Brevet FR2375714A1 — publié le 19780721

La présente invention est relative à un tube à ondes progressives à deux régimes de fonctionnement utilisable en particulier dans des dispositifs- de radar. Un tube à ondes progressives est un tube dans lequel un faisceau électronique cède de l'énergie à une onde électromagnétique au niveau d'une ligne de transmission à retard. L'onde électromagnétique se trouve ainsi amplifiée. Le mode de fonctionnement de tels tubes est connu en soi et peut s'effectuer en régime continu ou en régime pulsé. Des tubes à ondes progressives à deux régimes de fonctionnement ont été décrits en particulier dans le brevet français enregistré sous le numéro 71.34856 et publié sous le numéro 2 154 867 déposé au nom de la demanderesse. De tels tubes à ondes progressives, comprenant deux sources d'électrons, susceptibles de délivrer deux faisceaux d'électrons concentriques, et deux lignes à retard dont la plus proche du canon comporte une zone d'atténuatîon, permettent un fonctionnement en régime continu à bas niveau de puissance et un fonctionnement en régime pulsé simultané à niveau plus élevé, chacun des faisceaux d'électrons ne pouvant entrer en interaction qu'avec l'une des lignes à retard.Le gain initial permettant d'atteindre le niveau de puissance le plus bas est assuré par le premier faisceau, et l'introduction du deuxième faisceau assure le complément de gain nécessaire pour atteindre le niveau plus élevé. De tels dispositifs présentent, du fait de l'action simultanée de deux lignes à taux de retard différents, l'inconvénient d'une limitation du rapport de puissance des deux régimes due au risque d'instabilité introduit par la longusur de ligne comprise entre la zone d'atténuation et la sortie du tube. De plus, il existe dans- ces tubes de l'art antérieur une difficulté de focalisation des faisceaux, due au fait que l'injection du premier faisceau creux à partir de la cathode annulaire doit se faire dans des-conditions de charge d'espace très différentes selon que le deuxième faisceau plein est présent ou non, c'est-à-dire selon que le tube fonctionne -à niveau élevé ou à niveau bas. Be tube à ondes progressives selon l'invention permet de remédier aux inconvénients précités. La présente invention a pour objet un tube à ondes progressives à deux régimes de fonctionnement comportant deux sources d'électrons susceptibles de délivrer deux faisceaux d'électrons concentriques d'énergie et de vitesse de propagation différentes et se propageant dans la même direction, et successivement suivant le sens de propagation des faisceaux, une première ligne à retard recevant un signal haute fréquence à amplifier et susceptible d'interaction avec les deux faisceaux d'électrons, une deuxième ligne à retard susceptible- d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la plus élevée, une troisième ligne à retard susceptible d'interaction arec les deux dits faisceaux, et une sortie couplée à ladite troisième ligne à retard et délivrant le signal haute fréquence amplifié après interaction de celui-ci avec lesdits faisceaux au niveau desdites lignes à retard. De tels tubes à ondes progressives sont utilisables en particulier dans les dispositifs de radar et notamment dans les dispositifs de contre mesure. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description et des dessins ci-après où les proportions et les cotes relatives des éléments constituant le tube n'ont pas été respectées afin d'assurer une meilleure compréhension de l'ensemble et dans lesquels - la figure I représente vu en coupe longitudinale un tube à ondes progressives selon 11 invention - la figure 2 représente un diagramme du rapport c/V? de la vitesse de la lumière à la vitesse de phase de l'onde ou signal haute fréquence en fonction de la structure longitudinale des lignes à retard du tube à ondes progressives objet de l'invention - la figure 3 représente une courbe de gain relative aux deux régimes de fonctionnement en fonction de la structure longitudinale des lignes à retard conformément à la figure 2. Selon la figure I, le tube à ondes progressives objet de l'invention comporte deux sources d'électrons susceptibles de délivrer deux faisceaux d'électrons concentriques d'énergie et de vitesse de propagation différentes. Bes deux sources sont respectivement constituées par un canon à électrons 1 et 2. Be canon à électrons 1 comporte une cathode en forme de disque Il, une électrode de Wehnelt 13, une anodecreuse 20, et une électrode de commande du faisceau électronique ou grille 12 ; un filament 10 permet