Brevet FR2509523A1 — publié le 19830114

CIRCUIT A RETARD POUR TUBE A ONDE PROGRESSIVE DE PUISSANCE, ET TUBE A ONDE PROGRESSIVE MUNI D'UG DES CIRCUIT L'invention concerne un circuit à retard de tube à ondes progressives. Le circuit, ou ligne à retard, auquel se rapporte l'invention est du type dit à anneaux et plafonds. Il est constitué d'une succession régulière d'anneaux maintenus au centre d'une enceinte conductrice délimitant le circuit à retard par des bras fixés à cette enceinte, et de plafonds associés aux anneaux précédents, consistant en des obstacles conducteurs s'étendant de la paroi de l'enceinte jusqu'à une certaine distance de son centre. Ces plafonds disposés de façons variées par rapport aux bras précédents sont reliés par une boucle ou "strap" formant courtcircuit entre eux. Une telle structure est adoptée dans le cas de niveaux de puissance élevés, car le caractère massif qutil est possible de donner aux pièces qui la constituent permet l'application des puissances nécessaires avec des risques limités quand à leur tenue en température, en cours du fonctionnement. De plus, elle est de réalisation facile. Ces avantages ne se manifestent véritablement qu'au-delà d'un certain niveau de puissance, au dessous duquel bien d'autres formes se rélèvent efficaces thermiquement, et au-dessous dune certaine fréquence, car la diminution des dimensions qui accompagne l'augmentation de fréquence réduit à néant la facilité de réalisation rencontrée aux plus grandes longueurs d'ondes. Pour se faire une idée- de ces dimensions, on notera que, sur le mode fondamental, il faut loger trois à quatre ensembles anneaux, plafonds dans un tronçon d'enceinte d'une longueur d'ondede longueur, le déphasage rp d'un élément au suivant sur un tel mode se situant généralement entre Ti et 2w . On voit les difficultés qui 2 peuvent en résulter en ondes millimétriques, -pour la mise en place des "stras" notamment. Au sujet de ce type de lignes, on se reportera au brevet français i.162.425 et a son addition portant le numéro 82.236. L'objet de la présente invention est une ligne à retard pour tube à onde progressive non soumise à ces limitations. L'invention concerne un circuit à retard pour tube à onde progressive, consituée de sections successives jointives drun guide d'ondes, dans chacune desquelles est disposé un anneau conducteur circulaire maintenu par deux bras diamétralement opposés fixés à la paroi de la section, caractérisé en ce que, ces bras ont des orientations alternées faisant un angle j entre elles. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes qui représentent. Figure 1 : une vue d'ensemble en perspective d'un élément constitutif d'une ligne à retard, du type à anneaux et plafonds selon l'art antérieur. Figures 2 et 3 : des vues, en coupe schématique, montrant deux dispositions-des éléments constitutifs d'une ligne à retard du même type selon l'invention. La figure 1, représente en perspective un élément du circuit à retard du type à anneaux et plafonds auquel se rapporte l'invention; l'ensemble du circuit sera-it-consti-tue d'une suite de ces éléments accolés, centrés sur l! ou du circuit, axe le long duquel se propage, en fonctionnement, le faisceau d'électrons en interaction avec le circuit. Un tel élément est désigné dans son ensemble par le repère 10. Il est constitué d'une rondelle de guide d'ondes circulaire 11, comportant deux plafonds conducteurs 1 s'étendant symétriquement de la paroi de la rondelle jusqu'à une certaine distance de son centre.Ces plafonds de même épaisseur que la rondelle, situés dans un plan de section droite, sont limités latéralement par des faces planes perpendiculaires à ce plan et, à leur extrémité, par une surface cylindrique concentrique de celle de la section du guide ; ils ont la forme de secteurs de couronnes circulaires et sont sym- triques par rapport au plan axial qui leur est perpendiculaire; ils sont disposés vis-à-vis l'un de. l'autre. Entre -les plafonds, est placé un anneau conducteur circulaire 3 coaxial, tenu à la paroi de la rondelle par deux bras 4 de même forme que les plafonds, diamétralement opposés. Les bras sont disposés à angle droit par rapport aux plafonds.Ceux-ci sont reliés électriquement entre etix par une boucle 2 constitutée, dans Exemple, par un conducteur linéaire appliqué sur l'une des faces des plafonds ; les quatres trous sans repère de la figure correspondent au circuit du fluide de refroi pissement Une série d'éléments tels que ceux décrits sont sérrés les uns contre les autres, et éventuellement brasés, pour former le circuit à retard. Leur épaisseur, c'est-à-dire leur dimension parallèlement à l'axe du circuit, est le pas de la ligne à retard ou distance entre les parties homologues de deux éléments successifs, les anneaux notamment. Le rôle des boucles de courtr;circuit haute fréquence 2 est de rejeter le mode TE11 de propagation dans le guide circulaire vers les hautes fréquences, en dehors de la bande passante; en l'absence de ces boucles, la propagation de ce mode pourrait, par rétro-couplage, provoquer des oscillations parasites dans cette bande. Selon l'invention, dans une de ses variantes, les bras de fixation des anneaux dans la structure sont croisés à angle droit de chaque anneau au suivant. Cette variante est représentée sur la figure 2, qui est une