Brevet FR2704092A1 — publié le 19941021

La présente invention concerne des agencements de tube à faisceau électronique comprenant des cavités résonantes et plus particulièrement mais de façon non exclusive, des circuits de cavité résonante de sortie de ces agencements depuis lesquels de l'énergie haute fréquence est extraite. La présente invention s'applique plus particulièrement à des dispositifs de tétrode de sortie inductive (ci-après appelés "IOT") tels que ceux connus sous la marque déposée Klystrode (marque déposée de Varian Associates Inc.). Un dispositif IOT inclut un canon à électrons agencé pour produire un faisceau électronique linéaire et une cavité résonante d'entrée au niveau de laquelle un signal haute fréquence RF qui doit être amplifié est appliqué pour réaliser une modulation du faisceau au niveau d'une grille du canon à électrons. L'interaction résultante entre l'énergie RF et le faisceau électronique provoque l'amplification du signal haute fréquence qui est ensuite extrait depuis un circuit de cavité résonante de sortie. Un problème rencontré par les concepteurs et utilisateurs de dispositifs IOT est que les dimensions de l'agencement, plus particulièrement des cavités25 résonantes incluses au niveau des parties d'entrée et de sortie du dispositif, doivent être choisies avec précision pour une bande de fréquences de fonctionnement particulière. La fréquence de résonance des cavités résonantes peut être altérée en utilisant des portes d'accord pour modifier leur volume. Cependant, le rendement du couplage entre des cavités primaire et secondaire peut être affecté défavorablement lors d'un fonctionnement au niveau des extrêmes de la bande de fréquences jusqu'à un point o il peut même s'avérer impraticable d'utiliser le dispositif. Dans ce cas, un second tube qui convient pour être utilisé sur une plage de fréquences différente peut être nécessaire. La présente invention résulte de la considération particulière de l'agencement des cavités de sortie de dispositifs IOT mais elle peut s'appliquer également à d'autres agencements de tube à faisceau électronique dans lesquels un couplage entre les cavités résonantes est utilisé, tels que par exemple des klystrons. Selon la présente invention, on propose un agencement de tube à faisceau électronique comprenant: un circuit de cavité résonante comprenant deux cavités (8, 10), un moyen pour coupler de l'énergie haute fréquence entre elles et un dôme de couplage qui fait saillie à l'intérieur de l'une des cavités depuis une paroi de celle-ci, caractérisé en ce que le dôme comprend une partie de base adaptée pour être jointe à un élément de finition en dôme d'un jeu constitué par un ou plusieurs éléments de finition en dôme et ainsi, un couplage entre les deux cavités peut être ajusté en fonction du choix de l'élément de finition en dôme. Au moyen de l'utilisation de l'invention, il est possible d'assurer un couplage efficace sur une large plage de fréquences de fonctionnement en sélectionnant différents éléments de finition en dôme qui conviennent pour une utilisation en coopération avec la partie de base. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le dôme de couplage comprend une partie de base qui est utilisée en conjonction avec l'un sélectionné d'un jeu d'éléments de finition en dôme pour constituer une configuration en dôme variable qui peut être assemblée par un utilisateur de l'équipement. Les éléments de finition en dôme peuvent être de différentes épaisseurs et de différents diamètres de manière à modifier de façon essentielle la configuration de la cavité dans laquelle ils sont positionnés d'o la modification des valeurs d'inductance et de capacité à l'intérieur de la cavité et par conséquent, la variation des caractéristiques de5 couplage. Ainsi, l'utilisation de l'invention permet une flexibilité augmentée quant aux caractéristiques de fonctionnement qui peuvent être obtenues sans la nécessité d'utiliser un dispositif séparé. Les parties supplémentaires requises par comparaison avec un agencement classique sont relativement petites et aisées à fabriquer et ne s'ajoutent pas de façon notable au coût total de l'agencement. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, chaque élément de finition en dôme est joint à la partie de base au moyen d'agencements de filetages en coopération qui assurent une bonne connexion électrique entre ces éléments. Selon un autre agencement, un moyen de fixage tel que des vis est placé de manière à traverser la partie de base ainsi qu'à l'intérieur d'un élément de finition en dôme. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la partie de base se présente sous la forme d'un cylindre fermé sur lequel l'élément de finition en dôme sélectionné est monté. Le cylindre peut présenter une symétrie circulaire ou toute autre configuration. Par exemple, il peut présenter une section en coupe transversale carrée. Selon un autre mode de réalisation, la partie de base est un cylindre à extrémité ouverte, l'élément de finition en dôme étant fixé sur sa surface de paroi interne ou externe. De préférence, le dôme de couplage est sensiblement cylindrique et circulaire bien que d'autres configurations puissent être utilisées. Par exemple, le dôme peut prendre la forme d'un bloc présentant des faces carrées ou rectangulaires. Avantageusement, la partie de base est amovible par rapport à ladite paroi. Ceci permet l'enlèvement et l'emboîtage aisés de différents éléments de finition en dôme. Bien que selon un mode de réalisation particulier le dôme de couplage soit une partie de base qui doit être utilisée en conjonction avec un élément de finition en dôme, selon un autre mode de réalisation de l'invention, la partie de base peut ellemême jouer le rôle de dôme de couplage complet. Ainsi, un agencement selon la présente invention peut comprendre une partie de base et un unique élément de finition en dôme qui est choisi soit en vue d'être combiné à la partie de base soit de manière à ne pas en dépendre, selon la performance de fonctionnement requise. Bien entendu, deux éléments de finition ou plus peuvent être disponibles en vue d'une utilisation avec une partie de base, la combinaison jouant le rôle d'un dôme de couplage complet. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le couplage entre les première et seconde cavités est réalisé au moyen d'un agencement de couplage qui inclut un élément électriquement conducteur tel qu'un bloc positionné à l'intérieur de l'une des cavités. Le dôme de couplage peut être agencé dans la même cavité et peut être aligné avec le bloc conducteur moyennant un espace les séparant de telle sorte que les faces d'extrémité du bloc et du dôme se fassent face l'une l'autre. Dans une telle configuration, le dôme de couplage agit de façon particulièrement directe quant à son effet de couplage entre les première et seconde cavités. L'espace séparant le dôme et l'élément conducteur peut être modifié en choisissant des éléments de finition en dôme différents. L'invention convient tout particulièrement à des circuits de cavité résonante de sortie de dispositifs à faisceau électronique tels que des IOT et que des klystrons. Cependant, elle peut également être mise en oeuvre selon d'autres agencements qui mettent en jeu un couplage entre des cavités résonantes telles qu'au niveau du circuit de cavité résonante d'entrée de ces agencements qui utilisent deux cavités d'entrée. Certains modes de réalisation de l'invention sont maintenant décrits à titre d'exemples par report aux dessins annexés parmi lesquels: la figure 1 représente de manière schématique un IOT comprenant une configuration de dôme de couplage selon l'invention; la figure 2 représente de manière schématique le dôme de couplage de la figure 1 qui inclut d'autres éléments de finition en dôme; la figure 3 représente l'agencement de la figure 1 qui comporte un élément de finition en dôme différent; et les figures 4, 5 et 6 représentent de manière schématique une partie d'autres agencements selon l'invention. Par report à la figure 1, un IOT comprend un canon à électrons 1 qui inclut une cathode 2 et une grille 3 agencées pour produire un faisceau électronique linéaire suivant l'axe longitudinal X- X de l'agencement. L'IOT inclut des tubes de dérivation 4 et via lesquels le faisceau électronique passe avant d'être collecté par un collecteur (non représenté). Une cavité résonante d'entrée cylindrique 6 est agencée coaxialement par rapport au canon à électrons 1 et elle inclut un couplage d'entrée 7 au niveau duquel un signal RF qui doit être amplifié est appliqué. Une cavité de sortie primaire 8 entoure les tubes de dérivation 4 et 5 et inclut une boucle de couplage 9 via laquelle un signal RF amplifié est extrait et couplé dans une cavité de sortie secondaire 10 et depuis l'IOT via un couplage de sortie 11. Pendant le fonctionnement du dispositif, la cathode 2 et la grille 3 sont maintenues à des potentiels de l'ordre de 30 kV, la grille 3 étant maintenue à une tension de polarisation continue d'environ 100 volts de moins que le potentiel de la cathode. Le signal haute fréquence d'entrée appliqué en 7 résulte d'une tension RF de quelques centaines de volts introduite entre la cathode 2 et la grille 3 pour produire une modulation du faisceau électronique. La boucle de couplage 9 contenue dans la cavité primaire 8 est connectée via un montant conducteur 12 à un bloc cylindrique 13 qui est également électriquement conducteur. Le montant conducteur 12 est entouré par un matériau isolant 14 et peut tourner pour permettre la modification de l'orientation de la boucle 9, ce qui modifie le couplage entre les cavités primaire et secondaire 8 et 10. Un dôme de couplage indiqué de façon générale en est positionné dans l'une des parois de la cavité secondaire 10 et est agencé à l'opposé du bloc conducteur 13. Le dôme de couplage 15 est électriquement conducteur et il comprend une partie de base 16 qui est un élément à bride monté