Brevet FR2765727A1 — publié le 19990108

RADIATEUR THERMIQUE UTILISE POUR REFROIDIR UN TUBE A ONDE PROGRESSIVE PAR UN RAYONNEMENT THERMIQUE CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne le rayonnement thermique du collecteur dans un tube à onde progressive qui est un tube hyperfréquence et plus particulièrement un radiateur thermique utilisé pour refroidir un tube à onde progressive de forte puissance qui doit être monté sur un satellite. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR La figure 1 illustre un exemple de tube à onde progressive à refroidir par un rayonnement thermique qui a été largement employé. Le tube à onde progressive illustré se compose de trois parties : un canon à électrons 28, un circuit à onde lente 29 et un collecteur 30. Le canon à électrons 28 se compose d'une cathode 23 permettant d'émettre des faisceaux d'électrons, d'un dispositif de chauffage 24 permettant de chauffer la cathode 23 jusqu'à une température d'environ 1000 degrés centigrades, d'une anode 21 située en face de la cathode 23, d'une électrode de wehnelt 22 pour focaliser les faisceaux d'électrons émis depuis la cathode 23 en faisceaux d'électrons plus étroits et d'un tuyau d'échappement 25. Une tension d'environ deux kilovolts est fournie à la cathode 23 et à l'anode 21 afin d'accélérer ainsi les faisceaux d'électrons émis depuis la cathode 23. L'air est expulsé du tube à onde progressive par l'intermédiaire du tuyau d'échappement 25 lors de sa construction afin d'y faire le vide à une pression d'environ 1,333.10 Pa (10-9 Torr) . Ensuite le tuyau d'échappement 25 est écrasé pour ainsi sceller hermétiquement le tube à onde progressive. Le circuit à onde lente 29 est intercalé entre le canon à électrons 28 et une plaque de support du collecteur 3 à laquelle est connecté un boîtier 14. Le canon à électrons 28 et le circuit à onde lente 29 sont insérés dans le boîtier 14. Le circuit à onde lente 29 comprend plusieurs aimants de forme annulaire 13, des pièces polaires 12 intercalées entre les aimants de forme annulaire adjacents 13, une fenêtre d'entrée 16, une ligne d'entrée 15 s'étendant dans la fenêtre d'entrée 16, une fenêtre de sortie 10, une ligne de sortie 11 s'étendant dans la fenêtre de sortie 10 et une hélice 17 connectée au niveau de ses extrémités opposées sur les lignes d'entrée et de sortie 15 et 11. Le canon à électrons 28 émet des faisceaux d'électrons (non illustrés) qui passent à l'intérieur de l'hélice 17. Tandis que les faisceaux d'électrons ainsi émis passent à l'intérieur de l'hélice 17, les faisceaux d'électrons interagissent avec une onde lente introduite dans l'hélice 17 par l'intermédiaire de la ligne d'entrée 15. En conséquence, l'énergie cinétique des faisceaux d'électrons est utilisée pour amplifier l'onde lente. L'onde lente ainsi amplifiée est émise à l'extérieur par la ligne de sortie 11. Les faisceaux d'électrons avec lesquels l'onde lente a interagi (désignés ci-dessous sous le nom de "faisceau utilisé") sont capturés dans le collecteur 30. Les multiples aimants de forme annulaire 13 et les pièces polaires 12 intercalés entre les aimants adjacents 13 constituent un appareil de focalisation de champ magnétique périodique qui génère un champ magnétique alternatif. Les faisceaux d'électrons sont focalisés par le champ magnétique alternatif afin d'empêcher que les faisceaux d'électrons ne soient diffusés en raison de la force de répulsion contenue dans les faisceaux d'électrons. Le collecteur 30 est conçu pour présenter une structure à quatre étages. C'est-à-dire que le collecteur 30 comprend quatre électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 empilées sur une plaque de base 20 entre lesquelles sont intercalés des isolants 9. Les quatre électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 sont insérées avec les isolants 9 dans une boite collectrice 19. Le faisceau utilisé comprend des électrons présentant diverses vitesses. Afin de diminuer autant que possible la quantité de chaleur générée par collision des faisceaux d'électrons avec les électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7, les tensions sont délivrées aux électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 en fonction des vitesses des faisceaux d'électrons de telle sorte que les électrons se posent en douceur sur les électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7. Par conséquent il vaut mieux que le collecteur 30 ait le plus grand nombre possible d'électrodes collectrices. Cependant, afin de simplifier la structure du collecteur 30, le collecteur 30 est conçu habituellement pour présenter de deux à quatre électrodes collectrices. Le collecteur illustré 30 est conçu pour présenter les quatre électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7. Une tension supérieure est appliquée sur les électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 