Brevet FR2411485A1 — publié le 19790706

Comme cela est bien connu, tout instrument oscillographique doit comprendre un tube à rayons cathodiques qui constitue la partie de sortie ou d'affichage. Un tube à rayons cathodiques comporte généralement une section triode qui fournit une source commandée d'électrons à une section de focalisation donnant aux électrons la forme d'un faisceau d'électrons. Le faisceau d'électrons est ensuite dévié à la fois verticalement et horizontalement dans une section de dé flexion et peut être accéléré dans une section d'accélération afin de frapper une section d'écran recouvert de phosphore avec une vitesse suffisante pour que le phosphore émette de la lumière. Comme appareil de déflexion d'un faisceau d'électrons dens un tube à rayons cathodiques on peut avoir un système classique typique avec une ligne en méandres, de matériau condueteur, et une électrode de terre disposée en face. Quand on excite la ligne en méandres, o@ produit un champ électrique de déflexion entre eette ligne et l'électrede de terre Si la vitesse de phase du champ électrique se déplaçant le long de l'axe optique du tube coïnoide ou se synchronise avec la vitesse du faisceau d'élec- trois passant dans le champ de déflexien, le faisceau d'électrons est Be- vié proportionnellement à la force de ce champ électrique. Toutef@is, la vitesse de phase du champ électrique chamge lorsque la fréquence de fonctiomnement a'accroît, de sorte que la synchronisation entre la vitesse de phase et la vitesse des électrons ne peut pas être maintenue à une fréquence de fonctionnement élevé. Cela constitue naturellement une limitation sévère de l'appareil de déflexion car il devient impossible d'observer sur l'écran du tube à rayons cathodiques des signaux à des fréquences supérieures à une certaine valeur limite. Pour éliminer cet inconvénient de la limitation de fréquence décrite ci-dessus, il existe des systèmes utilisant un type d'appareil de défle xios à ligne de retard. Par exemple, dans le brevet américain Re 28 233, on a décrit un appareil de dé flexion qui comprend une paire de déflect@urs en hélice à spires carrées avec une paire de portions latérales plates séparée par une portion de déflecteur de largeur différente- Go système comprend aussi deux paires de plaques de compensation ajustables mises à la terre, qui sont adjacentes aux portions latérales plates sur les c8tés opposés des deux déflecteurs en hélice pour former des lignes de re tar@ d'impédance caractéristique sensiblement uniforme. Ce système réduit donc la vitesse du signal de déflexion dans la direction axiale le long du déflecteur en hélice jusqu'à ce qu'elle soit égale à la vitesse du faisceau d'électrons pour permettre i des signaux de fréquence très élevée de dévier le faisceau d'électrons sans distorsion appréciable.Tou tefois, cet appareil de déflexion nécessite que les plaques de compemsa- teur adjacentes aux côtés opposés plats des deux déflecteurs en hélic@ soient maintenues de façon précise du fait que pour conserver l'impédance caractéristique propre ou voulue, l'espacement par rapport aux déflec- teurs est critique, ce qui complique les techniques de construction et donne une structure avec une surface usez faible et inégale sur le côté des rayons de la structure. Dans d'autres appareils, par exemple dans ceux des brevets américains 3.376. 464, 3.670.196 et 3.849.695, on a des systèmes qui donnent une déflexion adéquate du faisceau pour des signaux de fréquence usez élevée; cependant ces appareils laissent se produire une dispersion des vitesses de phase que l'ou ne peut pas négliger. Pour éviter les inconvénients de la technique antérieure, la présen- te invention fournit un appareil de déflexion d'un faisceau d'électrons dans un tube à rayons cathodiques, mais non exclusivement dans ce cu, qui peut être considéré conse un déflecteur en hélice d'endes progressives formé de deux ensembles hélicefdaux individuels composés chacu@ de trois parties séparées qui sont bramées ensemble pour fermer une unité. La bande bobinée ou hélice est fermée en pliant une feuille d'acier inoxydable usinés chimiquement eu découpée, en une hélice rectangulaire. A l'imtérieur de la bande on place, en l'is@lant