Brevet FR2860917A1 — publié le 20050415

SYSTEME DE TUBE HYPERFREQUENCE ET TUBE HYPERFREQUENCE Contexte de l'invention Domaine de l'invention La présente invention concerne un tube hyperfréquence tel qu'un klystron ou un tube à déplacement d'ondes qui est utilisé dans l'amplification et l'oscillation d'un signal à haute fréquence, et concerne un système de tube hyperfréquence qui est muni d'un dispositif d'alimentation électrique pour fournir une tension d'alimentation électrique prescrite à chaque électrode du tube hyperfréquence. Description de l'art connexe Un tube hyperfréquence tel qu'un klystron ou un tube à déplacement d'ondes est un tube à électrons qui réalise l'amplification et l'oscillation d'un signal à haute fréquence grâce à l'interaction entre un circuit à haute fréquence et un faisceau électronique qui est émis à partir d'un canon à électrons. Comme on le voit sur la figure 1, un tel tube hyperfréquence est une construction qui comprend: un canon à électrons 10 pour émettre un faisceau électronique 50; une hélice 20, qui est un circuit à haute fréquence pour provoquer l'interaction entre le faisceau électronique 50 qui est émis à partir du canon à électrons 10 et un signal à haute fréquence (hyperfréquence ou onde millimétrique) ; une électrode collectrice 30 pour capturer le faisceau électronique 50 qui est alimenté depuis l'hélice 20; et une électrode anodique 40 pour guider le faisceau électronique 50 qui est émis à partir du canon à électrons 10 à travers l'hélice 20. Le canon à électrons 10 est muni: d'une électrode cathodique 11 pour émettre des thermoélectrons; un réchauffeur 12 pour alimenter de l'énergie thermique pour contraindre l'électrode cathodique 11 à émettre des thermoélectrons; et une électrode Wehnelt 13 pour concentrer les thermoélectrons à former un faisceau électronique 50. Une tension d'alimentation électrique prescrite à partir du dispositif d'alimentation électrique 60 est fournie à l'électrode collectrice 30 et au canon à électrons 10 du tube hyperfréquence 1 qui est illustré sur la figure 1, et l'électrode anodique 40 et l'hélice sont chacune reliées au boîtier du tube hyperfréquence 1 et ainsi mises à la terre. Une haute tension négative commune (tension cathodique) est fournie à partir du dispositif d'alimentation électrique 60 à l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode cathodique 11 du canon à électrons 10, et une tension prescrite qui prend la tension cathodique en tant que référence est fournie au réchauffeur 12. De plus, une haute tension positive qui prend la tension cathodique en tant que référence est fournie à l'électrode collectrice 30. Le tube hyperfréquence 1 comprend également une configuration dans laquelle le raccordement entre l'électrode anodique 40 et l'hélice 20 est coupé et des 30 tensions d'alimentation électriques différentes sont fournies à l'électrode anodique 40 et à l'hélice 20. Dans ce type de configuration, le faisceau électronique 50 qui est émis depuis le canon à électrons 10 est accéléré par l'électrode anodique 40 et introduit à l'intérieur de l'hélice 20, et se déplace ensuite à l'intérieur de l'hélice 20 tout en interagissant avec le signal à haute fréquence qui est appliqué en tant qu'entrée à l'hélice 20. Le faisceau électronique 50 de sortie qui est fourni depuis l'hélice 20 est capturé par l'électrode collectrice 30. A ce moment, un signal à haute fréquence qui a été amplifié par interaction avec le faisceau électronique 50 est fourni en tant que sortie depuis l'hélice 20. Toutefois, l'électrode cathodique 11 qui est fournie dans le canon à électrons 10 qui est illustré sur la figure 1 est typiquement formée d'un substrat de tungstène poreux en forme de disque qui a été imprégné avec un oxyde de, par exemple, baryum (Ba), calcium (Ca), ou aluminium (Al). L'oxyde (matériau imprégné) qui a été imprégné dans cette électrode cathodique 11 est vaporisé par la chaleur du réchauffeur 12 et adhère à l'électrode Wehnelt 13 et à l'électrode anodique 40. Dans le tube hyperfréquence 1, une haute tension d'au moins plusieurs kilovolts est appliquée entre l'électrode anodique 40 et l'électrode cathodique 11 pendant le fonctionnement, et lorsque de minuscules protubérances sont formées à partir du matériau imprégné qui adhère à l'électrode Wehnelt 13 et à l'électrode anodique 40, un champ électrique se concentre au niveau de ces minuscules protubérances et une décharge électrique est générée entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40. Lorsqu'une décharge est produite entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40, la forme du champ électrique qui est formé au niveau de l'électrode Wehnelt 13 par le courant de décharge est interrompue, le passage du faisceau électronique 50 qui est émis depuis le canon à électrons 10 est interrompu, et une partie de ce faisceau électronique 50 heurte l'électrode anodique 40 ou l'hélice 20. Il en résulte qu'un bruit en forme d'impulsions est généré dans le signal à haute fréquence qui est amplifié dans l'hélice 20. De plus, la collision des électrons avec l'électrode anodique 40 et l'hélice 20 provoque le passage de courant entre l'électrode cathodique 11 et l'électrode anodique 40 et entre l'électrode cathodique 11 et l'hélice 20. A ce moment, le passage du faisceau électronique 50 qui est interrompu par la décharge ne se recouvre pas immédiatement, et l'état dans lequel le courant circule entre l'électrode cathodique 11 et l'électrode anodique 40 et entre l'électrode cathodique 11 et l'hélice 20 continue pendant au moins plusieurs millisecondes. En particulier, dans la configuration illustrée sur la figure 1 dans laquelle l'électrode anodique 40 et l'hélice 20 sont reliées, le courant de décharge qui est généré entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 et le courant qui est produit par la collision du faisceau électronique 50 avec l'électrode anodique 40 et l'hélice passent tous deux à travers l'hélice 20 et sont réalimentés vers le dispositif d'alimentation électrique 2, soulevant le problème que l'hélice 20 sera endommagée par un courant excessif (courant excessif Ihel). Lorsque la forme du champ électrique qui se forme au niveau de l'électrode Wehnelt 13 est interrompue par le courant de décharge, de plus, le diamètre du faisceau électronique 50 fluctue à l'intérieur de l'hélice 20 et des irrégularités surviennent dans l'interaction avec le signal à haute fréquence, conduisant à des variations telles que l'augmentation de la consommation d'énergie et la diminution de la performance d'amplification du tube hyperfréquence 1. En tant qu'exemple d'une configuration pour traiter ce problème, la publication de brevet japonais mise à l'inspection publique No. 301 342/1992 (référencée ci-dessous comme Brevet 1 ) propose une configuration dans laquelle un élément inductif est inséré en série dans la câblette guide qui relie l'électrode anodique et le dispositif d'alimentation électrique pour supprimer la décharge qui est produite entre l'électrode anodique et l'électrode cathodique. Toutefois, le tube hyperfréquence qui est décrit dans le Brevet 1 décrit ci-dessus est une configuration dans laquelle différentes tensions d'alimentation électrique sont appliquées à l'électrode anodique et à l'hélice, et cette configuration ne peut ainsi pas être facilement appliquée à la configuration illustrée sur la figure 1 dans laquelle la même tension est appliquée à l'électrode anodique 40 et à l'hélice 20. Même si un élément inductif était utilisé, sa valeur inductive serait extrêmement élevée (le Brevet 1 fournit un exemple de l'utilisation de 24 Henrys [H]), et de plus, un élément inductif présente à la fois un volume cubique et un poids élevés et ne peut ainsi pas être appliqué aux systèmes qui demandent une taille compacte et un poids léger. La décharge qui est produite entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 du tube hyperfréquence 1 décrit ci-dessus peut être réduite par le procédé qui est proposé dans le Brevet 1 ou en modifiant la configuration du tube hyperfréquence 1, mais il est difficile d'éliminer complètement cette décharge. Ainsi, dans un système de tube hyperfréquence de l'art antérieur, le dispositif d'alimentation électrique 60 est muni d'un circuit de détection de courant excessif Ihel 61 pour détecter le courant excessif de l'hélice 20 qui circule en résultat de la décharge entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 en observant le courant qui circule entre l'hélice 20 et l'électrode cathodique 11 comme on le voit sur la figure 1. Le circuit de détection de courant excessif Ihel 61 fournit une sortie de signal d'alarme (ALARME Ihel) lorsqu'un courant excessif qui menace d'endommager l'hélice 20 circule continuellement pendant un intervalle de temps prescrit ou supérieur, et le dispositif d'alimentation électrique 60, à la détection du signal d'alarme, arrête de fournir l'alimentation au tube hyperfréquence 1. Toutefois, les tubes hyperfréquences 1 sont utilisés dans, par exemple, les dispositifs de transmission par exemple de systèmes de communication par satellite ou systèmes de diffusion par