Brevet FR2662020A1 — publié le 19911115

TUBE ELECTRONIQUE A GRILLE CYLINDRIQUE La présente invention concerne les tubes à électrodes cylindriques concentriques de puissance Ces tubes sont, par exemple, des triodes ou des tétrodes. Un tube triode comporte principalement une cathode cylindrique centrale émettant des électrons lorsqu'elle a atteint une température suffisante, une grille de commande autour de la cathode, une anode entourant la grille de commande Les électrons émis par la cathode passent à travers la grille et atteignent l'anode, si le potentiel de la grille et de l'anode ont des valeurs appropriées Les tétrodes comportent une grille supplémentaire, dite grille-écran insérée entre la grille de commande et l'anode. La cathode est souvent réalisée à partir de deux nappes de fils métalliques émissifs que l'on croise afin d'obtenir un maillage L'ensemble ainsi réalisé a une structure cylindrique On fixe chaque extrémité du cylindre sur un support Ces cathodes sont dites en cage. Les grilles aussi sont maillées Elles peuvent être réalisées à partir de nappes de fils d'un matériau réfractaire que l'on croise afin d'obtenir un maillage On soude les fils entre eux à chaque intersection L'ensemble ainsi formé a une structure cylindrique et ses extrémités sont raccordées à des supports. Une deuxième façon de réaliser une grille est de prendre une feuille de matériau réfractaire, en forme de cylindre, et de la percer d'ouvertures régulièrement espacées afin d'obtenir le maillage. Comme matériau réfractaire, on utilise couramment le graphite pyrolitique ou le molybdène Chaque maille est définie par une succession de barreaux reliés par leurs extrémités et l'intersection entre deux barreaux est un noeud. La cathode et les grilles, à cause de cette structure très découpée, sont sujettes à des vibrations affectant leur stabilité mécanique La distance entre la cathode et la grille de commande est faible, généralement inférieure à 1000 micromètre, et les vibrations qui peuvent intervenir entraînent des variations sensibles de cette distance Ces vibrations sont préjudiciables au bon fonctionnement du tube Les mêmes remarques s'appliquent aux distances intergrilles dans le cas des tétrodes ou autres tubes multigrilles. On mesurera l'importance de la stabilité mécanique, en ajoutant que la cathode peut fonctionner à une température de fonctionnement élevée (de l'ordre de 1700 C) et qu'elle doit aussi avoir une bonne résistance à la déformation Les grilles atteindront une température plus faible (de l'ordre de 12000 C) mais devront aussi avoir une bonne résistance à la déformation. Une autre condition à intégrer, pour obtenir un bon fonctionnement du tube, est la transparence des grilles Les barreaux et les noeuds des mailles forment une barrière pour les électrons issus de la cathode L'interception d'un grand nombre d'électrons par une grille, provoque un courant de grille élevé, surtout dans les tubes de grande puissance Ce courant de grille provoque un échauffement supplémentaire de la grille et nécessite l'utilisation d'une alimentation de grille relativement puissante La transparence de la grille dépend de sa géométrie. Pour réaliser la grille, il faut aussi tenir compte de la répartition du potentiel de grille, entre les barreaux Il faut que le potentiel soit réparti le plus régulièrement possible Ceci est important pour la grille de commande qui sert à réguler le potentiel autour de la cathode Cette dernière condition dépend aussi de la géométrie de la grille. Une grille idéale au point de vue potentiel et transparence aurait une infinité de fils verticaux et très fins. Le courant grille serait très faible et le potentiel de grille réparti très régulièrement autour de la cathode. Cette grille aurait par contre une résistance mécanique extrêmement mauvaise surtout si elle avait de grandes dimensions. On a donc été amené à croiser les fils pour augmenter la rigidité de la grille. Les grilles utilisées fréquemment ont des mailles en forme de quadrilatères carré, rectangle, losange ou parallélogramme D'un noeud de maille partent quatre barreaux. Dans les tubes de grande puissance, une grille de ce type se déforme et l'on a été obligé de la renforcer en rajoutant des barreaux, on a réalisé des mailles triangulaires. De chaque noeud partent maintenant six barreaux La surface des noeuds est plus importante et le courant grille aussi. