Brevet FR2899998A1 — publié le 20071019

FENETRE A VIDE A PLAQUES PARRALLELES La présente demande est basée sur et revendique les bénéfices de priorité de la demande de brevet japonais n 2006-110806 déposée le 13 avril 2006. Contexte de l'invention 1.Domaine de l'invention : La présente invention concerne une fenêtre à vide à plaques parallèles, ou fenêtre à vide en boîte à pilules, pour utilisation dans un tube hyperfréquence (microonde) en tant que fenêtres d'entrée/sortie et un procédé de fabrication de la fenêtre à vide à plaques parallèles. 2.Description de l'art connexe : La figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant la structure d'un tube hyperfréquence général. En référence à la figure 1, le tube hyperfréquence comprend un canon à électrons 31 pour émettre des faisceaux électroniques, un circuit à haute fréquence 32 pour faire interagir un signal RF (hyperfréquence) reçu par celui-ci avec un faisceau électronique émis par le canon à électrons 31 pour amplifier et délivrer le faisceau électronique résultant, un collecteur 33 pour collecter le faisceau électronique qui a traversé le circuit à haute fréquence 32, et une électrode anodique 34 pour guider le faisceau électronique émis par le canon à électrons 31 dans le circuit à haute fréquence 32.30 Le tube hyperfréquence comprend en outre des fenêtres à vide à plaques parallèles 35, 36 en tant que fenêtres d'entrée/sortie du signal RF pour deux fonctions, c'est-à-dire, pour réduire la perte de signal RF et pour sceller le tube hyperfréquence dans un vide. Des techniques associées aux fenêtres à vide à plaques parallèles sont décrites, par exemple, dans JPA-04-092341 et JP-A-08-154001. La description suivante est focalisée sur la configuration d'une fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle. La figure 2A est une vue en coupe longitudinale illustrant une configuration exemplaire d'une fenêtre à plaques parallèles conventionnelle, et la figure 2B est une vue en coupe transversale illustrant une configuration exemplaire de la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle. En référence aux figures 2A et 2B, la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle exemplaire illustrée comprend un disque en céramique 41, une couche de métallisation 42, et des parties métalliques 43, 44. Le disque en céramique 41 est positionné au centre de la fenêtre à vide à plaques parallèles. La couche de métallisation 42 est formée sur la surface latérale périphérique du disque en céramique 41 et sur les régions périphériques des deux surfaces planes de celui-ci. Les parties métalliques 43, 44 sont fixées au disque en céramique 41 par brasage par l'intermédiaire de la couche de métallisation 42 de manière à prendre en sandwich le disque en céramique 41 entre celles-ci au niveau des deux surfaces planes du disque en céramique 41. La couche de métallisation 42 doit avoir une longueur égale ou supérieure à un trajet de fuite afin de prévenir une fuite entre le disque en céramique 41 et les parties métalliques 43, 44. Le trajet de fuite désigne la longueur des parties du disque en céramique 41 et des parties métalliques 43, 44 qui sont fixées les unes aux autres par l'intermédiaire de la couche de métallisation 42. Dans cet exemple conventionnel, le trajet de fuite a une longueur radiale L de 0,5 mm sur les deux surfaces planes du disque en céramique 41. En conséquence, les couches de métallisation 42 sur les deux surfaces planes du disque en céramique 41 ont également une longueur radiale de 0,5 mm ou plus. Dans cet exemple conventionnel, le disque en céramique 41 a une épaisseur t de 0,2 mm, un conduit de guide d'ondes cylindrique 45 a une cavité cylindrique, dont le diamètre interne R est de 4 mm, et des conduits de guide d'ondes carrés 46a, 46b ont chacun un côté long a de 7,11 mm et un côté court b de 3,56 mm. La figure 3A est une vue en coupe longitudinale illustrant une autre configuration exemplaire d'une fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle, et la figure 3B est une vue en coupe transversale illustrant une autre configuration exemplaire de la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle exemplaire. En référence aux figures 3A et 3B, la fenêtre à vide à plaques parallèles de cet exemple conventionnel comprend un disque en céramique 