satellite dans lesquels la réparation ou l'échange est difficile, et il en résulte que dans de nombreux cas le fonctionnement du tube hyperfréquence 1 ne peut pas être facilement arrêté malgré la sortie d'un signal d'alarme depuis le circuit de détection de courant excessif Ihel 61 décrit ci-dessus. D'un autre côté, la décharge qui est produite entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 peut raccourcir la durée de vie utile du tube hyperfréquence 1 en raison de l'endommagement de l'hélice 20 provoqué par le courant excessif ou par des chutes dans la capacité isolante entre les électrodes, et de plus, peut entraîner l'arrêt du système en raison de l'endommagement des dispositifs ou des chutes dans la performance du système en raison de bruit. Ainsi, les fonctions protectrices d'un tube hyperfréquence qui utilise le signal d'alarme (ALARME Ihel) décrit cidessus ne peuvent pas être éliminées. Par conséquent, un tube hyperfréquence est de préférence utilisé tout en détectant la décharge entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 de telle sorte qu'un signal d'alarme soit généré seulement lorsque la décharge est générée fréquemment ou lorsqu'un grand courant de décharge circule, et pas lorsque la décharge est produite seulement rarement. Résumé de l'invention Un objet de la présente invention est de fournir un système de tube hyperfréquence et un tube hyperfréquence dans lequel la sortie facile d'un signal d'alarme est supprimée pour autoriser la prévention d'arrêts de fonctionnement inutiles. Afin d'atteindre l'objet décrit ci-dessus, la présente invention présente une configuration dans laquelle le raccordement entre l'électrode anodique et l'hélice est coupé, l'hélice est mise à la masse, et est munie d'un élément de suppression de courant entre l'électrode anodique et la tension de masse pour supprimer l'intervalle de temps continu de passage du courant excessif à l'hélice qui est provoqué par la décharge au niveau d'une gamme d'intervalle de temps dans laquelle un signal d'alarme n'est pas fourni en tant que sortie dans le dispositif d'alimentation électrique, c'est-à-dire, une gamme d'intervalle de temps dans laquelle l'hélice n'est pas susceptible d'être endommagée. Lorsque, par exemple, une décharge survient entre l'électrode Wehnelt et l'électrode anodique dans ce type de configuration, non seulement un courant de décharge circule entre l'électrode cathodique et l'électrode anodique, mais un courant excessif résultant de cette décharge qui circule vers l'hélice est également réalimenté vers le dispositif d'alimentation électrique. A ce moment, la chute de tension qui est provoquée par l'élément de suppression de courant entraîne une chute de tension de l'électrode anodique (pour approcher la tension de l'électrode cathodique), et lorsque la tension de l'électrode anodique est suffisamment proche de la tension de l'électrode cathodique (qui est égale à la tension de l'électrode Wehnelt), la décharge qui est générée entre l'électrode Wehnelt et l'électrode anodique est arrêtée. Il en résulte que le courant de décharge qui circule entre l'électrode cathodique et l'électrode anodique est bloqué, et le courant excessif qui circule vers l'hélice est également bloqué. Par conséquent, la fourniture d'un élément de suppression de courant peut raccourcir l'intervalle de temps continu de passage d'un courant excessif vers l'hélice qui est provoqué par la décharge, et peut ainsi empêcher le raccourcissement de la durée de vie utile du tube hyperfréquence qui provient de l'endommagement de l'hélice provoqué par le passage du courant excessif et une diminution de la capacité isolante entre les électrodes. La fourniture de l'élément de suppression de courant peut également supprimer la sortie facile de signaux d'alarme résultant des décharges qui surviennent dans le tube hyperfréquence, et peut ainsi empêcher les arrêts de fonctionnement inutiles du système de tube hyperfréquence. En particulier, si une résistance est utilisée en tant qu'élément de suppression de courant, le simple ajout de cette partie relativement petite peut supprimer l'intervalle de temps continu de passage d'un courant excessif vers l'hélice qui est provoqué par la décharge, et peut ainsi limiter l'augmentation du volume et du poids du tube hyperfréquence. Les objets ci-dessus et d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention vont apparaître à partir de la description qui va suivre en faisant référence aux dessins qui l'accompagnent qui illustrent un exemple de la présente invention. Brève