Brevet FR2645676A1 — publié le 19901012

La présente invention concerne de façon générale des cathodes possédant une caractéristique améliorée d'émission d'électrons secondaires, et, plus spécialement des amplificateurs à champ croisé contenant ces cathodes. L'invention a été mise au point pour répondre à une demande qui vise à augmenter la durée de vie des amplificateurs à champ croisé utilisés dans les systèmes radar actuels sans pour autant sacrifier aucune des performances des amplificateurs à champ croisé. Les amplificateurs à champ croisé sont connus depuis plusieurs années. Ces amplificateurs sont typiquement utilisés dans les sytèmes électroniques qui demandent des tensions élevées, comme les systèmes radar. Typiquement, dans un tel amplificateur, la cathode est un émetteur du type thermoîonique qui fonctionne sur le principe du chauffage direct pour l'extraction des électrons. Un problème lié à l'utilisation de ces cathodes thermoîoniques dans des amplificateurs à champ croisé est leur durée de vie relati- vement courte, qui est généralement de l'ordre d'environ 1 000 h de fonctionnement. La défaillance de l'amplificateur à champ croisé qui résulte de la courte durée de vie de sa cathode thermoionique rend inopérant le système radar incorporant l'amplificateur à champ croisé. On sait qu'il est possible d'obtenir une durée de vie améliorée pour les amplificateurs à champ croisé en utilisant une cathode à émission non thermoionique. Typiquement, on peut employer des cathodes du type à émission secondaire, en métal pur, par exemple des cathodes faites de molybdène, de platine ou de nickel. Ces cathodes du type à émission secondaire fonctionnent sur le principe du bombardement du métal par des électrons pour l'extraction d'électrons supplémentaires, qui s'en vont alors en tournant vers une anode. Toutefois, les cathodes du type à émission secondaire actuellement existantes sont loin de satisfaire les exigences de performance des systèmes radar actuels, en particulier dans la région des limites du mode de courant. C'est donc un but de l'invention de produire un ampli- ficateur à champ croisé possédant une durée de vie améliorée. Un autre but de l'invention est de produire un ampLifi- cateur à champ croisé ayant une durée de vie améLiorée qui peut satisfaire ou dépasser les exigences de performance des systèmes radar existants dans Lesquels L'amplificateur doit être incorporé. Pour accomplir ces buts ainsi que d'autres buts, il est proposé une cathode du type à émission secondaire en platine possédant des caractéristiques améliorées d'émission secondaire. On obtient ces caractéristiques améliorées en formant des protu- bérances sur la surface de platine de La cathode. Les caracté- ristiques améliorées de l'émission secondaire augmentent les performances de la cathode et de l'amplificateur à champ croisé qui lui est associé, si bien qu'ils satisfont ou dépassent les exigences de performance des systèmes radar dans lesquels ils doivent être incorporés. Le concept de l'invention présentement décrit a été présenté au personnel technique de la Marine Nationale des Etats- Unis d'Amérique, Lequel a exprimé des doutes quant aux possibilités de fonctionnement de ce concept. Par conséquent, deux prototypes de tubes amplificateurs à champ croisé incorporant des cathodes à émission secondaire en platine améliorées ont été confiées à la Marine des EtatsUnis d'Amérique en vue d'essais expérimentaux. Ces essais ont démontré que le moletage de la surface de platine de la cathode améliorait suffisament les caractéristiques d'émission secondaire de la cathode pour satisfaire ou dépasser les exigences de performance des systèmes radar dans Lesquels elle est installée, tout en donnant une durée de vie beaucoup plus importante aux amplificateurs à champ croisé associés. 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 une figure unique. La figure unique est une vue en section droite de la chambre d'interaction d'un amplificateur à champ croisé typique, o la cathode moLetée selon l'invention est présenté en élévation latérale partielle. On se reporte maintenant à la figure unique. Elle représente une vue en section droite de l'aire d'interaction d'un amplificateur à champ croisé typique 10, qui comporte les extré- mités de deux aimants permanents 12 en forme de U. Les parties externes des aimants en forme de U, ainsi que les pattes de support de l'amplificateur à champ croisé, son boîtier externe, et le système de refroidissement ne sont pas représentés. Entre les branches de chaque aimant en forme de U, sont disposées des pièces polaires 16 qui passent dans les surfaces supérieure et infé- rieure d'un boîtier 18 de l'anode et de la cathode. On voit que l'anode est la surface extérieure du boîtier 18. Le lecteur comprendra que l'anode 20 est ordinairement dotée de plusieurs ailettes, non représentées, qui s'étendent en direction de la cathode 22 afin de former une région d'interaction avec celle-ci. Les ailettes de l'anode ont été omises de manière à permettre une présentation claire de la cathode 22 de l'invention. Deux ensembles guides d'ondes 32, dont un seul est représenté, partent du boîtier 18 de l'anode et de la cathode pour assurer le couplage de la puissance de sortie sur une charge externe. Une cathode 22 en forme de cuvette, représentée suivant une élévation latérale partielle, possède des anneaux protecteurs supérieur et