Brevet FR2727244A1 — publié le 19960524

CAVITE RESONANTE A COUPLAGE FACILITE La présente invention concerne le domaine des cavités résonantes destinées à être couplées, utilisées dans des tubes électroniques notamment ceux servant d'amplificateurs de puissance pour la télévision. L'amplificateur doit posséder une largeur de bande instantanée de l'ordre de 8 MHz compatible avec les différents standards pour transmettre à la fois le son et l'image. La gamme de fonctionnement s'étend de 470 MHz à 860 MHz. Des klystrons étaient dans le passé généralement utilisés pour la télévision. Ils possèdent une succession de cavités traversées par le faisceau électronique, la largeur de bande nécessaire dans la plage choisie est obtenue par des dispositifs d'accord en fréquence agissant sur les fréquences de résonance des différentes cavités. Ils ne possèdent pas la plupart du temps de cavités destinées à être couplées. On utilise maintenant de plus en plus des tubes à sortie inductive (connus sous la dénomination anglaise d'l.O.T pour inductive output tube) au lieu des klystrons car le rendement des klystrons est mauvais. Mais les tubes à sortie inductive ne possèdent qu'une seule cavité résonnante de sortie traversée par le faisceau d'électrons et pour atteindre les plages de fréquences et la bande passante instantanée requises on couple cette cavité de sortie dite primaire à une autre cavité dite secondaire. Le circuit de sortie de tels tubes comprend donc une cavité primaire traversée par le faisceau d'électrons, une cavité secondaire, un système de couplage entre les deux cavités et un dispositif de prélèvement qui extrait un signal de sortie de la cavité secondaire et le transmet à un dispositif utilisateur tel une antenne. Les cavités primaire et secondaire comportent généralement un dispositif permettant une variation de leur volume et donc de leur fréquence de résonance. Ce dispositif peut consister en une paroi mobile. Le dispositif de prélèvement est généralement réalisé par une boucle qui embrasse les lignes du champ magnétique présent dans la cavité secondaire. Dans certains tubes à sortie inductive la cavité secondaire est couplée à la cavité primaire par un orifice de couplage. Ce type de circuit de sortie ne permet pas de couvrir toute la plage des fréquences de télévision et le constructeur de tube doit proposer plusieurs types de cavités secondaires ayant des dimensions différentes pour couvrir toute la plage. Dans d'autres tubes à sortie inductive, le circuit de couplage entre les deux cavités consiste en une boucle qui plonge dans la cavité primaire, qui se prolonge par un arbre conducteur et se termine dans la cavité secondaire par un corps conducteur en forme de bouton. Le circuit de couplage est isolé électriquement par rapport aux parois des cavités. Les cavités étant ventilées et de l'énergie à haute fréquence étant présente dans les cavités, il en résulte que le circuit de couplage risque de se charger électriquement et que des arcs électriques peuvent s'établir entre le circuit de couplage et les parois. Ces arcs électriques détruisent le couplage entre les deux cavités. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant une cavité résonante à couplage facilité. Cette cavité ne possède pas de pièce isolée électriquement des parois et le risque d'arc électrique est amoindri. La cavité résonante conforme à l'invention comporte un orifice de couplage dans l'une de ses parois pour la coupler à une autre cavité et un mât électroconducteur dressé à partir d'une autre paroi opposée à la première vers l'orifice de couplage, ce mat se terminant par une partie conformée en crochet en contact avec le bord de l'orifice de couplage. La partie conformée en crochet peut être formée d'un coude situé sensiblement dans le plan de la paroi portant l'orifice de couplage. Il est également possible que le mat sorte de la cavité par l'orifice de couplage. Cette configuration fait pénétrer le mât dans la cavité à laquelle elle est couplée et permet un ajustage du degré de couplage entre les deux cavités. Il est préférable de prévoir dans