Brevet FR2646284A1 — publié le 19901026

La présente invention concerne Les appareils d'amplifica- tion pour hautes fréquences et, plus particulièrement, mais non exclusivement, les klystrons ou les tétrodes de sortie inductives (IOT) pour Lesquels on souhaite réaliser un réglage d'accord aux hautes fréquences. Dans un klystron, un faisceau d'électrons est produit dans une cathode et est transmis, le long d'un tube de glissement, à une première cavité résonante, à laquelle est appliqué un signal de radiofréquence devant être amplifié, qui produit une modulation de vitesse des électrons. Le groupement des électrons provoqué par la modulation de vitesse est renforcé dans des cavités résonantes ultérieures. Le signal de radiofréquence amplifié est extrait de la cavité résonante finale et les électrons sont reçus par un collec- teur. Dans une IOT, l'amplification d'un signal de haute fré- quence est réalisée par modulation de densité d'un faisceau d'élec- trons à la cathode. Le dispositif comporte une cavité résonante o le signal amplifié est extrait. Un type de IOT est connu sous l'appellation de "Klystrode", qui est une marque déposée de la société Varian Associates. Alors qu'il est queLquefois acceptable d'utiliser des cavités résonantes possédant des fréquences de résonance fixes, on souhaite souvent pouvoir faire varier la fréquence pour réaliser l'accord. On peut accomplir ceci en modifiant le volume de la cavité par déplacement d'un élément d'accord, qui est souvent une porte formant une paroi de la cavité. Lorsqu'on emploie une semblable technique de réglage d'accord, chaque cavité comporte ordinairement deux éléments d'accord. Un mécanisme de tringlerie connecte les deux éléments afin d'assurer qu'ils se déplacent en synchronisme pour diminuer ou augmenter Le volume de la cavité. L'invention est née de la tentative de produire un méca- nisme de réglage d'accord perfectionné qui convient tout particu- lièrement pour être utilisé dans les cas o l'on emploie un accord sur le deuxième harmonique. SeLon l'invention, il est proposé un appareil d'amplifi- cation pour hautes fréquences, comprenant une cavité résonante et au moins deux portes de réglage d'accord que l'on peut déplacer pour changer le voLume de la cavité, les portes de réglage d'accord étant conçues pour se déplacer sur un arbre qui est au moins par- tieLLement placé dans la cavité qu'elles définissent. Grâce à L'invention, on peut mettre en oeuvre Le réglage d'accord de la fréquence de résonance sans augmenter sensiblement la place néces- saire pour loger la cavité. Ceci s'oppose au moyen classique de réglage d'accord, dans lequel les éléments d'actionnement servant à commander le déplacement des portes de réglage d'accord sont places à l'extérieur de la cavité. L'invention peut être appliquée de manière particulière- ment avantageuse lorsqu'il est nécessaire d'effectuer l'accord du deuxième harmonique. Par exemple, dans un klystron utilisé dans un émetteur de télévision fonctionnant dans la bande de 470 à 860 MHz, on peut souhaiter utiliser le réglage d'accord du deuxième harmo- nique dans la bande de 940 à I 720 MHz. Ceci peut être réalisé, dans un klystron à cavités externes, par remplacement des ailettes de refroidissement normalement prévues entre les cavités possédant une fréquence de résonance basse par une cavité résonante plus petite qui résonne sur le deuxième harmonique. La cavité du deuxième harmonique peut être construite de façon à n'occuper que la place limitée nécessaire aux ailettes de refroidissement, si bien qu'il n'est pas nécessaire de revoir de fond en comble la con- ception du dispositif. En particulier, la cavité du deuxième harmo- nique peut être placée à l'intérieur du bottier magnétique normale- ment prévu qui assure la concentration des électrons lorsque ceux-ci se déplacent le long du klystron, par exemple un bâti magnétique contenant des bobines de concentration qui sont normalement placées autour des ailettes de refroidissement. Un tel montage ne serait pas possible si l'on devait employer un mécanisme de réglage d'accord classique. De préférence, l'arbre est sensiblement constitué d'un matériau diélectrique, car celui-ci donne de bonnes caractéris- tiques électriques à l'intérieur de la cavité. Toutefois, l'arbre peut comprendre certaines parties métalliques et néanmoins cont- tinuer d'offrir un bon fonctionnement. Les portes de régLage d'accord peuvent être fixes par rapport à L'arbre, mais, de préférence, elles sont conçues de manière à pouvoir se dépLacer par rapport à ceLui-ci. On préfère que l'arbre soit fiLeté et que Les portes de réglage d'accord se déplacent par rapport à l'arbre Lorsqu'on fait tourner ce dernier. NormaLement, deux portes de réglage d'accord sont prévues, et, de préférence, elles sont toutes deux disposées de manière à se déplacer sur L'arbre fileté, Le filetage existant au niveau d'une première porte étant dans un sens opposé à celui de l'autre porte. Ainsi, Lorsqu'on fait tourner l'arbre dans un premier sens, Les portes se déplacent vers l'intérieur en direction L'une de l'autre, et, Lorsqu'on le fait tourner dans L'autre sens, elles s'écartent L'une de l'autre. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, deux arbres sont prévus, et les portes de réglage d'accord sont des- tinées à se déplacer sur les deux arbres. Ceci conduit à une struc- ture qui est mécaniquement stable et qui permet d'obtenir de petites variations de La fréquence de résonance. L'invention peut être appliquée à n'importe quel dispo- sitif qui utilise des cavités résonantes, mais il s'appliquera de manière particulièrement avantageuse aux klystrons ou aux IOT. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meiLLeure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 est une vue simplifiée d'une partie d'un klystron selon l'invention; - La figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant La ligne II-II de La figure I; et - la figure 3 ilLustre schématiquement une IOT selon L'invention. Un klystron selon l'invention comporte une section cathode dans laquelle un faisceau électronique est produit, une section d'interaction, dont une partie est schématiquement repré- sentée sur la figure 1, o la modulation de vitesse est imposée aux électrons se déplaçant Le Long du tube de glissement 1 depuis la 2646284 - cathode, dans le sens indiqué par La flèche, et une section collec- teur dans laquelle Les électrons sont reçus. La section d'interaction comporte un certain nombre de cavités résonantes externes 2, 3, 4 et 5 réparties Le long du dis- positif. Les cavités 2, 3, 4 et 5 sont destinées à résonner sensi- blement à la fréquence de la porteuse de radiofréquence appliquée à la cavité résonante d'entrée et chacune contient des portes de réglage d'accord 6, 7, 8 et 9 qui permettent de modifier le volume des cavités et, par conséquent, leurs fréquences de résonance. Le klystron est du type à cavités externes et comporte des fenêtres de céramique cylindriques 10, 11, 12 et 13 qui maintiennent l'inté- grité de l'enceinte sous vide au niveau des intervalles présents dans le tube de glissement 1 et par l'intermédiaire desquelles le couplage est réalisé dans les cavités. Des ailettes de refroidissement 14, 15 et 16 sont placées entre certaines des cavités résonantes 2, 3, 4 et 5, et celles-ci sont entourées par des bobines de concentration 17, 18 et 19 qui réalisent la concentration du faisceau électronique se déplaçant le long du dispositif. Le klystron comporte une cavité résonante plus petite 20, qui est conçue pour résonner sensiblement au deuxième harmonique de la porteuse de radiofréquence appliquée à la cavité d'entrée, la fréquence du deuxième harmonique étant double de la fréquence de la porteuse. La cavité du deuxième harmonique 20 est placée entre deux des plus grandes cavités, soit 3 et 4, en remplacement des ailettes de refroidissement normalement prévues. La cavité du deuxième harmonique comporte des portes de réglage d'accord 21 et 22 et est entourée par une bobine de concentration 23. La cavité du deuxième harmonique 20 est représentée de manière plus détaillée sur la figure 2. Deux plaques terminales 24 et 25 et des plaques de connexion 26 et 27 définissent une partie de la cavité 20. Les portes de réglage d'accord 28 et 29 servent d'autres parois pour la cavité. Les portes de réglage d'accord 28 et 29 sont toutes deux conçues pour se déplacer sur des arbres 30 et 31. Les arbres 30 et 31 s'étendent dans la cavité 20 et sont principalement composés d'un matériau diélectrique, mais des parties métalliques 32 et 33 sont disposées à mi-chemin de leur longueur. Chaque arbre comporte deux parties filetées, un premier filetage 34 étant un filetage à gauche, et l'autre filetage, 35, étant dans le sens opposé. Lors- qu'on fait tourner les arbres 30 et 31 dans un premier sens, Les portes de réglage d'accord 28 et 29 se rapprochent, et, lorsqu'on inverse le sens de rotation, elles s'écartent l'une de l'autre. Les portes de réglage d'accord 30 et 31 sont connectées par l'inter- médiaire d'une bande souple 36 à un élément rotatif 37 assurant que les portes se déplaceront dans Le même sens à la même vitesse. Ce moyen est prévu des deux côtés de la cavité afin de permettre d'effectuer le réglage d'accord depuis l'un ou l'autre côté. Alors que l'invention a été décrite sur les figures 1 et 2 en relation avec un klystron, eLLe pourrait naturellement être appliquée à d'autres dispositifs dans lesquels le réglage d'accord d'une cavité résonante est nécessaire. Comme représenté sur la figure 3, une IOT (tétrode de sortie inductive) comporte une cathode 38 et une grille de modula- tion 39 qui produisent ensemble un faisceau électronique modulé en densité. Après accélération par une électrode 40, les électrons du faisceau arrivent en une cavité résonante 41, o un signal amplifié est extrait. Les électrons tombent ensuite sur les surfaces d'un collecteur 42. La cavité résonante 41 comporte des portes de réglage d'accord 43 et 44 qui sont conçues pour se déplacer sur deux arbres, un seul d'entre eux, 45, étant représenté, de la même façon qu'avec le mécanisme illustré sur la figure 2. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. AppareiL d'amplification pour hautes fréquences, com- prenant une cavité résonante et au moins deux portes de réglage d'accord que l'on peut déplacer pour changer le volume de la cavité, caractérisé en ce que Les portes de réglage d'accord (28, 29) sont conçues pour se déplacer sur un arbre (30, 31) qui est au moins partiellement placé dans la cavité (20) qu'elles définissent. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre (30, 31) est sensiblement constitué d'un matériau diélectrique. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'arbre (30, 31) est fileté et les portes de réglage d'accord (28, 29) sont destinées à se déplacer par rapport à l'arbre lorsqu'on fait tourner ce dernier. 4. Appareil seLon la revendication 3, caractérisé en ce que l'arbre (30, 31) est fileté de façon que le filetage (34) exis- tant au niveau d'une première porte (28) soit dans le sens opposé de celui existant au niveau de l'autre porte (29). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il comporte deux arbres (30, 31), les portes de réglage d'accord (28, 29) étant destinées à se déplacer sur les deux arbres. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité résonante (20) est conçue pour produire le réglage d'accord du deuxième harmonique. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la cavité résonante (20) est sensiblement entourée par une bobine de concentration (23). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la cavité est une cavité résonante externe (20). 9. Klystron, caractérisé en ce qu'il comprend l'appareil d'amplification pour hautes fréquences selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Tétrode de sortie inductive, caractérisde en ce qu'elle comprend l'appareil d'amplification pour hautes fréquences selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.