Brevet FR2859819A1 — publié le 20050318

TUBE A ONDES PROGRESSIVES COMPRENANT UNE STRUCTURE DE RAYONNEMENT THERMIQUE AVEC UNE CONDUCTIVITE THERMIQUE ELEVEE Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne un tube à ondes progressives, et plus particulièrement un tube à ondes progressives comprenant une structure de rayonnement thermique de type à refroidissement de conduction dans son collecteur. Description de l'art connexe Un tube à ondes progressives comprend les composants tels qu'une unité de canon à électrons pour générer un faisceau électronique; un circuit haute fréquence pour amplifier la puissance haute fréquence grâce à l'interaction du faisceau électronique généré par le canon à électrons avec un champ électrique haute fréquence; et un collecteur pour capter le faisceau électronique qui a terminé l'interaction dans le circuit haute fréquence. Le collecteur génère une quantité énorme de chaleur quand il convertit l'énergie cinétique possédée par le faisceau électronique en énergie thermique avec le potentiel sur une électrode de collecteur même. Pour cette raison, le collecteur doit être refroidi par quelque structure à rayonnement thermique. Traditionnellement, il existe une variété de structures à rayonnement thermique. L'une de ces structures à rayonnement thermique est le type de refroidissement par conduction qui conduit la chaleur générée dans un collecteur vers un radiateur qui est placé en contact étroit avec la paroi périphérique extérieure du collecteur au travers d'une matière isolante, telle que la céramique, sous l'action de la conduction thermique, et dissipe la chaleur vers un dissipateur thermique ou un substrat extérieur à un tube à ondes progressives. Les figures 1 et 2 sont des vues en coupe qui illustrent chacune la structure d'un dissipateur thermique de type à refroidissement par conduction dans un collecteur pour un tube à ondes progressives traditionnel présenté dans le brevet JP-7-45207-A. Un dissipateur de chaleur illustré sur la figure 1 comprend la céramique cylindrique 103 placée à l'extérieur et en contact avec le noyau du collecteur 101; le radiateur 102 placé à l'extérieur et en contact avec la céramique cylindrique 103; et un dissipateur thermique 104 sur lequel le radiateur 102 est monté directement. Un dissipateur de chaleur illustré sur la figure 2 comprend à son tour une céramique cylindrique 103 placée à l'extérieur et en contact avec le noyau du collecteur 101; le radiateur 102 placé à l'extérieur et en contact avec la céramique cylindrique 103; et un dissipateur thermique 104 sur lequel le radiateur 102 est directement monté. La céramique cylindrique 103 est formée pour comprendre une fente 106 qui s'étend dans une direction axiale. Le sommet du radiateur 102, opposé au dissipateur thermique 104, est formé avec une encoche qui s'étend dans la direction axiale et deux protubérances, de telle sorte que les protubérances du radiateur 102 sont fixées par une vis. Dans la structure du tube à ondes progressives traditionnel illustrée sur la figure 1, le noyau du collecteur 101 et la céramique cylindrique 103 dans leur ensemble sont recouverts du radiateur 102 sans dispositif de fixation, de telle sorte que chaque composant doit être réalisé avec une grande précision dimensionnelle et offre donc une productivité réduite. D'autre part, dans la structure qui fixe la céramique cylindrique 103 par le radiateur 102 lui-même sur le côté opposé du dissipateur thermique 104, le dissipateur de chaleur nécessite un dispositif de fixation par vis qui est saillant au sommet du radiateur 102. A cause de ce dispositif de fixation, un guide d'ondes ou analogue ne peut pas être directement installé au sommet du radiateur 102. De plus, ce dispositif de fixation applique une force uniquement aux protubérances, et il connaît donc des difficultés pour fixer la totalité de l'isolateur, entraînant ainsi une conductivité thermique inférieure. Résumé de l'invention Par conséquent, un objet de la présente invention est d'offrir un tube à ondes progressives qui comprend une structure à rayonnement thermique qui peut facilement fixer la totalité d'un isolateur et présente par conséquent une conductivité thermique élevée du noyau du collecteur au dissipateur thermique. Un autre objet de la présente invention est d'offrir un tube à ondes progressives qui comprend une structure à rayonnement thermique qui peut offrir de la place pour l'installation d'un guide d'ondes ou analogue audessus d'un radiateur. De façon similaire à l'exemple de l'art antérieur illustré