51, une couche de métallisation 52, et des parties métalliques 53, 54, 55. Le disque en céramique 51 est positionné au centre de la fenêtre à vide à plaques parallèles. La couche de métallisation 52 est formée sur la surface latérale périphérique du disque en céramique 51. La partie métallique 55 est fixée au disque en céramique 51 par brasage par l'intermédiaire de la couche de métallisation 52 pour prendre en sandwich le disque en céramique 51 depuis la surface latérale périphérique du disque en céramique 51. Les parties métalliques 53, 54 sont fixées à la partie métallique 55 par brasage pour prendre en sandwich la partie métallique 55 entre celles-ci à partir des deux surfaces planes du disque en céramique 51. Dans cet exemple conventionnel, le disque en céramique 51 a une épaisseur t de 0,4 mm. En conséquence, un trajet de fuite a également une longueur de 0,4 mm dans la direction de l'épaisseur, et la couche de métallisation 52 a également une longueur de 0,4 mm dans la direction de l'épaisseur sur la surface latérale périphérique du disque en céramique 51. Dans cet exemple conventionnel, le guide d'ondes cylindrique 56 a une cavité cylindrique, dont le diamètre interne R est de 4 mm, tandis que les guides d'ondes carrés 57a, 57b ont chacun un côté long a de 7,11 mm et un côté court b de 3,56 mm. La figure 4 est un graphique décrivant le rapport d'onde stationnaire de tension (appelé ci-après "VSWR") de la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle illustrée sur les figures 2A et 2B. Dans la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle illustrée sur les figures 2A et 2B, la couche de métallisation 42 doit avoir une longueur radiale de 0,5 mm ou plus sur les deux surfaces planes du disque en céramique 41. Etant donné que la couche de métallisation 42 a une plus grande longueur de cette manière, une résonance se produit dans une région périphérique du disque en céramique 31 à environ 37 GHz dans une bande de fréquence disponible (26, 5 à 40,0 GHz) de la fenêtre à vide à plaques parallèles, conduisant à une augmentation abrupte de VSWR, comme décrit sur la figure 4. De plus, dans la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle illustrée sur les figures 2A et 2B, le disque en céramique 41 doit être agrandi en terme de diamètre externe plus qu'il n'est nécessaire, conjointement avec la couche de métallisation 42 qui est formée de manière à avoir une longueur de 0,5 mm ou plus. Le disque en céramique 41 est constitué d'un matériau diélectrique tel que l'alumine, l'oxyde de béryllium ou similaire. En conséquence, le plus grand diamètre externe du disque en céramique 41 résulte en une plus grande proportion de matériau diélectrique qui occupe la fenêtre à vide à plaques parallèles totale, ce qui amène le matériau diélectrique à exercer une plus grande influence sur les caractéristiques de VSWR. Par conséquent, comme décrit sur la figure 4, le VSWR est augmenté en raison de l'influence du matériau diélectrique à environ 35 GHz dans la bande de fréquence disponible de la fenêtre à vide à plaques parallèles. De manière similaire, dans la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle illustrée sur les figures 3A et 3B, le disque en céramique 51 doit avoir une épaisseur de 0,4 mm, de sorte que le disque en céramique 51 doive être plus épais qu'il n'est nécessaire. De plus, une plus grande épaisseur du disque en céramique 51 résulte en une plus grande longueur de la couche de métallisation 52 dans la direction de l'épaisseur. En conséquence, les caractéristiques de VSWR sont similaires à celles décrites sur la figure 4 en ce qu'une résonance se produit dans une bande de fréquence disponible de manière à augmenter le VSWR. De plus, la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle illustrée sur les figures 3A et 3B présente un problème en ce qu'il est difficile de maintenir l'exactitude dimensionnelle pour chaque partie durant le brasage. Résumé de l'invention Il est donc un objet de la présente invention de proposer une fenêtre à vide à plaques parallèles qui est capable de présente des caractéristiques de VSWR stables dans une bande de fréquence disponible et est également capable de maintenir une exactitude dimensionnelle appropriée pour chaque partie, et un procédé de fabrication de la fenêtre