le chauffage de la cathode 11. B'électrode de commande du faisceau électronique t2 comporte une connexion 121 permettant l'application de tensions de polarisation à 11 électrode de commande 12. Be canon à électrons 2 comporte une cathode 21. en forme de couronne circulaire et une anode 23 entre lesquelles sont disposées une électrode de grille 22 de forme également circulaire et une électrode de Wehnelt 24 .L'électrode de grille 22 comporte une connexion 221 permettant l'application de tensions de polarisation à l'élec- trode de grille 22. Bes anodes évidées 20 et 23 ex les électrodes de Wehnelt 13 et 14 des canons à électrons 1 et 2 permettent respectivement le passage du premier faisceau électronique,et de chaque faisceau électronique altérhativement. Bes faisceaux électroniques représentés dans la région de leur émission.par des traits mixtes se propagent dans la même direction vers le collecteur 8 du tube à ondes progressives. La focalisation de chaque faisceau électronique est obtenue par l'utilisation au niveau de l'anode 23 d'une pièce polaire ou blindage magnétique représenté par 231 sur la figure 1. Lors de la propagation de chaque faisceau électronique dans le corps du tube vers le collecteur 8, une focalisation précise de chaque faisceau est obtenue par l'intermédiaire de bobines magnétiques ou préférentiellement d'un dispositif à aimants permanents 9. Le corps du tube à ondes progressives comporte sur le trajet des faisceaux électroniques, et suiva-nt le sens de propagation de ceuxci, une première~ligne à retard 3 recevant le signal haute fréquence à amplifier par l'intermédiaire d'une antenne 6. La ligne à retard 3 est susceptible d'interaction avec les deux faisceaux électroniques. Une deuxième ligne à retard 4 susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la plus élevée est disposée à la suite de la première ligne à retard 3.Une troisième ligne à retard 5 susceptible d'interaction avec les deux faisceaux électroniques est également disposée à la suite de la deuxième ligne à retard 4. Ia troisième ligne à retard 5 comporte une sortie 7 permettant de délivrer le signal haute fréquence amplifié après interaction de celui-ci avec lesdits faisceaux au niveau des lignes à retard. La deuxième ligne à retard 4 située entre les deux lignes à retard 3 et 5 est séparée de cellesci par des coupures d'atténuation 40-SO.LeS deux coupures d'atténuation sont destinées à diminuer les risques d'oscillations et à assurer la stabilité de fonctionnement du tube dans les deux régimes de fonctionnement. Selon l'invention, le première lignr à retard comporte suivant le sens de propagation des électrons une première zone 31 susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la moins élevée suivie d'une zone 32 susceptible dtinter- action avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la plus élevée. La troisième ligne à retard 5 comporte suivant le sens de propagation des électrons une première zone 51 susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la plus élevée suivie d'une deuxième zone 5c suscepb e a'ir=teraction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la moins élevée. Au niveau de la première ligne à retard 3,le gain d'amplification du signal haute fréquence résultant de l'interaction de ce signal avec chaque faisceau électronique est identique pour chaque zone 31 et 32. rour la mise en fonctionnement du tube selon l'invention, les grilles de commande des faisceaux électroniques 12 et 22 sont, par exemple, connectées à des circuits de polarisation permettant l'application d'une tension négative sur l'une des deux grilles alternativement. Tout dispositif de commande par l'intermédiaire des wehnelts ou des anodes ne sort pas du cadre de la présente invention. Be fonctionnement du tube est le suivant - La grille 12 du premier canon à électrons est bloquée par application d'une tension fortement négative à la connexion 12t, et la grille 22 du deuxième canon à électrons est portée à un potentiel permettant le déblocage dudit canon à électrons. - Be faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la- moins élevée est ainsi engendré par le deuxième canon à électrons. - Be faisceau électronique d'énergie la moins élevée interagit avec la zone 31 de la première ligne à retard 9 et avec la zone 52 de la ligne à retard 5. Dans toute la partie intermédiaire du tube à ondes progressives correspondant aux zones 32, 41 et 51, l'interaction du faisceau électronique de vitesse et d'énergie la moins élevée avec le signal haute fréquence appliqué à l'entrée 6 