sur la figure 2, l'isolateur comprend une fente qui s'étend en parallèle avec l'axe du tube, et le radiateur comprend une encoche qui s'étend en parallèle avec l'axe du tube, une partie de l'isolateur comprenant la fente étant exposée à l'encoche. Le radiateur comprend également une ou plusieurs rainures qui croisent l'encoche et reçoivent un élément de fixation dont la longueur est plus courte que la longueur de la rainure. La rainure comprend des trous filetés qui s'étendent à travers les deux parties d'extrémité dans la direction axiale. L'élément de fixation est maintenu dans la rainure par des boulons de fixation dans les trous filetés au travers de trous traversants formés dans le radiateur. En ajustant l'importance du vissage des boulons dans l'élément de fixation, les espaces dans les rainures entre le radiateur et les deux surfaces d'extrémité de l'élément de fixation peuvent être modifiés. Cela permet à une force de fixation d'être transmise du radiateur à l'ensemble de l'isolateur, ajustant ainsi facilement le degré de contact entre le radiateur et l'isolateur et l'électrode du collecteur. De plus, étant donné que la rainure est formée dans une position qui ne contribue pas à la conduction thermique du radiateur au dissipateur thermique pour exposer l'isolateur et sa fente dans la rainure, l'efficacité du rayonnement thermique est encore améliorée pour la chaleur générée par l'électrode du collecteur à destination du dissipateur thermique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le radiateur a une forme généralement rectangulaire dans une coupe perpendiculaire à l'axe du tube, et l'élément de fixation a sa hauteur et sa position de montage dans la rainure fixées de telle sorte que l'élément de fixation ne soit pas en saillie depuis la surface supérieure du radiateur. Par conséquent, l'espace pour installer un guide d'ondes ou analogue peut être assuré au-dessus du radiateur sans augmenter le volume du collecteur, offrant une réduction de la taille du tube à ondes progressives. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, l'élément de fixation est composé d'une matière différente de celle du radiateur. De préférence, dans ce cas, la matière de l'élément de fixation a une résistance mécanique supérieure à celle du radiateur. Les objets, caractéristiques et avantages qui précèdent, ainsi que d'autres, de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins joints qui illustrent des exemples de la présente invention. Brève 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: les figures 1 et 2 sont des vues en coupe qui présentent chacune la structure d'un dissipateur de chaleur du collecteur pour un tube à ondes progressives présenté dans le brevet JP-745207-A; la figure 3 est une vue schématique d'un tube à ondes progressives selon un mode de réalisation de la présente invention; les figures 4A-4E sont des vues qui illustrent un collecteur qui comprend un radiateur du tube à ondes progressives illustré sur la figure 3, la figure 4A étant une vue en plan de dessus depuis la surface supérieure du collecteur; la figure 4B est une vue latérale partiellement en coupe qui présente sa structure le long de l'axe du tube à ondes progressives; la figure 4C est une vue en coupe le long de la ligne B-B' sur la figure 4A; et les figures 4D et 4E sont des schémas tels que les figures 4A et 4C, respectivement, dont les éléments de fixation et les boulons sont exclus afin de faciliter la compréhension de la structure du radiateur; et les figures 5 et 6 sont des vues qui illustrent chacune un collecteur comprenant un radiateur d'un tube à ondes progressives selon un autre mode de réalisation de la présente invention, présentant un exemple d'élément de fixation formé intégralement. Description détaillée des modes de réalisation préférés En référence à la figure 3, un tube à ondes progressives selon un mode de réalisation de la présente invention comprend une unité de canon à électrons 1 pour générer un faisceau électronique; un circuit haute fréquence 2 pour amplifier la puissance haute fréquence grâce à l'interaction du faisceau électronique avec un champ électrique haute fréquence; et un collecteur 3 pour capter le faisceau électronique. Le collecteur 3 comprend l'électrode du collecteur 6 pour capter le faisceau électronique; l'isolateur 7 placé en contact avec la surface périphérique extérieure de l'électrode du collecteur 6; le radiateur 4 placé en dehors et en contact avec l'isolateur 7; et les éléments de fixation 10, 11 et les boulons 12, 13, 14 et 15 pour