Brevet FR2659492A1 — publié le 19910913

La présente invention concerne un appareil amplifi- cateur à hautes fréquences et plus précisément elle con- cerne les appareils dans lesquels l'amplification d'un signal appliqué à hautes fréquences est obtenue par modula- tion d'un faisceau d'électrons. Il existe plusieurs types d'appareils dans lesquels l'amplification d'un signal appliqué à hautes fréquences peut être obtenue par modulation d'un faisceau d'électrons. Par exemple, dans un klystron, le signal à amplifier est couplé à une cavité résonante d'entrée et crée un champ électrique qui agit sur les électrons du faisceau et modifie leur vitesse en assurant leur regroupement Il existe habituellement plusieurs cavités résonantes succes- sives qui permettent une accentuation du degré de rassem- blement et une cavité résonante finale dans laquelle le signal amplifié est extrait Après la cavité finale, les électrons sont dirigés vers une section collectrice dans laquelle ils viennent frapper une surface. Une autre catégorie d'appareils amplificateurs est celle connue sous le nom de tétrode inductive de sortie (IOT), par exemple du type "Klystrode" de Varian Asso- ciates Un tel appareil utilise une modulation de densité du faisceau électronique et comporte aussi une section collectrice analogue à celle qui est utilisée dans les klystrons. Les électrons qui atteignent le collecteur ont une énergie relativement grande et leur impact sur ses surfaces a tendance à provoquer la création d'électrons secondaires. Les électrons secondaires peuvent se déplacer en sens opposé au sens des électrons du faisceau et peuvent revenir suffisamment loin le long du klystron, de la tétrode inductive de sortie ou d'un autre dispositif pour perturber son fonctionnement et provoquer une détérioration de ses performances. Le collecteur peut travailler en mode "appauvri" dans lequel il est maintenu à un potentiel négatif afin que le rendement de fonctionnement de l'appareil soit accru Le collecteur peut être du type à plusieurs étages, comprenant un certain nombre d'électrodes qui sont maintenues à des tensions négatives respectives différentes Cependant, comme le collecteur est maintenu à un potentiel négatif, les électrons secondaires qui peuvent être émis ont ten- dance à être accélérés le long du tube, vers la cavité résonante finale. L'invention concerne la réalisation d'un appareil perfectionné d'amplification. Plus précisément, l'invention concerne un appareil amplificateur à hautes fréquences qui comprend un disposi- tif destiné à moduler un faisceau d'électrons et à provo- quer l'amplification d'un signal appliqué à hautes fré- quences, une cavité résonante à partir de laquelle le signal amplifié à hautes fréquences est extrait, un collec- teur destiné à recevoir les électrons du faisceau après extraction du signal amplifié, et un dispositif destiné à créer un champ magnétique dans la région comprise entre la cavité résonante et le collecteur, l'amplitude du champ magnétique changeant avec la distance le long du trajet du faisceau d'électrons Le champ magnétique peut être produit uniquement le long du collecteur par exemple, ou il peut s'étendre jusqu'à la cavité résonante ou par exemple de la cavité résonante jusqu'au début du collecteur. Grâce à la mise en oeuvre de l'invention, les électrons qui proviennent du collecteur et dirigés vers la cavité résonante ont tendance à être supprimés Le champ magnétique est de préférence périodique afin que son amplitude atteigne au moins un maximum et un minimum La disposition peut être telle que la variation périodique, le long du faisceau électronique, ait tendance à dévier les électrons secondaires produits au niveau du collecteur vers les surfaces collectrices, si bien que leur retour vers la cavité résonante finale est empêché. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le champ magnétique a le même sens le long du trajet du faisceau électronique, et donne une bonne focalisation. Dans un autre mode de réalisation, le champ magnétique change de sens avec la distance, le long du trajet du faisceau. Il est préférable que le collecteur fonctionne en mode appauvri et donne un bon rendement de fonctionnement, l'invention étant particulièrement utile dans cet appareil. Le collecteur peut être du type à un seul étage ou à plusieurs étages. L'invention s'applique à tous les types d'appareils amplificateurs dans lesquels un faisceau d'électrons est modulé et est reçu par un collecteur après que le signal amplifié a été couplé par une cavité résonante, par exemple dans des klystrons, des tétrodes inductives de sortie et des tubes à ondes progressives. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente schématiquement un klystron réalisé selon l'invention; la figure 2 est une coupe schématique d'une tétrode inductive de sortie selon l'invention; les figures 2 a et 2 b sont des graphiques illustrant le fonctionnement de la tétrode inductive de la figure 2; et les figures 3, 4 et 5 sont des coupes schématiques d'autres tétrodes inductives de sortie selon l'invention. On se réfère à la figure 1; un klystron comporte une section 1 génératrice d'un faisceau électronique, une section 2 d'interaction et une section collectrice 3, le collecteur étant destiné à fonctionner en mode appauvri. Un faisceau électronique est créé à la cathode 4 qui est entourée par une électrode 5 de focalisation, et il est transmis par l'intermédiaire d'une électrode 6 de modula- tion dans la région d'interaction 2 Un signal à hautes fréquences qui doit être amplifié est couplé à une