et à cavités couplées dans laquelle on n'a représenté que les parties nécessaires à la compréhension de l'invention; la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 1; et la figure 3 est une vue en perspective illustrant er. détail la forme des éléments intervenant dans la fabrication d'une moitié d'une section isolée. Dans les différentes figures on a utilisé des mêmes indices de référence pour désigner des parties correspondantes. La section isolée du tube à ondes progressives et à cavités couplées illustré aux figures 1 et 2 comprend deux guides d'ondes rectangulaires de faible hauteur, délimitsés par deux éléments de cavité terminaux en cuivre 1 et 1' disposés chacun en sandwich entre une pièce polaire d'isolation 2 en fer et de section rectangulaire et une pièce polaire d'isolation 3, respectivement 3', en fer et de section circulaire de manière à former des cavités C et C'. La cavité C constitue la cavité terminale d'une section d'amplification à maximum de gain stable. Un faisceau d'électrons produit par un canon à électrons de type connu (non représenté) est agencé pour traverser des tubes de glissement 4, 5 et 6 de section circulaire montés dans les pièces polaires d'isolation 2, 3 et 3', ce faisceau étant focalisé par un aimant permanent périodique 7 disposé autour de la majeure partie des deux éléments de cavité 1 et 1'. Une onde de circuit pouvant pénétrer dans la cavité C par une ouverture de couplage 8 est empêchée de passer à la cavité C' étant donné qu'aucune ouverture de couplage n'est prévue dans la pièce polaire d'isolation 2, cette onde étant sensiblement absorbée par un coin terminal en céramique 9.Etant donné toutefois que le faisceau électronique pénétrant dans la cavité C aura été modulé par l'onde de circuit lorsqutil passe dans la cavité C', il engendre une nouvelle onde de circuit qui passe à travers la section amplificatrice suivante par une ouverture de couplage 8' pratiquée dans la pièce polaire 3'. Un autre coin terminal en céramique 9' absorbe sensiblement toutes les réflexions vers l'arrière de la nouvelle onde de circuit. Pour permettre de souder les pièces polaires d'isolation 2, 3 et 3' aux éléments de-cavité 1 et 1', les pièces polaires sont plaquées de cuivre et les coins en céramique 9 et 9' sont métallisés par dépôt sous forme de vapeur d'une couche de chrome puis d'une couche de cuivre comme cela est bien connu des hommes du métier. Il est toutefois nécessaire de prendre en considération les critères suivants pour fabriquer une section isolée (1) Les coins terminaux 9 et 9' doivent être brasés dos à dos sur les faces opposées de la pièce polaire d'isolation 2 afin de réduire au minimum leur déformation. (2) Etant donné que l'on utilise différents matériaux, par exemple du cuivre, du fer et de la céramique, qui présentent tous des coefficients de dilatation différents, il n'est pas indiqué de chauffer trop souvent la section d'isolation à la température de brasage (approximativement 820 C). Ainsi plus le nombre d'opérations de brasage sera petit mieux cela vaudra. (3) Bien qu'une tige de support soit disposée à travers les tubes de glissement 4, 5, 6 lors de l'assemblage afin de maintenir l'alignement axial, la tige est nécessairement de faible diamètre et est ainsi susceptible de fléchir aux températures de brasage élevées requises, de sorte que l'assemblage doit être brasé en maintenant l'axe longitudinal du tube vertical. Pour satisfaire aux conditions (1) et (3) l'un des coins terminaux doit être soutenu contre la pesanteur pendant l'opération de brasage et pour satisfaire à la condition (2) il n'est pas possible d'insérer une fixation de brasage dans le tube pour supporter les coins 9 et 9' lors du brasage. La figure 3 montre un assemblage permettant de satisfaire aux conditions ci-dessus. On y voit que les coins terminaux 9 et 9' sont formés de manière à s'adapter à l'intérieur des éléments de cavité 1 et 1' et de pouvoir être maintenus en position entre les pièces polaires 2, 3 et 3'. Une telle disposition nécessite un contrôle très précis de l'épaisseur t du coin terminal et de la hauteur h de l'élément de cavité, dimensions qui doivent être égales à la température de brasage afin d'assurer un bon contact entre les coins 9 et 9' et la pièce polaire d'isolation 3. Pour