Brevet FR2680912A1 — publié le 19930305

La présente invention concerne un magnétron et plus particulièrement un magnétron qui, selon au moins un aspect, présente un degré élevé de blindage afin d'empêcher l'émission d'un rayonnement électromagné- tique. L'invention propose, selon un aspect, un magné- tron à une enveloppe sous vide comprend une anode incluant une pluralité de cavités résonnantes, une cathode située à l'intérieur de l'anode, une sonde de sortie de l'enveloppe sous vide s'étendant vers l'extérieur depuis l'anode, l'enveloppe sous vide étant placée dans un champ magnétique qui règne entre deux pièces polaires, les pièces polaires étant fixées aux parois opposées d'un boîtier en métal, la sonde de sortie s'étendant à l'extérieur au travers d'une ouver- ture ménagée dans le boîtier qui fonctionne à la fois pour constituer une culasse pour les pièces polaires et une cage de Faraday afin d'empêcher l'émission d'un rayonnement électromagnétique non souhaité depuis le magnétron. Selon un aspect particulier, une bobine entoure chaque pièce polaire afin de constituer un électro- aimant à l'intérieur du boîtier, chaque bobine est en- tourée par une enceinte, des conducteurs s'étendant en direction de chaque bobine et depuis chaque bobine au travers de la paroi du boîtier jusqu'à l'intérieur de son enceinte respective pour appliquer de l'énergie électrique aux bobines afin d'empêcher ainsi qu'un rayonnement électromagnétique soit couplé dans les bo- bines et soit irradié depuis les conducteurs. Le boîtier peut comprendre deux tôles planes de métal recourbées en forme de U et agencées de telle sorte que les branches verticales se chevauchent l'une l'autre afin de définir quatre parois du boîtier, deux autres parois comprenant chacune une grille ajourée. Il est également préférable que l'enveloppe sous vide puisse être séparée du boîtier en métal afin de permettre le remplacement de l'enveloppe sans la dépen- se que nécessiterait le remplacement du boîtier en métal et des pièces polaires Dans un magnétron haute puissance, c'est-à-dire dans un magnétron qui présente 1 o une sortie de puissance qui excède environ 5 k W, ceci constitue un inconvénient important puisque les pièces polaires et le boîtier en métal peuvent présenter des dimensions relativement importantes et peuvent être coûteux à fabriquer, tout particulièrement lorsqu'ils présentent à un degré élevé de blindage RF. Selon un autre aspect, l'invention propose un procédé d'assemblage d'un magnétron qui comprend une anode qui comporte une pluralité de cavités résonnantes internes, le procédé incluant les étapes d'insertion20 d'une cathode allongée de façon centrale à l'intérieur de l'anode, et un couvercle d'extrémité étant fixé à une extrémité de la cathode, le couvercle d'extrémité incluant un premier trou qui s'étend à l'intérieur du couvercle d'extrémité transversalement à l'axe longitu-25 dinal de la cathode et un second trou qui s'étend entre une surface du couvercle d'extrémité en étant dirigé vers l'extérieur par rapport à la cathode, ce trou s'éloignant de la cathode et étant ménagé à l'intérieur du premier trou, le procédé incluant d'autres étapes30 qui consistent à insérer, à l'intérieur du premier trou, un conducteur allongé qui constitue dans le magnétron assemblé un moyen de support et qui constitue un moyen de passage de courant électrique jusqu'à la cathode et comportant, inséré dans le conducteur, à35 l'intérieur du premier trou, le positionnement d'un outil de soudage, de brasage ou autre à l'intérieur du second trou et l'actionnement de l'outil afin de connecter électriquement et mécaniquement le connecteur allongé au couvercle d'extrémité. Un tel procédé d'assemblage s'est avéré fiable et efficace Selon un aspect particulier, les étapes men- tionnées ci-avant sont répétées pour fixer un autre conducteur allongé à l'autre extrémité de la cathode. Le couvercle d'extrémité peut inclure une partie de manchon et la cathode peut inclure une bobine hélicoï- dale, le procédé incluant l'étape de soudage, de brasage ou de connexion électrique et mécanique autre de la partie de manchon à l'intérieur d'une extrémité ouverte de la bobine. Selon encore un autre aspect, l'invention propose un magnétron comprenant une anode comportant une plura- lité de cavités résonnantes internes et une cathode supportée à l'intérieur de