Brevet FR2650702A1 — publié le 19910208

TUBE IIHYPERFREQUENCE MUNI AU MOINS D'UNE PIECE AXIALE EMMANCHEE A FROID DANS UNE ENVELOPPE COAXIALE. La présente invention concerne les tubes hyperfréquences munis au- moins d'une pièce axiale montée par emmanchement à froid dans une enveloppe coaxiale. L'invention s'applique principalement aux lignes à retard en hélice des tubes à ondes progressives ainsi qu'aux canons ou aux collecteurs des tubes hyperfréquences à interaction longitudinale. Un tube à ondes progressives est constitué - par l'association d'un faisceau d'électrons long et fin et d'une ligne à retard destinée à guider une onde hyperfréquence devant être amplifiée.'- Cette ligne à retard est souvent en forme d'hélice. Elle est métallique. Elle est maintenue centrée par au moins trois entretoises diélectriques en forme de bâtonnets puis est introduite dans une enveloppe métallique en forme de fourreau. L'hélice peut être constituée de plusieurs tronçons successifs. On pourra déposer sur les bâtonnets, au niveau de deux extrémités de tronçons d'hélice en regard, des atténuations. Cela permet d'éviter que le tube oscille et cela augmente son gain. Le faisceau d'électrons est produit par un canon placé en entrée de la ligne à retard et est recueilli dans un collecteur placé en sortie de la ligne à retard.- Un dispositif de focalisation entoure la ligne à retard de manière à faire converger le faisceau d'électrons. Le fourreau a souvent la forme d'un cylindre de révolution. Il est coaxial avec la ligne à retard en hélice. Le fourreau peut être constitué par des rondelles métalliques successives. Il permet de maintenir un vide poussé à l'intérieur du tube et peut aussi servir de focalisateur. Lorsque le tube à ondes progressives fonctionne en continu, l'hélice s'échauffe fortement. Cet échauffement est dû à la puissance libérée par les électrons du faisceau qui percutent l'hélice et aux pertes par effet Joule de l'hélice. Cet échauffement est lié au niveau de puissance moyenne du tube. Afin de limiter cet échauffement on est amené d'une part à choisir des matériaux adaptés pour l'hélice, les bâtonnets et le fourreau et d'autre part à assurer un très bon contact entre l'hélice et les bâtonnets et entre les bâtonnets et le fourreau. L'hélice est souvent réalisée en tungstène ou en molybdène, les bâtonnets en nitrure de bore, en alumine ou en oxyde de béryllium et les rondelles du fourreau en fer et en inox et elles sont alternées. Actuellement deux méthodes principales permettent de monter l'hélice entourée des bâtonnets dans le fourreau. La première consiste à emmancher en force l'ensemble hélice-bâtonnets dans le fourreau. Cette méthode nécessite un contrôle très précis des dimensions des pièces pour obtenir un serrage satisfaisant. Leurs tolérances doivent être extrêmement faibles de l'ordre de 5 à 7 micromètres. La seconde méthode qui est fréquemment employée consiste à chauffer le fourreau pour qu'il se dilate puis à introduire l'ensemble hélicebâtonnets à l'intérieur. Le serrage est obtenu au refroidissement. A chaud, le jeu requis pour pouvoir introduire l'ensemble hélice-bâtonnets est de l'ordre de 0,02 à 0,03 millimètres. Cette méthode comporte néanmoins de graves inconvénients. La mise en oeuvre est longue et délicate. Le fourreau doit être chauffé à environ 700 C. L'opération de chauffage prend plusieurs heures celle de refroidissement aussi. Lorsque l'on introduit l'ensemble hélice-bâtonnets dans le fourreau chaud, on risque de détériorer par oxydation les atténuations que l'on a déposées sur les bâtonnets. Cette méthode nécessite quand même des tolérances de pièces relativement serrées. 26 5 0 7 02 La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un tube hyperfréquence muni au moins d'une pièce axiale montée dans une enveloppe par emmanchement à froid. Ce - montage ne nécessite ni chauffage, ni déformation au préalable de la pièce ou de l'enveloppe. Les tolérances requises sont plus * Iarges que dans l'art antérieur. La présente invention propose un tube hyperfréquence muni au moins d'une pièce axiale, supportée par au moins trois entretoises et emmanchée à froid dans une enveloppe coaxiale caractérisé en ce que la surface extérieure de la pièce ou la surface intérieure de l'enveloppe comporte au moins un relief destiné à bloquer une entretoise afin- que l'ensemble pièce-entretoises soit serré dans l'enveloppe, le blocage étant obtenu par un déplacement relatif