Brevet FR2708149A1 — publié le 19950127

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE LIGNE A HELICE ET AILETTES COUPLEES, LIGNE OBTENUE PAR LE PROCEDE ET TUBE ELECTRONIQUE COMPORTANT UNE TELLE LIGNE. La présente invention se rapporte aux lignes à hélice et ailettes couplées et aux tubes électroniques comportant de telles lignes notamment les amplificateurs à champs croisés à large bande. Elle concerne plus particulièrement un procédé de réalisation d'une telle ligne à hélice et ailettes couplées. L'amplification à large bande se fait schématiquement par l'interaction d'une onde de charge d'espace transportée par un faisceau d'électrons et d'une onde hyperfréquence supportée par une ligne à ondes lentes. Lors de l'interaction, il y a synchronisme entre les électrons du faisceau et l'onde hyperfréquence. Une grande partie des difficultés rencontrées lors de l'étude- d'amplificateurs à champs croisés est liée à la conception et à la réalisation de la ligne à ondes lentes. Pour obtenir une large bande de fonctionnement, on cherche à ce que la dispersion de la ligne soit la plus faible possible et que l'impédance de couplage soit la plus grande possible. Ces deux conditions sont contradictoires et il faut admettre des compromis. Les lignes à hélice et ailettes couplées aussi appelées lignes en hélice sur pied ont été développées avec des bons résultats. Elles fonctionnent sur le mode fondamental. L'hélice d'une longueur de plusieurs octaves a chacune de ses spires solidaires d'une ailette (ou pied) quart d'onde. Les ailettes sont toutes solidaires d'un même support qui, peut être l'enveloppe sous vide du tube. Ces lignes à hélice et ailettes couplées sont beaucoup plus légères et moins encombrantes que d'autres lignes formées d'éléments de guide d'ondes et elles engendrent moins d'oscillations parasites. Les lignes à hélice et ailettes couplées sont généralement courbées en couronne mais les deux extrémités de l'hélice sont disjointes. Il existe aussi de telles lignes rectilignes. Il est aussi connu d'utiliser des lignes avec deux hélices solidaires des mêmes ailettes. On peut ainsi obtenir des puissances plus élevées, essentiellement des puissances moyennes plus élevées. Pour réaliser ce genre de ligne à hélice et ailettes couplées, on vient braser chaque spire d'une hélice sur des ailettes solidaires d'un même support. Cette opération est très délicate à réaliser surtout si la ligne est destinée à être montée dans un tube fonctionnant à fréquence élevée car le diamètre des fils réalisant l'hélice est extrêmement faible par exemple de l'ordre du dixième de millimètre. Il est difficile d'effectuer des contacts satisfaisants d'une spire à l'autre et d'assurer une régularité mécanique de la position de chaque spire. L'adaptation des tubes à champs croisés utilisant des lignes obtenues par ce procédé est difficilement reproductible d'un tube à l'autre. Ce procédé nécessite un outillage étudié et donc cher. Le coût de fabrication de tels tubes est alors particulièrement élevé. La présente invention a donc pour but d'une part d'améliorer les performances et d'autre part de réduire le coût de fabrication de tubes à - champs croisés utilisant une ligne à hélice et ailettes couplées. Elle propose pour cela un procédé de fabrication de ligne de ce type qui améliore le rendement de fabrication, qui augmente la régularité et la précision de la ligne et qui a un coût beaucoup moins élevé que ceux des procédés connus. Le procédé selon l'invention consiste à tailler dans une pièce comportant au moins une gorge, des fentes successives au travers de la gorge, qui se prolongent au delà de la gorge de manière à obtenir des portions de spires solidaires chacune d'une ailette, à découper dans au moins une autre pièce une succession de doigts tous solidaires, à relier les portions de spires aux doigts de manière à ce qu'une extrémité d'une portion de spire soit reliée à une extrémité d'un premier doigt et que l'autre extrémité de la portion de spire soit reliée à la base d'un second doigt adjacent au premier, puis à désolidariser les doigts les uns des autres au niveau de leur base. De préférence la gorge est en saillie. De préférence les fentes sont taillées par électroérosion au fil. De préférence aussi les doigts sont découpés par électroérosion au fil. Cette technique permet d'obtenir des contours très précis. Elle permet aussi de découper plusieurs pièces en même temps en les superposant ce qui assure une bonne reproductibilité de la découpe. De