l'anode au moyen d'un moyen de support qui s'étend vers l'extérieur depuis l'anode, le moyen de support comprenant un conducteur allongé isolé de l'anode pour appliquer du courant électrique à la cathode, le conducteur étant entouré par un blindage pour empêcher l'émission d'un rayonnement depuis le conducteur, le blindage comprenant un premier tube qui entoure une partie de la longueur du conducteur et qui en est radialement expacé, selon une longueur sensi- blement égale à 1/4 de la longueur d'onde du signal de sortie du magnétron, le premier tube étant connecté électriquement à l'anode; un second tube qui présente sensiblement la même longueur et le même diamètre que le premier tube et qui entoure une autre partie de la longueur du conducteur en en étant radialement espacé, les premier et second tubes étant axialement séparés l'un de l'autre, le second tube étant connecté électri- quement à la cathode, et un troisième tube de diamètre plus grand que les premier et second tubes qui est es- pacé radialement de la séparation axiale située entre les premier et second tubes et qui chevauche cette séparation. Un tel agencement de blindage s'est avéré de façon inattendue assurer un degré élevé de blindage électromagnétique Le troisième tube est de préférence connecté à l'anode. Selon un aspect particulier, le premier tube est fixé à l'intérieur des parois d'une ouverture qui s'étend au travers de l'anode, le troisième tube pré- sentant sensiblement la même longueur que le premier tube et étant fixé à l'intérieur des parois d'un évide- ment étagé qui entoure l'ouverture ménagée dans l'ano- de Une borne peut être connectée à l'extrémité libre du conducteur allongé et une gaine réalisée en un maté- riau isolant peut s'étendre entre la borne et l'anode. Afin que l'invention soit mieux comprise, un mode de réalisation de l'invention est maintenant décrit à titre d'exemple par report aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 est une vue prise depuis un côté d'une enveloppe sous vide d'un magnétron, les plaques d'extrémité ayant été ôtées pour présenter l'intérieur de l'enveloppe; la figure 2 est une vue en coupe prise selon des lignes A-A de la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe du boîtier de l'assemblage d'aimants à l'intérieur duquel l'enve- loppe des figures 1 et 2 est placée, l'enveloppe n'é- tant pas représentée en coupe sur cette vue; et la figure 4 est une vue prise suivant la direction d'une flèche B de la figure 3. Une enveloppe sous vide destinée à un magnétron est représentée sur les figures 1 et 2 et elle comprend un bloc d'anode de forme générale cylindrique 1 qui comporte une cavité interne à extrémités ouvertes 2. Une pluralité d'ailettes d'anode espacées de manière circonférencielle 3 s'étendent à l'intérieur de la région centrale de la cavité 2 pour définir une pluralité de cavités résonnantes 4 Les ailettes 3 sont en alternance liées ensemble au niveau de chaque extrémité au moyen de l'une de deux bagues 5, 6, d'une manière connue. Les ailettes 3 s'arrêtent à une courte distance du centre de la cavité 2 afin de définir un espace cylindrique 7 à l'intérieur duquel une cathode compre- nant une bobine 8 en tungstène thorié est placée Une broche de conduction allongée 9 est fixée à chaque ex- trémité de la bobine 8 pour appliquer du courant électrique à la cathode Chaque broche de conduction 9 s'étend à l'extérieur au travers d'une ouverture 10 ménagée dans le bloc d'anode 1 Chaque broche de con- duction 9 est connectée à la bobine 8 au moyen d'un couvercle d'extrémité évasé il qui inclut un rebord annulaire 12 et un manchon 13 qui est brasé ou soudé dans l'extrémité ouverte adjacente de la bobine 8 Le couvercle d'extrémité il inclut un premier trou lia qui s'étend depuis un bord à l'intérieur du rebord 12 du couvercle d'extrémité 11 Un second trou 14 s'étend entre une surface 12 a qui est dirigée vers l'extérieur par rapport à la cathode, au travers du premier trou et au travers du manchon 13 Lors de l'assemblage, une certaine longueur 9 a du conducteur est insérée à l'intérieur du premier trou lia puis un outil de sou- dage, de brasage ou autre est introduit jusqu'à une certaine position à l'intérieur du second trou et est actionné afin de connecter à la fois électriquement et mécaniquement le conducteur 9 au couvercle d'extrémité Il et par conséquent