entre au moins une entretoise et la surface comportant le relief. Le relief comporte une zone de blocage qui est en contact avec la surface extérieure d'une entretoise Iorsque l'ensemble pièce-entretoises est serré dans l'enveloppe. Le relief est obtenu par brochage, tréfilage usinage - ou toute autre méthode. Le tube hyperfréquence peut être un tube à ondes progressives la pièce étant une ligne à retard en hélice serrée dans un fourreau. La pièce peut aussi être le canon ou le collecteur d'un tube à interaction longitudinale. Le déplacement est généralement une rotation, L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par les figures annexées qui représentent:- - la figure 1: une coupe transversale d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'art antérieur.; - la figure 2: une coupe transversale d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention - la figure 3: une coupe transversale d'une première variante d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention; - la figure 4: une coupe transversale d'une seconde variante d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives selon l'invention; - la figure 5a: une coupe longitudinale d'un outillage permettant le serrage d'un ensemble hélice-bâtonnets dans un. fourreau; - la figure 5b: une coupe transversale du même outillage; - la figure 6a: une coupe longitudinale d'un collecteur d'un tube hyperfréquence selon l'invention - la figure 6b: une coupe transversale du même collecteur -la figure 7a: une coupe longitudinale d'un canon à électrons d'un tube hyperfréquence selon l'invention - la figure 7b: une coupe transversale du même canon. La figure 1 représente, en coupe transversale, une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives, montée coaxialement dans un fourreau 2 métallique. L'hélice porte la référence 1. Cette hélice 1 est supportée par au moins trois bâtonnets 3 diélectriques qui permettent de la centrer dans le fourreau 2. Ils assurent aussi le serrage de l'ensemble hélice-bâtonnets dans le fourreau 2. On a représenté le fourreau 2 en forme d'un tube cylindrique. Le montage de l'hélice 1 dans le fourreau 2 se- fait fréquemment à chaud. On chauffe le fourreau 2 et il se dilate on peut introduire à l'intérieur l'ensemble hélice-bâtonnets. Le serrage requis est obtenu lors du refroidissement du fourreau 2. Afin de limiter l'échauffement de l'hélice lorsque le tube hyperfréquence fonctionne, il faut assurer un très bon contact d'une part entre la surface extérieure 4 de l'hélice 1 et une première face 5 des bâtonnets 3 et d'autre part entre une seconde face 7 des bâtonnets 3 et la surface intérieure 6 du fourreau 2. Les faces 5,7 sont opposées. On choisira pour Ies deux faces 5,7 des dimensions et des formes adaptées respectivement à la surface extérieure 4 de l'hélice 1 et à la surface intérieure 6 du fourreau 2. Sur la figure, la surface extérieure 4 de l'hélice 1 et la surface. intérieure 6 du fourreau 2 sont cylindriques. Les bâtonnets 3 ont une section droite sensiblement trapézoïdale. Ils sont régulièrement espacés autour de I'hélice 1. La figure 2 représente en coupe longitudinale une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives conforme à l'invention, montée dans un fourreau 12 coaxial. L'hélice porte la référence 11. L'hélice 11 est supportée par au moins trois bâtonnets 13 diélectriques qui la centrent dans le fourreau 12. Ces bâtonnets 13 assurent aussi le serrage de l'ensemble hélice-bâtonnets dans le fourreau 12. Ils ont une section droite sensiblement rectangulaire. Le fourreau est réalisé à partir d'un tube métallique cylindrique, Maintenant la surface intérieure 16 du fourreau 12 comporte au moins un relief 18. Ce relief 18 est destiné à bloquer au moins un bâtonnet 13 de manière à assurer le serrage de l'ensemble hélicebâtonnets dans le fourreau 12. Le relief 18 comporte au moins une zone de blocage 20. Sur la figure 2 on a représenté autant de reliefs 18 que de bâtonnets 13, c'est à dire trois. Ces reliefs 18 comportent une seule zone de blocage 20 suivie d'une entaille 19; cette dernière est parallèle à l'axe du fourreau 12. Les entailles 19 ont été effectuées par brochage ou usinage à l'intérieur du tube dont l'épaisseur a été choisie correctement. Un côté 17 de chaque entaille 19 s'étend suivant un rayon du tube. On a représenté sur la figure 2 une surface 15 en forme de demi-croissant, en pointillés. Elle s'appuie sur le côté 17. Cette