Brevet FR2841379A1 — publié le 20031226

des series d'impulsions de tension cite d'entretien a paliers constants. TUBE MICRO-ONDE A ACCORD MECANlQUE DE FREQUENCE Domaine technique et art anterieur L' invention concerne un tube micro-once a accord mecanique de frequence. L' invention trouve une application particulierement avantageuse dans le domaine des tubes electroniques permettant de generer et/ou d'amplifier des signaux radioelectriques. Le principe d'un tube micro-once selon l'art connu est represente en figure 1. Le tube micro-once comprend: - une source d' electrons constituee d'une cathode d'emission K et d'un canon a electrons d' anodes CA pour former un faisceau d' electrons F. - une bobine de focalisation L produisant un champ magnetique B continu axial baignant le faisceau d'electrons de facon a eviter son expansion par repulsion mutuelle entre electrons, - une structure hyperfrequence H placee a proximite du faisceau et capable de generer, propager et amplifier une once electromagnetique, et - un collecteur C pour recueillir les electrons apres interaction avec l'onde. De nombreuses families de tubes appliquent le principe de fonctionnement decrit ci-dessus, comme, par exemple, les tubes a once progressive (TOP), les tubes de type BWO (Back Ward Oscillator), les klystrons, les magnetrons, les carcinotrons, les masers etc. Ces tubes peuvent fonctionner en mode mono-coup (une senle impulsion) ou en mode recurrent (train B 14172.3/PR d'impulsions). Pour fournir de tres grandes puissances, les concepteurs utilisent des structures periodiques et/ou des cavites qui permettent d'obtenir de fortes amplifications. Parmi ces structures, il y a les tubes de type BWO dont le schema de principe est donne en figure 2. Un tube de type BWO comprend un insert I et une structure periodique P. Une distance d definit la periode de la structure periodique. Un tube micro- once de type BWO est optimise pour une frequence F unique. I1 n'est done efficace que dans une bande de frequence AF tres etroite, et d'autant plus etroite que la puissance de sortie est importante (typiquement AF/F degradation importante des performances du tube. L' invention ne presente pas cet inconvenient. Expose de l' invention En effet, l' invention concerne un tube micro- onde pour la generation d'une once electromagnetique de frequence F. caracterise en ce qu'il comprend des moyens mecaniques pour faire varier la frequence F constitues d'un ensemble d'anneaux definissant une structure periodique a l'interieur du tube, et de moyens mecaniques pour deplacer les anneaux les uns par rapport aux autres tout en maintenant une periodicite a la structure periodique lors du deplacement des B14172.3/PR anneaux. Selon un premier mode de realisation de ['invention, les moyens mecaniques pour deplacer les anneaux comprennent un ensemble de contacts electriques entre les anneaux, au moins une vis mere, un ensemble d'ecrous montes sur la vis mere, un ensemble de tiges, chaque tige reliant solidement un ecrou a un anne au, le tube etant muni d'au moins une fente permettant le passage de tiges dans la paroi du tube, la vis mere comportant plusieurs secteurs de pas differents apses a conserver une periodicite entre les anneaux lors d'une rotation de la vis mere. Selon un deuxieme mode de realisation de ['invention, les moyens mecaniques pour deplacer les anneaux comprennent un ensemble de contacts electriques entre les anneaux, au moins un ensemble d'ergots, chaque ergot etant solidement relic a un anneau, le tube etant muni d'au moins une fente longitudinale permettant le passage des ergots dans la paroi du tube, une bague externe au tube comprenant au moins un ensemble de fentes, chaque fente de la bague externe permettant le passage diau moins un ergot, les fentes d'un ensemble de fentes ayant une inclinaison differente pour chaque anneau afin de conserver une periodicite aux differents anneaux lors du deplacement des anneaux. Selon une caracteristique supplementaire, le tube micro-once selon ['invention est un TOP, un tube de type BWO, un klystron, un magnetron, un carcinatron ou un maser. B 14172.3/PR Selon encore une caracteristique supplementaire de ['invention, la structure periodique du tube micro- onde est en tole ondulee. L'invention presente l'avantage de pouvoir faire varier la frequence F de l'onde electromagnetique emise dans une importante plage de variation, a savoir plusieurs dizaines de pour cent, tout en conservant les performances d'amplification de l'onde electromagnetique existent dans les sources de puissance travaillant a frequence fixe. L' invention s'applique avantageusement a toute source de puissance radioelectrique constituee d'un faisceau d' electrons circulant a travers une structure comportant des variations de forme periodiques ou non periodiques. La source integree selon l' invention comprend une structure geometrique ondulee periodique qui permet d'obtenir une variation de frequence par un procede mecanique permettant soit une modification du pas de la structure periodique constituee, par exemple, de tole ondulee, soit une variation de la longueur d'un insert, soit encore d'une combinaison des deux structures. Ce systeme integre permet avantageusement