première cavité résonante 7 dans la région 2 d'interaction Le champ électrique produit transversalement au faisceau d'électrons provoque une modulation de vitesse des électrons et la création d'un regroupement Les cavités suivantes 8, 9 et augmentent le regroupement des électrons Le signal amplifié à hautes fréquences est couplé à partir de la cavité résonante finale 10. Le faisceau électronique est reçu par la section collectrice 3, les électrons du faisceau tombant sur la surface métallique du collecteur 11 Le collecteur cylin- drique Il est entouré coaxialement par des aimants perma- nents 12 qui sont disposés afin qu'ils créent un champ magnétique périodique le long de la section collectrice, le sens du champ changeant à certains intervalles le long du trajet du faisceau Les électrons secondaires qui peuvent être produits par le choc d'électrons de forte énergie présents dans le faisceau sont soumis au champ magnétique produit par le matériau 12 et ont ainsi tendance à ne pas retourner le long du klystron. On se réfère à la figure 2; une tétrode inductive de sortie comporte une cathode 13 et une grille 14 de modulation qui créent ensemble un faisceau électronique modulé en densité Après accélération par une électrode 15, les électrons du faisceau arrivent dans une cavité réso- nante 16 au niveau de laquelle un signal amplifié est extrait Les électrons parviennent sur les surfaces d'un collecteur 17 qui est entouré par des bobinages 18 Ces derniers sont destinés à créer un champ magnétique dans une région qui va de la cavité 16 sur une partie de la longueur du collecteur 18. Dans un mode de fonctionnement, le courant circulant dans chacun des bobinages 18 a toujours le même sens et le champ magnétique résultant ne change donc pas de sens le long du trajet du faisceau électronique Un plus petit courant circule dans le bobinage central parmi les trois afin que le champ magnétique varie périodiquement en amplitude comme représenté sur la figure 2 a, les ordonnées représentant l'amplitude du champ magnétique et les abscisses correspondant à la distance le long de la tétrode inductive de sortie. Dans un autre mode de fonctionnement, le courant circulant dans le bobinage central a un sens inverse de celui des courants des autres bobinages, si bien que le champ magnétique résultant change de sens comme indiqué sur la figure 2 b. On se réfère maintenant à la figure 3; une autre tétrode inductive de sortie est analogue à celle qui est représentée sur la figure 2, mais, dans cet appareil, un champ magnétique périodique est produit dans la région comprise entre la cavité résonante et le début du collec- teur, par deux bobinages 19. La figure 4 représente une tétrode inductive de sortie dans laquelle le champ magnétique produit par des bobinages 20 qui l'entourent pénètre dans la région de collecteur, le bobinage final entourant le collecteur. La figure 5 représente un mode de réalisation de l'invention dans lequel la tétrode inductive de sortie a un collecteur à plusieurs étages, des éléments du collecteur étant maintenus à des tensions différentes les unes des autres. Evidemment, le champ magnétique destiné à un klys- tron peut être produit par des bobinages, et celui qui est destiné à une tétrode inductive sortie peut être produit par des aimants permanents. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux appareils amplificateurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Appareil amplificateur à hautes fréquences, du type qui comprend un dispositif de modulation d'un faisceau électronique destiné à assurer une amplification d'un signal appliqué à hautes fréquences, une cavité résonante dont le signal amplifié à hautes fréquences est extrait, et un collecteur destiné à recevoir les électrons du faisceau après extraction du signal amplifié, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif ( 3, 18, 19, 20) destiné à créer un champ magnétique dans une région comprise entre la cavité résonante ( 10, 16) et le collecteur ( 11, 17), l'amplitude du champ magnétique changeant avec la distance le long du trajet du faisceau d'électrons. 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique a le même sens le long du trajet du faisceau d'électrons. 3 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique change de sens avec la distance le long du trajet du faisceau d'électrons. 4 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le champ magné- tique est périodique dans la direction du trajet du fais- ceau d'électrons. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le champ magnétique est produit entre la cavité résonante ( 16) et le début du collecteur ( 17). 6 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que le champ magnétique est produit sur la longueur du collecteur ( 11) seulement. 7 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des aimants permanents ( 3) destinés à entourer le trajet du faisceau d'électrons afin qu'ils créent le champ magnétique. 8 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs bobinages ( 18, 19, 20) destinés à créer le champ magnétique. 9 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le collecteur ( 17) est disposé afin qu'il fonctionne en mode appauvri. Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le collecteur est d'un type à plusieurs étages. 11 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que l'appareil ampli- ficateur est un klystron. 12 Appareil selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 10, caractérisé en ce que l'appareil amplifica- teur est une tétrode inductive de sortie.