la cavité, des moyens pour faire varier son volume de manière à ce que sa fréquence de résonance puisse varier. De préférence, une boucle plonge dans la cavité de manière à extraire ou à injecter de l'énergie hyperfréquence. Un élément conducteur allongé, sensiblement parallèle au mât électroconducteur, peut également être prévu dans la cavité. Cet élément plonge dans la cavité à partir de la paroi opposée à celle portant l'orifice de couplage. Il permet pour une fréquence de résonnance donnée de réduire l'encombrement de la cavité. Il peut aussi faciliter le couplage entre la boucle de prélèvement ou d'injection et l'intérieur de la cavité. La présente invention concerne également un tube à faisceau électronique tel qu'un tube à sortie inductive comportant une cavité primaire traversée par le faisceau d'électrons et une cavité résonante à couplage facilité décrite précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une coupe transversale d'un tube à sortie inductive selon l'art connu; - la figure 2 est une coupe transversale d'un autre tube à sortie inductive de type connu; - les figures 3a,3b,3c représentent respectivement une vue en perspective éclatée, une coupe et une vue de dessus d'une cavité selon l'invention. - les figures 4a, 4b deux coupes longitudinales partielles d'un tube à sortie inductive muni d'une cavité conforme à l'invention. La figure 1 représente en coupe transversale une cavité primaire de tube à sortie inductive couplée à une cavité secondaire. La cavité primaire porte la référence 1 et la cavité secondaire la référence 2. La cavité primaire 1 contient des tubes de glissement 3 qui canalisent des électrons en faisceau émis par un canon à électrons (non représenté). Sur la figure le faisceau d'électrons serait normal à la feuille. La cavité primaire 1 comporte une partie sous vide centrale autour des tubes de glissement 3 et une partie dans l'air plus extérieure. Un cylindre isolant 4 assure l'étanchéité entre les deux parties. Ce cylindre 4 est généralement en céramique. La cavité primaire peut comporter au moins une paroi mobile 5 de manière à faire varier son volume pour ajuster sa fréquence de résonance. La cavité primaire 1 est couplée à la cavité secondaire grâce à un orifice de couplage 6 qui fait communiquer les deux cavités 1,2. Sur la figure 1, les cavités 1,2 ont une paroi commune 9 qui porte l'orifice 6. De l'énergie hyperfréquence amplifiée par le tube est transmise de la cavité primaire 1 à la cavité secondaire 2. Une boucle conductrice 7 plonge dans la cavité secondaire 2, elle est destinée à prélever l'énergie hyperfréquence présente dans la cavité secondaire et à la transmettre à un dispositif d'utilisation situé à l'extérieur de la cavité. Ce dispositif n'est pas représenté. La boucle conductrice 7 traverse une paroi 10 de la cavité secondaire opposée à celle 9 qui porte l'orifice de couplage. La cavité secondaire 2 comporte un pion conducteur 8 issu de l'une de ses autres parois vers le centre de la cavité secondaire. Ce pion 8 est orienté dans la même direction que les lignes du champ électrique qui s'établit dans la cavité secondaire. Ces cavités 1,2 fonctionnent généralement toutes les deux dans un mode TE010- Les lignes de champ électrique sont dans la cavité secondaire 2 normales à la feuille et les lignes de champ magnétique B embrassent le pion 8. Dans la cavité primaire I les lignes de champ magnétique B embrassent les tubes de glissement 3 tandis que les lignes de champ électrique sont normales à la feuille. Ce circuit de sortie du tube ne permet pas de couvrir toutes les plages de fréquences requises et il faut prévoir plusieurs types de cavités secondaires de dimensions différentes pour palier à cet inconvénient. Dans d'autres tubes à sortie inductive tel que celui représenté sur la figure 2, le couplage entre la cavité primaire 1 et la cavité secondaire 2 au lieu d'être réalisé par un orifice de couplage est réalisé par une boucle 20 qui fait saillie dans la cavité primaire 1 à partir d'une paroi 30 et qui embrasse les lignes de champ magnétique B. La boucle 20 se prolonge