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients et propose un tube à grille fonctionnant avec un courant de grille réduit Pour cela on a cherché à minimiser la surface d'interception des électrons, sans nuire ni à la stabilité mécanique, ni à la répartition du potentiel de grille autour de la cathode. La présente invention concerne un tube électronique à électrodes cylindriques concentriques parmi lesquelles une cathode centrale et au moins une grille de type maillé, une maille étant définie par plusieurs barreaux en contact par leurs extrémités, chaque point de contact réalisant un noeud, caractérisé en ce que trois barreaux partentde chaque noeud. Les mailles ont la forme d'hexagone De préférence, les mailles sont sensiblement identiques De préférence, les hexagones sont sensiblement réguliers Lorsque cette grille entoure une cathode à fils formant des losanges, l'intersection entre deux fils de cathode est alignée avec la partie centrale d'une maille de grille De préférence, lorsqu'un barreau de grille recouvre un fil de cathode, le barreau et le fil sont perpendiculaires pour minimiser la surface de recouvrement. De préférence, les mailles sont réalisées à partir d'une feuille de matériau réfractaire en forme de cylindre percée d'orifices hexagonaux. Le matériau peut être du graphite pyrolitique ou du molybdène. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, illustrée par les figures annexées qui représentent: les figures la et lb, un maillage respectivement en parallélogramme et en losange d'une grille d'un tube électronique selon l'art antérieur; la figure 2, un maillage triangulaire d'une grille d'un tube électronique selon l'art antérieur; la figure 3, un maillage hexagonal régulier d'une grille d'un tube électronique selon l'invention; la figure 4, un maillage hexagonal irrégulier d'une grille d'un tube électronique selon l'invention; la figure 5, une grille de tube électronique selon l'invention; la figure 6, la superposition d'un maillage de cathode et d'un maillage de grille d'un tube électronique selon l'invention. La figure la représente un maillage en parallélogramme d'une grille de tube électronique, de type triode par exemple. La figure lb représente elle, un maillage en losange. Chacun de ces maillages peut être réalisé à partir de deux nappes de fils 1,2 sensiblement parallèles, que l'on superpose en les croisant On soude ensuite les fils 1 d'une nappe sur les fils 2 de l'autre nappe, à tous les points de croisement On obtient des mailles 4 délimitées par des portions de fils 1,2 ou barreaux 5 Chaque croisement forme un noeud 3. De chaque noeud 3 partent quatre barreaux 5 Une maille 4 est constituée de quatre barreaux 5. Sur la figure la, une maille 4 a la forme d'un parallélogramme, elle est constituée de quatre barreaux égaux, deux à deux. Sur la figure lb, une maille 4 a la forme d'un losange, elle est constituée de quatre barreaux 5 égaux. Les fils 1, 2 utilisés pour réaliser ces grilles sont en métal réfractaire, du molybdène par exemple. Une grille de ce type peut aussi être confectionnée à partir d'une feuille de matériau réfractaire du graphite ou du molybdène par exemple La feuille est percée d'ouvertures par tout moyen connu, usinage, sablage ou électoérosion, par exemple Les ouvertures sont, de préférence, régulièrement espacées et ont une forme appropriée pour obtenir le maillage. Une grille de tube électronique, par exemple de triode, est cylindrique et elle est montée autour d'une cathode émettant des électrons Les électrons traversent la grille lorsque cette dernière est portée à un potentiel négatif par rapport à celui de la cathode Les barreaux 5 et les noeuds 3 forment un écran aux électrons Certains électrons sont interceptés par la structure de la grille lorsque celle-ci est portée à un potentiel positif par rapport à celui de la cathode. Les électrons interceptés provoquent l'apparition d'un courant de grille Un courant de grille élevé provoque une augmentation excessive de la température de la grille et nécessite l'utilisation d'une alimentation de grille puissante. Dans un tube de puissance moyenne, on peut utiliser une grille à maillage tel que représenté sur les figures la, lb. Le courant de grille qui s'établit, à cause de l'interception