à la bobine 8 Un tel procédé d'assemblage s'est avéré fiable et commode. Les broches de conduction allongées 9 sont toutes deux agencées de manière à appliquer du courant à la cathode et à constituer un moyen de support pour la cathode afin de la maintenir à une certaine distance de l'anode La partie de la broche 9 qui s'étend vers l'extérieur depuis le bloc d'anode est entourée par un agencement de bobine d'arrêt ou de blindage 15 agencé pour limiter l'émission d'un rayonnement électro- magnétique provoqué par un couplage entre le conducteur et les cavités résonnantes 4 du magnétron L'agencement de blindage 15 comprend un premier tube 16 qui s'étend vers l'extérieur depuis chaque ouverture 10 ménagée dans le bloc d'anode Le tube 16 entoure une partie de la longueur de la broche 9, il en est radialement espa- cé et il présente une longueur sensiblement égale à 1/4 de la longueur d'onde du signal de sortie du magnétron. Un second tube 17 qui présente sensiblement la même longueur et le même diamètre que le premier tube en- toure une autre partie de la longueur de la broche de conduction 9 Un petit espacement axial 18 sépare les deux tubes 16, 17 de manière à les isoler électri- quement l'un de l'autre L'extrémité du tube 17 qui est éloignée de l'espacement axial 18 est fixée à une borne électrique 19 fixée à la broche de conduction 9 Un au- tre tube 20 qui présente sensiblement la même longueur que les premier et second tubes mais qui présente un diamètre relativement plus grand est fixé à l'intérieur d'un évidement étagé 21 ménagé dans les parois latéra- les du trou 10 formé dans le bloc d'anode 1 Le troi- sième tube 20 renferme la majeure partie de la longueur du premier tube 16 et il s'étend au travers de l'espa- cement axial 18 afin d'entourer une petite partie de la longueur du second tube 17 Le troisième tube 20 inclut une bride s'étendant vers l'extérieur 22 Une gaine 23 réalisée en un matériau isolant tel qu'une céramique s'étend entre la borne 19 et le bloc d'anode, trois bagues supplémentaires 24 réalisées en un matériau iso-35 lant étant prévues aux extrémités de la gaine 23. L'agencement de blindage 15 décrit ci- avant s'est avéré de façon inattendue assurer un degré particulièrement élevé de blindage électromagnétique. L'enveloppe comprend en outre une sonde de sortie qui s'étend depuis l'une des ailettes Deux canaux conformés en anneau 26, 27 s'étendent côte à côte autour du bloc d'anode 1, coaxialement à son axe principal Les deux canaux 26, 27 sont espacés l'un de l'autre par une paroi de séparation 28 Une gaine cylindrique 30 entoure le bloc d'anode 1 et elle inclut des ouvertures appropriées pour recevoir les agence- ments de blindage 15 et une sonde de sortie 25 La paroi 28 qui sépare les deux canaux 26, 27 s'arrête à une courte distance de la gaine 30 pour former un passage de liaison qui présente une aire en coupe transversale de beaucoup réduite par rapport à celle des canaux 26, 27 Une entrée d'agent de refroi- dissement 31 et une sortie d'agent de refroidissement 32 s'étendent chacune dans l'un respectif des deux canaux 26, 27 En fonctionnement, l'agent de refroidis- sement s'écoule autour du bloc d'anode dans l'un des canaux, au travers du passage de liaison et autour du bloc d'anode dans l'autre canal, avant d'atteindre la sortie Un tel agencement est relativement facile à constituer sur le bloc d'anode et il assure un refroi- dissement efficace Deux plaques d'extrémité 34 sont prévues au niveau de chaque extrémité du bloc d'anode afin d'assurer l'étanchéité de chaque extrémité de la cavité 2 de telle sorte que l'on puisse faire le vide à l'intérieur La sonde de sortie 25 inclut une bride périphérique 35 destinée à fixer de manière amovible l'enveloppe à l'intérieur de son boîtier, comme décrit ci-après. Si l'on se reporte maintenant aux figures 3 et 4, on peut voir que l'enveloppe qui a juste été décrite par report aux figures 1 et 2 est représentée posi- tionnée à l'intérieur d'un boîtier de forme générale parallélépipédique 40 qui sert de cage de Faraday afin d'empêcher l'émission d'un rayonnement électromagné- tique à partir du magnétron Le boîtier 40 comprend deux tôles planes en métal 41, 42 qui sont repliées de telle sorte qu'elles présentent une forme en U lors- qu'on les voit en coupe Les deux tôles sont donc agencées ainsi de telle sorte que chacune