par un élément conducteur 21 en forme de bouton qui fait saillie dans la cavité secondaire 2 à partir de l'une de ses parois 31. La boucle 20 et l'élément conducteur 21 sont reliés par un arbre conducteur 24 qui traverse les deux parois 30,31. Il est prévu, dans la cavité secondaire 2, une protubérance 22 conductrice portée par une paroi 32 opposée à celle qui porte l'élément conducteur 21 en forme de bouton. Cette protubérance 22 se projette vers l'élément conducteur 21 en forme de bouton en délimitant un espace 23. Un manchon diélectrique 25 isole électriquement l'arbre conducteur 24, la boucle 20 et l'élément conducteur 21 en forme de bouton des parois 30,31. Les parois des cavités sont généralement à la masse. Les cavités sont généralement ventilées. La circulation d'air ainsi que l'énergie hyperfréquence présente dans les cavités provoquent un chargement électrique de la boucle 20 et de l'élément conducteur 21 en forme de bouton. Des arcs électriques risquent alors de s'établir entre le circuit de couplage et les parois ce qui risque de détruire le couplage entre les deux cavités. De manière classique, la cavité primaire 1 comporte des moyens pour faire varier son volume intérieur afin de permettre un ajustement de sa fréquence de résonance. Ce dispositif consiste en deux parois 5 de la cavité primaire qui sont mobiles. Dans cet exemple, comme sur la figure 1, une boucle conductrice 7 plonge dans la cavité secondaire 2 pour prélever l'énergie hyperfréquence présente et la transmettre à un dispositif d'utilisation situé à l'extérieur de la cavité. Ce dispositif n'est pas représenté. Dans cet exemple, c'est aussi le mode TE010 qui s'établit dans les cavités. Les lignes de champ magnétique B sont représentées. Dans la cavité primaire 1, les lignes de champ magnétique entourent les tubes de glissement et les lignes de champ électrique sont normales à la feuille. Dans la cavité secondaire 2 les lignes de champ magnétique B entourent l'élément conducteur 21 en forme de bouton et les lignes de champ électrique Es'établissent entre l'élément conducteur 21 en forme de bouton et la protubérance 22. La boucle conductrice 7 est placée de manière à embrasser les lignes de champ magnétique. Les figures 3a,3b,3c montrent un exemple d'une cavité résonante 49, destinée à être couplée, conforme à l'invention. La figure 3a est une vue en perspective éclatée, la figure 3b une coupe de face et la figure 3c une vue de dessus. La cavité résonante 49 est dans cet exemple de forme parallélépipédique et est délimitée par des parois conductrices. On aurait pu envisager qu'elle ait une autre forme cylindrique par exemple. L'une des parois 40 comporte un orifice de couplage 41 qui contribue à la faire communiquer avec une autre cavité à laquelle on la couple. La figure 4 montre une cavité conforme à l'invention ou cavité secondaire couplée à une cavité dite primaire de tube à sortie inductive. Un mât électroconducteur 43 se dresse dans la cavité 49, à partir d'une paroi 42 opposée à celle qui porte l'orifice de couplage 41, face à l'orifice de couplage 41. Ce mat 43 se termine par une partie 44, conformée en crochet, en contact avec le bord de l'orifice de couplage 41. Dans l'exemple représenté, le mat 43 et l'orifice de couplage 41 sont situés dans la zone centrale de la cavité 49. Ici le mât 43 est sensiblement normal aux parois 40,41 et se dirige vers la partie centrale de l'orifice de couplage 41. La partie 44 conformée en crochet est simplement coudée par rapport au reste du mât 43. Le coude 48 est sensiblement dans le même plan que la paroi 40 qui porte l'orifice de couplage 41 et son extrémité est en contact avec le bord de l'orifice de couplage. D'autres configurations sont bien sur envisageables. Lorsque cette cavité 49 est couplée à une cavité primaire de tube à sortie inductive dans laquelle un mode TE010 s'établit, les lignes de champ électrique E sont radiales au niveau de l'orifice de couplage 41. Le champ électrique est nul le long de la partie 44 conformée en crochet et maximal entre le mat 43 et le bord de l'orifice de couplage diamétralement