Brevet FR2665035A1 — publié le 19920124

La présente invention concerne les montages amplifica- teurs et, plus particulièrement, des montages dans lesquels l'amplification d'un signal de haute fréquence appliqué est obtenue par modulation d'un faisceau d'électron. Les klystrons constituent une classe d'amplificateur o un signal à amplifier est couplé à une cavité résonnante d'entrée et produit un champ électrique qui agit sur des électrons du fais- ceau de façon à modifier leur vitesse Certains électrons sont accélérés, tandis que d'autres sont retardés, ce qui produit une mise en paquets (c'est-à-dire une modulation de densité du fais- ceau) en une certaine position en aval du tube Typiquement, il y a plusieurs cavités résonnantes successives permettant d'accroître le regroupement des paquets et une cavité résonnante finale o le signal amplifié est extrait. Un autre type de montage amplificateur, connu sous l'appellation de klystron-tétrode, utilise également la modulation d'un faisceau d'électronspour obtenir l'amplification d'un signal appliqué Dans ce cas, on produit un faisceau modulé en densité par application d'un signal d'entrée devant être amplifié à une grille de modulation placée au voisinage de la cathode d'un canon à élec- trons et en avant de celle-ci L'émission des électrons est alter- nativement empêchée et autorisée, ce qui produit une mise en paquets des électrons Le faisceau mis en paquets est accéléré en aval du tube jusqu'à une cavité résonnante de sortie, o un signal amplifié est extrait. Aussi bien pour les klystrons que pour les klystrons- tétrodes, le signal d'entrée qui produit la mise en paquets du faisceau d'électrons est un signal de fréquence radio (RF), c'est- à-dire un signal oscillant dans la gamme de 470 à 860 M Hz Pour la télévision, le signal porteur d'entrée est modu Lé en amplitude et, puisqu'il lui est superposée une sous-porteuse de chrominance d'une fréquence relativement basse, ces signaux de modulation sont appelés signaux vidéo La sous-porteuse de chrominance possède une fréquence de l'ordre de 4 M Hz, dont la valeur exacte dépend du type de norme de télévision utilisé. La présente invention est née d'une tentative de produire un montage amplificateur possédant un rendement particulèrement élevé et offrant de bonnes performances. Selon l'invention, il est produit un montage amplifica- teur haute fréquence comprenant un moyen destiné à moduler en den- sité un faisceau électronique à l'aide d'un premier signal de por- teuse haute fréquence et un moyen destiné à moduler en vitesse le faisceau modulé en densité à l'aide d'un deuxième signal de por- teuse haute fréquence ayant une fréquence différente du premier signal, afin de produire l'amplification. De préférence, les premier et deuxième signaux de por- teuse haute fréquence sont des signaux de fréquence radio. On a pu penser qu'il n'y aurait aucun avantage supplémen- taire à imposer deux signaux de porteuse haute fréquence afin de produire à la fois une modulation en vitesse et une modulation en densité sur un faisceau électronique plutôt que de n'utiliser qu'un seul type de modulation Si l'on impose une modulation de vitesse à un faisceau déjà modulé en densité en utilisant un signal qui possède la même fréquence que le signal de modulation en densité, la variation de vitesse de tous les électrons du faisceau est sen- siblement la même Il n'y a donc pas, ou très peu, de mouvement relatif entre les électrons du faisceau En tout cas, le degré de rendement de la mise en paquets que l'on peut obtenir en utilisant la modulation en densité seule peut être rendu relativement élevé et ne peut pas être facilement augmenté par l'utilisation d'une modulation en vitesse à la même fréquence. Toutefois, si l'on assure que les deux types de modula- tion sont produits à l'aide de fréquences différentes, on peut obtenir un accroissement du rendement de regroupement en paquets. Un nombre relativement grand d'électrons peut être inclus dans chaque paquet, une bonne définition étant obtenue entre les paquets De façon avantageuse, le premier signal de porteuse qui produit la modulation en densité possède une fréquence sensiblement double de celle du deuxième signal de porteuse, qui produit la modulation en vitesse Il est possible d'obtenir un regroupement initial serré en paquets pour les électrons lorsqu'on utilise la modulation en densité, relativement peu d'électrons étant produits entre les paquets Des paquets successifs arrivent à l'endroit du montage o la modulation en vitesse doit être imposée en phase et en opposition de phase avec le deuxième signal de porteuse Ainsi, tous les électrons d'un paquet tendront à être décélérés et tous ceux de paquet suivant à être accélérés On préfère que la modula- tion en vitesse soit conçue de façon que des paquets adjacents d'électrons produits par la modulation en densité tendent à être mis ensemble en un plus grand paquet Il est possible de réaliser ce regroupement en n'utilisant qu'une seule cavité résonnante, mais on pourrait obtenir une amélioration du rendement de mise en paquets en faisant intervenir d'autres cavités résonnantes. Lorsqu'on utilise un montage selon l'invention dans un système de télévision, on inclut des moyens permettant d'appliquer des signaux vidéo au faisceau d'électrons modulé par des porteuses. 