des branches s'étendant verticalement 43 des deux éléments de boîtier 41, 42 se chevauchent l'une l'autre Les deux côtés restants du boîtier sont munis d'une grille ajourée 44 Des câbles électriques 58 sont connectés au travers de gaines isolantes cylindriques 59 aux bornes 16 du magnétron pour appliquer du courant à la bobine de cathode 8. Le champ magnétique est appliqué au magnétron au moyen de deux -pièces polaires magnétiques 45, 46 réalisées en un matériau ferromagnétique, ces pièces polaires étant fixées à des parois opposées du boîtier. De cette manière, le boîtier 40 peut constituer une culasse pour le circuit magnétique Une bobine 48, 49 entoure chacune des pièces polaires 45, 46 Les bobines 48, 49 fonctionnent en tant que bobines de Helmholtz afin de produire un champ magnétique supplémentaire de manière à contrôler la sortie de puissance du magnétron, d'une manière généralement connue Une en- ceinte cylindrique 50, 51 entoure respectivement chacune des bobines 48, 49 Chacune des enceintes 50, 51 est agencée de manière à empêcher que de l'énergie électromagnétique en provenance du magnétron ne soit couplée à chacune des bobines respectives 48, 49 Une ouverture 52, 53 est ménagée dans chaque enceinte pour recevoir respectivement l'une des pièces polaires magnétiques 45, 46 Deux blocs de branchement 54, 55 sont prévus sur l'extérieur du boîtier de manière à35 être respectivement adjacents à l'une des bobines 48, 49 Les blocs de branchement 54, 55 incluent chacun des conducteurs 56 qui s'étendent au travers de la paroi de boîtier o ils sont connectés aux bobines respectives. Des boulons 56 s'étendent au travers de la paroi de boîtier 42 et au travers de la bride 35 de l'enveloppe sous vide afin de fixer de manière amovible l'enveloppe à l'intérieur du boîtier. Du fait que les conducteurs s'étendent dans la bobine à l'intérieur de l'enceinte, une faible quantité d'énergie électromagnétique est couplée entre le magné- tron et la bobine et est irradiée des conducteurs 56 ou de toute autre connexion (non représentée) qui leur serait connectée En outre, du fait que l'enveloppe peut être facilement ôtée du boîtier, les coûts de maintenance dans l'éventualité d'une défectuosité de l'enveloppe sont réduits par comparaison à un agen- cement dans lequel l'enveloppe fait corps avec les pièces polaires Ceci constitue un avantage particulier lorsque le magnétron présente une puissance élevée, c'est-à-dire lorsqu'il s'agit d'un magnétron dont une sortie excède environ 5 k W, magnétron pour lequel la taille et la nécessité d'un haut degré de blindage ont pour conséquence que l'enceinte RF constituée par le boîtier ainsi que les pièces polaires et les bobines sont coûteux à fabriquer. REVENDICATIONS 1 Magnétron muni d'une enveloppe sous vide, caractérisé en ce qu'il comprend une anode ( 1) incluant une pluralité de cavités résonnantes ( 4), une cathode ( 8) située à l'intérieur de l'anode, une sonde de sortie ( 25) de l'enveloppe sous vide s'étendant vers l'extérieur depuis l'anode, l'enveloppe sous vide étant placée dans un champ magnétique qui règne entre deux pièces polaires ( 45, 46), les pièces polaires étant fixées à des parois opposées d'un boîtier en métal ( 40), la sonde de sortie ( 25) s'étendant à l'extérieur au travers d'une ouverture ménagée dans le boîtier qui fonctionne à la fois pour constituer une culasse pour les pièces polaires ( 45, 46) et une cage de Faraday afin d'empêcher l'émission d'un rayonnement électroma- gnétique non souhaité depuis le magnétron. 2 Magnétron selon la revendication 1, caract- érisé en ce qu'une bobine ( 48, 49) entoure chaque pièce polaire ( 45, 46) afin de constituer un électroaimant à l'intérieur du boîtier ( 40), chaque bobine étant en- tourée par une enceinte ( 50, 51), des conducteurs ( 56) s'étendant en direction de chaque bobine et depuis chaque bobine au travers de la paroi du boîtier ( 40) jusqu'à l'intérieur de son enceinte respective ( 50, 51) pour appliquer de l'énergie électrique aux bobines ( 48, 49) afin d'empêcher ainsi qu'un rayonnement électroma- gnétique soit couplé dans les bobines et soit irradié depuis les conducteurs. 3 Magnétron selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe peut être séparée du boîtier en métal ( 40) et des pièces polaires ( 45, 46). 