surface 15 correspond à la matière retirée en réalisant - une entaille 19. La zone de blocage 20 s'étend jusqu'au côté 17 dans la partie du tube o l'on n'a pas retiré de matière. Chacun des bâtonnets sera en contact d'un côté havec l'hélice 11 et de l'autre avec le fourreau 12 dans une zone de blocage 20 à proximité d'une entaille 19 lorsque l'ensemble hélice-bâtonnets est serré dans le fourreau. Les dimensions des bâtonnets 13 devant être bloqués au niveau d'un relief 18 seront choisies convenablement. Les bâtonnets sont répartis de préférence, régulièrement autour de l'hélice 1i. Les reliefs 18 sont disposés de manière à ce qu'un bâtonnet 13 vienne en contact avec une zone de blocage 20. Cette figure n'est qu'un exemple et les formes possibles de reliefs 18 sont extrêmement variées. Il suffit que les reliefs 18 s'étendent sur toute la longueur du fourreau pour bien évacuer la chaleur produite par l'hélice. On pourrait envisager qu'un tel fourreau soit réalisé par tréfilage en utilisant une filière adaptée.. 1.5 Le montage de l'ensemble hélice-bâtonnets dans le fourreau est alors très simple. Il suffit de mettre en place les bâtonnets 13 autour de l'hélice 11 puis d'introduire l'ensemble en prenant soin de placer les bâtonnets dans une zone dégagée. Sur la figure 2, une zone dégagée correspond par exemple à une entaille 19. Le blocage des bâtonnets est obtenu par un déplacement relatif des bâtonnets 13 par rapport à la surface comportant les reliefs 18. Ici, on tournera dans le sens de la flèche l'ensemble hélice-bâtonnets jusqu'à ce que chaque bâtonnet 13 vienne en contact avec une zone de blocage 20. Pendant cette rotation, le fourreau est fixe. Si maintenant l'ensemble hélice-bâtonnets reste fixe et que le fourreau 12 tourne sur lui-même on obtient le même résultat. Un outillage adapté permet d'effectuer ces mouvements en rotation. Il sera décrit aux figures 5a et 5b. Le montage se fait à froid, le risque de détérioration par oxydation des atténuations déposées sur les bâtonnets est considérablement diminué. La figure 3 représente en coupe transversale une variante d'une ligne à retard en hélice d'un tube à ondes progressives 26507C2 selon l'invention. L'hélice 21 est montée dans un fourreau 22. Le fourreau est un tube cylindrique coaxial avec l'hélice. L'hélice 21 a une surface extérieure 24 cylindrique. L'hélice 21 est supportée par trois bâtonnets 23 diélectriques qui la maintiennent serrée et centrée à l'intérieur du fourreau 22. La surface intérieure 26. du fourreau 22 comporte des reliefs 28 dont le nombre est ici égal à celui des bâtonnets 23. Ces reliefs 28 sont destinés à bloquer chacun un bâtonnet. Ils comportent au moins une zone de blocage. Pour faciliter la construction et le montage, les reliefs 28 sont identiques. Il aurait pu en être autrement. La forme et les dimensions des bâtonnets 23 sont adaptées aux reliefs. Chaque relief 28 est constitué d'une protubérance 27 dont le sommet dirigé vers le centre du fourreau comporte une rainure 29. C'est dans- cette rainure 29 que se logera le bâtonnet 23. Le fond et/ou les côtés de cette rainure 29 forment la zone de blocage. Les reliefs 28 sont répartis régulièrement sur la surface intérieure du fourreau. La figure 4 représente une autre variante d'une ligne à retard en hélice, montée dans un fourreau 32. Les éléments de cette figure sont pratiquement semblable à ceux de la figure 3. Les éléments identiques portent les mêmes références. II y a trois bâtonnets 23,30. Un seul bâtonnet 23 est bloqué par un relief 28 identique à celui de la figure 3. Le fourreau 32 a une surface intérieure 36 cylindrique sauf au niveau du relief 28. Les deux autres bâtonnets 30 ont une face 31 en contact avec la surface extérieure 24 de l'hélice 21 et une autre face 33 en contact avec la surface intérieure 36 du fourreau 32. Les faces 31 et 33 sont opposées. Le bâtonnet 23 et les bâtonnets 30 n'ont pas les mêmes dimensions. La figure Sa et la figure 5b représentent respectivement en coupe longitudinale et transversale, un outillage adapté au montage des pièces axiales d'un tube hyperfréquence selon l'invention dans une enveloppe. L'exemple décrit permet le montage d'une ligne à retard en hélice 51 dans un fourreau 52. Le fourreau 52 sert aussi de dispositif de focalisation. Au moins trois bâtonnets 53 supportent l'hélice et assurent un bon serrage dans le fourreau 52. On a placé entre deux bâtonnets 53 consécutifs un gabarit 54. Ce gabarit