situées le plus près du canon à électrons 28. Les électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 sont isolées les unes des autres par des isolants 9. La chaleur générée dans les électrodes collectrices 4, 5, 6 et 7 est conduite jusqu'à la boîte collectrice 19 à travers un isolant 9a. La chaleur est rayonnée dans l'espace par la boite collectrice 19. La boîte collectrice 19 est traitée en surface pour présenter une forte émissivité thermique de 0,8 ou plus au niveau de sa surface extérieure. Si la chaleur susmentionnée générée dans le collecteur 30 est conduite jusqu'au circuit à onde lente 29, le circuit à onde lente 29 est chauffé de manière indésirable avec pour conséquence que les faisceaux d'électrons émis par le canon à électrons 28 ne peuvent pas passer de manière stable dans l'hélice 17. Par conséquent, afin d'empêcher la chaleur d'être conduite jusqu'au circuit à onde lente 29, le collecteur 30 est conçu pour être connecté à la plaque de support du collecteur 3 par l'intermédiaire d'un soufflet 18a et de plusieurs cylindres métalliques à paroi fine 18b. Le collecteur 30 présentant une structure telle que celle susmentionnée est utilisé pour un tube à onde progressive P délivrant une puissance élevée dans la gamme comprise entre 130 W et 200 W ou davantage. Comme l'illustre la figure 2, le tube à onde progressive P comprenant le collecteur 30 est monté sur un satellite G à lancer dans l'espace. Seuls deux ou trois tubes à onde progressive P ont été montés sur le satellite G afin de réduire la charge thermique du satellite G même si on augmente légèrement le poids du satellite. Par exemple, le tube à onde progressive illustré sur la figure 1 a un poids d'environ 3 kg. Cependant, étant donné qu'on a augmenté ces derniers temps la taille des satellites et leur capacité, on a monté sur un satellite G entre vingt et trente tubes à onde progressive P comme l'illustre la figure 3. Chacun des tubes à onde progressive P délivre une puissance relativement faible, de manière spécifique environ 100 W. Cependant, lorsqu'un grand nombre de tubes à onde progressive P sont montés sur un satellite G, la charge thermique du satellite G augmente. Dans ces circonstances, il est nécessaire de mettre au point un nouveau tube à onde progressive de faible poids. Pour répondre à ce besoin, il existe divers tubes à onde progressive présentant un radiateur thermique permettant de refroidir un collecteur en y amenant un rayonnement thermique comme décrit dans ce qui suit. La figure 4A est une vue en perspective illustrant un collecteur présenté dans la publication de brevet japonais non examiné NO 1-134838 publiée le 26 mai 1989 et utilisé pour un tube à onde progressive présentant un radiateur thermique de type à ailettes et la figure 4B est une vue en coupe transversale le long de la ligne IVB-IVB sur la figure 4A. Le radiateur thermique illustré est positionné autour d'un collecteur 30 et comprend une plaque de réflexion thermique 2 et plusieurs ailes 26 s'étendant chacune dans le sens radial du collecteur 30. La chaleur est amenée jusqu'aux ailes 26 depuis le collecteur 30 et rayonnée dans le sens radial du collecteur 30 par le biais des ailes 26. La figure 5A est une vue en perspective illustrant un collecteur utilisé pour un tube à onde progressive présentant un radiateur thermique de type conique et la figure SE est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne VB-VB sur la figure 5A. Le radiateur thermique illustré est positionné autour d'un collecteur 30 et comprend une plaque de réflexion thermique 2 et plusieurs plaques de rayonnement thermique en forme de cône 27. La chaleur est amenée jusqu'aux plaques de rayonnement thermique en forme de cône 27 depuis le collecteur 30 et est rayonnée dans le sens axial plutôt que dans le sens radial des plaques de rayonnement thermique en forme de cône 27. Les tubes à onde progressive classiques tels qu'illustré sur les figures 4A à 5B sont caractérisés en ce que la chaleur générée dans le collecteur est conduite jusqu'à un radiateur thermique et en ce qu'un radiateur thermique est conçu pour se positionner autour du collecteur afin d'entrer en contact intime avec la surface extérieure du collecteur. En concevant un radiateur thermique de cette manière, il est possible de réduire le poids d'un tube à onde progressive. Par exemple le tube à onde progressive illustré sur les figures 4A et 4B pèse environ 1 kg. Cependant, bien que les tubes à onde progressive classiques offrent comme avantage de présenter un poids réduit, ils connaissent les problèmes suivants. Le problème du radiateur thermique de type à ailettes illustré sur les figures 4A et 4B est que, si plusieurs radiateurs thermiques de type à ailettes sont montés sur un satellite à proximité les uns des autres, il se produit des interférences