électriquement, un plan de terre en acier inoxydable plié en un canal rectangulaire. Ce plan de terre a une pluralité d'ouvertures qui reçoivent des fiches supports On céramique, pouvant être métallisées pour en réduire les propriétém a- gnétiques. Ces fiches sont brasées sur l'hélic@ à une extrémité et au plan de terre à l'autre extrémité. Ainsi, dans l'appareil de déflexion selon la présente invention, chaque spire de l'hélice est rigidement attachée au plan de terre qui main- tient la structure de façon précise. Comme on obtient une boue précision, le dispositif domne une bonne symétrie électrique, ce qui permet des oti libations à large bande. Un objet de la présente invention est donc de fournir un déflecteur d'ondes progressives pour faisceaux d'électrons, qui élimine les incon vénients de la technique antérieure. Un autre objet de la présente invention est de fournir un appareil de déflexion de faisceau d'électrons à large bande pour tube à rayons catholiques, qui est capable d'un fonctionnement à large bande. Un autre objet de la présente invention est aussi de fournir un appareil de déflexion d'un faisceau d'électrons, comprenant un ensemble hélicoïdal composé de portions séparées qui maintiennent l'appareil de manière précise par rapport au faisceau d'électrons. Les objets, avantages et fonctions propres qui précèdent et de nombreux autres* de la présente invention, deviendront évidents et celle-ci sera mieux comprise gra grâce à la description suivante, donnée à l'aide des dessins joints, qui décrit complètement et établit la meilleure forme des réalisations préférées; on doit toutefois comprendre que les réalisations décrites ne sont pas destimées à limiter ou définir complètement l'inven- tion, mais sont données à titre d'illustration de sorte que les autres personnes compétentes en la matière puissent pleinement comprendre l'invention et les principes de celle-ci, ainsi que les moyens de l'appliquer de manière pratique , et ainsi apporter diverses modifications pour lui donner la forme la mieux adaptée aux conditions d'une utilisation particulière. La fig 1 est une vue en coupe longitudinale d'un tube à rayons cathodiques utilisant l'appareil de déflexion de la présente invention. La fis 2 qui se compose des fig 2A et 2B est une vue en plan et une vue en bout de l'appareil de déflexion utilisé dans le tube à rayons cathodiques de la fig 1. La fig 3, qui se compose des fig 3A et 3B, est une vue de la pièce de terre de l'appareil de déflexion selon la réalisation de la fig 2. La fig 4 est une vue de la pièce d'alignement de l'appareil de dé filixion selon la réalisation de la fig 2. La fig -5 eet une vue d'une des fiches supports de l'appareil de déflexien selon la réalisation de la fig 2. La fig 6 est une vue en plan de la feuille de métal qui est utilisée pour former l'un des déflecteurs selon la réalisation de la fig22, avant pliage en forme d'hélice. La fig 7 est une vue en coupe transversale de l'appareil de défle flon selon la réalisation des fig 1 et 2. La fig 8 est une vue en pla@ d'un autre appareil de déflexion selon la présente invention. Sur la fig 1 un appareil 10 de déflexion du faisceau d'électrons, conforme aux principes de la présente invention, est contenu dans l'enveloppe mise sous vide d'un tube à rayons cathodiques typique. L'enveloppe comprend un col en verre 12, un entonnoir en céramique 14 et un fond en verre i6, qui peuvent être réunis de manière étanche par des joints; entre verre et céramique, @n verre dévitrifié, comme décrit dans le brevet américain 3.207.936.Une couche de phosphore 18 formant l'écran fluorescent du tube est placée sur la surface interne du fond en verre 16 à une ex- trémité de l'enveloppe. Une cathode 20, qui émet les électrons, est pré- rue à l'autre extrémité de l'enveloppe, ainsi que la grille de commande et les anodes de focalisation et d'accélération d'un ca@o@ à électroms classique indiqué dans son ensemble par la référence 22, pour doner aux électrons émis par la cathode 20 la forme d'un faisceau d'électrons 24. Le faisceau d'électrons 24, produit et mis on forme par le canon à électrons 22, est dévié en direction verticale par l'appareil de déflexion 10 et il est ensuite dévié en direction horizontale