d'électrons, est acceptable. Mais lorsque l'on veut réaliser un tube de grande puissance, la grille a alors des dimensions plus importantes et on s'aperçoit qu'elle manque de rigidité. On a été amené à la renforcer en lui donnant une structure telle que représentée sur la figure 2 On a réalisé un maillage triangulaire On a utilisé comme précédemment deux nappes de fils croisés 22,23 et on a rajouté, à chaque intersection ou noeud 25 une troisième nappe de fils 21 sensiblement horizontaux On a réalisé des maies 24, triangulaires, définies par trois portions de fils 21,22,23 ou barreaux 26, dont les extrémités sont en contact De chaque noeud 25 partent six barreaux 26. Avec un tel maillage, on a gagné en stabilité mécanique et en résistance à la déformation Mais d'autre part, on a augmenté aussi le courant de grille, car on a augmenté la surface d'interception des électrons, notamment au niveau des noeuds 25. La figure 3 représente un maillage hexagonal régulier d'une grille de tube électronique selon l'invention Ce maillage présente des noeuds 36 De chaque noeud 36 partent seulement trois barreaux 35. Maintenant chaque maille 34 est hexagonale elle est définie par six barreaux 35 reliés par leurs extrémités. On a diminué la surface des noeuds 36 par rapport aux maillages utilisés classiquement Les électrons interceptés par une grille de ce type, seront moins nombreux et un tube électronique de puissance ayant une grille de ce type, aura un courant grille réduit par rapport au courant grille d'un tube de puissance classique. Le maillage représenté sur la figure 3 est régulier, chaque maille 34 est constituée de barreaux 35 égaux et deux barreaux 35 successifs font un angle de 1200 Toutes les mailles sont sensiblement identiques. On pourrait envisager que les mailles ne soient pas toutes identiques et que les hexagones soient irréguliers Un tel maillage est représenté sur la figure 4 On a représenté des grandes mailles 41 en ligne et des plus petites mailles 42 également alignées Chaque maille 41 ou 42 est un hexagone irrégulier Les angles entre deux barreaux successifs peuvent être plus grands ou plus petits que 1200. La figure 5 est une vue d'une grille mairée de tube électronique selon l'invention La grille a des mailles 50 hexagonales régulières Elle a une structure en nid d'abeilles. Elle comporte une partie 51 maillée de forme cylindrique Les deux extrémités 52 du cylindre sont maintenues chacune sur un support 53. Sur les figures 3,4,5, les mailles hexagonales représentées ont toute la même orientation Ce n'est qu'un exemple, leur orientation peut être quelconque Les mailes auraient pu, notamment être tournées de 900. De préférence, la grille sera réalisée à partir d'une feuille de matériau réfractaire, par exemple du graphite pyrolitique, du molybdène, en forme de cylindre On découpe des orifices dans cette feuille par tout moyen connu, usinage, sablage, électroérosion, par exemple On répartit régulièrement les orifices sur toute la feuille On leur donne la forme d'hexagones On obtient un maillage hexagonal On fixe chaque extrémité du cylindre sur un support. Avec une telle grille, on gagne en stabilité mécanique et en résistance à la déformation par rapport aux grilles à mailles en forme de quadrilatère. La surface d'interception a été réduite, au niveau des noeuds, si on la compare à celle des grilles à mailles triangulaires et à mailles en forme de quadrilatère. La régularité des hexagones et leur orientation sont choisies en fonction des paramètres mécaniques et électriques que doit avoir la grille. La géométrie des barreaux, c'est à dire leur longueur et leur section droite, ainsi que l'angle d'intersection entre deux barreaux sont choisis de manière à assurer une transparence aux électrons et un contrôle du potentiel autour de la cathode, correspondant aux caractéristiques que le tube doit avoir. Pour une section de barreaux donnée et une transparence de grille donnée, un maillage hexagonal régulier autorise des mailles plus petites que celles utilisées habituellement Il en résulte un meilleur contrôle des potentiels entre les barreaux et près de la cathode (si la grille est une grille de commande), une amélioration de la tension de blocage du tube ou "cutt off" ainsi qu'une meilleure répartition des trajectoires des électrons. Pour une section