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 illustre schématiquement, en coupe longitu- dinale, un montage amplificateur selon l'invention; la figure 2 est un schéma explicatif se rapportant au fonctionnement du montage représenté sur la figure 1; la figure 3 est un autre schéma explicatif; et la figure 4 illustre schématiquement, en coupe longitudi- nale, un autre montage amplificateur selon l'invention. Est représenté sur la figure 1 un montage amplificateur selon l'invention, qui comporte un moyen permettant à la fois de moduler en densité et de moduler en vitesse un faisceau électro- nique afin d'obtenir une amplification d'un signal appliqué. Des électrons sont émis par la surface antérieure d'une cathode 1 et sont focalisés par une électrode 2 en un faisceau 3. Le faisceau 3 est émis suivant l'axe longitudinal du montage, puis est accéléré par une anode 4 et entre dans un espace de dérive 5. Un certain nombre de cavités résonnantes, trois cavités dans ce cas, 6, 7 et 8, sont réparties dans le montage et sont respective- ment couplées par l'intermédiaire d'intervalles de tubes à trans- fert 9, 10 et 11 Après avoir traversé cette partie du montage, les électrons du faisceau sont reçus sur un collecteur 13. On module en densité le faisceau électronique dans la région de la cathode en faisant varier la différence de potentiel entre ta cathode 1 et une grille de modulation 14 avec une première fréquence de porteuse, qui, dans ce montage, est un signal RF. L'émission d'électrons est alternativement empêchée et autorisée, ce qui provoque le regroupement des électrons en paquets Lorsque le faisceau d'électrons modulés en densité atteint la première cavité résonnante 6, il subit une modulation en vitesse par appli- cation d'un deuxième signal de porteuse dont la fréquence est sensiblement la moitié de celle du premier signal de porteuse On obtient une plus grande modulation en vitesse dans les cavités sui- vantes 7 et 8, et le signal amplifié final est extrait en 15. La figure 2 montre l'effet de la modulation en vitesse sur un faisceau électronique déjà modulé en densité Les paquets d'électrons modulés en densité sont indiqués sous la forme de zones hachurées et la ligne sinusoïdale représente la variation du poten- tiel appliqué sur le premier intervalle de tube à transfert 9 Le premier paquet 16 d'électrons représenté arrive au niveau de la première cavité résonnante 6 pendant une période du deuxième signal de porteuse appliqué lorsque le champ électrique produit possède un effet retardant Par conséquent, les électrons du paquet 16 sont décélérés, comme indiqué par la flèche Le paquet suivant d'électrons 17 arrive sur l'intervalle 9 pendant la partie en phase du cycle et est accéléré Ainsi, il est produit un mouvement rela- tif entre les paquets d'électrons 16 et 17 Un autre déplacement relatif se produit le long du tube et, dans la cavité finale 8, les deux paquets 16 et 17 arrivent simultanément Ainsi, ce montage permet d'obtenir des rendements élevés, car de grands nombres d'électrons peuvent être inclus dans des paquets qui sont bien définis La fréquence du signal dans la cavité finale 8 est égale à la moitié de celle du premier signal de porteuse. L'exemple décrit en relation avec les figures 1 et 2 représente une manière de mettre en oeuvre l'invention Dans cet exemple, le signal produisant la modulation en densité a une fré- quence double de celle relative à la production de la modulation en vitesse, de sorte que des paquets d'électrons successifs arrivent à la première cavité résonnante 6 à chaque demi-cycle du signal appliqué à la cavité Les paquets d'électrons sont donc modulés en vitesse de façon que des paquets adjacents d'électrons soient remis ensemble de manière à former un seul paquet On notera toutefois que d'autres montages sont possibles, dans lesquels la fréquence du signal de modulation en densité présent sur la grille et la fré- quence du signal de modulation en vitesse présent dans la cavité d'entrée sont dans un rapport différent Ceci est illustré en relation avec le