occupe tout l'espace compris entre les deux bâtonnets 53, l'hélice 51 et le fourreau 52. Il y a trois gabarits 54. Ces gabarits 54 sont plus longs que l'hélice et sont fixés sur un bâti 55. Le fourreau 52 est pris dans un mandrin 56 qui comporte une manette 57 que l'on peut déplacer. Le déplacement de la manette 57 entraîne dans un mouvement de rotation le mandrin 56 et le fourreau 52. L'ensemble hélicebâtonnets reste fixe grâce aux gabarits 54 solidaires du bâti 55. Le déplacement en rotation du fourreau 52 permet aux bâtonnets de se bloquer. Le serrage du mandrin 56 autour du fourreau 52 peut se faire par un système à vis 58'. La manette peut comporter une clef dynamométrique de façon à contrôler le serrage. On pourrait aussi envisager, au contraire, que le fourreau reste fixe, en. le maintenant dans un mandrin fixe et que l'ensemble hélice-bâtonnets se déplace en rotation grâce à un mouvement de rotation appliqué aux gabarits. Un tel outillage n'est pas représenté. La présente invention peut sTappliquer à tout tube hyperfréquence muni d'une pièce axiale montée dans une enveloppe coaxiale. Cette pièce peut être par exemple un canon ou un collecteur d'un tube à interaction longitudinale. L'invention n'est pas limitée à une ligne à retard. Un tube hyperfréquence à interaction longitudinale comporte un canon produisant un faisceau d'électrons longitudinal. Ce faisceau d'électrons traverse une structure hyperfréquence puis est recueilli dans un collecteur. Les figures 6a et 6b représentent respectivement une coupe longitudinale et transversale d'un collecteur 60 d'un tube hyperfréquence à interaction longitudinale. Ce collecteur 60 a généralement la forme d'un cylindre creux placé dans le prolongement de l'axe du tube. Le collecteur 60 est métallique. Il est monté dans une enveloppe 61 coaxiale. Cette enveloppe 61 assure l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur du tube. En effet un vide poussé règne à l'intérieur du tube. : Le collecteur 60 est supporté par au moins trois entretoises 62 en forme de -tige de section droite sensiblement rectangulaire. Elles sont réalisées dans un matériau à la fois isolant électriquement et bon conducteur de la chaleur. Le collecteur 60 en recueillant un faisceau d'électrons s'échauffe considérablement et il faut évacuer cette chaleur vers l'enveloppe 61. On désire en conséquence -un très bon contact d'une part entre le collecteur 60 et les entretoises 62 et d'autre part entre les entretoises 62 et l'enveloppe 61. On recherche que - l'ensemble collecteur-entretoises soit convenablement serré dans l'enveloppe. La surface intérieure 63 du collecteur 60 est cylindrique tandis que sa surface extérieure 64 est hexagonale. Deux côtés opposés 69,70 d'une entretoise 62 - sont en contact respectivement avec l'enveloppe 61 et le collecteur 60. Le côté 70 est totalement en contact avec un côté de l'hexagone. L'enveloppe 61 est un tube cylindrique coaxial avec le collecteur 60, sa surface intérieure 65 comporte au moins un relief 66. On a représenté autant de reliefs 66 que d'entretoises 62. Il pourrait y en avoir moins ou plus. Ces reliefs 66 ont la même forme que ceux représentés à la figure 2. On distingue la zone de blocage - 67 et l'entaille 68. Chaque relief est destiné à bloquer une entretoise 62 afin de pouvoir serrer l'ensemble collecteur-entretoises dans l'enveloppe 61. - Le montage du collecteur 60 dans l'enveloppe 61 est réalisé de la même manière que celui de l'hélice. On introduit l'ensemble collecteur-entretoises dans l'enveloppe 61 en ayant soin de placer les entretoises 62 dans une zone dégagée. C'est ce qui est représenté sur la figure 6b. Les entretoises sont proches de l'entaille 68. Le blocage est obtenu par un déplacement de l'ensemble collecteur-entretoises dans le sens de la flèche, jusqu'à ce que les entretoises 62 soient coincées au niveau d'une zone de blocage 67. Il s'agit d'un mouvement en rotation. Pendant ce mouvement l'enveloppe 61 est fixe. On aurait pu aussi déplacer en rotation l'enveloppe 61, l'ensemble collecteur-entretoises restant fixe. Les figures 7a,7b représentent respectivement une coupe longitudinale et transversale d'un canon à électrons 80 d'un tube hyperfréquence à interaction longitudinale. Ce canon 80 est placé dans le prolongement de l'axe du tube et est monté dans une enveloppe 71 coaxiale. Le canon à électrons comporte une cathode 74 qui émet un faisceau d'électrons vers une anode 76. On a