amener le radiateur 4 en contact étroit avec l'isolateur 7. Le radiateur 4 est constitué d'un morceau de matière, telle que le cuivre, dont les propriétés de conductivité thermique sont excellentes, et qui a une surface de contact en contact avec le dissipateur thermique 5 qui est un élément de montage. De la même façon qu'avec la figure 2 de l'art antérieur, le radiateur 4 comprend une encoche 8 formée sur sa surface supérieure qui s'étend en parallèle avec l'axe du tube 70 sur la totalité de la longueur du radiateur. De plus, le radiateur 4 comprend deux rainures 9 formées sur sa surface supérieure, qui coupent chacune l'encoche 8 à angle droit. En outre, à des positions prédéterminées sur les surfaces latérales 21 et 22 du radiateur 4 substantiellement perpendiculaires à la surface supérieure, parallèles à l'axe du tube 70, et opposés l'un à l'autre, des trous traversants d'une taille prédéterminée sont formés pour s'étendre à travers le radiateur 4 sur la même ligne droite qui est parallèle à la surface supérieure et perpendiculaire à l'axe du tube 70. En particulier, les trous traversants 31 et 32 centrés sur la première ligne droite 71 virtuelle et qui ont un diamètre prédéterminé sont formés sur les surfaces latérales 21 et 22 respectivement. De même, la surface latérale 21 est formée pour comprendre une rainure 41 de diamètre supérieur à celui du trou traversant 31 et elle est continue jusqu'au trou traversant 31, alors que la surface latérale 22 est formée pour comprendre la rainure 42 dont le diamètre est supérieur à celui du trou traversant 32 et qui est continue jusqu'au trou traversant 32. De même, les trous traversants 33 et 34 centrés sur la seconde ligne droite 72 virtuelle et dont le diamètre est prédéterminé, sont formés sur les surfaces latérales 21 et 22, respectivement. La surface latérale 21 est formée avec la rainure 43 qui a un diamètre supérieur à celui du trou traversant 33 et qui est continue jusqu'au trou traversant 33, alors que la surface latérale 22 est formée avec la rainure 44 qui est de diamètre supérieur à celui du trou traversant 34 et qui est continue jusqu'au trou traversant 34. L'ensemble des trous traversants 31 à 34 ont le même diamètre, comme tous les évidements 41 à 44. La profondeur des évidements 41 à 44 est fixée de telle sorte que chaque extrémité de tête 12h à 15h des boulons 12 à 15 insérés à travers les trous traversants 31 à 34, ne soit pas saillante de la surface latérale 21 ou 22, et qu'une certaine résistance mécanique puisse être obtenue pour les trous traversants 31 à 34. En outre, la coupe du radiateur 4 perpendiculaire à l'axe du tube 70 a une forme généralement rectangulaire. L'isolateur 7 est constitué de céramique telle que l'alumine, le nitrure d'aluminium, le carbure de silicium, ou analogue. L'isolateur 7 est formé d'une fente 7a généralement parallèle à l'axe du tube 70. Ainsi que cela est illustré sur la figure 4E, l'isolateur 7 est disposé de telle sorte que la rainure 7a soit positionnée sur la surface supérieure du radiateur 4, et soit exposée à l'encoche 8. Bien que les éléments de fixation 10 et 11 puissent être faits de la même matière que le radiateur 4, les éléments de fixation 10 et 11 sont de préférence constitués d'une matière dont la résistance mécanique est supérieure à celle du radiateur 4 (par exemple acier inoxydable (SUS304 ou analogue), si le radiateur 4 est composé d'aluminium ou de cuivre). L'utilisation d'une matière à la résistance élevée permet de réduire davantage la taille des éléments de fixation 10 et 11. Bien qu'il n'y ait pas de limite particulière sur la taille des éléments de fixation 10 et 11, ils doivent avoir une longueur perpendiculaire à l'axe du tube 70 qui soit au moins inférieure à la longueur L de la rainure 9 (voir la figure 4E). De même, les évidements sont formés sur chacune des surfaces des éléments de fixation 10 et 11, face à l'axe du tube 70 quand ils sont montés dans les rainures 9, alors que les éléments de fixation 10 et 11 ont des surfaces planes opposées à celles qui sont formées avec les évidements 50. Les évidements 50 ont de préférence une largeur supérieure à la largeur de la fente 7a. En outre, les deux surfaces latérales de l'élément de fixation 10, face au radiateur 4 dans la rainure 9, sont formées avec les trous filetés concentriques l'un à l'autre. De façon similaire, les deux surfaces latérales de l'élément de fixation 11, face au radiateur 4 dans la rainure 9, sont formées avec les trous filetés concentriques l'un à l'autre. L'élément de fixation 10 est