une modulation rapide des parametres que vent la frequence et la puissance du signal radiofrequence. Le systeme est facilement automatisable et apte a etre commande rapidement de l'exterieur, sans avoir a modifier le fonctionnement du faisceau d' electrons. Ce systeme integre est particulierement bien adaptable aux tubes hyperfrequence de type BWO. I1 remplace alors les structures periodiques en place B14172.3/PR et/ou les inserts. I1 est egalement facilement adaptable a d'autres types de tubes. I1 peut egalement etre associe a d'autres systemes prevus pour permettre une variation de la frequence de sortie d'un signal. Il permet alors avantageusement d'accroltre l'efficacite et le domaine de fonctionnement du systeme. La frequence rayonnee par un tube selon ['invention peut avantageusement etre choisie dans une plage significative, par exemple plusieurs dizaines de %, sans ecroulement de la puissance de sortie, les autres parametres du tube (tels que, par exemple, la tension et le courant du faisceau d'electrons) n'etant pas modifies. Breve description des figures D'autres caracteristiques et avantages de l' invention apparaitront a la lecture d'un mode de realisation preferential fait en reference aux figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 represente un schema de principe de tube micro-once selon l'art connu; - la figure 2 represente un schema de principe de tube BWO selon l'art connu; - les figures 3A et 3B representent un premier mode de realisation de tube micro-once selon ['invention; - les figures 4A et 4B representent un deuxieme mode de realisation de tube micro-once selon ['invention. Sur toutes les figures, les memes reperes designent les memes elements. B 14172.3/PR Description detaillee de modes de mise en muvre de l' invention Un premier mode de realisation de l' invention est represente aux figures 3A et 3B. La structure electromecanique de reglage de la frequence du tube microonce comprend une partie fixe et une partie mobile. La partie fixe est constituee de la paroi longitudinale 3 du tube dans laquelle est pratiquee au moins une fente de guidage G. La partie mobile comprend: - au moins une vis mere 4, - des ecrous 5 montes sur la vis mere 4, - un ensemble de tiges 6 et un ensemble d'anneaux (par exemple quatre anneaux A, B. C, D), chaque tige 6 reliant solidement un ecrou a un anneau, les anneaux etant montes a l'interieur de la paroi 3 du tube, - des contacts electriques 2 entre les anneaux. La ou les fentes de guidage G permettent le passage des tiges 6 dans la paroi longitudinale 3 du tube afin de relier les ecrous 5 aux anneaux. Un anneau vu en coupe (cf. figures) est. par exemple, profile comme une jante. Lors du reglage de la frequence, la vis mere est animee d'un mouvement de rotation, lequel entralne les ecrous 5, les tiges 6, les anneaux A, B. C, D et le s contact s elect riques 2 dans un mouvement de translation. Selon une variante du premier mode de realisation, l'anneau A peut Gtre relic a une piece mecanique p qui peut alors coulisser dans le tube 3. La vis mere 4 est monobloc. Wile est constituee B14172.3/PR de plusieurs plages de filetages differents adaptes a chacun des ecrous 5. Une seule vis mere est theoriquement suffisante a la mise en uvre de ['invention. A titre d'exemple non limitatif, la figure 3A illustre le cas ou le dispositif comprend deux vis meres. La deuxieme vis, quand elle est utilisee, doit alors tourner en synchronisme parfait avec la premiere vis mere. La qualite de la translation des anneaux s'en trouve amelioree du fait de la symetrisation des points d'applications du mouvement. Une vis mere comporte plusieurs secteurs de pas differents pour conserver au systeme, lors de la rotation de la vis mere, une meme distance entre les sommets de la structure ondulee periodique que constituent les anneaux. Soit L(AB) la distance entre les anneaux A et B. L(BC) la distance entre les anneaux B et C et L(CD) la distance entre les anneaux C et D. Soit (a) le pas de l'ecrou solidaire de l'anneau A, (2a) le pas de l'ecrou solidaire de l'anneau B. (3a) le pas de l'ecrou solidaire de l'anneau C, (4a) le pas de l'ecrou solidaire de l'anneau D. Loreque la vis mere tourne de 180 , l'anneau A se deplace de (3,1416) x (a), l'anneau B se deplace de (3,1416) x (2a), l'anneau C se deplace de (3,1416) x (3a), l'anneau D se deplace de (3,1416) x (4a). Il vient: L(AB) = (3,1416)(2a-a) = (3,1416)a, L(BC) = (3,1416)(3a-2a) = (3,1416)a, L(CD)=(3,1416)(4a-3a) =(3,1416)a. B 14172.3/PR Il s'en suit que: L(AB)=L(BC)=L(CD)=(3,1416)a, la periodicite de la structure est conservee. Wile varie lineairement en fonction de la rotation de la vis. Les figures 4A et 4B representent un deuxieme mode de realisation de ['invention. Selon le deuxieme mode de realisation de ['invention, la variation de la periodicite des anneaux est basee sur la rotation d'une bague equipee de fentes a l'interieur desquelles peuvent se deplacer des ergots relies aux structures ondulees periodiques. L'inclinaison de ces fentes est telle qu'elle permet de conserver une periodicite. Le tube 3 est le meme que celui du montage precedent. Chaque anneau place a l'interieur du tube 3 est solidaire d'un ergot 7. Un ergot 7 se deplace a