Brevet FR2543734A1 — publié le 19841005

TUBE A ONDE PROGRESSIVE COMPORTANT UN FOURREAU CREUSE DE GORGES ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un tube à onde progressive comportant un fourreau creusé de gorges Elle concerne aussi un procédé de fabrication du fourreau creusé de gorges. L'invention concerne le domaine des tubes à onde progressive ayant une ligne à retard du type en hélice, c'est-à-dire par exemple une ligne à retard en hélice simple, du type "ring and bar", du type "ring and loop'l Toutefois pour simplifier l'exposé, la ligne à retard sera dans toute la suite assimilée à une hélice simple. La ligne à retard en hélice est placée dans un fourreau cylindrique, généralement métallique, auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélectriques. Pour les tubes à onde progressive fonctionnant à des niveaux de puissance relativement peu élevés, l'hélice et les supports sont assemblés par serrage dans le fourreau ou manchon L'hélice est en tungstène par exemple et les supports en quartz, alumine, glucine ou nitrure de bore par exemple Le manchon peut être en cuivre ou en acier inoxydable. Pour les tubes à onde progressive fonctionnant à des puis- sances plus élevées l'hélice est brasée aux supports diélectriques qui sont brasés au manchon L'hélice peut alors être en cuivre ainsi que le manchon, et les supports diélectriques peuvent être en oxyde de béryllium par exemple. On utilise généralement trois supports diélectriques qui sont régulièrement répartis à 120 l'un de l'autre. Le problème qui se pose est qu'il est très difficile de posi- tionner de façon très précise les supports diélectriques dans le fourreau, surtout lorsque ces supports sont brases au fourreau et à l'hélice La conséquence d'un mauvais positionnement est une varia- tion périodique de la longueur des spires de l'hélice ce qui favorise l'apparition d'oscillations parasites. La présente invention permet de résoudre ce problème de façon simple et efficace. La présente invention concerne un tube à onde progressive comportant une ligne à retard du type en hélice placée dans un fourreau auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélec- triques de hauteur constante, caractérisé en ce que la surface interne de ce fourreau porte des gorges dans lesquelles sont insérés les supports diélectriques. Dans un de ses modes de réalisation, la présente invention permet de résoudre un autre problème qui va être exposé dans ce qui suit. Dans les tubes à onde progressive, en particulier dans les tubes à large bande fonctionnant à haut niveau de puissance, des oscil- lations parasites se produisent à des fréquences o le déphasage de l'onde hyperfréquence transmise est proche de YC entre deux spires consécutives de l'hélice. Pour éviter ces oscillations, il est connu de faire varier la longueur des spires de l'hélice le long de l'axe du tube et corréla- tivement le pas de l'hélice afin de conserver les conditions de synchronisme dans la bande de fréquence de fonctionnement. On a donc réalisé des hélices, dites coniques, bobinées sur un mandrin conique et dont le pas augmente dans le même rapport que le diamètre. La réalisation pratique de ces hélices conique est diff icile surtout, lorsque l'hélice, les supports diélectriques et le fourreau sont brasés. Lorsque la focalisation du tube est réalisée par des aimants permanents alternés de façon périodique, ce qui est très fréquent, il est préférable de disposer d'un fourreau cylindrique extérieurement pour supporter les aimants annulaires et les masses polaires de fabrication courante On peut utiliser alors un fourreau intérieu- rement et extérieurement cylindrique et des supports diélectriques ayant le profil adéquat, c'est-à-dire comportant une surface cylin- 2,5 43734 drique en contact avec le fourreau et une surface conique en contact avec l'hélice L'inconvénient de cette solution est que ces supports bien particuliers sont difficiles à réaliser et coûteux. Pour supprimer ces inconvénients, la Demanderesse a proposé dans le brevet français NI 76 28319, publié sous le N O 2 365 218, une hélice pseudo-cônique présentant des méplats parallèles à l'axe du tube et à distance constante de celui-ci Cette solution permet l'utilisation d'un fourreau cylindrique et de supports diélectriques de hauteur constante. L'inconvénient des hélices pseudo-coniques est que, lorsque la puissance hyperfréquence augmente, des oscillations parasites peu- vent se produire, au voisinage du mode 7 C, vers la sortie haute fréquence du tube là o le champ haute fréquence est le plus élevé, Alors