thermiques entre les tubes à onde progressive adjacents, ce qui a pour conséquence que le collecteur est chauffé. En outre, étant donné que la chaleur est rarement rayonnée dans le sens axial, le radiateur thermique de type à ailettes peut avoir une faible émissivité thermique. Au contraire, dans le radiateur thermique illustré sur les figures 5A et 5B, la chaleur est rarement rayonnée dans le sens radial. La quasi totalité de la chaleur est rayonnée dans le sens axial. En conséquence, le radiateur thermique peut avoir une faible émissivité thermique. En outre, si une plus grande quantité de chaleur doit être rayonnée, les plaques de rayonnement thermique en forme de cône 27 doivent être conçues pour présenter un diamètre plus important pour agrandir leur zone de rayonnement thermique. Ceci a pour effet d'augmenter le poids du radiateur thermique, ce qui entraîne également un problème de résistance mécanique des plaques de rayonnement thermique en forme de cône 27. RESUME DE L'INVENTION Etant donné les problèmes précédents des radiateurs thermiques classiques utilisés pour un tube à onde progressive, un objet de la présente invention est de proposer un radiateur thermique utilisé pour refroidir le collecteur dans un tube à onde progressive, ce qui permet d'améliorer son émissivité thermique, de réduire son poids et d'avoir une résistance mécanique suffisante pour être monté sur un satellite. On propose un radiateur thermique utilisé pour refroidir un tube à onde progressive par un rayonnement thermique généré au niveau du collecteur du tube à onde progressive dans l'espace, caractérisé en ce que le radiateur thermique présente une construction à double paroi avec une extrémité fermée et une extrémité ouverte, afin d'augmenter dans les trois dimensions la zone de rayonnement thermique. On propose également un radiateur thermique utilisé pour refroidir un tube à onde progressive par un rayonnement thermique généré au niveau du collecteur du tube à onde progressive dans l'espace, caractérisé par un tube intérieur entrant en contact avec la surface extérieure du collecteur du tube à onde progressive et un tube extérieur espacé du tube intérieur et en coopération avec le tube intérieur afin de former une construction à double paroi présentant une extrémité fermée et une extrémité ouverte pour augmenter dans les trois dimensions la zone de rayonnement thermique du radiateur thermique. Conformément à la présente invention, on propose un radiateur thermique à utiliser pour le collecteur d'un tube à onde progressive, dont le poids est considérablement réduit et l'émissivité thermique et la résistance mécanique améliorées. En outre, le radiateur thermique conformément à la présente invention est d'une structure simplifiée par rapport aux radiateurs thermiques classiques et peut être fabriqué en un temps moins long et à moindre coût. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un tube à onde progressive classique comprenant un collecteur ; la figure 2 est une vue en perspective illustrant un satellite sur lequel sont montés deux ou trois tubes à onde progressive classiques la figure 3 est une vue en perspective illustrant un satellite sur lequel sont montés un grand nombre de tubes à onde progressive classiques la figure 4A est une vue en perspective d'un radiateur thermique classique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive la figure 4B est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne IVB-IVB sur la figure 4A la figure 5A est une vue en perspective d'un autre radiateur thermique classique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive ; la figure 5B est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne VB-VB sur la figure 5A la figure 6A est une vue en perspective illustrant un radiateur thermique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive conformément au premier mode de réalisation de la présente invention la figure 6B est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne VIB-VIB sur la figure 6A la figure 7A est une vue en perspective illustrant un radiateur thermique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive, conformément au deuxième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 7B est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne VIIB-VIIB sur la figure 7A la figure 8 est une vue en perspective illustrant un radiateur thermique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive, conformément au troisième mode de réalisation de la présente invention ; la figure 9 est une vue en perspective illustrant un radiateur thermique utilisé pour le collecteur d'un tube à onde progressive, conformément au quatrième mode de réalisation de la présente invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES Premier mode de réalisation Les figures 6A et 6B illustrent un radiateur thermique