retenu dans la rainure 9 en insérant le boulon 12 à travers le trou traversant 31 depuis la surface latérale 21, et en insérant le boulon 13 à travers le trou traversant 32 depuis la surface latérale 22 et en vissant le boulon 13 dans le trou fileté de l'élément de fixation 10. De même, l'élément de fixation 11 est maintenu dans la rainure 9 en insérant le boulon 14 à travers le trou traversant 33 depuis la surface latérale 21, et en insérant le boulon 15 à travers le trou traversant 34 depuis la surface latérale 22 et en vissant le boulon dans le trou fileté de l'élément de fixation 11. Dans ce cas, étant donné que la longueur des éléments de fixation 10 et 11 dans une direction perpendiculaire à la direction de l'axe du tube 70 est plus courte que la longueur L de la rainure 9 mentionnée ci-dessus, la longueur de vissage des boulons 12 à 15 peut être ajustée pour modifier les espaces entre le radiateur 4 et les deux extrémités des éléments de fixation 10 et 11 à l'intérieur de la rainure 9, de telle sorte que le degré de contact entre le radiateur 4 et l'isolateur 7 et l'électrode du collecteur 6 puisse être ajusté par une force de fixation transmise depuis le radiateur 4 à la totalité de l'isolateur 7. De même, étant donné que la tête 12h du boulon 12 et la tête 14h du boulon 14 sont intégrées dans les évidements 41 et 43, respectivement, les boulons 12 et 14 ne sont pas saillants depuis la surface latérale 21. De façon similaire, étant donné que la tête 13h du boulon 13 et la tête 15h du boulon 15 sont intégrées dans les évidements 42 et 44, respectivement, les boulons 13 et 15 ne sont pas saillants depuis la surface latérale 22. Les positions de la première ligne droite 71 et de la seconde ligne droite 72 perpendiculaires à la surface supérieure, et les positions des trous filetés respectifs des éléments de fixation 10 et 11 sont déterminées de la façon suivante. C'est à dire que les positions de la première ligne droite 71 et de la seconde ligne droite 72 sont de préférence déterminées pour affleurer la surface supérieure du radiateur 4 de telle sorte que lorsqu'une ligne droite s'étendant depuis la périphérie extérieure de chaque trou traversant 31 à 34, en parallèle avec la première ligne droite 71 ou la seconde ligne droite 72, ne croise pas l'isolateur 7, et de telle sorte que lorsque les éléments de fixation 10 et 11 sont montés dans le radiateur 4 avec leurs évidements 50 dans l'axe du tube 70, les surfaces planes opposées aux surfaces formées avec les évidements 50 ne soient pas saillantes depuis la surface supérieure du radiateur 4. Quand le radiateur 4 a une efficacité de rayonnement thermique suffisante contre la quantité de chaleur générée par le noyau du collecteur, les lignes centrales des vis (c'est à dire la première ligne droite 71 et la seconde ligne droite 72) peuvent être abaissées vers le dissipateur thermique 5 en augmentant la profondeur de la rainure 9 depuis la surface supérieure. Ainsi que cela est décrit ci-dessus dans ce mode de réalisation, les rainures 9 sont formées dans des positions qui ne contribuent pas à la conduction de la chaleur depuis le radiateur 4 vers le dissipateur thermique 5 pour exposer l'isolateur 7 et sa fente 7a, améliorant ainsi l'efficacité du rayonnement thermique de la chaleur générée par l'électrode du collecteur 5 vers le dissipateur thermique 4. De même, étant donné que les éléments de fixation 10 et 11 sont dimensionnés de telle sorte que la surface supérieure du radiateur 4 affleure avec les surfaces planes des éléments de fixation 10 et 11, un espace pour installer un guide d'ondes ou analogue peut être assuré au-dessus du radiateur 4 sans augmenter le volume du collecteur 3, permettant de réduire la taille du tube à ondes progressives. Bien que le mode de réalisation qui précède ait été décrit en liaison avec un exemple de tube à ondes progressives qui comprend une pluralité d'éléments de fixation, ces éléments de fixation peuvent être formés en un seul élément ainsi que cela est illustré sur les figures 5 et 6. La figure 5A est une vue en plan (qui correspond à la figure 4A) du collecteur 3a, vue depuis sa surface supérieure, qui comprend l'élément de fixation 60 réalisé en une seule partie et monté dans la rainure 9 du radiateur 4, et la figure 5B est une vue en plan de dessus de l'élément de fixation 60 vue depuis l'axe du tube 70. La figure 6A est une vue en plan de dessus (qui correspond à la figure 4A) du collecteur 3b, vue depuis sa surface supérieure, qui comprend un élément de fixation 61 en une seule partie