l'interieur de deux fentes situees sur deux pieces independantes, a savoir le tube fixe 3 et une bague externe 8. Une premiere fente 9 placee sur le tube fixe 3 n'autorise que des mouvements de translation des anneaux dans la direction longitudinale du tube. Un ensemble de fentes 10, placees sur la bague externe 8, permettent de fixer ltetendue des variations de la periode de la structure periodique. Wiles correspondent aux differents pas de la vis mere 4 du montage precedent et assure la meme fonction. Les fentes 10 ont une inclinaison differente pour chaque anneau afin de conserver, lors du deplacement des anneaux, une periodicite aux differents anneaux. Il y a, sur la bague externe 8, autant de B14172.3/PR couples de fentes 9, 10 et d'ergots 7 que d'anneaux a deplacer a l'interieur du tube 3. La bague externe 8 peut done ici etre assimilee a un ensemble de couples vis-mere/ecrous du dispositif selon le premier mode de realisation de ['invention. Selon le mode de real i sat ion represente aux figures 4A et 4s, le tube 3 ne comprend qu'une seule fente longitudinale 9 et la bague externe 8 ne comprend qu'un seul ensemble de fentes 10. L' invention concerne egalement le cas ou le tube 3 comprend, par exemple, deux fentes longitudinales 9, les deux fentes longitudinales etant alors disposees de facon symetrique sur le tube 3, et ou la bague externe comprend alors deux ensembles de fentes 10, Ie deuxieme ensemble de fentes 10 etant associe a la deuxieme fente longitudinale pour assurer le deplacement des anneaux selon le principe de l' invention. Quel que soit son mode de realisation, le mecanisme selon l' invention est automatisable, pilotable rapidement de l'exterieur et a volonte sans modifier le fonctionnement du faisceau d'electrons. Les deux modes de realisation decrits ci-dessus ne vent donnees qu'a titre d'exemples. Tout systeme mecanique permettant de faire varier rapidement la position des anneaux a l'interieur du tube tout en maintenant une periodicite des anneaux peut egalement convening Les deux modes de realisation de l' invention decrits ci-dessus peuvent facilement etre couples a des moteurs pas a pas, a des verins places soit a l'interieur du tube, soit a l'exterieur du tube (les B 14172.3/PR mouvements etant alors effectues par l'intermediaire de passages etanches) . Le systeme selon ['invention peut 8tre adapte a plusieurs categories de sources, sans remise en cause du principe de base. Selon un perfectionnement de ['invention, le tube micro-once peut egalement comporter un insert dont la longueur peut etre ajustee. Un tel ajustement est mis en muvre par le deplacement d'un deuxieme tube dans le tube 3, avec conservation de la continuite electrique. Ce perfectionnement n'est pas utilise en soi pour faire varier la frequence du tube. Il peut permettre, par exemple, d'adapter la longueur totale du tube (insert + structure periodique) aux variations de longueur de la structure periodique. B14172.3/PR REVENDICATIONS 1. Tube micro-once (3) pour la generation d'une once electromagnetique de frequence F. caracterise en ce qu'il comprend des moyens mecaniques pour faire varier la frequence F constitues d'un ensemble d'anneaux (A, B. C, D) definissant une structure periodique a l'interieur du tube, et de moyens mecaniques (4, 5, 2, G; 7, 8, 9, 10) pour deplacer les anneaux les uns par rapport aux autres tout en maintenant une periodicite a la structure periodique lors du deplacement des anneaux. 2. Tube micro-once (3) selon la revendication 1, caracterise en ce que les moyens mecaniques pour deplacer les anneaux comprennent un ensemble de contacts electriques (2) entre les anneaux, au moins une vis mere (4), un ensemble d'ecrous (5) montes sur la vis mere, un ensemble de tiges (6), chaque tige reliant solidement un ecrou a un anneau, le tube (3) etant muni d'au moins une fente (G) permettant le passage de tiges (6) dans la paroi du tube, la vis mere (4) comportant plusieurs secteurs de pas differents apses a conserver une periodicite entre les anneaux lors d'une rotation de la vis mere. 3. Tube micro-once (3) selon la revendication 1, caracterise en ce que les moyens mecaniques pour deplacer les anneaux comprennent un ensemble de contacts electriques (2) entre les anneaux, un B 14172.3/PR ensemble d'ergots (7), chaque ergot etant solidement relic a un anneau, le tube (3) etant muni d'au moins une fente (9) longitudinale permettant le passage des ergots (7) dans la paroi du tube, une bague externe (8) au tube comprenant un ensemble de fentes (10), chaque fente (10) de la bague externe (8) permettant le passage d'un ergot (7), les fentes de lensemble de fentes ayant une inclinaison differente pour chaque anneau afin de conserver une periodicite aux differents anneaux lors du deplacement des anneaux. 4. Tube micro-once selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que c'est un TOP, un tube de type BWO, un klystron, un magnetron, un carcinatron ou un maser. 5. Tube micro-once selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce que la structure periodique est en tole ondulee. 6. Tube micro-once selon lune quelconque des revendications precedentes, caracterise en ce qu'il comprend un insert dont la longueur peut etre ajustee.