Brevet FR2471677A1 — publié le 19810619

La présente invention se rapporte au domaine de la transmission des hyperfréquences à grande puissance, et concerne plus particulièrement une fenêtre à hyperfréquences pour un guide d'ondes à grande puissance. Une fenêtre de guide d'ondes est souvent nécessaire pour l'entrée ou la sortie de puissance d'un dispositif sous vide, Par exemple un tube électronique ou une chambre à plasma, ou encore une section sous pression d'un guide d'ondes. Des guides d'ondes circulaires qui transmettent un mode de champ électrique circulaire sont utilisés lorsqu'il importe de traiter une puissance extrême avec de faibles pertes de transmission. Des fenêtres de passage du mode entre une partie sous vide par exemple à la sortie d'un tube électronique et une partie remplie d'un gaz ont généralement la forme d'un disque circulaire de céramique ou de verre scellé sur la cavité du guide d'ondes. Les Brevets des Etats Unis d'Amérique NO 3 255 317 et 3 096 462 décrivent des fenêtres antérieures en mode cir- culaire. Les fenêtres antérieures posent deux problèmes. Le chauffage diélectrique peut élever la température d'une région centrale au-dessus de celle de la périphérie supportée jusqu'à ce que la fenêtre casse sous l'effet des contraintes mécaniques. En outre, il peut exister dans la région chargée par le diélectrique de la fenêtre des modes qui ne peuvent se propager dans le guide d'ondes vide lui-même. Ces modes "fantômes" ou modes piégés. présentent des résonances d'on- des stationnaires à coefficient de surtension élevé qui peuvent être couplées avec le mode de transmission par de légères dissymétries de la structure. L'amplitude des ondes peut d'abord croître jusqu'à ce que la fenêtre diélectrique casse par contrainte thermique ou par l'apparition d'un arc à haute fréquence. Dans les guides d'ondes à.champ électrique circulaire un autre problème est que le guide est suffisamment grand pour propager d'autres modes d'ordre inférieur. Une absorp- tion préférentielle des modes circulaires indésirables a été suggérée en prévoyant des fentes dans le guide d'ondes per- pendiculairement à l'axe et qui couplent les modes non circulaires avec un absorbeur d'ondes extérieur. Etant donné que le mode circulaire ne comporte aucune composante axiale de courant, aucun courant ne traverse les fentes et très peu de puissance est donc perdue par l'absorbeur. L'invention a donc pour objet de proposer un en- semble de fenêtre. de guide d'ondes pour un guide d'ondes à champ électrique circulaire, susceptible de transmettre une grande puissance à haute fréquence; un autre objet est de proposer un ensemble de fenêtre exempt de résonances en mode piégé; et un ensemble de fenêtre qui se comporte comme un filtre d'absorption pour des modes non circulaires. Ces objets sont atteints en utilisant deux plaques parallèles d'une matière diélectrique pour former la fe- 1.5 nôtre.de transmission d'ondes. Entre les plaques se trouve un intervalle dans la paroi du guide d'ondes, remplissant deux fonctions. Il laisse passer un fluide de refroidisse- ment qui circule entre les plaques pour les refroidir. En outre, l'intervalle se prolonge au-delà de la surface inté- rieure du guide d'ondes, pour être relié avec une région qui contient une matière d'absorption d'ondes par exemple de l'eau. Les modes non circulaires sont transmis par l'in- tervalle vers la matière d'absorption. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs: La Figure 1 est une coupe longitudinale d'un en- semble de fenêtre selon l'invention, et la Figure 2 est une coupe longitudinale d'un mode de réalisation légèremett différent. La Figure 1 représente donc un exemple d'un ensem- ble de fenêtre selon l'invention, entre deux tronçons d'un guide d'ondes circulaire 10 dont les surfaces intérieures sont des cylindres circulaires droits d'axe 12. Une extré- mité porte une collerette 14 de guide d'ondes pour la fixa- tion à d'autres éléments. L'autre extrémité 16 peut être par exemple le guide d'ondes de sortie d'un tube électroni- 2 4 7 16 7 7 -3 que générateur d'hyperfréquences. Les fenêtres réelles, étanches au vide, sont deux plaques circulaires de matière diélectrique 18 perpendiculaires à l'axe 12. Le diélectri- que peut être de la céramique à forte teneur d'alumine ou 3 d'oxyde de béryllium, ou un saphir monocristallin. Les pla- ques 18 sont séparées par un petit espace afin qu' un fluide de refroidissement puisse circuler entre elles. Des bandes circulaires 20 métallisées, près de la périphérie des pla- ques 18, peuvent être brasées sur les collerettes 22 de cylindres métalliques minces 24, 25, par exemple en allia- ge de fer -nickel-cobalt. Les cylindres 21k, 25 sont brasés sur les tronçons 10 de guide d'ondes et forment leurs pro- lQngements électriques. Les tronçons 10 sont fixés sur les collerettes 26 de montage qui sont boulonnées sur un an- neau support 28 commun cde manière à maintenir les tron- çons 10 fermement alignés et espacés. La bajoue support 28 comporte des rainures 30 qui contiennent des bagues tori- ques 32 assurant l'éîanchéité aux gaz de l'ensemble de fe- nêtre. Un fluide de refroidissement de faible perte diélec- trique, par exemple un gaz ou un liquide fluorocarboné est pompé dans un tube de refroidissement 34, en haut de la figure. Ce fluide circule dans un canal 36 délimicé- par un cylindre diélectrique 38, par exemple en polymère fluorocarboné. Il circule sur la surface du cylindre mince 24 et le refroidit. Lescylindres24, 25 sont minces de sor- te qu'ils possèdent une souplesse radiale suffisante pour absorber les différences de dilatation thermique avec les plaques 18 sur lesquelles ils sont brasés. Leur conducti- bilité thermique est faible, de sorte qu'un refroidisse- ment par fluide est avantageux. Dans la partie