vue obtenue en coupant la ligne à retard entre deux éléments successifs. Cette figure permet d'apercevoir l'un des anneaux 3 et les plafonds capacitifs 1 qui leur sont associes, placés entre les bras 4, et derriere cet anneau, l'anneau suivant, dont seuls les bras de fixation 40 sont visibles, l'anneau lui-même étant caché par le précédent. L'ajustement de la dispersion en fréquence de la structure se fait comme précédemment au moyen des plafonds 1. Sur la figure , les parties situées au second plan sont couvertes de hachures (cas des pieds 40). En fait ces plafonds sont faits d'un seul tenant avec les précédents, l'ensemble des plafonds formant des barreaux étendant sur toute la longueur du guide parallèlement à son axe, et dont la section est représentée en 1.Une telle structure présente, à égalité de pas, une dispersion plus grande pratiquement le déphasage 9 entre éléments successifs est doublé par rapport à celui de l'art antérieur décrit; ce déphasage est de 11 à 4 # d'un 3 élément à l'autre. ll y a donc moins d'éléments à loger dans l'espace d'une longueur d'onde-deux fois moins - avec les chiffres cités-et la réalisation de la ligne s'en trouve facilitée; par longueur d'onde on entend la longueur d'onde retardée le long de la ligne. D'autre part, l'emploi de bras ayant des orientations différentes d'un anneau au suivant, croisés à angle droit dans l'exemple de la figure 2, fait que chaque couple de bras d'un anneau joue par rapport à Panneau suivant un rôle analogue à celui que jouaient les boucles 2 de l'exemple de l'art antérieur représenté sur la figure 1. Il s'ensuit que ces boucles ou "straps" deviennent inutiles dans la structure de l'invention. Ceci facilite encore, à un autre titre, la réalisation du circuit à retard de- l'inventioù. Une telle structure présente une dispersion inverse sur le fondamental, c'est-à-dire le mode le plus rapide; la vitesse de phase du fondamental est. de signe opposé à-la vitesse de groupe. Pour l'amplification on utilise le premier harmonique d'espace direct. Dans. une. autre variante de l'invention, encore plus simplifiée, les bras des anneaux ont des orientations alternées, cette orientation se retrouvant la même tous les deux anneaux. Cette variante est représentée sur la figure 3, qui est une vue analogue à la précédente et où lton retrouve, avec les mêmes repères, les éléments des figures prédédentes. Ici les paires de bras 4 et 40 de deux anneaux font entre elles l'angle aigu 3. En faisant varier l'angle il est possible, sans plafonds, de faire varier la bande passante d'une valeur maximale, pour 5 = 90 , à une valeur minimale, quasi-nulle, -peur o ; iLest même possible d'inverser la dispersion, c'est-à-dire le déphasage, toutes choses égales par ailleurs, en rajoutant des plafonds dans les espaces libres entre les bras.Cette éventualité est représentée sur la même figure par des barreaux l en trait mixte, placés notamment dans le grand angle libre entre les bras. On peut penser aussi à rapprocher la ligne de l'invention de celle dite à cavités couplées, où le circuit de retard est fait d'une succession de volumes résonants, sous l'angle de l'impédance de couplage entre le faisceau et la ligne : à la coupure haute de la bande passante, correspondant au déphasage ç = 2 x, , cette impédance s'annule dans le cas de l'invention, du fait que le champ électrique est alors transversal ; toute oscillation est rendue impossible, contrairement à ce qui se passe dans le cas des cavités couplées. Or on sait que ces oscillations sont l'une des principales causes de perturbation du fonctionnement à l'intérieur de la bande. Ceci est un avantage de la structure de l'invention par rapport à cette autre structure de l'art connu, dite à cavités couplées. Dans cette bande, I'impédance de couplage est en moyenne plus forte, toutes choses égales par ailleurs, la vitesse de groupe notamment, avec la ligne de l'invention qu'avec les lignes à cavités couplées. On a donné ci-dessus des exemples de réalisation de l'invention à guide d'ondes circulaire ; l'invention s'applique également, moyennant des adaptations, accessibles à l'homme de l'art, à d'autres formes de guides. L'invention s'applique à la production de puissances crête élevees, de quelques kilowatts à quelques mégawatts sur une large bande, de l'ordre de 10 %, dans les bandes X et K, entre 6 et 30 gigahertz environ. REVENDICATIONS 1. Circuit à retard pour tube à onde progressive, consitué de sections successives jointives d'un guide d'ondes, dans chacune desquelles est disposé un anneau conducteur circulaire (3) maintenu par - deux bras (4 > diamétralement opposés fixés à la paroi de la section, caractérisé en ce que ces bras ont des orientations alternées faisant un angle t;t entre elles. 2. Circuit à retard suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des plafonds (1) disposés dans les espaces libres entre les bras, consistant en des obstacles conducteurs fixés à la paroi de chaque section, les plafonds des sections successives étant alignés et jointifs de manière à former des barreaux s'étendant parallèlement à l'axe du guide. 3. Circuit à retard suivant la revendication 2, caractérisé en ce-que-lrangle est- de 9d.- 4. Tube à onde progressive, caractérisé en ce qu'il comprend - un circuit à retard suivant l'une des revendications 1 à 3.