cette raison la dimension t du coin terminal en céramique est supérieure, à la température ambiante, à la dimension i de l'élé- ment de cavité en cuivre et ainsi, lorsque les éléments 1 et 1' se contractent après le brasage, le joint formé entre ces derniers et les pièces polaires 2, 3 et 3' tend à se détériorer. Le but de l'invention est de réaliser un tube à ondes progressives et à cavités couplées isolées dans lequel le défaut du joint indiqué ci-dessus est réduit. Selon l'invention il est prévu un tube à ondes progressives à cavités couplées, comprenant une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolation munie d'un tube de glissement et un élément de cavité ter- minal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager le coin terminal, ce dernier étant disposé en sandwich entre les saillies et la pièce polaire d'isolation. Selon une forme d'exécution de l'invention, le tube à ondes progressives comprend une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolation munie d'un tube de glissement et un élément de cavité terminal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager la surface inclinée du coin terminal, celui-ci étant disposé en sandwich entre les saillies et la pièce polaire d'isolation. Ce tube comprend de préférence deux saillies en forme de coin situées sur les grandes parois latérales du guide d'ondes délimité par l'élément de cavité terminal, l'inclinaison de chacune des saillies en forme de coin étant complémentaire à la forme du coin terminal. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, le tube à ondes progressives comprend une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolation munie d'un tube de glissement, et un élément de cavité terminal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager le coin terminal, les saillies présentant une section transversale uniforme et s'adaptant dans au moins une découpure de forme biseautée pratiquée dans le coin terminal de manière que ce dernier soit disposé en sandwich entre les saillies et ladite découpure. De préférence ce tube comprend deux saillies de section transversale uniforme, chacune de celles-ci étant située sur l'une des grandes parois latérales du guide d'ondes délimité par l'élément de cavité terminal.Ladite découpure peut s'étendre sur toute la largeur du coin ou, selon une variante, il y a deux découpures ménagées uniquement dans les parties marginales du coin. De préférence, deux éléments de cavité terminaux délimitant chacun un guide d'ondes rectangulaire et comprenant chacun des saillies venant engager un coin terminal sont disposés de part et d'autre de l pièce polaire d'isolation. On va maintenant décrire l'invention en regard des figures 4, 5 et 6 du dessin, chaque figure étant une vue en perspective de la forme détaillée requise pour l'obtention d'une isolation conforme à l'invention et chaque figure représentant chacune une moitié d'une section isolée. Les parties correspondantes remplissant des fonctions analogues à celles des dispositifs connus, sont affectées des mêmes indices de référence. L'élément de cavité terminal 1, représenté à la figure 4, comprend deux saillies internes 20 formées sur les grandes parois de I'élément, ces saillies présentant chacune une partie complémentaire au coin terminal 9, et le coin terminal 9 étant disposé en sandwich entre la saillie 20 et la pièce polaire d > i- solation 2. Le côté du coin terminal situé du côté de la pièce polaire d'isolation est métallisé avant le brasage, par dépôt sous forme de vapeur, d'une couche de chrome puis d'une couche de cuivre comme cela est bien connu des hommes de métier et les surfaces représentées en 21 sont recouvertes d'un matériau de brasage constitué par de l'argent, du cuivre et du paladium.Le coin terminal 9 en céramique est dimensionné de manière que, à la tempéra o ture de brasage, d'environ 820 C, l'élément de cavité terminal 1 en cuivre se dilate jusqu'à ce qu'il vienne en contact avec la pièce polaire en fer 2. Lors du refroidissement, l'élément 1 se contracte plus que le coin 9, mais étant donné que le cuivre est plus malléable et que les saillies 20 sont relativement minces, ces dernières sont comprimées entre le coin 9 et la pièce polaire 3 et fluent sur le coin terminal en céramique sans provoquer de