inférieure du canal 36, et comme le montrent les flèches de cir- culation, le fluide de refroidissement passe par une ran- gée d'ouvertures 42 dans une collerette 44 en saillie sur le cylindre 38 en diélectrique délimitant l'écoulement. Il remonte ensuite entre les plaques 18 de la fenêtre pour en refroidir toute la surface. Dans la partie supérieure, la collerette 44 est imperméable mais l'autre collerette 247 1677 46 comporte une série d'ouvertures 48 par lesquelles le fluidepasse dans un second canal circulaire 50, passant sur le second cylindre mince 25 pour le refroidir. En bas du canal 50, le fluide passe par un trou 42 dans un canal circulaire extérieur 54. Ce dernier contient une matière absorbant les ondes, par exemple de l'eau dans des tubes 56 en matière plastique. Le fluide de refroidissement cir- cule autour du canal 54, éliminant la chaleur des tubes 56 produite par l'énergie en hyperfréquences absorbée et quitte l'ensemble de fenêtre dans la partie supérieure, par un tube de sortie 58. De la chaleur est également éli- minée en faisant circuler le fluide 55 dans les tubes 56. En fonctionnement, très peu d'énergie ondulatoire dans le mode de champ électrique circulaire, par exemple TE01, sort du guide d'ondes 10 par le petit intervalle 60 entre les collerettes 22 car les courants électriques dans la paroi ne comportent aucune composante axiale traversant l'intervalle 60 pour induire des champs dans le canal exté- rieur de confinement d'ondes, limité par les collerettes 26 et la bague 28. Mais de nombreux autres modes indési- rables produisent des courants axiaux qui sont couplés dans le canal extérieur, dans lequel leur énergie est absorbée par la matière à perte 55. Le fluide de refroidissement en circulation dis-- sipe également la chaleur développée par les pertes diélec- triques dans les plaques 18 de la fenêtre et par le chauf- fage à haute fréquence des cylindres minces 24, 25. Ainsi, cette simple structure selon l'invention élimine la plupart des causes indépendantespar ailleurs dezupture de fenêtre. La Figure 2 est une coupe longitudinale similaire à celle de la figure 1, d'un mode de réalisation de l'in- vention, légèrement différent. Dans ce cas, les minces cylindres métalliques 24', 25' formant des extrémités op- posées des guides d'ondes 10 ne portent pas de collerette comme dans le cas de la figure 1 mais sont brasés à leurs extrémités ouvertes 70 autour des périphéries des plaques 18 pour former des joints étanches au vide. L'intervalle entre les plaques 18 forme toujours un conduit pour le fluide de refroidissement. De même, les composantes axiales de courant des modes non circulaires sont inter- rompues par l'intervalle 60, excitant des ondes dans la cavité électrique extérieure 54, qui sont atténuées par la matière absorbante 55. Le fluide de refroidissement pénètre par les tubes d'entrée 34, comme le montrent les flèches. Il circule dans une chambre supérieure 36 et autour du canal circulaire 40 dans la cloison 38' de con- finement de fluide, en contact-refroidissant avec le mince cylindre 24' pour le refroidir. Ensuitep le fluide passe par des trous 42 dans la collerette 54 de la cloison 38' en bas de l'intervalle 60 entre les cylindres 24', 25' du guide d'ondes. Le fluide remonte ensuite entre les plaques diélectriques 18 pour les refroidir, puis par des trous 48 dans la seconde collerette 46 de la cloison 38' pour pénétrer dans le canal circulaire 50 et tourner autour de ce canal 50 pour refroidir le cylindre mince 25'. Il sort ensuite par une ouverture 52 dans le canal extérieur 54, remonte dans ce canal pour refroidir la matière absor- bante 55 et sort par le tube de sortie 58. Il est bien évident que de nombreuses configurations mécaniques différentes peuvent être imaginées dans le ca- dre de l'invention. La circulation du liquide ou du gaz de refroidissement peut recevoir de nombreuses variantes. La matière absorbante peut être solide ou liquide et, si elle est liquide, elle peut être refroidie par sa circulation. La matière absorbante peut aussi une barrière qui dirige le fluide de refroidissement, par exemple en 38 sur la figure 1. 247 1677 REVENDICATIONS 1 - Ensemble de fenêtre, pour un guide d'ondes de section transversale circulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un intervalle axial (60) dans la paroi conduc- trice intérieure (24, 25} dudit guide d'ondes, deux plaques diélectriques (18) devant la partie creuse du guide d'ondes scellées sur ce dernier, sur les côtés opposés dudit in- tervalle, et un dispositif (34 - 58) destiné à faire circu- ler un fluide de refroidissement dans ledit intervalle et entre lesdites plaques. 2 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit intervalle (60) se prolonge à l'extérieur desdites parois conductrices intérieures (24, 25) pour être reliées, en relation de transmission d'ondes, avec un dis- positif (54) qui contient une matière absorbant les ondes. 3 - Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite matière absorbant les ondes est un liquide diélectrique (55), le dispositif qui la contient étant un dispositif (56) qui fait circuler ledit liquide. 4 - Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite matière absorbant les ondes est un d élec- trique solide. - Ensemble selon la revendication 4, caractéfi- sé en ce qu'il comporte en outre un dispositif destiné à- faire circuler ledit fluide de refroidissement le long du- dit diélectrique. 6 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bords intérieurs dudit intervalle sont des cercles parallèles(70) dans les plans perpendiculaires à l'axe (12) de ladite section circulaire. 7 - Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plaques diélectriques (18) se prolon- gent au-delà de ladite paroi conductrice intérieure (24,25).