préférence, les extrémités des portions de spire sont brasées aux doigts. De manière avantageuse, la désolidarisation des doigts peut se faire par électroérosion par enfoncement. La gorge peut être en secteur de couronne et les fentes radiales. La succession de doigts peut être aussi en secteur de couronne. Dans une variante la gorge peut être rectiligne et la succession de doigts aussi. La présente inventions concerne aussi la ligne à hélice et ailettes couplées obtenue par le procédé. Cette ligne comporte de préférence des spires d'hélice sensiblement rectangulaires. Cette ligne peut comporter une seule hélice ou deux. Lorsqu'il y en a deux, elles sont superposées et solidaires des mêmes ailettes. De préférence, les deux hélices sont enroulées en sens contraire pour éviter la production d'harmoniques d'espace nuisibles à l'amplificateur. La présente invention concerne aussi un tube électronique à champs croisés qui comporte une ligne à hélice et ailettes obtenue par le procéde. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante illustrée par des figures parmi lesquelles: les figures la et 1 b représentent respectivement une vue de dessus et une coupe transversale d'une plaque munie de deux gorges situées sur des faces opposées; les figures 2a et 2b représentent respectivement une vue de dessus et une coupe transversale de la même plaque après taillage de fentes radiales; les figures 3a et 3b représentent respectivement une vue de dessus et une coupe transversale d'une plaque taillée avec une succession de doigts; la figure 4 représente une coupe transversale d'une ligne à deux hélices et ailettes couplées courbée en cours de réalisation par le procédé selon l'invention; la figure 5 représente une coupe transversale de la ligne de la figure 4 obtenue par le procédé selon l'invention; les figures 6a et 6b représentent respectivement une vue de dessus et une coupe transversale d'une ligne à hélice et ailettes couplées rectiligne, obtenue par le procédé selon l'invention; la figure 7 représente une coupe transversale d'un amplificateur à champs croisés comportant une ligne à hélice et ailettes couplées obtenue par le procédé selon l'invention. L'exemple que l'on va décrire permet d'obtenir une ligne à deux hélices et ailettes couplées. Cette ligne a la forme d'un secteur de couronne et est adaptée pour être montée dans un tube amplificateur à champs o10 croisés. Cette ligne a deux extrémités distinctes. Lorsqu'on la monte dans un tube amplificateur à champs croisés l'une des extrémités est reliée à un dispositif d'injection d'une onde hyperfréquence et l'autre à un dispositif d'extraction de l'onde hyperfréquence après amplification. La ligne au lieu d'être en secteur de couronne pourrait être rectiligne. Elle pourrait bien entendu ne comprendre qu'une seule hélice au lieu de deux. Les figures 6a et 6b illustrent le cas d'une ligne rectiligne à une hélice et ailettes couplées. On se réfère aux figures 1 a et lb. On part d'une pièce 1 en matériau conducteur de l'électricité comportant au moins une gorge 2. Sur la figure lb on a représenté deux gorges 2 superposées et opposées par leur fond 4. La pièce 1 est une plaque en couronne. Les gorges 2 sont disposées sur les faces principales de la plaque et sont en secteur de couronne. Leurs deux extrémités sont disjointes. Dans l'exemple décrit, les gorges 2 sont situées à proximité du bord de la pièce 1. 11l s'agit ici du bord intérieur de la couronne. Les deux gorges 2 ont une section droite sensiblement en U avec deux côtés 3 en vis à vis. Cette plaque 1 munie des gorges 2 peut être obtenue par tournage d'une plaque plus épaisse. Les gorges 2 sont représentées en saillie mais elles pourraient ne pas dépasser des faces principales de la plaque. On se réfère aux figures 2a, 2b. Pour réaliser la ligne à hélice et ailettes couplées, on taille une succession de fentes 5 en travers des gorges 2. Les fentes sont dirigées radialement par rapport à la plaque 1. Le fond des fentes est situé au delà de la gorge par rapport au centre de la couronne de manière à créer des ailettes 6 radiales qui s'avancent vers la gorge 2. Les gorges 2 sont ainsi découpées en tranches et chaque tranche forme une portion 7 de spire de l'hélice de la ligne. Ces portions de spire ont sensiblement la forme d'un U. Chaque portion 7 de spire est solidaire d'une ailette 6. Dans l'exemple décrit, deux portions de spires superposées sont solidaires de la même ailette 6. Les fentes 5 pourront être avantageusement réalisées par