opposé au point de contact avec le coude. Dans cette configuration, le couplage prédominant entre les deux cavités est électrique. De manière classique, la cavité 49 peut comporter un dispositif de réglage de son volume et par conséquent de sa fréquence de résonance. Sur la figure 3c, on a représenté schématiquement deux parois 45,46 mobiles, elles sont contiguës avec celle 40 qui porte l'orifice de couplage 41. De manière classique également la cavité 49 qui est ici une cavité de sortie comporte une boucle 47 de prélèvement de l'énergie hyperfréquence présente à l'intérieur de la cavité. Cette boucle 47 plonge dans la cavité 49 en embrassant les lignes de champ magnétique B qui s'y établissent. Les lignes de champ magnétique B sont représentées sur les figures 4a,4b. Pour améliorer le couplage entre les deux cavités, le mat 43 peut comporter une partie qui sort de la cavité par l'orifice de couplage 41. C'est ce qu'illustre la figure 4a. Sur cette figure on voit en coupe longitudinale une cavité primaire 53 de sortie de tube à sortie inductive couplée à une cavité conforme à l'invention. La cavité primaire 53 est conforme à celles des figures 1 et 2. Puisque la coupe est maintenant longitudinale on voit avec la référence 50 un canon à électrons pour produire des électrons, deux tubes de glissement avec les références 51 et 52 de part et cd'autre de la cavité primaire 53. Le cylindre isolant autour des tubes de glissement 51,52 porte la référence 54. Les lignes de champ magnétique B entourent les tubes de glissement 51,52. La cavité résonante conforme à l'invention porte les mêmes références que celles des figures 3a, 3b,3c. Le mat 43 pénètre dans la cavité primaire 53 et sa partie 44 conformée en crochet embrasse les lignes de champ magnétique B qui s'y établissent. Dans la cavité primaire 53 c'est un mode TE010 qui s'établit. Le degré de couplage entre les deux cavités est fonction de la portion de mat 43 qui pénètre dans la cavité primaire 53. L'enfoncement du mât 43 dans la cavité primaire 53 peut être réglé de l'extérieur. Maintenant la partie 44 conformée en crochet n'est plus un simple coude mais une boucle recourbée dont l'extrémité est en contact avec le bord de l'orifice de couplage 41. Ici la boucle recourbée est formée de deux tronçons à angle droit. Le couplage entre les deux cavités 53,49 est à la fois magnétique et électrique. Dans la cavité 49 le mode qui s'établit n'est plus le mode TE010 à cause de la présence du mat 43. Ce mode possède des lignes de champ magnétique B qui embrassent le mat 43. La boucle de prélèvement 47 est placée de manière à embrasser aussi ces lignes de champ magnétique. Les parois mobiles ne sont pas visibles sur cette figure, elles sont parallèles à la feuille. Il est envisageable que le mat 43 et l'orifice de couplage 41 ne soient plus situés dans la zone centrale de la cavité 49. C'est ce qu'illustre la figure 4b. Le mât 43 est décalé par rapport à la zone centrale de la paroi 42, vers la boucle 47 de prélevement ou d'injection. Cette configuration permet de réduire les dimensions de la cavité 49. C'est intéressant car on recherche toujours une diminution de l'encombrement. Sur cette figure 4b les éléments qui se correspondent portent les mêmes références que sur la figure 4a. Sur cette variante le mat 43 est fixe. Son pied est solidaire de la paroi 42 et son extrémité du bord de l'orifice de couplage 41. Il est possible de prévoir dans la cavité 49 conforme à l'invention un élément conducteur allongé placé 48 sensiblement parallèlement au mât 43 électroconducteur. Cet élement est issu de la paroi 42 qui porte le mat 43. Il est de préférence cylindrique. Il a un effet capacitif. Il peut être mobile ou fixe. Il permet de réduire la fréquence de résonance de la cavité a encombrement constant ou de réduire l'encombrement de la cavité à fréquence constante. S'il est placé entre la boucle de prélèvement 47 et le mat 43, il concentre le champ magnétique vers la boucle 47. Il facilite le couplage et permet de réduire les dimensions de la boucle 47. Le mât 43 peut être réalisé dans un matériau