rupture du joint formé entre l'élément de cavité terminal et la pièce polaire d'isolation et en assurant une bonne fixation du coin. On peut noter que l'effet des saillies 20 sur l'adapta- tion haute fréquence peut être compensé en réglant les longueurs des tubes de glissement 4, 5 et 6. On a constaté que la métaIlisation des coins terminaux en céramique 9 et 9' peut, si on le désire, être supprimée étant donné que ces derniers sont maintenus mécaniquement en position par les saillies 20 et qu'une transmission de chaleur satisfaisante est assurée par l'écoulement du matériau de brasage venant remplir les espaces entre les surfaces contiguës des coins 9 et 9' et de la pièce polaire 2. Bien que l'isolation décrite ci-dessus constitue un avantage important relativement aux tubes à ondes progressives à cavités couplées, isolés, de type connu, le fait que les saillies préformées doivent présenter une surface amincie venant engager la surface amincie du coin terminal entraîne parfois des difficultés de fabrication de sorte que la disposition selon les figures 5 et 6 peut être préférée. L'é1-ent de cavité terminal 1 représenté aux figures 5 et 6 présente deux saillies internes 20 sur ses grandes parois, chacune de ces saillies présentant une partie complémentaire à une découpure 30 pratiquée dans une surface correspondante du coin terminal 9. Le coin terminal est disposé en sand wich entre la saillie 20 et la pièce polaire d'isolation 2 comme décrit plus haut. Les saillies 20 sont de section unfforme et on voit notamment à la figure 5 que les découpures 30 destinées à engager les saillies 20 ne sont prévues que dans les parties marginales du coin terminal 9. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 6, une seule découpure est prévue dans le coin terminal 9 laquelle s'étend sur toute la largeur du coin. REVENDIC ATIONrS 1. Tube à ondes progressives à cavités couplées, caractérisé en ce qu'il comprend une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolation munie d'un tube de glissement et un élément de cavité terminal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager le coin terminal, ce dernier étant disposé en sandwich entre les saillies et la pièce polaire d'isolation. 2. Tube à ondes progressives à cavités couplées, caractérisé en ce qu'il comprend une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolé lation munie d'un tube de glissement et un élément de cavité terminal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager la surface inclinée du coin terminal, celui-ci étant disposé en sandwich entre les saillies et la pièce polaire d'isolation. 3. Tube selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux saillies en forme de coin situées sur les grandes parois latérales du guide d'ondes délimité par l'élément de cavité terminal, l'inclinaison de chacune des saillies en forme de coin étant complémentaire à la forme du coiss terminal. 4. Tube à ondes progressives à cavités couplées, caractérisé en ce qu'il comprend une isolation formée par un coin terminal, une pièce polaire d'isolation munie d'un tube de glissement, et un élément de cavité terminal délimitant un guide d'ondes rectangulaire dans lequel sont ménagées des saillies préformées venant engager le coin terminal, les saillies présentant une section transversale uniforme et s'adaptant dans au moins une découpure de forme biseautée pratiquée dans le coin terminal de manière que ce dernier soit disposé en sand winch entre les saillies et ladite découpure. 5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux saillies de section transversale uniforme, chacune de celles-ci étant située sur l'une des grandes parois latérales du guide d'ondes délimité par l'élément de cavité terminal. 6. Tube à ondes progressives selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que Iadite découpure s'étend sur toute la largeur du coin. Tube selon la revendication 4 ou 5 caractérisé en ce qu'il y a deux dé coupures ménagées uniquement dans les parties marginales du coin. 8. Tube selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux éléments de cavité terminaux délimitant chacun un guide d'ondes rectan gulaire et comprenant chacun des saillies venant engager un coin terminal sont disposés de part et d'autre de la pièce polaire d'isolation.