description des dessins La figure 1 est une vue schématique de la configuration d'un système de tube hyperfréquence de l'art antérieur; et la figure 2 est une vue schématique d'un exemple de la configuration d'un système de tube hyperfréquence 10 de la présente invention. Description détaillée des modes de réalisation préférés L'explication qui suit concerne la présente invention en faisant référence aux figures qui l'accompagnent. Comme on le voit sur la figure 2, le tube hyperfréquence de la présente invention est une configuration dans laquelle le raccordement entre l'électrode anodique 40 et l'hélice 20 du tube hyperfréquence 1 de l'art antérieur illustré sur la figure 1 est coupé, l'hélice 20 est reliée au boîtier du tube hyperfréquence 1 et ainsi mise à la masse, et un élément de suppression de courant est inséré entre l'électrode anodique 40 et le boîtier (tension de masse) du tube hyperfréquence 1. Un composant tel qu'une résistante R est utilisé en tant qu'élément de suppression de courant, et cette résistance R est reçue à l'intérieur du boîtier du tube hyperfréquence 1. Des câblettes guides communes qui sont utilisées pour fournir la même tension à l'électrode anodique 40 et à l'hélice 20 sont séparées du tube hyperfréquence 1. La configuration du tube hyperfréquence 1 et du dispositif d'alimentation électrique 60 est par ailleurs identique à celle du système de tube hyperfréquence de l'art antérieur qui est illustrée sur la figure 1, et l'explication de cette configuration est ainsi ici omise. Les éléments constituants du tube hyperfréquence 1 et du dispositif d'alimentation électrique 60 illustrés sur la figure 2 ont chacun les mêmes numéros de référence que les éléments constituants respectifs du tube hyperfréquence 1 et du dispositif d'alimentation électrique 60 qui sont illustrés sur la figure 1. Lorsqu'une décharge survient entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 dans le tube hyperfréquence 1 de la présente invention, le courant de décharge qui circule entre l'électrode cathodique 11 et l'électrode anodique 40 et le courant excessif qui circule vers l'hélice 20 en résultat de cette décharge sont réalimentés vers le dispositif d'alimentation électrique 60. A ce moment, la chute de tension qui survient en raison du passage du courant dans la résistance R engendre une chute de tension de l'électrode anodique 40 (pour approcher la tension de l'électrode cathodique 11), et lorsque la tension de l'électrode anodique 40 est suffisamment proche de la tension de l'électrode cathodique 11 (qui est égale à la tension de l'électrode Wehnelt 13), la décharge qui survient entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 est arrêtée. Il en résulte que non seulement le courant de décharge qui circule entre l'électrode cathodique 11 et l'électrode anodique 40 est bloqué, mais le courant excessif qui circule vers l'hélice 20 est également bloqué. Dans la configuration du tube hyperfréquence 1 de l'art antérieur qui est illustrée sur la figure 1, le courant de décharge qui circule entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 présente normalement une plage de temps de l'ordre de plusieurs dizaines de microsecondes. Le courant excessif de l'hélice 20 qui est entraîné par la décharge circule continuellement pendant plusieurs millisecondes ou plus. Il en résulte que le circuit de détection de courant excessif Ihel 61 qui est fourni dans le dispositif d'alimentation électrique 60 est normalement ajusté de manière à fournir une sortie de signal d'alarme à la détection d'un courant excessif Ihel présentant une gamme de temps de l'ordre de plusieurs millisecondes de telle sorte que l'endommagement de l'hélice 20 ne survienne pas. Dans le système de tube hyperfréquence de la présente invention, l'intervalle de temps continu du courant excessif qui circule dans l'hélice 20 qui survient en raison de la décharge entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 est établi, en choisissant de manière optimale la valeur de la résistance R, à plusieurs dizaines de microsecondes, c'est-à-dire, approximativement égal au temps de décharge, moyennant quoi un signal d'alarme (ALARME Ihel) n'est pas fourni en tant que sortie malgré une décharge survenant entre l'électrode cathodique 11 et l'électrode anodique 40. La valeur de la résistance R dans ce cas est de l'ordre de plusieurs MO, et, puisque la gamme de temps du passage du courant excessif est de plusieurs dizaines de microsecondes, ce qui est approximativement égal au temps de décharge, une puissance permissible de la