conformément au premier mode de réalisation de la présente invention. Le radiateur thermique 1 est positionné autour d'un collecteur 40 et est fixé sur une plaque de réflexion thermique 42 qui est montée sur une plaque 43 de support du collecteur. Le collecteur 40 comprend quatre électrodes collectrices 44, 45, 46 et 47 qui sont isolées les unes par rapport aux autres par des isolants 49. L'électrode collectrice 47 située le plus loin possible du circuit à onde lente est enrobée d'un revêtement collecteur 48. Adjacent au collecteur 40 est positionné un circuit à onde lente qui n' est pas décrit en détail car il présente la même structure que le circuit à onde lente 29 illustré sur la figure 1. Le radiateur thermique 1 conformément au présent mode de réalisation se compose d'un matériau présentant une forte conductivité thermique et de forme cylindrique. Le radiateur thermique 1 est utilisé pour refroidir un tube à onde progressive par un rayonnement thermique généré au niveau du collecteur 40 du tube à onde progressive dans l'espace. Le radiateur thermique 1 comprend un tube intérieur 1A et un tube extérieur 1B espacé du tube intérieur 1A et en coopération avec le tube intérieur 1A afin de former ainsi une construction à double paroi présentant une extrémité fermée 1C et une extrémité ouverte 1D. Comme l'illustre la figure 6B, le tube extérieur 1B présente une plus grande hauteur que le tube intérieur 1A. Le tube intérieur 1A entre en contact avec la surface extérieure du collecteur 40 du tube à onde progressive. Le tube extérieur 1B est formé d'un seul tenant avec le tube intérieur 1A. De manière spécifique, le tube extérieur 1B est formé en pliant le tube intérieur 1A au niveau d'une de ses extrémités de telle sorte que l'extrémité fermée 1C présente une partie incurvée entre le tube intérieur 1A et le tube extérieur 1B. Le tube extérieur 1B est conçu pour présenter une surface extérieure effilée ayant un angle aigu de 20 degrés environ. En outre, le tube extérieur 1B est formé au niveau de son extrémité ouverte 1D de plusieurs découpes semi-circulaires 1E. Par conséquent, le tube extérieur 1B est fixé sur la plaque de réflexion thermique 42 au niveau de plusieurs de ses parties périphériques. Dans le présent mode de réalisation, le tube extérieur 1B est soudé ou brasé sur la plaque de réflexion thermique 42 de telle sorte que la zone de soudure ou de brasage soit minimisée afin d'empêcher que la chaleur amenée jusqu'au tube extérieur 1B ne soit conduite plus loin jusqu'à la plaque de support 43 du collecteur. Le tube extérieur 1B est traité en surface pour améliorer l'émissivité thermique. Par exemple, le tube extérieur 1B est enrobé d'un revêtement céramique dans le présent mode de réalisation. Conformément au radiateur thermique 1 illustré sur les figures 6A et 6B, il est possible de rayonner la chaleur qui est conduite jusqu'au radiateur thermique 1 depuis le collecteur 40, à la fois dans le sens radial et axial d'une manière bien équilibrée étant donné que le tube 1B a une forme effilée. En conséquence, on peut améliorer l'émissivité thermique. En outre, étant donné que le tube extérieur 1B est soudé ou brasé sur la plaque de réflexion thermique 42, on peut améliorer la résistance mécanique du radiateur thermique 1. Second mode de réalisation Les figures 7A et 7B illustrent un radiateur thermique 50 conformément au deuxième mode de réalisation de la présente invention. Dans le présent mode de réalisation, le radiateur thermique est inséré autour du collecteur 40 dans une direction opposée à celle du premier mode de réalisation illustré sur les figures 6A et 6B. Le radiateur thermique 50 est en effet soudé ou brasé au niveau de son extrémité fermée 1C sur la plaque de réflexion thermique 42 et l'extrémité ouverte 1D est dirigée vers l'extérieur. Conformément au radiateur thermique 50, la chaleur amenée jusqu'au radiateur thermique 50 est rayonnée à la fois par les surfaces extérieure et intérieure du tube extérieur 1B, ce qui assure une émissivité thermique améliorée. Afin de garantir la résistance mécanique du tube extérieur 1B, le tube extérieur 1B est soudé ou brasé sur la plaque de réflexion thermique 42 au niveau de plusieurs parties de l'extrémité fermée 1C. A la fois dans le premier et le deuxième mode de réalisation susmentionné, la plaque de réflexion thermique 42 empêche la chaleur générée au niveau du collecteur 40 d'être conduite jusqu'au corps du tube à onde progressive. En outre, étant donné que le collecteur 40 est de forme cylindrique, il est possible d'éviter les interférences thermiques qui surviennent entre les tubes à onde progressive adjacents lorsque plusieurs tubes à onde progressive sont agencés près les uns des autres, comme l'illustre la figure 3, de manière plus efficace que le radiateur thermique de type à ailettes illustré sur les figures 4A et 