Brevet FR2390045A1 — publié le 19781201

L'invention se rapporte à un dispositif amplificateur destiné à l'alimentation en impulsions de courte durée quelques nanosecondes, et de grande intensité, plusieurs dizaines d'ampères, d'un tube à vide. L'alimentation en impulsions courtes de grande amplitude d'un tube à vide, par exemple un canon triode à électrons, ces impulsions portant la grille du canon a un potentiel positif par rapport à la cathode thermoionique, la grille étant en dehors des impulsions, polarisée négativement par rapport à la cathode, pose des problèmes de structure pour l'amplificateur et des problèmes de connexion~-de cet amplificateur au canon. En effet il faut chauffer la cathode par le filament de cathode tout en alimentant en impulsions la grille par rapport à cette même cathode. Ces impulsions ne doivent pas être ramenées dans le circuit de chauffage, ce qui nécessite l'utilisation de selfs de choc.De plus la cathode du tube à vide doit être convenablement refroidie; Enfin, la longueur des connexions doit être aussi faible t que possible pour minimiser les effets parasites. L'invention a pour objet un dispositif amplificateur dans lequel tous ces problemes sont simultanément résolus. En particulier le dispositif amplificateur a une structure de revolu- tion, le point chaud étant un conducteur intérieur creux de la structure de révolution à l'intérieur duquel peut être amené un conducteur permettant le chauffage de la cathode et éventuellement de l'air pour refroidir Itensemble, l'amplificateur ayant un point commun relié à un conducteur creux extérieur entourant le premier; les impulsions sont appliquées entre le conducteur intérieur creux et le conducteur creux extérieur. Les connexions des différents éléments de l'amplificateur entre eux et avec les conducteurs coaxiaux sont. avantageusement effectuées par des conducteurs portés par des plaques imprimées, ces plaques assurant en même temps le centrage mécanique et portant les contacts conducteurs sur lesquels sont enfichés des tubes ampli- ficateurs, la longueur des connexions étant minimisée. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaitront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. La figure 1 represente en coupe un schéma du dispositif amplificateur selon l'invention. La figure 2 représente en a) une section du dispositif amplificateur selon l'invention suivant le plan A indiqué sur la figure 1 et en b) une section suivant B. La figure 3 représente le schéma électrique du dispositif amplificateur selon l'invention et sa connexion à un canon triode. Pour obtenir des faisceaux d'électrons pulsés dont les impulsions de cammnde ont une durée de l'ordre de quelques nanosecondes et une intensité de plusieurs dizaines d'ampères, on utilise généralement des canons triodes. Dans ce type de canon une cathode thermoémissive, en général une cathode imprégnée pour les forts courants, libère des électrons quand la cathode qui se trouve à proximité est soumise à une impulsion négative par rapport à la grille. En dehors de ces instants, le canon triode est bloqué par la polarisation négative de la grille par rapport à la cathode.Dans ce type de canon, la puissance utilisée pour chauffer la cathode est grande, de l'ordre de quelques centaines de Watts qui doivent être fournis à une cathode portée à un potentiel très négatif,- THT, plusieurs dizaines de kilovoîts, voire plusieurs centaines de kilovolts. Le dispositif amplificateur qui fournit les impulsions entre la grille et la cathode est lui aussi porté au potentiel négatif - THT. L'amplificateur fournissant les impulsions selon l'invention a une structure telle que les effets parasites selfiques et capacitifs des connexions qui limitent la durée minimale des impulsions sont minimisées, l'amplificateur étant de plus très facilement démontable et permettant un refroidissement aisé du tube qu'il doit alimenter. La coupe de l'amplificateur selon l'invention représentée sur la figure 1 permet de montrer la structure qui procure ces avantages. L'amplificateur s'appuie mécaniquement et est relié électriquement à une structure coaxiale creuse-comportant un conducteur intérieur 1 et un conducteur extérieur 2 creux et coaxiaux. L'amplificateur lui-même est dans un bloc support isolant 3. Ce support laisse accès aux tubes amplificateurs tels que 4 que l'on peut ainsi retirer facilement. Les tubes amplificateurs représentés sont des triodes hyperfréquences connues sous le nom de "Triodes Phare", oui c-omportent une cathode 5, une grille 6 et une anode 7 respectivement séparées les unes des autres par des isolants. Les diametres des électrodes sont croissants de la cathode à l'anode.L'amplificateur comporte plusieurs tubes amplificateurs répartis en étoile autour des deux conducteurs coaxiaux comme il ressort due la figure 2b) qui représente une coupe suivant B de la structure représentée sur la figure 