inférieur 24 destinés à empêcher la fuite des électrons tandis qu'ils vont, en tournant, de la surface de la cathode 22 vers l'anode 20. Un tube de connexion haute tension 28 est raccordé à une barre de tension 30, laquelle est raccordée à la surface inférieure de la cathode 22. Dans le mode de réalisation préférée, la cathode 22 peut être maintenue à 55 000 volts par le potentiel appliqué à la barre de tension 30 via le tube de connexion 28. On comprendra que, dans un amplificateur à champ croisé typique 10, des électrons venant d'une cathode à émission thermo- ionique sont extraits de la cathode et se déplace dans le champ magnétique établi par les pièces polaires 16 en direction de l'anode 20, o ils pénètrent dans un ensemble guide d'onde 32 pour être utilisés sur une charge extérieure. L'invention remplace l'ancienne cathode émettrice du type thermoîonique par une cathode à émission secondaire en platine pur dont les surfaces d'émission sont dotées de protubérances ou de parties moletées 26 par application d'un procédé de moletage. Ainsi, on voit sur La figure unique que le moLetage des surfaces émettrices donne une série d'arêtes non parallèles formées par des sillons non paraLlèles s'entrecroîsant qui créent des protubé- rances émettrices en forme de bourrelets, soit des petites électrodes. Dans le mode de réalisation préféré, comme on peut le voir sur la figure unique, ces protubérances émettrices, ou petites électrodes, sont symétriques et sont uniformément réparties sur la surface de la cathode d'émission 22. Le moletage agit de deux manières pour améliorer la caractéristique d'émission secondaire des émetteurs secondaires. Tout d'abord, il augmente la surface effective de la cathode, si bien qu'il existe une plus grande aire pouvant être bombardée par des électrons ainsi qu'une plus grande aire de laquelle des électrons excités du métal peuvent s'échapper. En deuxième lieu, les crêtes et les creux du moletage augmentent la diversité des angles d'incidence que peuvent faire les électrons de bombardement avec la surface de la cathode. On note que l'angle d'incidence est défini comme étant l'angle qui existe entre La trajectoire d'un électron de bombardement et la perpendiculaire à l'aire d'impact des électrons à la surface de la cathode. Par conséquent, sur un certain pourcentage de la surface de la cathode, les électrons de bombardement auront de plus grands angles d'inci- dence avec la surface de la cathode que si le moletage n'existait pas. Ces électrons de bombardement pénétreront sous la surface de la cathode moins profondément que des électrons ayant de plus petits angles d'incidence. En conséquent, les électrons bombardés se trouvant dans la cathode seront eux-mêmes plus près de La surfae de la cathode, ce qui augmente La probabilité qu'ils s'échappent et prennent part à l'émission secondaire de la cathode. Ainsi, l'émission secondaire globale de la cathode est améliorée et, dans Le mode de réalisation préféré, les exigences de performance des systèmes radar dans lesquels la cathode et son amplificateur à champ croisé associé sont incorporés seront satisfaites. En conclusion, on comprendra que la description précé- dente et la figure unique ne se rapportent qu'à un seul mode de réalisation préféré de l'invention. D'autres modes de réalisation peuvent être utilisés sans sortir de l'esprit et du domaine de l'invention. Ainsi, à titre d'exemple, et sans limitation, les surfaces d'émission secondaire de la cathode 22 peuvent avoir plusieurs protubérances qui sont formées par un procédé autre qu'un moletage. De plus, la forme de la cathode 22 peut varier pour être adaptée à un amplificateur à champ croisé particulier ou à d'autres applications dans lesquelles -une émission secondaire améliorée est souhaitable. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif 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. Cathode possédant une surface d'émission d'électrons, caractérisée en ce qu'elle comprend: plusieurs protubérances symétriques (26) formées sur ladite surface émettrice d'électrons afin d'améliorer La caracté- ristique d'émission secondaire de ladite cathode (22). 2. Cathode seLon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites protubérances sont en forme de moletage. 3. Cathode selon la revendication 2, caractérisée en outre en ce que lesdites protubérances en forme de moletage sont réparties uniformément sur La surface émettrice d'électrons. 4. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en outre en ce que Ladite cathode possède une surface de platine. 5. Amplificateur à champ croisé (10) possédant une anode (20) et une cathode (22) établissant un champ électrique transver- salement à un champ magnétique, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs protubérances symétriques (26) formées à la surface de ladite cathode afin d'améliorer la caractéristique d'émission secondaire de la surface de ladite cathode. 6. Amplificateur à champ croisé selon La revendication 5, caractérisé en ce que lesdites protubérances sont en forme de moletage. 7. Amplificateur à champ croisé selon la revendication 6, caractérisé en outre en ce que lesdites protubérances en forme de moletage sont réparties uniformément sur la surface de ladite cathode. 8. Amplificateur à champ croisé selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que la surface de ladite cathode est une surface de platine.