représenté une autre électrode 75 qui peut servir à moduler en impulsions le faisceau d'électrons. L'anode 76 et l'électrode 75 sont percées en leur centre pour laisser passer le faisceau d'électrons. Le faisceau d'électrons n'est pas représenté. Le canon 80 est supporté par au moins trois entretoises 73. Ici les électrodes 74,75,76 sont supportées chacune par trois entretoises 73. Ces entretoises 73 isolent les électrodes 74,75,76 les unes des autres. Elles sont généralement en céramique et ont la forme de tiges cylindriques. Elles permettent de centrer le canon 80 dans l'enveloppe 71. L'enveloppe 71 est généralement en métal, tel.que le fer doux par exemple. Elle sert à maintenir un vide poussé à l'intérieur du canon et a aussi un rôle magnétique. L'enveloppe est un tube, sa surface intérieure est cylindrique. Sur la figure 7b qui est une coupe transversale on a représenté deux des électrodes 75,76. Elles sont en forme de prisme droit dont. la section droite est sensiblement un triangle isocèle. Chaque arrête du prisme est coupée par une surface 72 sensiblement concave. Maintenant c'est la surface extérieure 77,78 des électrodes 76,75 qui comporte au moins un relief 79 destiné à bloquer une entretoise 73. Les reliefs 79 sont constitués ici par les surfaces concaves 72. Il y a autant de reliefs 79 que d'entretoises 73 et ils sont tous identiques. Ces surfaces concaves 72 forment aussi la zone de blocage. Le montage du canon est comparable à ce qui a été décrit précédemment. On place les entretoises autour des électrodes en prenant soin qu'elles ne soient pas en contact avec les reliefs 79 puis on introduit l'ensemble électrodes-entretoises dans l'enveloppe 71, enfin on entraîne en rotation chaque électrode 74,75,76 séparément de manière à ce que les entretoises se bloquent. L'enveloppe reste fixe, les entretoises aussi. On utilisera un outillage adapté, comparable à celui décrit aux figures 5a et 5b. La présente invention permet une réduction du coût du tube hyperfréquence grâce à une réduction du temps de sonr montage. Le coût des éléments utilisés (pièces axiales entretoises, enveloppe) est aussi diminué. Les tolérances requises sont plus larges que dans la technique antérieure. Des tolérances de 0,1 à 0,2 milimètres sont acceptables. L'utilisation de fluides tels que l'azote hydrogéné pour éviter l'oxydation n'est plus nécessaire avec ce montage à froid. Le montage des pièces axiales peut se faire dans des enveloppes appartenant à des sous ensembles déjà assemblés et pouvant comporter des fenêtres hyperfréquences par exemple. Dans la technique antérieure, à chaud, Ies pièces fragiles étaient assemblées après, pour éviter leur rupture. L'invention n test pas limitée aux exemples décrits en particulier en ce qui concerne les formes des reliefs, des entretoises, des surfaces intérieures des enveloppes et des surfaces extérieures des pièces axiales. REVENDICATIONS 1 - Tube hyperfréquence muni au moins d'une pièce axiale (11,21,60,80) supportée par au moins trois entretoises (13,23,30,62,73) et emmanchée à froid dans une enveloppe (12,22,32) coaxiale caractérisé en ce que la surface extérieure de la pièce (11,21,60,70) ou la surface intérieure de l'enveloppe (12,22,32) comporte au moins un relief (18,28,79,66) destiné à bloquer une entretoise afin que l'ensemble pièce-entretoises soit serré dans l'enveloppe, le blocage étant obtenu par un déplacement relatif entre au moins une entretoise 10. et la surface comportant le relief. 2 - Tube hyperfréquence selon la revendication 1 caractérisé en ce que le relief comporte 'une zone de blocage en contact avec la surface extérieure de l'entretoise lorsque l'ensemble pièce-entretoises est serré dans l'enveloppe. 3 - Tube hyperfréquence selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le relief est obtenu par brochage, tréfilage, usinage ou tout autre méthode. 4 - Tube hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le déplacement est une rotation. 5 - Tube hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que c'est un tube à ondes progressives, la pièce axiale étant une ligne à retard en hélice et l'enveloppe un fourreau (12,22). 6 - Tube hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que c'est un tube à interaction longitudinale, la pièce étant un canon à électrons (80). 7 - Tube hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que c'est un tube à interaction longitudinale, la pièce étant un collecteur (60).