1. Lors de l'introduction du tube dans son logement limité par des plaques imprimées, la cathode vient s appuyer sur la- plaque 8, la grille sur la plaque 9 et l'anode sur la plaque 10, ces plaques étant fixées les unes aux autres par des entretoises isolantes. Sur la plaque 10 est également fixée une borne d'un condensateur 11 dont l'autre borne est fixée sur une quatrième plaque imprimée 12. Comme représenté sur la figure 1, le conducteur extérieur 2 est moins long que le conducteur intérieur 1 ltamplificateur s'appuyant sur ce prolongement du conducteur intérieur, ce dernier étant prolongé par un tube isolant, représenté en pointillés pour distinguer du conducteur 1, autour duquel s'appuie un dispositif 13 comportant des ferrites sur lesquelles sont enroulés deux fils formant ainsi deux selfs de choc 1 et 15 reliées en série. L'un des conducteurs est relié à un fil conducteur 18 situé à l'intérieur du conducteur creux 1 d'une part et d'autre part à une borne 19 -destinée à être connectée à.une alimentation de chauffage.De la même façon, l'autre conducteur a une extrémité reliée au conducteur intérieur creux 1 et l'autre extrémité reliée à une seconde borne 20 destinée à être connectée à l'alimentation de chauffage. L'amplificateur comporte en outre des bobines d'inductance telles que 22, reliées aux anodes des tubes amplificateurs et des résistances de charge telles que 23 reliées en série avec les bobines. Les bornes des résistances telles que 23 peuvent alors être reliées à une alimentation de polarisation HT pour la polarisation des tubes amplificateurs. La ligne destinée à la transmission des impulsions fournies à l'amplificateur par un modulateur non représenté sur la figure est adaptée à son extrémité destinée à la connexion au tube à vide par des résistgnces d'adaptation telles que -25. Un condensateur annulaire 26, monté sur le conducteur extérieur 2, permet de polariser la cathode par rapport à la grille.De-manière avantageuse comme le montre la figure 2b), afin de réduire au minimum les effets selfiques, le condensateur annulaire 26 est réalisé avec des condensateurs en céramique nus 27 montés en parallèle, soudés de. façon symétrique entre deux couronnes de laiton 28 et 29, 1' ensemble étant moulé par exemple avec une résine époxyde. Une bande de contact 30, solidaire de la couronne extérieure du condensateur annulaire permet de faire la con nexion avec là grille du tube à vide à alimenter, le contact de cathode étant effectué par une pince tubulaire 31-par exemple en bronze au beryllium vissée dans le conducteur interieur. Le contact entre le conducteur 18 et le filament de cathode peut être effectué par une fiche de connexion détachable 32. Un tel arrangement à l1extrémité de la structure coaxiale permet de connecter et déconnecter facilement l'amplificateur avec sa ligne de transmission associée au tube à vide à alimenter en impulsions. Le dispositif amplificateur suivant l'invention comporte de plus, dans le prolongement du conducteur intérieur 1 un tube sur lequel est monté un-contacteur 33. Un flux d'air est envoyé par un ventilateur à l'intérieur de ce tube vers la cathode du tube par l'intermédiaire du conducteur creux 1. Lorsque l'air est effectivement envoyé dans ce tube le contacteur permet le chauffage de la cathode alors que, si le flux d'air est interrompu, le contacteur coupe. le circuit- de chauffage de la cathode du tube à vide à alimenter. Un tel dispositif assure le refroidissement du tube à vide en toute sécurité. La figure 2b) permet de voir la répartition es tubes amplificateurs tels que 4 dont on voit les anodes 7 autour des conducteurs coaxiaux 1 et 2. Le conducteur 2 est indiqué en pointillés car il est dans un plan en arrière du plan de coupe, sous la plaque isolante 10. L'anode des tubes amplificateurs est reliee d'une part à une bobine telle que 22 elle même reliée à une résistance 23, d'autre part au condensateur 11 qui effectue la liaison avec le conducteur intérieur 1. Cette structure est donnée à titre d'exemple non limitatif en ce qui concerne, le nombre et l'arrangement des différents éléments amplificateurs. Le schéma électrique du dispositif amplificateur, alimentant un canon triode, suivant l'invention est donné à titre d'exemple sur la figure 3 où les mêmes éléments que sur les figures précédentes ont été désignés par les mêmes repères, ce schéma permettant de mettre en évidence les liaisons électriques effectuées, en particulier sur les plaques impriméesreprésen- tees en coupe sur la figure 1. L'amplificateur selon l'invention est destiné à alimenter en impulsions un tube à vide 40 dont l'anode est reliée à la masse. Le chauffage de la cathode est effectué par une source de tension continue 21 branchée entre les bornes 19 et 20.La borne 19 est reliée à une extrémité du filament de chauffage paru'un des conducteurs enroulé sur les bobines d'inductance 14 et 15 montées