monté dans la rainure 9 du radiateur 4, et la figure 6B est une vue en plan de dessus de l'élément de fixation 61 vue depuis l'axe du tube 70. Quand l'élément de fixation 10 individuel, par exemple, est retenu dans la rainure 9 par un ensemble de boulons opposés 12 et 13 comme dans l'exemple de mode de réalisation décrit ci- dessus, l'élément de fixation 10 est enclin à tourner autour d'un axe virtuel qui relie le boulon 12 au boulon 13 quand les boulons 12 et 13 sont vissés dans les trous filetés de l'élément de fixation 10, de telle sorte que des ajustements sont nécessaires pour maintenir une position constante de l'élément de fixation 10 monté. D'autre part, un élément de fixation en une seule partie tel que l'élément de fixation 60 ou 61, une fois monté, est définitivement monté dans une position constante sans nécessiter d'ajustement spécial ou analogue, facilitant ainsi l'opération de montage de l'élément de fixation. Le nombre de trous traversants formés à travers le radiateur, les positions de ces trous traversants dans la direction le long de l'axe du tube, la forme des éléments de fixation, le nombre de trous filetés dans les éléments de fixation, les positions de ces trous filetés dans la direction le long de l'axe du tube, et analogues, peuvent être déterminés selon les besoins selon la taille du collecteur, et la taille, le poids et analogues autorisés pour le tube à ondes progressives. Bien que les modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits en utilisant des termes spécifiques, cette description est donnée uniquement à titre d'illustration, et il doit être entendu que des changements et des variantes peuvent être effectués sans se départir de l'esprit ou de l'étendue des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Tube à ondes progressives comprenant: un canon à électrons (1) pour générer un faisceau d'électrons; un circuit haute fréquence (2) pour amplifier la puissance haute fréquence au travers de l'interaction entre un faisceau d'électrons et un champ électrique haute fréquence; et un collecteur (3) pour capter un faisceau d'électrons, ledit collecteur (3) comprenant: une électrode de collecteur (6) pour capter le faisceau d'électrons; un isolateur (7) placé autour et en contact avec la surface périphérique extérieure de ladite électrode de collecteur, ledit isolateur (7) comprenant une fente qui s'étend généralement en parallèle avec l'axe du tube; un radiateur (4) réalisé en une seule pièce et placé à l'extérieur et en contact avec ledit isolateur (7), ledit radiateur ayant une surface de contact en contact avec un élément de montage prédéterminé, une encoche (8) formée sur une surface dudit radiateur (4) opposée à la surface de contact et s'étendant généralement en parallèle avec l'axe du tube (70) sur toute la longueur dudit radiateur (4), et une ou plusieurs rainures (41, 42) qui croisent l'encoche à angle droit, une partie dudit isolateur (7) comprenant ladite fente qui est exposée à l'encoche (8) ; un élément de fixation (10) accueilli dans ladite rainure (41, 42), ledit élément de fixation (10) ayant une longueur plus courte que la longueur de la rainure (41, 42), et formé avec des trous filetés qui s'étendent à travers ses deux parties d'extrémité dans une direction axiale dudit élément de fixation (10) ; et des boulons (11, 12, 13, 14, 15), vissés chacun dans ledit trou fileté dudit élément de fixation (10) à travers un trou traversant (32) formé à travers ledit radiateur (4). 2. Tube à ondes progressives selon la revendication 1, dans lequel ledit radiateur (4) a une forme généralement rectangulaire dans une coupe perpendiculaire au dit axe du tube (70), et ledit élément de fixation (10) a sa hauteur et sa position de montage dans la rainure (41, 42) déterminées de telle sorte que ledit élément de fixation (10) ne soit pas en saillie depuis la surface dudit radiateur (4). 3. Tube à ondes progressives selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de fixation {10) est constitué d'une matière différente de celle dudit radiateur (4). 4. Tube à ondes progressives selon la revendication 2, dans lequel ledit élément de fixation (10) est constitué d'une matière différente de celle dudit radiateur (4). 5. Tube à ondes progressives selon la revendication 3, dans lequel la résistance mécanique dudit élément de fixation (10) est supérieure à celle dudit radiateur (4). 6. Tube à ondes progressives selon la revendication 4, dans lequel la résistance mécanique dudit élément de fixation (10) est supérieure à celle dudit radiateur (4).