électroérosion au fil. Cette technique consiste à générer des étincelles entre une électrode-outil (en l'occurrence un fil conducteur qui traverse la pièce à tailler) et la pièce à tailler. L'électrode-outil et la pièce à tailler sont isolées l'une de l'autre par un matériau diélectrique (généralement un fluide). La machine outil réalisant cette découpe peut être à commande numérique ce qui permet d'exécuter des formes de découpe complexes d'après des- programmes préétablis. Avec ce genre de machines les déplacements du fil sont extrêmement précis et reproductibles d'une pièce à l'autre. On peut aussi envisager, si les dimensions des fentes le permettent de les découper par fraisage ou sciage. L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à réaliser des éléments permettant de relier deux portions 7 de spires successives. On se réfère aux figures 3a,3b. On part d'une seconde pièce 20 de matériau conducteur de l'électricité dans laquelle on va découper un ensemble de doigts 21 tous solidaires. Cette pièce 20 est une plaque. L'ensemble de doigts 21 forme un secteur de couronne et les doigts 21 sont approximativement rayonnants. Dans l'exemple décrit, les extrémités libres 22 des doigts sont dirigées vers le centre de la couronne. On aurait pu envisager au contraire que ce soit la base 23 des doigts 21 qui soit dirigée vers le centre de la couronne. De préférence, le premier doigt et le dernier doigt de l'ensemble sont reliés entre eux par leur base 23. La découpe des doigts 21 peut être avantageusement effectuée par électroérosion au fil. Cette technique a l'avantage de permettre la découpe de plusieurs plaques en même temps en les superposant. La seconde plaque est de préférence plus fine que la première plaque 1. Son épaisseur correspond sensiblement à l'épaisseur des côtés des gorges 2. L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à fixer les doigts 21 aux portions 7 de spire de manière à interconnecter deux portions 7 de spire adjacentes. On se réfère à la figure 4. On relie une extrémité d'une portion 7 de spire à l'extrémité libre 22 d'un premier doigt 21 et l'autre extrémité de la même portion 7 à la base 23 d'un second doigt 21 voisin du premier. On a pris soin que la découpe des doigts soit appropriée à cette fixation et dans I'exemple décrit les doigts suivront un chemin légèrement en S. La liaison sera avantageusement réalisée par brasure. Cette brasure est relativement facile, car elle se fait à plat et l'on peut serrer. Les deux hélices peuvent être enroulées en sens contraire. Pour achever l'hélice, I'étape suivante consiste à désolidariser les- doigts 21 les uns des autres. Pour cela on va retirer de la matière en excès au niveau de leur base 23. Dans l'exemple décrit, la matière en excès est située entre l'ensemble des doigts et le bord extérieur de la plaque 20. Ce retrait de matière peut être effectué, par exemple, par électroérosion par enfoncement. L'électrode-outil a une forme appropriée et elle descend dans la pièce à tailler en enfonçant la matière à retirer. Lorsque la matière en excès est otée, la ligne à hélice et ailettes couplées est terminée. Le fait de relier les portions de spires 7 avec les doigts 21 puis de désolidariser les doigts permet d'obtenir une hélice. La figure 5 représente en coupe transversale la ligne terminée après avoir retiré l'excès de matière. Dans l'exemple décrit l'hélice a une section droite rectangulaire mais ce n'est qu'un exemple. Ce type de ligne à hélice et ailettes couplées est tout à fait adapté pour être monté notamment dans un tube amplificateur à champs croisés à large bande. Le matériau de la ligne est un matériau bon conducteur de l'électricité tel que du cuivre par exemple. Les figures 6a et 6b représentent en vue de dessus et en coupe transversale une ligne à hélice et ailettes couplées rectiligne réalisée par le procédé selon l'invention. Le procédé de réalisation de la ligne est conforme à ce qui a été décrit précédemment. L'exemple représenté montre une seule gorge 2 au lieu de deux. La gorge 2 est rectiligne au lieu d'être courbée. Elle peut être réalisée par usinage. On taille la succession de fentes en travers de la gorge 2. Les fentes 5 au lieu d'être radiales sont maintenant parallèles entre elles et transversales à la gorge 2. Les ailettes 6 sont formées en prolongeant latéralement les fentes au delà de la gorge 2. L'étape suivante consiste à tailler l'ensemble des doigts 21. Les doigts sont tous orientés de la même façon. L'ensemble des doigts forme comme