de manière à faire saillie à l'intérieur de la cavité 10. Un élément de finition en dôme 17 est fixé à l'extrémité de la partie de base 16 de telle sorte qu'il fasse face au bloc 13. Les dimensions de l'élément de finition 17 sont telles qu'un espace souhaité particulier d'une valeur d'espacement D existe entre le bloc conducteur 13 et le dôme 15. L'élément de finition en dôme 17 est de configuration générale cylindrique et circulaire et il présente un diamètre d qui, en combinaison avec l'espacement D, assure un couplage efficace entre les cavités primaire et secondaire 8 et 10. La figure 2 représente des parties du dôme 15 de manière davantage détaillée. La partie de base 16 inclut une région de largeur réduite dont l'extrémité, en fonctionnement, est éloignée de la paroi de la cavité secondaire. Dans ce mode de réalisation, la surface externe de la région de largeur réduite inclut un filetage 18. L'élément de finition en dôme 17 représenté séparément inclut une cavité cylindrique 19 dont la paroi latérale inclut un taraudage 20 qui coopère avec le filetage 18 de la partie de base 16. Ainsi, lors de son utilisation, cet élément de finition en dôme particulier est simplement vissé en position sur la partie de base 16. La partie de base 16 inclut également des ailettes 21 qui s'étendent vers l'extérieur de la cavité secondaire 10 et sur lesquelles de l'air de refroidissement est amené à circuler pendant le fonctionnement du dispositif. Si l'on souhaite utiliser l'IOT sur une plage différente de fréquences de fonctionnement, le dôme de couplage 15 est ôté de la cavité secondaire 10. L'élément de finition en dôme 17 est alors dévissé de la partie de base 16 et est remplacé par un autre élément de finition en dôme 22 également représenté sur la figure 2. L'élément de finition en dôme 22 inclut une cavité 23 qui est configurée de manière à coopérer avec la partie de base 16 et avec le filetage 18 de telle sorte qu'un dôme de couplage à la fois d'un diamètre plus grand et d'une profondeur plus importante soit assemblé. La configuration de l'élément de finition en dôme 22 diffère de celle du premier élément 17 en ce sens que ses parois latérales 24 sont sensiblement normales à la face d'extrémité 25. Comme on peut le voir, les parois latérales du premier élément 17 sont de forme générale incurvée. Lorsque le second élément 22 est ajouté à l'élément de base 16, le dôme terminé est inséré à l'intérieur de la cavité secondaire 10 et du fait de la variation de la configuration et des dimensions, il est possible d'obtenir un couplage efficace sur une plage de fréquences différente par comparaison avec celui obtenu avec le premier élément de finition en dôme 17. La figure 3 représente schématiquement i'IOT de la figure 1 dans lequel le premier élément de finition en dôme 17 a été remplacé par le second 22. Le dôme de couplage représenté sur les figures 1 et 3 est à des distances particulières spécifiées de la face d'extrémité du bloc conducteur 13 selon l'élément de finition qui est utilisé. La configuration particulière choisie dépend des applications et des fréquences mises en jeu. Dans certains agencements, l'espace séparant la face d'extrémité du dôme et le bloc ou toute autre partie conductrice telle qu'une paroi si un bloc n'est pas inclus peut être le même pour différents éléments de finition en dôme mais la configuration du dôme est différente. Dans d'autres agencements, l'espace peut être différent pour des éléments de finition différents. Le dôme de couplage de la figure 2 est représenté moyennant deux autres éléments d'extrémité pour former le dôme terminé. Cependant, un nombre plus important de ces éléments de finition peuvent être fournis avec un IOT particulier ou avec tout autre dispositif pour permettre à l'utilisateur d'effectuer un choix entre eux en fonction de ses exigences. Le dôme de couplage représenté sur la figure 2 comporte une partie de base et des parties d'extrémité qui sont connectées au moyen d'un système de vissage. Cependant, d'autres moyens de fixation peuvent être utilisés. Par exemple, comme représenté sur la figure 4, les autres éléments de finition en dôme sont fixés au moyen de dispositifs de fixation 26 et 27 qui traversent la partie de base et qui lui fixent les éléments de finition d'extrémité. Dans les agencements décrits jusqu'ici par report aux figures précédentes, le dôme de couplage est constitué par une partie de base sur laquelle des éléments de finition en dôme appropriés sont fixés. La figure 5 représente de manière schématique un autre agencement dans lequel un dôme de couplage comprend une partie de base 28 qui joue par elle-même efficacement le rôle d'un dôme de couplage complet sur une certaine plage de fréquences sans la nécessité d'ajouter des éléments de finition. La partie de base 28 est conçue pour recevoir un élément de finition en dôme d'extrémité supplémentaire 29 lorsqu'un fonctionnement est requis sur une plage de fréquences différente. A nouveau, plusieurs