4 Magnétron selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que le boîtier ( 40) comprend deux tôles planes ( 41, 42) en métal recourbées il en forme de U et agencées de manière à ce que leurs branches verticales ( 43) qui se chevauchent l'une l'autre pour définir quatre parois du boîtier, deux autres parois comprenant chacune une grille ajourée ( 44). Procédé d'assemblage d'un magnétron qui comprend une anode ( 1) comportant une pluralité de cavités résonnantes internes ( 4), le procédé étant caractérisé en ce qu'il inclut les étapes suivantes: insertion d'une cathode allongée ( 8) de façon centrale à l'intérieur de l'anode ( 1), et un couvercle d'extrémité ( 11) étant fixé à une extrémité de la cathode, le couvercle d'extrémité incluant un premier trou (lla) qui s'étend à l'intérieur du couvercle d'extrémité ( 11) transversalement à l'axe longitudinal de la cathode ( 8) et un second trou ( 14) qui s'étend entre une surface ( 12 a) du couvercle d'extrémité ( 11) en étant dirigé vers l'extérieur par rapport à la cathode ( 8), ce trou ( 14) étant ménagé à 1 ' intérieur du premier trou (lla), le procédé incluant d'autres étapes qui consistent à insérer, à l'intérieur du premier trou (lia), un conducteur allongé ( 9) qui constitue dans le magnétron assemblé un moyen de support et qui constitue un moyen de passage de courant électrique jusqu'à la cathode ( 8) et, après insertion du conducteur ( 9) à l'intérieur du premier trou (la), le positionnement d'un outil de soudage, de brasage ou autre à l'intérieur du second trou ( 14) et l'action- nement de l'outil afin de connecter électriquement et mécaniquement le connecteur allongé ( 9) au couvercle d'extrémité ( 11). 6 Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que les étapes sont répétées pour fixer un autre conducteur allongé à l'autre extrémité de la cathode. 7 Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le couvercle d'extrémité ( 11) inclut un manchon ( 13) et en ce que la cathode inclut une bobine hélicoïdale ( 8), le procédé incluant l'étape de soudage, de brasage ou autre afin de connecter électriquement et mécaniquement le manchon ( 13) à l'intérieur d'une extrémité ouverte de la bobine ( 8). 8 Magnétron caractérisé en ce qu'il comprend une anode ( 1) qui comporte une pluralité de cavités résonnantes internes ( 4) et une cathode ( 8) supportée à l'intérieur de l'anode ( 1) par un moyen de support qui s'étend vers l'extérieur depuis l'anode, le moyen de support comprenant un conducteur allongé ( 9) isolé de l'anode ( 1) pour appliquer du courant électrique à la cathode ( 8), le conducteur ( 9) étant entouré par un blindage afin d'empêcher l'émission d'un rayonnement depuis le conducteur, le blindage comprenant un premier tube ( 16) qui entoure une partie de la longueur du conducteur ( 9) et qui en est radialement espacé, selon une longueur sensiblement égale à 1/4 de la longueur d'onde du signal de sortie du magnétron, le premier tube ( 16) étant électriquement connecté à l'anode ( 1); un second tube ( 17) qui présente sensiblement la même longueur et le même diamètre que le premier tube ( 16), qui entoure une autre partie de la longueur du conducteur ( 9) et qui en est radialement espacé, les premier et second tubes ( 16, 17) étant axialement séparés l'un de l'autre, le second tube ( 17) étant électriquement connecté à la cathode ( 8); et un troisième tube ( 20) de diamètre plus grand que les premier et second tubes ( 16, 17) qui est radialement espacé de la séparation axiale ( 18) située entre les premier et second tubes ( 16, 17) et qui passe autour de cette séparation axiale. 9 Magnétron selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le troisième tube ( 20) est connecté à l'anode ( 1). Magnétron selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le premier tube ( 16) est fixé à l'intérieur des parois d'une ouverture ( 10) qui s'étend au travers du bloc d'anode ( 1), le troisième tube ( 20) présentant sensiblement la même longueur que le premier tube ( 16) et étant fixé à l'intérieur des parois d'un évidement étagé ( 21) qui entoure l'ouverture ( 10) ménagée dans le bloc d'anode ( 1). 11 Magnétron selon l'une quelconque des revendications 8, 9 ou 10, caractérisé en ce qu'une borne ( 19) est connectée à l'extrémité libre du conduc- teur allongé ( 9) et en ce qu'une gaine réalisée en un matériau isolant s'étend entre la borne ( 19) et le bloc d'anode ( 1).