de barreaux donnée et un même contrôle des potentiels entre barreaux et près de la cathode, (s'il s'agit d'une grille de commande), un maillage hexagonal régulier autorise des mailles plus grandes que celles utilisées habituellement Il en résulte une plus grande transparence de la grille et une diminution du courant de grille notamment en fonctionnement à forte puissance. Un autre avantage des grilles à mailles hexagonales régulières apparaît lorsque l'on utilise une cathode en cage On peut aligner la cathode et la grille Dans les tubes multigrilles, on alignera la cathode avec la grille de commande et aussi avec les autres grilles. La figure 6 représente un maillage 60 de cathode en cage recouvert d'un maillage 70 de grille de commande d'un tube électronique selon l'invention Le maillage 60 de cathode est constitué de deux groupes de fils 61,62 sensiblement parallèles, les deux groupes étant croisés On a réalisé des mailles 63 en forme de losange. Les fils 61,62 de la cathode émettent des électrons lorsqu'ils sont chauffés Une intersection 64 entre deux fils 61,62 a une surface importante qui émet une forte densité d'électrons. Le maillage 70 de grille comporte des mailles 65 hexagonales et régulières constituées de barreaux 66. On peut s'arranger pour aligner l'intersection 64 entre deux fils 61,62 de cathode, avec la partie centrale d'une maille 65 de grille Cette disposition augmente la quantité d'électrons qui passe à travers la grille. Dans le cas de tubes multigrilles, toutes les grilles seront alignées entre elles et seront identiques, de manière à ce que l'intersection 64 entre deux fils 61,62 de cathode soit disposée dans la partie centrale de toutes les mailles de grille. On peut aussi chercher à minimiser les surfaces de fils 61,62 de cathode recouvertes par un barreau 66 de grille. On s'arrange pour que les barreaux 66 de grille qui recouvrent un fil 61, 62 de cathode soient perpendiculaires à ce fil 61,62 de cathode Par rapport aux structures classiques, pour un même contrôle des potentiels entre barreaux et près de la cathode, on a amélioré la transparence de la grille. L'invention s'applique aussi bien aux grilles de commande qu'aux autres grilles (grille écran, grille d'arrêt) Ce type de maillage hexagonal est particulièrement adapté aux tubes dans lesquels la distance interélectrode est faible car le maillage offre une très bonne stabilité mécanique et une très bonne résistance à la déformation. Le maillage hexagonal permet de minimiser le courant grille et de bien contrôler le potentiel entre les barreaux. Une grille à mailles hexagonales peut être avantageusement intégrée à un tube de gain élevé et de puissance d'attaque faible. REVENDICATIONS 1 Tube électronique à électrodes cylindriques concentriques, parmi lesquelles une cathode centrale et au moins une grille de type maillé, une maille ( 34) étant définie par plusieurs barreaux ( 35) en contact par leurs extrémités, chaque point de contact réalisant un noeud ( 36), caractérisé en ce que trois barreaux partent de chaque noeud ( 36). 2 Tube électronique selon la revendication 1 caractérisé en ce que les mailles ( 34) ont la forme d'hexagone. 3 Tube électronique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les mailles ( 34) sont sensiblement identiques. 4 Tube électronique selon l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que les hexagones sont sensiblement réguliers. Tube électronique selon la revendication 4, comprenant une cathode à fils ( 61,62) formant des losanges, caractérisé en ce que l'intersection ( 64) entre deux fils ( 61,62) de cathode est alignée avec la partie centrale d'une maille ( 65) de grille. 6 Tube électronique selon la revendication 5 caractérisé en ce que, lorsqu'un barreau ( 66) de grille recouvre un fil ( 61,62) de cathode, le barreau ( 66) de grille et le fil ( 61,62) de cathode sont perpendiculaires pour minimiser la surface de recouvrement. 7 Tube électronique selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que les mailles ( 34) sont réalisées par des ouvertures percées dans une feuille en forme de cylindre, d'un matériau réfractaire. 8 Tube électronique selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau est du graphite pyrolitique. 9 Tube électronique selon la revendication 7 caractérisé en ce que le matériau est du molybdène.