de la ligne à retard 3 est à valeur moyenne nulle,ne provoquant ainsi au niveau de ladite partie intermédiaire aucun gain Une commutation par interversion des tensions appliquées aux grilles t2 et 22 des deux canons à électrons permet le blocage du faisceau électronique engendré par le deuxième canon à électrons et l'émission du faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la plus élevée par la cathode 10 du premier canon à électrons t. Be faisceau électronique de; vitesse et de propagation la plus élevée interagit avec le signal haute fréquence au niveau de la deuxième zone 32 de la ligne à retard 7, au niveau de la deuxième ligne à retard 4 et de la première zone 51 de la ligne a retard 5. La deuxième zone 52 de la ligne à retard 5 assure le -transfert de puissance jusqu'à la sortie 7. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention,la première ligne à retard 3 est constituée par deux éléments d'hélice cylindrique conductrice d'axe longitudinal commun et de pas différents. Le premier élément, suivant le sens de propagation du faisceau électronique, correspond à la première zone 31 et permet une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la moins élevée. Le deuxième élément, connecté au premier, correspond à la deuxième zone 32 de la ligne 3 et permet une propagation du signal haute fréquence à vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la plus élevée. De manière analogue,la troisième ligne à retard 5 est constituée par deux éléments d'hélice cylindrique conductrice d'axe longitudinal commun et de pas différents. Be premier élément suivant le sens de propagation du faisceau électronique correspond à ladite première zone 51 de la ligne à retard 5 et permet une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la plus élevée. Be deuxième élément connecté au premier correspond à la zone 52 de la ligne à retard 5 et permet une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la moins élevée. La deuxième ligne à retard 4 est constituée par un élément d'hélice cylindrique conductrice et permet l'interaction du signal haute fréquence à amplifier avec le faisceau d'énergie et de vitesse la plus élevée. La connexion entre les éléments d'hélice 31, 32 et 51, 52 respectivement est effectuée par des éléments d'hélice suffisamment courts et de pas progressif n'entraînant pas de réflexion de puissance au niveau de la connexion. Bes éléments d'hélice constituant les première, deuxième,et troisième lignes à retard ont leur axe longitudinal commun confondu avec l'axe longitudinal des deux faisceaux électroniques, et les spires desdits éléments d'hélice entourent, en fonctionnement, les faisceaux électroniques. Bes éléments d'hélice sont supportés par des éléments isolants non représentés sur la figure t. Tout mode de réalisation mettant en oeuvre des lignes à retard de structure différente telles que par exemple des lignes à fentes à doigts imbriqués, des structures à cavité, ou des lignes en échelle ne sortent pas du cadre de la présente invention. Selon la figure 2 le rapport , rapport de la vitesse de la lumière à la vitesse de phase du signal haute fréquence représenté en ordonnées en fonction de la structure longitudinale des lignes à retard représentée à partir de l'antenne d'entrée 6 est caractéristique de cette structure. La succession des éléments d'hélice constituant les lignes à retard comme décrit précédemment correspond au diagramme de la figure 2.Toute modification de ladite succession représentée figure 2, et en particulier l'utilisation suivant le sens de propagation des électrons d'éléments permettant successivement une interaction avec le faisceau d'électrons d'énergie la plus élevée puis d'éléments permettant une interaction avec un faisceau d'énergie et de vitesse de propagation la moins élevée et symétriquement pour la ligne à retard de sortie ou troisième ligne à retard ne sort pas du cadre de la présente invention, la valeur de la perte en ligne pour le régime de fonctionnement correspondant à la seule transmission au niveau de la zone 52 étant seulement modifiée. Selon la figure 3, le gain d'amplification du signal haute fréquence est représenté en ordonnées, l'axe d'ordonnées étant par exemple gradué en décibels, en fonction de la structure longitudinale des lignes à retard ;; la courbe en trait plein correspond au cas du fonctionnement à bas niveau et celle en trait interrompu à celui de fonctionnement à niveau élevé La commutation du tube à ondes progressives objet de l'invention selon l'un ou l'autre des régimes de fonctionnement