par une paire de plaques de déviation horizo@tale 26 quand on applique à celles-ci des signaux de déflexion. Après cette déflexion, le faisceau d'électrons 24 est accéléré par un champ électrique @@ové de sort. qu'il frappe l'écran à phosphore 18 avec une vitesse suffisante pour que le phosphore manifeste de la phosphorescence.Ce champ d'accélération après déflexion est produit entre une électrode maillée 28 et une électrode d'accélération 30 sous ferme d'une minse couche d'aluminium transparente aur électrons appliquée sur la surface interne de l'écran à phosphere 18 et électrique- ment reliée à une couche conductrice 32 d'or appliqué sur la surface im- terne de l'entonnoir en céramique 14.La couche élactrode 32 se termine juste à gauche de l'électrode maillée 28 et elle est électriquement reliée par un connacteur de traversée 34 à une source externe de tension d'alimentati@@ en courant continu. L'électrode maillés 28 est généralement reliée à la terre par un cyliadre auppert 36 attaché à une extrémité à une bague de montage 38 sur laquelle est pertés l'électrode maillés 28, et attaché à l'autre extrémité à des contacts à ressert 40 qui s'appliquent contre une couche con- ductrice 42 de revêtement de la surface inter@e du col en verre 12 de l'enveloppe.L'électrode maillée 28 est reliée à la tension de sortie moyenne des plaques de dé flexion horizontale 26 qui est ordinairement celle de la terre, et elle fournit donc une région sans champ entre elle et les extrémités de sertie des plaques de dé flexion horizontale 26. Les électrodes du canon à électrons 22 et l'électrode maillés 28 sont reliée@ à l'extérieur de l'enveloppe par des broches de bue 44 faisant saillie à l'extrémité gauche du col 12 de l'enveloppe. Toutefois les pi8ces héliceïdales de déflexien dans l'appareil de déflexion 10 que l'on décrira plus loia, sont reliées à des broches de col 46 et 48 faisant saillie sur le côté du col 12. Ces broches de col 46 et 48 sont élec- triquement reliées à l'extrémité d'entrée et à l'extrémité de sortie de chaque pièce hélic@ïdale de déflexien respectivement. Les plaques de déflexion horizontale 26 sont aussi reliées à des broches de col (non représentées) qui traversent le col de l'enveloppe. Comme le représente la fig 2, l'appareil 10 de déflexion du faisceau d'électrons de la présente invention comprend une paire de pièces de déflexion 50 enroulées en hélice et placées sur des côtés opposés du chemin du faisceau d'électrons 24, d'une manière symétrique. Chacune des pièces de déflexion 50 a une pluralité de spires rectangulaires espacées qui entourent une feuille conductrice mise à la terre 49, en forme de rectangle, disposée coaxialement à l'intérieur des pièces de déflexion 50. Les extrémités d'entrée des déflecteurs hélicoïdaux sont reliées par des conduc- teurs d'entrée 52 aux broches de col 46 tandis que les extrémités de sor- tie de ces déflecteurs sont reliées par des conducteurs de sortie 54 aux broches de col 48.On doit remarquer que les déflecteurs hélicoïdaux 50 divergent à lears extrémités de sertio; cette divergence ( ou det ovase- ment) commence à se produire en accerd avec les caractéristiques du tube à rayons cathodiques, mais elle part de préférence de l'extrémité d'entrée et continue le long des déflecteurs jusqu'à l'estrémité de sortic. Il pourrait y avoir par exemple des déflecteurs hélicoïdaux commençant à diverger à environ la moitié de leur longueur cu qui ne divergent pas, mais soient parallèlos. On a muni les déflectaurs héliceïdanx 50 d'écrans 56 et 58 de support d'entrée et d'isolation d'entrés, installés aux extrémités oppesées du système de déflexion vorticale. Dans la réalisation préférés selon la présente invention, l'écran 56 de support et d'iselation d'entrée comprend un orifice 57, comme on l'a représenté sur la fig 2B qui est prise selon la ligne ARA de la fig 2A. et cet orifice permet l'entrés du faisceau d'électrons 24 dans la régien de déflexion. L'écran 58 de support et d'i solation de sortie comprend aussi un orifice, mais il est dimensionné pour permettre une déflexion maximale ou expleration maxiunle du phosphore 18.Par exemple, l'orifice 59 peut avoir la forme d'un cylindre à sec- tion constituée de deux demi-cercles