éléments d'extrémité peuvent être fournis en tant que jeux d'éléments destinés à être utilisés avec la partie de base 28. Dans les agencements représentés, le dôme de couplage est positionné à l'opposé d'un bloc conducteur, ces deux éléments étant placés à l'intérieur de la cavité de sortie secondaire. Dans d'autres agencements, le bloc conducteur peut être omis et d'autres formes de couplage peuvent être utilisées. Par exemple, la boucle de couplage 9 contenue à l'intérieur de la cavité primaire 8 peut être connectée à une seconde boucle de couplage à l'intérieur de la cavité de sortie secondaire 10. Par report à la figure 6, selon un autre agencement selon la présente invention, un dôme de couplage comprend une partie de base 30 et plusieurs autres éléments de finition en dôme dont deux, 31 et 32, sont représentés. Dans cet agencement, la partie de base 30 est un disque sensiblement plan comportant des ailettes de refroidissement 33 qui se projettent depuis une surface qui, en fonctionnement, est externe à la cavité à l'intérieur de laquelle le dôme de couplage est agencé de manière à se projeter. Les éléments de finition 31 et 32 sont fixés à la partie de base 30 au moyen de vis mais d'autres moyens de fixation pourraient être utilisés. Par exemple, la partie de base peut inclure une paroi cylindrique filetée présentant une extension axiale relativement faible sur laquelle les éléments de finition en dôme sont adaptés de manière à coopérer. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6, les éléments de finition en dôme sont creux afin de gagner du poids et de réduire les exigences de matière. Cependant, ces éléments pourraient être solides dans d'autres modes de réalisation de l'invention. 1l REVENDICATIONS 1. Agencement de tube à faisceau électronique comprenant: un circuit de cavité résonante comprenant deux cavités (8, 10), un moyen pour coupler de l'énergie haute fréquence entre elles (9, 12, 13) et un dôme de couplage (15) qui fait saillie à l'intérieur de l'une des cavités depuis une paroi de celle-ci, caractérisé en ce que le dôme (15) comprend une partie de base (16) adaptée pour être jointe à un élément de finition en dôme (17) d'un jeu constitué par un ou plusieurs éléments de finition en dôme (17, 22) et ainsi, un couplage entre les deux cavités peut être ajusté en fonction du choix de l'élément de finition en dôme. 2. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de base (28) elle-même peut jouer le rôle de dôme de couplage. 3. Agencement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie de base (30) est sensiblement plane. 4. Agencement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le dôme de couplage (15) est de forme sensiblement cylindrique et circulaire. 5. Agencement selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le dôme de couplage (15) comporte une face d'extrémité qui est sensiblement plane et qui est éloignée de ladite paroi. 6. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de base (16) inclut un filetage (18) destiné à coopérer avec un filetage (20) supporté par ledit un ou lesdits plusieurs éléments de finition en dôme (17, 22). 7. Agencement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie de base est adaptée pour être jointe à ledit ou auxdits éléments de finition en dôme à l'aide d'un moyen de fixation (26, 27) traversant la partie de base et pénétrant à l'intérieur de l'élément de finition après assemblage. 8. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit ou lesdits éléments de finition (17, 22) incluent une cavité qui est dimensionnée de manière à accepter la partie de base (16). 9. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de cavité résonante est un circuit de sortie (8, 10) agencé pour coupler de l'énergie RF amplifiée provenant de l'agencement pendant son fonctionnement. 10. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de base (17) peut être ôtée de ladite paroi. 11. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de base (17) inclut une bride qui est positionnée à l'extérieur de la cavité (10) à l'intérieur de laquelle le dôme (15) fait saillie et qui est adjacente à ladite paroi. 12. Agencement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit moyen permettant de coupler de l'énergie haute fréquence comprend un élément électriquement conducteur (13) qui est placé dans la cavité (10) à l'intérieur de laquelle le dôme (15) fait saillie et qui fait saillie depuis une paroi opposée à la paroi depuis laquelle le dôme (15) fait saillie. 13. Agencement selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'élément conducteur (13) est espacé du dôme (15) par un espace (D) qui peut être modifié en fonction du choix de différents éléments de finition en dôme. 14. Agencement selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'élément conducteur (13) est un bloc comportant une surface sensiblement plane agencée dans un plan sensiblement parallèle au plan de la face d'extrémité du dôme.