schéma explicatif de la figure 3 Les paquets d'électrons modulés en densité sont indiqués par les régions hachurées et la ligne sinusoîdale représente la variation du poten- tiel appliqué sur l'intervalle de tube de transfert 9 Le premier paquet 18 d'électrons représenté arrive à la première cavité réson- nante pendant une période du deuxième signal de porteuse appliqué o le champ électrique produit a un effet retardant Par consé- quent, les électrons du paquet 18 sont décélérés, comme indiqué par la flèche Le paquet suivant d'électrons 19 arrive sur l'inter- valle 9 à un moment o le potentiel présent sur l'intervalle de tube de transfert 9 a varié d'un cycle et demi Les électrons pré- sents dans le paquet 19 sont donc accélérés, et un mouvement rela- tif se produit entre les paquets d'électrons 18 et 19 Dans cet exemple également, des paquets adjacents d'électrons seront réunis de manière à ne former qu'un seul paquet Toutefois, la fréquence du signal de modulation en densité appliqué à la grille est égale aux deux tiers de la fréquence du signal de modulation en vitesse appliqué à la cavité 6. L'invention peut être mise en oeuvre à l'aide d'un signal de modulation en densité et d'un signal de modulation en vitesse dont les fréquences se trouvent dans d'autres rapports. Sur la figure 4, est représenté un montage selon l'inven- tion qui comporte une cathode 20 et une anode 21 qui sont destinées à accélérer les électrons d'un faisceau 22 le long de l'axe longi- tudinal du montage, jusqu'à un collecteur 23 Plusieurs cavités résonnantes 24 à 28 sont disposées le long du trajet du faisceau entre l'anode 21 et Le collecteur 23 Lorsque le faisceau arrive à la première cavité 24, il n'a été modulé par aucun signal de por- teuse. Un premier signal de porteuse haute fréquence est appli- qué à la première cavité 24 et produit une modulation en vitesse du faisceau d'électrons Ce faisceau est devenu un faisceau modulé en densité au moment o il atteint une troisième cavité 26 après avoir traversé une cavité intermédiaire 25 qui renforce ce processus. Un deuxième signal de porteuse haute fréquence est appli- qué au faisceau modulé en densité au niveau de la troisième cavité 26, ce deuxième signal de porteuse ayant une fréquence différente de celle du premier signal Une modulation en vitesse supplémen- taire du faisceau modulé en densité a lieu, le signal amplifié étant extrait dans la cavité finale 28 Une autre cavité intermé- diaire 27 renforce le processus. Naturellement, il est possible d'omettre les cavités intermédiaires des montages ou d'en inclure un plus grand nombre, si cela est souhaitable. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des montages 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 Montage amplificateur haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 14, 24) destinés à moduler en densité un faisceau d'électrons ( 3, 22) avec un premier signal de porteuse haute fréquence et des moyens ( 6, 9, 26) destinés à moduler en vitesse le faisceau modulé en densité à l'aide d'un deuxième signal de porteuse haute fréquence possédant une fréquence différente de celle du premier signal, afin de produire l'amplification. 2 Montage amplificateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que le premier signal de porteuse a une fréquence valant sensiblement deux fois la fréquence du deuxième signal de porteuse. 3 Montage amplificateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la modulation en vitesse est réalisée de façon que des paquets adjacents d'électrons produits par la modula- tion en densité tendent à être réunis en un seul paquet. 4 Montage amplificateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cavités résonnantes ( 6, 7, 8, 26, 27) dans lesquelles le faisceau modulé en densité est amené à passer et o une modulation en vitesse a lieu. Montage amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte une cathode ( 1) destinée à produire le faisceau électronique ( 3), une grille ( 14) et un moyen servant à appliquer le premier signal de porteuse entre la grille et la cathode afin de produire le faisceau élec- tronique modulé en densité. 6 Montage amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les premier et deuxième signaux de porteuse sont appliqués à des cavités résonnantes res- pectives ( 24, 26) réparties le long du trajet du faisceau. 7 Montage amplificateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et deuxième signaux de porteuse sont des signaux de fréquence radio. 8 Montage amplificateur se Lon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que La fréquence du signal de sortie du montage est égale à la moitié de celle du premier signal de porteuse.