liés par deux segments droits. set que écran de support et d'isolation est, de plus, muni d'une pluralité de doigts 60 en faisant partie intégrante, encastrés dans des tiges sup- ports en verre 62 (voir fig 1) qui peuvent s'étendre sur la longueur totale du canon à électrons pour porter les autres éléments du canon de manière similaire.Dans une variante du support de l'appareil de déflexion par des tiges supports on verre s'étendant sur toute la longueur du canon à électrons, les tiges supports peuvent aussi ne s'étendre qu'entre les écrans 56 et 58 de support et d'isolation d'entrée et de sortie, si des portions supports additionnelles 64, qui font aussi partie inté- grante des écrans de support et d'isolation, sont encastrées dans le col en verre 12.Dans la réalisation préférée de l'invention, les doigts 60 sont encastrés dans des tiges supports en verre qui s'étendent sur toute la longueur du canon et il y a aussi des portions 64 encastrées dais le col en verre 12. Comme on le voit aussi sur la fig 2, la feuille conductrice plane 49 mine à la terre a des ergots qui sont soudés par points à des soudures 66 pendant la fabrication et avant que le soudage permette d'ajuster les déflecteurs hélicoïdaux à la configuration voulue, en éva@ement .. etc. En utilisant les techniques classiques, on relie alors électriquement la feuille 49 à des brochez de col additionnelles (non représentées) à des fins de mise à la terre par l'intermédiaire des écrans de support et d'isolation 56 et 58. Comme le montre la fig 3, chaque feuille plane conductrice 49 est formée d'une feuille de métal, de préférence en acier inoxydable "305" d'environ 0,25 mm d'épaisseur, qui est découpée ou attaquée chimiquement, pour produire une plaralité de bandes de métal qui out pltées chacune le long de lignes en pointillé 68 et soudées ensuite ensemble pour obtenir une configuration rectangulaire. On doit remarquer que la forme rec- tangulaire de la pièce de terre est adoptée pour des raisons de fabrica- tion mais ne doit pas être considérée comme limitant l'invention.Une pluralité de trous 70 sont aussi prévus de manière espacée sur la longueur A l'imtérieur de la forme rectangulaire et en étant espacée de celle-ci, ne trouve une pièce d'alignement 71 représentée sur la fig 4 et formée d'use feuille de métal également en acier inoxydable "305" d'environ 0,25 mm d'épaisseur , qui est découpée ou attaquée chimiquement, pour fournir une pluralité d'ergots 69 qui sont chacna repliés à angles approximative- meut droits par rapport à la feuille pour former un moyen de maintien de cette pièce d'alignement en position espacée de la feuille 49. On prévoit aussi une pluralité de trous 70 A espacés le long de cette pièce. Sur la fig 5, on a représenté une pièce 72 en céramique ou non con- ductrice, de préférence en alumine de section circulaire et dont le diamètre est tel qu'on peut la faire passer dans les trou 70 et 70 A qui sont chacun en alignement à l'état assemblé. Chaque extrémité de la piède 72 est soumise à U procédé de métallisation en métal réfractaire, qui est, naturellement, un procédé de métallisation en couche épaisse bine connu, pour donner à chaque extrémité de la pièce 72 une couche métallique 74 liée à la céramique. Après la formation de ces couches métalliques 74, la pièce est soumise à un procédé de revêtement d'une extrémité avec un oxyde de nickel et cuite dans l'hydrogène, ce qui réduit l'oxyde de nickel en une couche de nickel 78. La cuisson dans l'hydrogène scelle et lie le nickel à l'une des couches 74 qui est à son tour aisément mouillée par de l'argent par exemple. Une couche 80 est alors obtenue en appli quant une pellicule épaisse d'argent sur la couche 78, une cuisson ultérieure liant les couches 78 et 80 l'une à l'autre. L'autre extrémité de la pièce 72 est soumise seulement à un procédé qui lie une couche 76 d'argent à l'une des couches 74.Il est nécessaire de n'avoir que deux cou- ches à l'une des extrémités de la pièce pour minimiser les propriétés ma gnétiques. On va maintenait porter l'attention sur la fig 6 où l'on peut voir que chaque déflecteur enroulé en hélice est forme par une feuille de métal, également en acier inoxydable "305" d'environ 0,25 mm d'épaisseur, qui