conducteur de l'électricité tel que le cuivre ou l'aluminium. Les parois des cavités sont généralement en aluminium, en cuivre ou en laiton. Le mat 43 peut être fixé par brasure ou soudure par exemple à la paroi 42 et à l'orifice de couplage 41 s'il est fixe. Si la position du mat 43 peut être ajustée pour régler le degré de couplage entre les deux cavités comme sur la figure 4a, il existe un contact mécanique entre le mât 43 et la paroi 42 et entre le mat 43 et l'orifice de couplage 41. La partie 44 conformée en crochet peut être réalisée par exemple, par pliage ou par un assemblage d'un ou plusieurs tronç,ons. Les formes de crochet représentées ne sont que des exemples. D'autres formes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. Bien que la description précédente ait été faite dans le cadre de tubes à sortie inductive, la cavité résonante selon l'invention peut être utilisée avec tout type de tube à faisceaux d'électrons ayant au moins une cavité résonante couplée. La description qui vient d'être faite concernait une cavité résonante secondaire de sortie. L'invention peut aussi s'appliquer à une cavité secondaire d'entrée couplée à une cavité primaire d'entrée. Dans cette configuration, au lieu de comporter une boucle de prélèvement de l'énergie hyperfréquence, la cavité résonante secondaire d'entrée comporterait une boucle d'injection d'énergie hyperfréquence. REVENDICATIONS I - Cavité résonante (49) délimitée par des parois (40,42) parmi lesquelles une première (40) comportant un orifice de couplage (41) pour coupler ladite cavité à une autre cavité, caractérisée en ce qu'elle contient un mât (43) électroconducteur issu d'une seconde paroi (42) opposée à la première (40) et dressé face à l'orifice de couplage (41), ce mât (43) se terminant par une partie (44) conformée en crochet en contact avec le bord de l'orifice de couplage (41). 2 - Cavité résonante (49) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie (44) conformée en crochet comporte un coude (48) situé sensiblement dans le plan de la première paroi (40). 3 - Cavité résonante (49) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une portion du mat (43) sort de la cavité (49) par l'orifice de couplage (41). 4 - Cavité résonante selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie du mat (43) qui sort de la cavité (49) est réglable. - Cavité résonante selon la revendication 3, caractérisée en ce que la partie (44) conformée en crochet est en forme de boucle. 6 - Cavité résonante selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'extrémité de la partie (44) conformée en crochet est solidaire du bord de l'orifice de couplage (41). 7 - Cavité résonante selon l'une des revendications I à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte une boucle (47) de prélèvement ou d'injection d'énergie hyperfréquence dans la cavité. 8 - Cavité résonante selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif (45,46) pour faire varier son volume. 9 - Cavité résonante selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le mât (43) est situé sensiblement dans la zone centrale de la seconde paroi (42). 10 - Cavité résonante selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que le mât (43) est décalé par rapport à la zone centrale de la seconde paroi (42), vers la boucle (47) de prélèvement ou d'injection. 11 - Cavité résonante selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le mât a un pied en contact avec la seconde paroi (42). 12 - Cavité résonante selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément conducteur allongé (48) sensiblement parallèle au mât (43) électroconducteur. 13 - Cavité résonante selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'élément conducteur allongé (48) est placé entre la boucle (47) de prélèevement ou d'injection et le mât (43). 14 - Tube à faisceau d'électrons comportant au moins une cavité (53) traversée par le faisceau d'électrons caractérisé en ce qu'il comporte une cavité résonante (49) selon l'une des revendications 1 à 13 couplée à la cavité (53) traversée par le faisceau d'électrons.