que, pour ces puissances, il n'y a pas d'oscillations si l'on utilise des hélices vraiment coniques En effet, les hélices coniques présentent l'avantage d'allier à une variation de la longueur des spires le long de l'axe du tube, une diminution de l'impédance de couplage d'autant plus importante que la fréquence est haute Ceci a pour effet de diminuer fortement le transfert d'énergie au voisinage du mode et de ce fait de supprimer les oscillations Il faut noter que les calculs et les expériences ont montré que, contrairement à ce qui était admis, l'impédance de couplage entre le champ hyper- fréquence et le faisceau d'électrons n'a pas à être maximale tout le long du tube et que, en particulier, le rendement d'interaction peut se trouver amélioré avec une impédance de couplage décroissante vers la fin de la ligne, là o le champ HF est maximum. La présente invention permet de résoudre le problème qui consiste à fabriquer un tube à onde progressive avec une hélice conique, des supports diélectriques de hauteur constante de fabri- cation courante et un fourreau cylindrique extérieurement. Selon l'invention, la profondeur des gorges creusées à la surface interne du fourreau augmente avec le diamètre de la ligne à retard en hélice conique On insère dans ces gorges des supports diélectriques de hateur constante et on peut ainsi fixer la ligne à retard en hélice conique au fourreau Le fourreau peut être fabriqué par martelage autour d'une âme On tourne ensuite la surface externe du fourreau pour le rendre cylindrique et apte à recevoir un dispositif de focalisation par aimants permanents alternés. D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent: les figures 1 a 3, des vues en perspective montrant le fourreau et ses gorges et la position de l'hélice et de ses supports dans le fourreau; les figures 4 à 6, des vues en coupe transversale montrant les supports insérés dans leur gorge et les différents types de supports qui peuvent être utilisés. Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des divers éléments ne sont pas respectées. La figure 1 est une vue en perspective éclatée illustrant un mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on voit une ligne à retard en hélice 1 qui est portée par une surface cylindrique, c'est-à-dire qui a un diamètre constant Une telle ligne est généralement obtenue en bobinant un fil métallique autour d'un mandrin cylindrique qui est ensuite éliminé. Cette ligne est fixée dans un fourreau ou manchon 2 cylin- drique généralement métallique, et étanche au vide, par l'inter- médiaire de baguettes ou supports 3 en matériau diélectrique On utilise généralement trois baguettes disposées à 1200 l'une de l'autre. Selon l'invention, la surface interne du fourreau porte des gorges 4 de profondeur p constante dans lesquelles sont insérés les supports diélectriques de hauteur h constante. On a vu dans l'introduction à la description que ces gorges ou canaux permettent de positionner avec précision les supports de la ligne à retard, surtout lorsque la ligne, les supports et le manchon 254 't 37304 sont brasés, ce qui est très important pour éviter la mise en oscillations du tube. Sur la figure 1, on s'est borné à représenter les parties du tube à onde progressive utiles à la description de l'invention Ainsi on n'a pas représenté, par exemple, le canon à électrons du tube, le collecteur et le dispositif de focalisation du faisceau d'électrons qui sont bien connus de l'art antérieur. La figure 2 est une vue en perspective éclatée d'un mode de réalisation de l'invention dans lequel on utilise une hélice 1 portée par une surface conique, qui est donc généralement réalisée par bobinage d'un fil sur un mandrin conique Sur la figure 2, la conicité de l'hélice a été exagérée pour plus de clarté. Trois baguettes diélectriques 3 de hauteur h constante suppor- tent l'hélice Ces baguettes sont insérées dans des gorges 4 dont la profondeur p augmente en fonction du diamètre de l'hélice Ces gorges 4 sont réalisées sur la surface interne du fourreau 2 dont la surface externe est cylindrique Sur la figure 2, on voit que la surface interne du fourreau comporte des secteurs cylindriques 5 qui relient les canaux 4 de forme prismatique dans lesquels les supports diélectriques 3 sont insérés La figure 3 est une vue en perspective montrant l'extrémité du fourreau 2, sans l'hélice et les supports diélectriques, qui renferme la partie de l'hélice conique ayant le plus grand diamétre. La section interne du fourreau peut avoir une autre forme que celle qui est représentée à titre d'exemple sur