un peigne rectiligne. L'étape qui consiste à relier les portions de spires aux doigts est conforme à ce qui a été décrit. La dernière étape consiste à retirer la matière en excès, c'est une bande de matière que l'on retire au lieu d'une couronne. Dans l'exemple décrit les ailettes 6 sont représentées à gauche de la gorge 2. Elles pourraient être disposées à droite ou même au niveau du fond 4 de la gorge 2 si la pièce 1 est suffisament épaisse La figure 7 montre en coupe transversale un amplificateur à champs croisés qui comporte une ligne obtenue selon le procédé conforme à l'invention. Ce tube est à faisceau d'électrons injecté. Il est formé d'une enveloppe cylindrique sous vide 70. La cathode porte la référence 71. La ligne à hélice et ailettes couplées 72 est solidaire de l'enveloppe 70. Une borne d'entrée 73 est disposée à une extrémité 77 de la ligne et une borne de sortie 74 à l'autre extrémité 78. La cathode 71 émet des électrons vers une anode 75 et ces électrons forment un faisceau d'électrons 76 qui interagit avec une onde hyperfréquence injectée à la borne d'entrée 73 et extraite à la borne de sortie 74. Les électrons sont produits à proximité de la première extrémité 77 de la ligne et recueillis par un collecteur 79 à proximité de la seconde extrémité 78. Un champ magnétique B est produit par un dispositif approprié perpendiculairement au plan de la figure. Bien que le tube représenté soit à faisceau injecté, I'utilisation d'une ligne du type décrit n'est pas limitée à ce type de tube, un tube à faisceau réentrant peut être utilisé aussi bien. REVENDICATIONS S 1 - Procédé de fabrication d'une ligne à hélice et ailettes couplées caractérisé en ce qu'il consiste: - à tailler dans une pièce (1) comportant au moins une gorge (2), des fentes (5) successives au travers de la gorge (2) qui se prolongent au delà de la gorge (2) de manière à obtenir des portions (7) de spire solidaires chacune d'une ailette (6), à découper dans au moins une autre pièce (20) une succession de doigts (21) tous solidaires; - à relier les portions (7) de spire aux doigts (21) de manière à ce qu'une extrémité d'une portion (7) de spire soit reliée à une extrémité (22) - d'un premier doigt (21) et que l'autre extrémité de la portion (7) de spire soit reliée à la base (23) d'un second doigt (21) adjacent au premier; - à désolidariser les doigts (21) les uns des autres au niveau de leurs bases (23). 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à tailler les fentes (5) par électroérosion au fil. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à découper la succession de doigts (21) par électroérosion au fil. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il consiste à relier les portions (7) de spire aux doigts (21) en les brasant. - Procédé selon l'une des revendications I à 4, caractérisé en ce qu'il consiste à désolidariser les doigts (21) par électroérosion par enfonçage. 6 - Procédé selon l'une des revendications I à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une pièce (1) comportant au moins une gorge (2) en saillie. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la gorge (2) par tournage, cette gorge (2) ayant la forme d'uns secteur de couronne. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste à tailler les fentes (5) radialement dans la gorge (2). 9 - Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il consiste à découper la succession de doigts (21) de manière à ce qu'elle forme un secteur de couronne. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser la gorge (2) par usinage, cette gorge (2) étant rectiligne. 11 - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à tailler les fentes (5) parallèles entre elles. 12 - Procédé selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce qu'il consiste à découper la succession de doigts (21) de manière à ce qu'elle soit rectiligne. 13 - Ligne à hélice et ailettes couplées obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que chaque spire d'hélice est sensiblement rectangulaire. 14 - Ligne à hélice et ailettes couplées obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'elle comporte deux hélices superposées solidaires des mêmes ailettes (6). - Ligne à hélice et ailettes couplées selon la revendication 14, caractérisée en ce que les deux hélices sont enrouléees en sens contraire. 16 - Tube électronique à champs croisés, caractérisé en ce qu'il comporte une ligne à hélice et ailettes couplées obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 12.