4B. Troisième mode de réalisation La figure 8 illustre un radiateur thermique conformément au troisième mode de réalisation. Le radiateur thermique 51 conformément au présent mode de réalisation présente la même structure que le radiateur thermique 1 conforme au premier mode de réalisation illustré sur les figures 6A et 6B et comprend en outre plusieurs fentes 52 formées au niveau du tube extérieur 1B. Les fentes 52 s'étendent dans le sens axial du radiateur thermique 51 et sont situées au-dessus des parties du tube extérieur 1B au niveau desquelles est soudé ou brasé le tube 1B sur la plaque de réflexion thermique 42. Conformément au présent mode de réalisation, le poids du radiateur thermique 51 peut être réduit par rapport à celui du radiateur thermique 1 illustré sur les figures 6A et 6B. Quatrième mode de réalisation La figure 9 illustre un radiateur thermique conformément au quatrième mode de réalisation. Le radiateur thermique 53 conformément au présent mode de réalisation présente la même structure que le radiateur thermique 1 conforme au premier mode de réalisation illustré sur les figures 6A et 6B et comprend en outre plusieurs ailettes de rayonnement thermique 54 formées sur la surface extérieure du tube extérieur 1B. Chacune des ailettes de rayonnement thermique 54 est de forme semi-circulaire. Cependant, il faut noter que l'ailette de rayonnement thermique 54 peut être d'une forme quelconque et qu'il est possible d'en adapter autant que l'on veut. Conformément au présent mode de réalisation, le radiateur thermique 53 peut présenter une émissivité thermique supérieure à celle du radiateur thermique 1 illustré sur les figures 6A et 6B car le tube extérieur 1B du présent mode de réalisation présente une surface spécifique plus grande que celle du tube extérieur du premier mode de réalisation. REVENDICATIONS 1. Radiateur thermique utilisé pour refroidir un tube à onde progressive par un rayonnement thermique généré au niveau du collecteur du tube à onde progressive dans l'espace, caractérisé en ce que le radiateur thermique (41, 50, 51, 53) présente une construction à double paroi possédant une extrémité fermée (1C) et une extrémité ouverte (1D) afin d'augmenter dans les trois dimensions la zone de rayonnement thermique. 2. Radiateur thermique permettant de refroidir un tube à onde progressive par un rayonnement thermique généré au niveau du collecteur du tube à onde progressive dans l'espace, caractérisé par un tube intérieur (1A) entrant en contact avec une surface extérieure du collecteur (40) du tube à onde progressive ; et un tube extérieur (1B) espacé du tube intérieur (1A) et en coopération avec le tube intérieur (1A) afin de former une construction à double paroi présentant une extrémité fermée (1C) et une extrémité ouverte (1D) pour augmenter dans les trois dimensions la zone de rayonnement thermique du radiateur thermique. 3. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tubes intérieur et extérieur (lA, 1B) sont formés d'une seule pièce. 4. Radiateur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les tubes intérieur et extérieur (1A, 1B) forment une seule pièce l'un avec l'autre par le biais d'une partie incurvée telle que l'extrémité fermée (1C). 5. Radiateur thermique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est formé en pliant le tube intérieur (1A) au niveau d'une de ses extrémités. 6. Radiateur thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le tube intérieur (1A) est plié de façon à former une partie incurvée telle que l'extrémité fermée (1C) entre le tube intérieur (1A) et le tube extérieur (1B). 7. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) présente une surface effilée. 8. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) présente une hauteur supérieure à celle du tube intérieur (1A). 9. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est formé au niveau de l'extrémité ouverte (1D) d'au moins une découpe (1E). 10. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est fixé sur la plaque de rayonnement thermique (42) au niveau de plusieurs parties. 11. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est soudé ou brasé sur la plaque de rayonnement thermique (42). 12. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est formé au niveau d'une de ses surfaces d'au moins une fente (52). 13. Radiateur thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est formé au niveau d'une des ses surfaces d'au moins une ailette de rayonnement thermique (54). 14. Radiateur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est fixé au niveau de l'extrémité ouverte (1D) sur la plaque de rayonnement thermique (42). 15. Radiateur thermique selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que le tube extérieur (1B) est fixé au niveau de l'extrémité fermée (1C) sur la plaque de rayonnement thermique (42).