les figures 2 et 3. Cette section interne doit cependant être symétrique de révolution autour de l'axe du tube si l'on excepte les gorges. L'intérêt de la section interne du fourreau qui est représentée sur les figures 2 et 3 est que dans l'intervalle entre les canaux, le fourreau comporte des secteurs cylindriques intérieurement et extérieurement 5 d'épaisseur constante Ces secteurs cylindriques d'épaisseur constante permettent de réaliser facilement la jonction de plusieurs lignes en hélice conique. L'invention permet donc d'utiliser pour supporter une hélice conique des baguettes diélectriques de hauteur constante et de fabrication standardisée, et donc peu coûteuses. Les figures 4, 5 et 6 sont des vues en coupe transversale o l'on voit l'hélice 1 qui peut être portée par une surface cylindrique ou conique les supports diélectriques 3 sur ces figures on a représenté trois supports diélectriques mais leur nombre peut être différent de trois le fourreau 2, qui est cylindrique extérieurement et dont la surface interne comporte des gorges 4 dans lesquelles sont insérées les baguettes diélectriques Dans l'intervalle entre les canaux le fourreau comporte des secteurs cylindriques 5, intérieu- rement et extérieurement, d'épaisseur constante. les figures 4, 5 et 6 montrent que l'on peut utiliser des baguettes diélectriques 3 présentant des sections différentes. Sur la figure 4, les baguettes diélectriques 3 comportent deux secteurs cylindriques 6 et 7, qui se font face et qui sont en contact avec l'hélice et avec les gorges du fourreau Sur la figure 5, les baguettes diélectriques 3 ont une section trapézoïdale Sur la figure 6, les baguettes diélectriques 3 ont une section rectangulaire. On peut fabriquer le fourreau utilisé dans l'invention par martelage On réalise un âme ayant une forme correspondant à la surface interne du fourreau portant des gorges On dispose autour de cette âme un tube cylindrique, en cuivre par exemple On donne par martelage au tube la forme de l'âme On extrait l'âme du fourreau ainsi fabriqué. On peut utiliser d'autres méthodes de fabrication comme le brochage, le formage par explosion ainsi que d'autres matériaux, comme l'acier inoxydable, le titane Si l'on veut utiliser un dispositif de focalisation par aimants permanents alternés, on rend la surface externe du fourreau cylin- drique au tour. Lorsque la focalisation est réalisée par solénoïde, cette der- nière étape n'est pas indispensable. REVENDICATIONS 1 Tube à onde progressive comportant une ligne à retard ( 1) du type en hélice placée dans un fourreau ( 2) auquel elle est fixée par l'intermédiaire de supports diélectriques ( 3) de hauteur (h) constante, caractérisé en ce que la surface interne de ce fourreau ( 2) porte des gorges ( 4) dans lesquelles sont insérés les supports diélectriques ( 3). 2 Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne à retard ( 1) du type en hélice est portée par une surface cylindrique et en ce que la profondeur (p) des gorges ( 4) est constante. 3 Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne à retard ( 1) du type en hélice est portée par une surface conique et en ce que la profondeur (p) des gorges ( 4) augmente avec le diamètre de la ligne. 4 Tube selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface externe du fourreau ( 2) est cylindrique. Tube selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le fourreau ( 2) comporte dans l'intervalle entre les canaux ( 4) des secteurs ( 5) cylindriques intérieurement et extérieurement, et d'épaisseur constante. 6 Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les supports diélectriques ( 4) comportent deux secteurs cylin- driques ( 6, 7) qui se font face et qui sont en contact avec l'hélice ( 1) et avec les gorges ( 4) du fourreau ( 2). 7 Tube selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les supports diélectrique ( 3) ont une section trapézoïdale. 8 Tube selon l'une des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que les supports diélectriques ( 3) ont une section rectangulaire. 9 Procédé de fabrication d'un fourreau ( 2) pour tube à onde progressive selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: on réalise une âme ayant une forme correspondant à la surface interne du fourreau ( 2) portant des gorges ( 4); 2543734- on dispose autour de cette âme un tube cylindrique; on donne par martelage au tube cylindrique la forme de l'âme; on extrait l'âme du fourreau ainsi fabriqué. 10 Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la surface externe du fourreau ( 2) est rendue cylindrique au tour.