est découpée ou attaquée chimiquement, pour donner une pluralité de bandes métalliques qui sont pliées chacune selon les lignes en pointillé 90 et ensuite soudées ensemble en série pour former les spires rectangulaires du déflecteur hélicoïdal 50. On peut utiliser tout procédé convenable tel que celui du brevet américain 3.322.996. Chacune des spires rectangulaires comprend une portion de déflexion 92 s'étendant entre une paire de portions plates de sommet et de fond 94 et 96, une portion extérieure 98 et une portion de recouvrement 100 pour relier ensemble deux spires adjacentes.La portion de recouvrement 100 comprend une pluralité d'ouvertures 102 qui permettent l'enlèvement des gaz occlus pendant la réunion par soudage des pièces de déflexion. La largeur, dans la direction du faisceau, des portions de déflecé tueurs mentionnées ci-dessus ne s'accroît pas successivement le long du chemin du faisceau d'électrons, pas plus que l'espacement entre Ces por tirons ne décroît le long du chemin du faisceau d'électrons.Egalement la largeur des portions de déflexion 92 et l'espacement, qui est de pré férence d'environ 0,35 1 0X05 mi pour le tube particulier à rayons cathodiques utilisant la présente invention, entre portions de dé flexion adjacentes, restent sensiblement constants sur la longueur du déflecteur. Une @ exception est constituée par la portion d'entrée formant conducteur d'entrée 52 et par les trois dernières spires des portions 94, 96, 98 et 100. Ces portions soit de moindre largeur que les autres pour donner des portions de spire d'inductance élevée et de faible capacité, ee qui con- pense les caractéristiques d'inductance et de eapacité des portions de déflexion. Cela maintient évidemment l'impédance caractéristique voulue de la ligne et réduit les effets de la dispersion et de la réflexion. Comme on l'a représenté sur la fig 7 et comme on l'a dit auparavant, chaque déflecteur hélicoïdal comprend deux ensembles hélicoïdaux qui soat soudés en une seule unité. Cette technique de construction unique fournit ainsi une surface plate de précision sur le c8té du faisceau de la structure, ce qui est électriquement favorable à un fonctionnement à large bande. Ainsi qu'on peut le voir sur cette figure, la pièce 72 traverse les trous 70 et 70 A et a son extrémité à trois couches ou commu- nication avec la portion interme de la feuille de terre 49 et elle est aussi tenue en alignement par la pièce 71. 't couche 80 est brasée à la feuille 49 de manière classique.La pièce hélicoïdale de déflexion 50 entoure complètement la feuille 49 et elle est brasée à la couche 76 de la pièce on céramique 72. Dans la réalisation préférée de l'appareil, la pièce en céramique 72 a une longueur d'environ 71Z5 mm et elle permet une séparation d'environ 0,63 il entre les pièces 50 et 59.On peut donc voir qu'on a formé une ligne de transmission à diélectrique air dont I' impédance caractéristique Zo est donnée par la formule 1 Ze = [100] [1/(LX - LY)] ohms, où Z est la distance à travers chaque spire espacée, L le logarithme do base e et où I est la distance entre la surface extérieure du support de terre et la surface interne de la spire espacée. Dans la réalisation pré- férée, Zo est approximativement 100 ohms et le rapport X:Y est compris entre 2 et 3. En plus, et comme on l'a dit précédemment, le pas (tours/mm) et la circonférence du dispositif de déflexien déterminent si le temps de pro pagation de bout on bout est égal à la vitesse du faisceau d'électrons, et, comme on le sait bien, la vitesse du faisceau d'électrons dépend de plusieurs variables bien connues. Comme le signal de dé flexion est appliqué à une ligne de transmission à diélectrique air, il progresse à la vi- tesse de la lumière et doit donc passer autour de la circonférence des pièces, de sorte que le temps qu'il met d'une partie d'une spire espacée à la partie identique de la spire suivante est identique à la vitesse du faisceau électrique progressant entre ces deux points. Chaque tube à rayons cathodiques ayant sa propre vitesse de faisceau, on doit ajuster la circonférence de déflexion en conséquence. En se référant maintenant à la fig 8, on voit en coupe transversale une autre réalisation de l'appareil de déflexion 