Brevet FR2506069A1 — publié le 19821119

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT D'UNE FENETRE DE SORTIE D'UN TUBE HYPERFREQUENCE La présente invention concerne un dispositif de refroidissement d'une fenêtre de sortie d'un tube hyperfréquence, et plus particulièrement d'une fenêtre réalisée au moyen d'un tronçon de ligne coaxiale. I1 est connu de réaliser une fenêtre hyperfréquence au moyen d'un tronçon de ligne coaxiale disposé en sortie du tube hyperfréquence et destiné à assurer le transport de l'onde hyperfréquence recueillie en sortie du tube, jusqu Le tronçon de ligne coaxiale est constitué d'un premier conducteur cylindrique creux, dit conducteur externe, entourant un second conducteur cylindrique, appelé conducteur interne. I1 est également connu d'interposer entre ces deux conducteurs une entretoise réalisée en matériau perméable à l'onde hyperfréquence, destinée à assurer la séparation entre les deux milieux de propagation de l'onde hyperfréquence, qui sont le vide dans la partie du tronçon de ligne coaxiale comprise entre la sortie du tube et ltentretoise, et le milieu extérieur dans la partie du tronçon de ligne coaxiale située au delà de l'entretoise. Cette entretoise est généralement réalisée en céramique. Un premier problème se pose du fait que le passage de l'onde hyperfréquence à travers l'entretoise en céramique provoque un échauffement de celle-ci, essentiellement du aux pertes diélectriques. I1 est donc nécessaire de procéder à un refroidissement de l'entretoise si l'on veut éviter une détérioration de la fenêtre. I1 est connu pour cela de faire circuler un fluide réfrigérant dans le conducteur interne de la ligne coaxiale, échange thermique entre entretoise et fluide réfrigérant se faisant au contact du conducteur interne avec l'entretoise. Un deuxième problème est lié à la fixation de l'entretoise en céramique au conducteur interne. Ces deux éléments sont généra lement fixés l'un à l'autre par brasage. Or ces deux éléments présentent des coefficients de dilatation nettement différents, le cuivre, dans lequel est généralement réalisé le conducteur interne, présentant un coefficient de dilatation beaucoup plus élevé que la céramique. I1 s'ensuit que lors du refroidissement qui suit l'opération de brasage, le cuivre se rétracte beaucoup plus fortement que la céramique, provoquant ainsi des efforts de traction sur la céramique, qui peuvent aller jusqu'à provoquer des cassures de la céramique lorsque la paroi du conducteur interne est suffisamment épaisse. Pour éviter cet inconvénient il est connu du conférer à la paroi du conducteur interne une épaisseur nettement plus faible dans sa zone de contact avec l'entretoise en céramique. Un troisième problème se pose alors du fait du passage du fluide réfrigérant sous pression dans la zone du conducteur interne qui est en contact avec l'entretoise en céramique. En effet la très faible épaisseur de la paroi du conducteur interne dans cette zone supporte mal la pression exercée par le fluide réfrigérant, et il peut en résulter des déformations de la paroi du conducteur interne dans cette zone nuisible au bon fonctionnement de la fenêtre. C'est ce troisième problème que vise à résoudre l'invention. L'invention vise en effet à concilier les deux objectifs, naturellement tenus pour incompatibles, d'une part de réduction de l'épaisseur de la paroi du conducteur interne dans sa zone de contact avec l'entretoise, de manière à assurer un bon déroulement de l'opération de brasage de ces deux éléments, et d'autre part, de non réduction de l'épaisseur de cette même paroi, de manière à résister à la pression occasionnée par le passage du fluide réfrigérant dans le conducteur interne. Selon l'invention, le dispositif de refroidissement d'une fenêtre de sortie d'un tube hyperfréquence, ladite fenêtre comportant un tronçon de ligne coaxiale constitué d'un conducteur externe cylindrique et creux, entourant un conducteur interne cylindrique et creux, et une entretoise réalisée en matériau perméable à l'onde hyperfréquences, interposée entre les conducteurs interne et externe, ledit dispositif de refroidissement comporte des moyens pour assurer l'écoulement d'un fluide réfrigérant sous pression à l'intérieur du conducteur interne, et un anneau tampon creux réalisé en matériau conducteur, interposé entre le conducteur interne et I'entretoise, contenant un corps apte à assurer un échange thermique entre l'entretoise 3 et le fluide réfrigérant et dont la paroi placée en regard de l'entretoise a une faible épaisseur. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels: La figure 1 montre un premier exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement de fenêtre hyperfréquence conforme à l'invention. La figure 2 montre un second exemple de réalisation d'un dispositif de refroidissement de fenêtre hyperfréquence conforme à l'invention. Des éléments identiques sur des figures différentes portent des références identiques. Sur la figure 1 on a représenté en coupe verticale une fenêtre hyperfréquence comportant un tronçon de ligne coaxiale comportant lui-même un conducteur externe 1 qui est un conducteur cylindre creux, entourant un conducteur interne 2, également cylindrique et creux. La fenêtre hyperfréquence comporte également une entretoise 3 en céramique interposée entre le conducteur externe 1 et le conducteur interne 2, dans l'espace laissé libre entre ces deux conducteurs. Le milieu remplissant cet espace vide est le vide pour ce qui est de l'espace compris entre la sortie du tube hyperfréquence et l'entretoise, et le milieu extérieur pour ce qui est de l'espace tel que 5 situé au delà de l'entretoise. Par des moyens non représentés sur cette figure, on fait circuler un fluide réfrigérant (par exemple de l'air ou de l'eau) sous pression à l'intérieur du conducteur interne 2. Cette circulation de fluide réfrigérant est destinée à compenser l'échauffement de l'entretoise en céramique produit par le passage de tonde hyperfréquence à travers cette entretoise. Conformément à l'invention un anneau tampon creux 7, réalisé en matériau conducteur, est interposé entre l'entretoise 3 et le conducteur interne 2. Cet anneau tampon 7 a une première paroi 8 constituée par la portion de paroi du conducteur interne 2 placée en regard de l'anneau tampon, et une seconde paroi 9 dont la portion située en regard de l'entretoise 3 est fixée à celle-ci au moyen d'une brasure. La paroi 9 est également fixée en deux points 8' et 9' du conducteur interne 2, également au moyen d'une brasure. Conformément à ce qui a été dit précédemment, la paroi 9 a une faible épaisseur, afin de ne pas nuire au bon déroulement de l'opération de brasage de l'anneau tampon à l'entretoise. Le conducteur interne 2 n'étant plus directement brasé sur l'entretoise 3, il n'est plus nécessaire de réduire son épaisseur dans sa zone placée en regard de l'entretoise et de ce fait, la pression exercée par le fluide réfrigérant 6 est beaucoup mieux tolérée par les parois du conducteur interne 2. Le problème de fixation de l'entretoise 3 au conducteur interne 2 se trouve donc résolu sans pour autant que le refroidissement de l'entretoise envisagé sous la forme de l'écoulement d'un fluide sous pression dans le conducteur interne soit contre-indiqué. Mais pour que la présence de l'anneau tampon 7 ne perturbe pas le refroidissement, il est nécessaire d'emplir cet anneau tampon d'un corps 10 apte à assurer un échange thermique entre les milieux avec lesquels il est en contact, à savoir l'entretoise 3, et le fluide réfrigérant 6 par l'intermédiaire du conducteur interne 2. Conformément à un premier mode de réalisation de l'invention, représenté sur la figure 1, l'échange thermique entre l'entretoise et le conducteur interne se fait par conduction thermique ainsi que par convection naturelle. Le corps 10 est alors un solide en fusion à la température de fonctionnement ou un liquide tous deux bons conducteurs ther miques, et son niveau dans l'anneau tampon 7 est tel que l'entretoise 3 se trouve placée au moins partiellement en regard de ce corps, sachant que plus la portion de l'entretoise placée en regard du corps 10 est importante, meilleur est l'échange thermique. Le niveau du corps 10 dans l'anneau tampon 7 est également tel qu'un espace de dilatation 7' se trouve ménagé entre le corps 10 et la paroi supérieure de l'anneau tampon 7, de manière que les efforts de pression exercés sur la paroi mince 9 lors de la dilatation du corps 10 soient bien supportés par la paroi mince 9. La pression qui règne dans l'anneau tampon 7 qui est fonction de la température à laquelle est portée l'entretoise 3,est égale à la tension de vapeur saturante du corps 10 à cette température. Selon ce premier mode de réalisation, les hauteurs relatives de l'entretoise et de l'anneau tampon importent peu du moment que l'entretoise soit en contact au moins partiellement avec le corps 10. Conformément à un second mode de réalisation de l'invention représenté sur la figue 2, l'échange thermique entre l'entretoise et le fluide réfrigérant se fait par emprunt à l'entretoise d'une quantité de chaleur assurant un changement d'état du corps 10, suivie d'un changement d'état inverse fournissant la même quantité de chaleur au fluide réfrigérant selon le principe d'un échangeur isotherme. Selon ce mode de réalisation, les dimensions relatives de l'anneau tampon et de l'entretoise sont telles que l'anneau 7 présente en coupe verticale une hauteur supérieure à celle de l'entretoise. L'entretoise n'entre ainsi en contact