permet, avec la structure des lignes à retard conformément à l'invention, la séparation quasi parfaite des deux régimes de fonctionnement et la définition du rapport de gain entre lesdits régimes de fonctionnement par l'intermédiaire de la deuxième ligne à retard 4. Les caractéristiques de la ligne à retard 4 permettent de définir le rapport de gain t &commat; G entre entre les deux régimes de fonctionnement au niveau de la sortie 7 du tube à ondes progressives. Le rapport de gain A G , du fait de la sépa- ration quasi parfaite des deux régimes de fonctionnement, peut, selon l'invention, être augmenté jusqu'à des valeurs de l'ordre de 15 à 20 décikels. Le tube à ondes-progressives objet de l'invention est particulièrement bien adapté à une utilisation en contre-mesure dans les dispositifs d'émission radar dans lesquels deux régimes d'émission nettement séparés sont recherchés. REVENDiCATIONS 1. Tube à ondes progressives à deux régimes de fonctionnement comprenant deux sources d'électrons susceptibles de délivrer deux faisceaux d'électrons concentriques d'énergie et de vitesse de propagation différentes, et se propageant dans la mê-Q direction, caractérisé en ce qu'il comporte successivement suivant le sens de propagation desdits faisceaux électroniques une première ligne à retard recevant un signal haute fréquence à amplifier et susceptible d'interaction avec les deux faisceaux d'électrons, une deuxième ligne à retard susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la plus élevée, une troisième ligne à retard susceprible d'interaction avec les deux dits faisceaux et une sortie couplée à ladite troisième ligne à retard et délivrant le signal haute fréquence amplifié après interaction de celui-ci avec lesdits faisceaux au niveau desdites lignes à retard. 2. Tube à ondes progressives selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite deuxième ligne à retard est située entre lesdites première et troisième ligne à retard et séparée de eelles-ci par deux coupures d'atténuation (40), (50). 3. Tube à ondes progressives selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première ligne à retard (3) comporte suivant le sens de propagation des électrons une première zone ( suscep- tible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la moins élevée suivie d'une deuxième zone (32) susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse la plus élevée, ladite troisième ligne à retard (5) comportant suivant le sens de propagation des électrons une première zone (51) suscep-* tible dtinteraction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la plus élevée suivie d'une deuxième zone (52) susceptible d'interaction avec le faisceau électronique d'énergie et de vitesse de propagation la moins élevée. 4. Tube à ondes progressives selon les revendications 1 à 7 > , caractérisé en ce que ladite première ligne à retard (3) est constituée par deux éléments d'hélice cylindrique conductrice d'axe longitudinal commun, le premier élément suivant le sens de propagation du faisceau correspondant à ladite première zone (3t) et permettant une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la moins élevée, et le deuxième élément connecté au premier correspondant à ladite deuxième zone (32) et permettant une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la plus élevée. 5. Tube à ondes progressives selon les revendications t- à 3, caractérisé en ce que ladite troisième ligne à retard (5: est constituée par deux éléments d'hélice cylindrique conductrice d'axe longitudinal commun, le premier élément suivant le sens de propagation du faisceau correspondant à ladite première zone (5t) et permettant une propagation du signal haute fréquence à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la plus élevée et le deuxième élément connecté au premier correspondant à ladite deuxième zone (52) et permettant une propagation du signal HF à une vitesse quasi identique à celle du faisceau d'énergie la moins élevée. 6. Tube à ondes progressives selon les revendications 1, 3 et 4, caractérisé en ce que ladite deuxième ligne est constituée par un élément d'hélice cylindrique conductrice, lesdits éléments d'hélice constituant lesdites première,deuxième et troisième lignes à retard ayant leur axe longitudinal commun confondu avec l'axe des deux faisceaux électroniques, les spires desdits éléments d'hélice entourant en fonctionnement lesdits faisceaux électroniques commutés alternativement. 7. Dispositif démission radar comportant un tube à ondes progressives selon l'une des revendications i à 6.