résistance R de plusieurs watts est adéquate. L'insertion d'un élément de suppression de courant entre l'électrode anodique 40 et le boîtier (tension de masse) du tube hyperfréquence 1 selon la configuration de la présente invention peut ainsi empêcher le raccourcissement de la durée de vie utile du tube hyperfréquence en raison de l'endommagement de l'hélice 20 provoqué par le courant excessif Ihel ou la perte de capacité isolante entre les électrodes. La configuration de la présente invention peut en outre supprimer la sortie facile des signaux d'alarme qui sont provoqués par la détection du courant excessif Ihel qui se produit en raison de la décharge qui survient entre l'électrode Wehnelt 13 et l'électrode anodique 40 et peut ainsi empêcher les arrêts de fonctionnement inutiles du système de tube hyperfréquence. De plus, si la résistance R est utilisée en tant qu'élément de suppression de courant, le simple ajout de ce composant comparativement petit (résistance R) peut rendre l'intervalle de temps continu du courant excessif qui circule vers l'hélice en résultat d'une décharge plus courte que la gamme de l'intervalle de temps pendant laquelle le signal d'alarme décrit ci- dessus est fourni, et peut ainsi supprimer l'augmentation du volume et du poids du tube hyperfréquence. Lorsqu'il n'y a aucune limite particulière sur la taille ou le poids du système de tube hyperfréquence, l'électrode anodique 40 et le boîtier du tube hyperfréquence 1 peuvent être reliés par un élément inductif en tant qu'élément de suppression de courant à la place de la résistance R décrite ci-dessus. De même dans ce cas, si la valeur de l'élément inductif est choisie de manière optimale de telle sorte que l'intervalle de temps continu du courant excessif Ihel soit approximativement égal au temps de décharge (plusieurs dizaines de microsecondes), le même effet peut être obtenu qu'en utilisant la résistance R décrite ci-dessus. Alors que des modes de réalisation préférés de la présente invention ont été décrits en utilisant des termes spécifiques, une telle description a uniquement un but illustratif, et on doit comprendre que des modifications et variations peuvent être apportées sans s'éloigner de l'esprit ou du cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Système de tube hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comprend: un tube hyperfréquence (1) qui est muni d'une hélice (20) qui est mise à la masse et un élément de suppression de courant qui est inséré entre une électrode anodique (40) et une tension de masse pour supprimer un intervalle de temps continu de passage de courant excessif à ladite hélice (20) qui est provoqué par une décharge au niveau d'une gamme d'intervalle de temps qui est plus courte qu'un intervalle de temps prescrit qui menacerait d'endommager l'hélice (20) ; et un dispositif d'alimentation électrique (60) pour fournir une tension d'alimentation électrique prescrite à chaque électrode dudit tube hyperfréquence, ledit dispositif d'alimentation électrique (60) étant muni d'un circuit de détection de courant excessif (61) pour fournir un signal d'alarme lorsque l'intervalle de temps continu de passage de courant excessif à ladite hélice (20) est égal à ou supérieur à un intervalle de temps prescrit qui menacerait d'endommager ladite hélice (20). 2. Système de tube hyperfréquence selon la revendication 1, dans lequel ledit tube hyperfréquence (1) : incorpore ledit élément de suppression de courant; et est muni d'une câblette guide commune qui est utilisée pour fournir la même tension à ladite électrode anodique (40) et à ladite hélice (20). 3. Système de tube hyperfréquence selon la revendication 1, dans lequel ledit élément de suppression de courant est une résistance (R). 4. Tube hyperfréquence (1), caractérisé en ce qu'il comprend: une hélice (20) qui est mise à la masse; et un élément de suppression de courant qui est inséré entre une électrode anodique (40) et une tension de masse pour supprimer un intervalle de temps continu de passage d'un courant excessif à ladite hélice (20) qui est provoqué par une décharge au niveau d'une gamme d'intervalle de temps qui est plus courte qu'un intervalle de temps prescrit qui menacerait d'endommager l'hélice (20). 5. Tube hyperfréquence (1) selon la revendication 4, en outre muni de câblettes guides communes qui sont utilisées pour fournir la même tension à ladite électrode anodique (40) et à ladite hélice (20). 6. Tube hyperfréquence (1) selon la revendication 4, dans lequel ledit élément de suppression de courant est une résistance (R).