en série, et relié d'autre part au conducteur creux intérieur l, la borne 20 étant reliée à l'autre extrémité du filament par l'autre conducteur enroulé sur les bobines 14 et 15 et relié d'autre part au conducteur intérieur 18. Sur ce schéma électrique, un seul tube amplificateur 4 a été représenté En fait n étages sont montés en parallèle, en étoile autour des conducteurs coaxiaux 1 et 2 comme il ressort de la figure 2a). La source de polarisation 30 de la cathode du tube à vide qui doit être alimenté en impulsions a été également représentée sur la figure 3.L'ensemble grille-cathode du tube à vide 40 est porté à la très haute tension négative -THT, pour la cathode par l'intermédiaire de la source de polarisation 30 branchée aux bornes du condensateur 26 et la source de tension de chauffage 21 est également portée au potentiel - THT. Un modulateur non représenté relié aux grilles des tubes amplificateurs délivre des impulsions de courte durée quelques nanosecondes, d'amplitude moyenne qui doivent être amplifiées par l'amplificateur. Le modulateur n' est pas représenté sur la figure 1 mais il alimente les grilles des tubes tels que 4 par une bande de contact imprimée sur la plaque 9. Les bornes de résistances telles que 23 sont reliées à une alimentation anodique 34 reliée par ailleurs à la cathode.De même le chauffage des filaments des tubes amplificateurs n'a pas été représenté sur la figure l. Il s'effectue par une bande de contact imprimée sur la plaque 8 connectée à l'alimentation de chauffage par des bobines de choc. L'invention est particulièrement applicable à la commande de canons triode destinés à fournir des impulsions d'électrons accélérés de durée très brève, quelques nanosecondes et de grande intensité, 15 à 20 ampères ou plus. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté. En particulier les éléments amplificateurs constituant l'étage amplificateur lui-même peuvent être plus ou moins nombreux que ceux représentés suivant la puissance des impulsions nécessaire à une application, mais ces éléments sont répartis autour des conducteurs coaxiaux formant la ligne de transmission des impulsions, ligne fermée sur son impédance caractéristique, et les longueurs des connexions par les circuits imprimés sont égales d'un élément amplificateur à l'autre et aussi petites que possible pour minimiser les effets inductifs et capacitifs afin que les impulsions ne soient pas suivies d'oseillations nuisibles au fonctionnement. R7gNDICATIONS l. Dispositif amplificateur destiné'à l'alimentation en impulsions d'un tube à vide, caractérisé en ce qu'il comporte deux conducteurs creux et coaxiaux formant la ligne de transmission des impulsions, la ligne étant fermée sur son impédance caractéristique à son extrémité destinée à être connectée au tube à vide, le conducteur intérieur étant prolongé à l'autre extrémité et terminé par un tube isolant autour duquel sont disposées au moins deux bobines d'inductance, l'une reliée au conducteur intérieur creux, l'autre reliée à un fil conducteur disposé suivant l'axe du dispositif, le chauffage de la cathode du tube à vide s'effectuant entre ce fil conducteur et le conducteur intérieur preux au moyen d'une source de tension de chauffage à connecter aux bornes libres des dieux bobines d'inductance, le refroidissement de la cathode étant effectué par un flux d'air envoyé à l'intérieur du conducteur intérieur creux, le dispositif amplificateur cmportant-au moins un élément amplificateur disposé à l'intérieur d'une enceinte s'appuyant sur le prolongement du conducteur intérieur, cet élément amplificateur ayant un point commun et un point de sortie, le point commun etant directement relié au conducteur extérieur creux et le point de sortie étant relié au conducteur intérieur creux par une connexion aussi courte que possible. 2. Dispositif amplificateur selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs éléments amplificateurs, les connexions entre les points communs et les points de sortie des éléments amplificateurs et les conducteurs étant effèctùées sur des plaques imprimées- orthogonales à l'axe des conducteurs; ces connexions étant radiales par rapport aux conducteur-s, pour éviter les effets selfiques. 3. Dispositif amplificateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les -éléments amplificateurs sont des tubes dont les axes sont parallèles à l'axe du dispositif, les liaisons électriques et mécaniques détachables des électrodes de ces tubes étant effectueessur des plaques imprimées orthogonales à l'axe du dispositif. 4. Dispositif amplificateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un condensateur annulaire est disposé à l'extrémité de la ligne destinée à être connectée au tube à vide et a une borne formée par une bande de contact circulaire rendue solidaire de la face externe du conducteur extérieur creux, la liaison électrique étant effectuée sans fil.