10 qui porte la largeur de bande de l'appareil de déflexion à des limites encore pins élevées. Cette réalisation est exactement comme celle déjà décrite, excepté qu'une paire de pièces diélectrique 100, de préférence eu céramique, ont été placées de manière adjacento aux spires séparées et selon la longueur de l'ensemble des spires. Ces pièces diélectrique ou plaques compenmatri- ces doivent efficacement réduire les effets de capacité entre chacune des pièces de déflexion quand celles-ci sont placées de manière adjacen- te l'une à l'autre. Ces pièces 100 fournissent aussi des moyens de maintien de chacune des spires espacées de l'appareil en relation positive avec les spires adjacentes, etc. Ou s'est également aperçu quten augmentant l'épaisseur des pièces diélectriques, celles-ci avaient seulement à être liées à chaque spire sur la longueur du déflecteur. Comme on a déjà parlé du procédé de liaison céramique-métal à propos des fiches de céramique, on ne pense pas qu'il soit nécessaire d'on parler davantage. De plus la pièce diélectrique permet de se diapenser de réduire la largeur des spires de sortie du déflecteur. Bien qu'on ait montré et décrit la réalisation préférée selon la présente invention, il apparaîtra évident aux personnes compétontes on la matière que l'on peut apperter beaucoup de changements et de modifications à l'invention dans ses aspects étendus. Par exemple, l'appareil de déflexion 10 peut être utilisé dans d'autres tubes à raoyons cathodiques y compris des tubes à mémoire ayant des cibles à mémoire maillées de type à transmission ou des cibles à mémoire simplifiées aven couche de phosphore et électrode cible appliquée sur un suppert en verre. On peut désirer d'autres usages où l'appareil de déflexion 10 sert à dévior horisontalement le faiscau. De plus, les pièces 50 et 49 ne ferment pas nécessairement un rectangle, d'autres fermes pouvant être utiliséese La présonte demande doit donc convrir les changements et modifications qui tembent dans le véritable esprit et objet de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Déflecteur à ondes progressive pour dévier le faisceau d'électrons émis par une source d'électrons, caractérisé on ce qu'il comprend t une paire de pièces hélicoïdales de dé flexion ayant chacune une pluralité de spires espacées, en une bande conductrice sensiblement plate, placées le long de l'axe du faisceau d'électrons et, par rapport à celui-ci, sur des côtés opposés; une pièce de terre disposée coaxialement à chacune des pièces de défle- xion et espacée de celle-ci; et des moyens de support pour supporter de manière isolante la pièce de terre et la pièce de déflexion. 2 - Déflecteur selon la revendication 1 caractérisé on ce que les moyens de support sont constitués par des fiches espacées dont chacune a une extrémité liés à une surface interne de chacune des spires et l'autre ex- trémité liée à la pièce de terre. 3 - Déflecteur selon l'une quelconque dos revendications I et 21 caractérimé on ce qu'il comprend aussi une pièce diélectrique liée à une surfa- ce extérieare des pièces héliceïdales de déflexion. 4 - Déflecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, carectérisé en ce qu'il comprend des premier et deurième moyens d'isolation et de support couplés à la pièce de terre pour positionner positivement les plèces de déflexion par rapport à l'axe du faisceau.d'électrens, ces premier et deuxième moy@xs d'iselation et de suppert comprenmat des moyens pour le passage du faisceau d'électrons. 5 - Déflesteur selon la revendication 4, caractérisé on ce que les pièces de déflexi@n sont placées de manière divergente par rappert à l'axe du faisceau d'électrons. 6 - Déflecteur selon l'une quelcompque des revendications précédentes, incorporé à un dispositif de balayage électremique installé dans une caveloppe mise seus vide, avec un canon à électro@@ compremant des moyens d'émission et des moyens de mise ex ferme placés à une extrémité de l'enveloppe pour projeter un faisceau d'électrens et avec des moyens destinés à recueillir les électrons, placés à l'autresextrémité de l'enveloppe, caractérisé en ce que le déflecteur est placé ontro le canon à élec- trous et les moyens destinés à recueillir les électrons.