qu'avec une portion de la paroi 9 de l'anneau tampon, appelée portion médiane, deux autres portions de la paroi 9, appelées portion inférieure et portion supérieure, étant ménagées de part et d'autre de la portion médiane. Le liquide 10 est placé dans la portion inférieure de l'anneau tampon. Une mêche 11 est placée à l'intérieur de l'anneau tampon 7. Une partie de cette mèche appelée partie inférieure est immergée dans le liquide 10, l'autre partie, appelée partie supérieure, étant en contact avec la portion médiane de la paroi 9. Pour les mêmes raisons que précédemment, on choisit un liquide 10 ayant une faible tension de vapeur. Le dispositif de refroidissement représenté sur la figure 2 fonctionne de la façon suivante. Le liquide 10 monte par capillarité dans la mèche Il. Arrivé dans la partie supérieure de la mèche, ce liquide se vaporise sous l'effet de la chaleur qui lui est communiquée par l'entretoise. Ce changement d'état se fait par emprunt à l'entretoise d'une quantité de chaleur égale à la chaleur latente de vaporisation du liquide. Au contact de la paroi du conducteur interne 2, qui, elle, se trouve refroidie par le passage du fluide réfrigérant 6, la vapeur ainsi creéé se condense, et le liquide ainsi crée retourne dans la portion inférieure de l'anneau tampon, assurant ainsi le maintien du liquide 10 à un niveau constant. Le passage de l'état gazeux à l'état liquide fournit au fluide réfrigérant une quantité de chaleur égale à la quantité de chaleur précédemment empruntée à la céramique, et l'échange thermique entre entretoise et fluide réfrigérant se trouve ainsi assuré. REVENDICATIONS 1. Dispositif de refroidissement d'une fenêtre de sortie d'un tube hyperfréquence, ladite fenêtre comportant un tronçon de ligne coaxiale constitué d'un conducteur externe (1) cylindrique et creux, entourant un conducteur interne (2), cylindrique et creux, et une entretoise (3) réalisée en matériau perméable à l'onde hyperfréquence, interposée ente les conducteurs interne et externe, dispositif comportant des moyens pour assurer l'écoulement d'un fluide réfrigérant (6) sous pression à l'intérieur du conducteur interne, caractérisé en ce qu'il comporte un anneau tampon (7) creux, réalisé en matériau conducteur, interposé entre le conducteur interne (2) et l'entretoise (3), contenant un corps (10) apte a assurer un échange thermique entre l'entretoise (3) et le fluide réfrigérant (6), et dont la paroi (9) placée en regard de l'entretoise à une faible épaisseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échange thermique se fait par conduction thermique, et par convection naturelle. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échange thermique se fait par emprunt à l'entretoise (3) d'une quantité de chaleur assurant un changement d'état du corps (10) contenu dans l'anneau tampon, suivi d'un changement d'état inverse fournissant au fluide réfrigérant (6) la même quantité de chaleur. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le corps (10) contenu dans l'anneau tampon (7) a une faible tension de vapeur. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caracté risé en ce que la paroi (9) de l'anneau tampon située en regard de l'entretoise (3) est fixée à l'entretoise au moyen d'une brasure. 6. Dispositif selon l'une des revendications 2, 4 et 5, caractérisé en ce que le corps (10) contenu dans l'anneau tampon est un bon conducteur thermique. 7. Dispositif selon l'une des revendications 2, 4 5 et 6, caractérisé en ce que le corps (10) contenu dans l'anneau tampon emplit partiellement l'anneau tampon (7). 8. Dispositif selon l'une des revendications 2, 4, 5, 6 et 7, caractérisé en ce que le niveau du corps (10) contenu dans l'anneau tampon (7) est tel que l'entretoise (3) est au moins partiellement placée en regard du corps (10) contenu dans l'anneau tampon (7). 9. Dispositif selon l'une des revendications 2, 4, 5, 6, 7 et 8, caractérisé en ce que le corps (10) contenu dans l'anneau tampon (7) est tel que la température de l'entretoise (3) le porte à une pression égale à sa tension de vapeur saturante. 10. Dispositif selon l'une des revendications 3, 4 et 5 caractérisé en ce que l'anneau tampon (7) a une hauteur supérieure à celle de l'entretoise (3), en ce que le corps (10) contenu dans l'anneau tampon (7) est un liquide dont le niveau est tel que l'entretoise ne se trouve pas placée en regard de ce liquide, et en ce qu'une mèche (11) est placée dans l'anneau tampon (7), cette mèche (11) ayant une partie immergée dans le liquide (10) et une partie non immergée placée en contact avec au moins une partie de l'anneau tampon (7) dans la zone de contact de celui-ci avec l'entretoise (3), la partie non immergée de la mèche (11) n'atteignant pas la paroi supérieure de l'anneau tampon (7).