à vide à plaques parallèles. Pour réaliser l'objet ci-dessus, une fenêtre à 5 vide à plaques parallèles de la présente invention est caractérisée en ce qu'elle comprend : un disque en céramique ayant une couche de métallisation formée dans une région périphérique de celui-ci ; 10 une première partie métallique comprenant une partie cylindrique à grand diamètre, et une partie cylindrique à petit diamètre ayant un diamètre interne inférieur à celui de ladite partie cylindrique à grand diamètre, et couplée à ladite partie cylindrique à 15 grand diamètre de manière à former une section à gradin au niveau d'une jonction, ledit disque en céramique étant ajusté dans la section à gradin ; et une seconde partie métallique comprenant une partie cylindrique qui est insérée dans la section à 20 gradin de ladite première partie métallique tandis que ledit disque en céramique est placé dans la section à gradin de ladite première partie métallique. De plus, pour réaliser l'objet ci-dessus, un procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques 25 parallèles de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : fournir une première partie métallique qui comprend une partie cylindrique à grand diamètre ayant un diamètre interne sensiblement identique au diamètre 30 externe d'un disque en céramique formé avec une couche de métallisation dans une région périphérique de celui- ci, et une partie cylindrique à petit diamètre ayant un diamètre interne inférieur à celui de ladite partie cylindrique à grand diamètre, et couplée à ladite partie cylindrique à grand diamètre pour former une section à gradin au niveau d'une jonction ; fournir une seconde partie métallique qui comprend une partie cylindrique ayant un diamètre externe sensiblement identique au diamètre externe dudit disque en céramique ; et insérer la partie cylindrique de ladite seconde partie métallique dans la section à gradin de ladite première partie métallique de manière à prendre en sandwich ledit disque en céramique. Conformément à la fenêtre à vide à plaques parallèles de la présente invention, la partie cylindrique de la seconde partie métallique est insérée dans la section à gradin de la première partie métallique tandis que le disque en céramique est placé dans la section à gradin de la première partie métallique. Par conséquent, le trajet de fuite, qui s'étend le long de la longueur de parties du disque en céramique et de la première partie métallique et la seconde partie métallique qui sont fixées les uns aux autres par l'intermédiaire de la couche de métallisation, peut être raccourci. De cette manière, les longueurs de la couche de métallisation peuvent être réduites dans les directions radiales et d'épaisseur, de manière à permettre d'éviter une résonance qui sinon se produirait dans une région périphérique du disque en céramique dans une bande de fréquence disponible. De plus, étant donné que les longueurs de la couche de métallisation peuvent être réduites dans la direction radiale et d'épaisseur, il n'est pas nécessaire que le disque en céramique soit augmenté en terme de diamètre ou d'épaisseur plus qu'il n'est nécessaire. Ceci peut réduire la proportion de matériau diélectrique qui occupe la fenêtre à vide à plaques parallèles totale, ce qui permet d'éviter une augmentation de VSWR dans la plage de fréquence disponible, due à l'influence du matériau diélectrique. En conséquence, des caractéristiques de VSWR stables peuvent être obtenues dans la plage de fréquence disponible de la fenêtre à vide à plaques parallèles. De plus, étant donné que la fenêtre à vide à plaques parallèles de la présente invention est configurée de sorte que la partie cylindrique de la seconde partie métallique soit insérée dans la section à gradin de la première partie métallique tandis que le disque en céramique est placé dans la section à gradin de la première partie métallique, le disque en céramique mince peut être fixé avec une plus grande exactitude. De plus, étant donné que la seconde partie métallique est également insérée précisément dans la première partie métallique, une exactitude dimensionnelle appropriée peut être maintenue pour chaque partie. Les objets, caractéristiques et avantages ci- dessus et autres de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui illustrent des exemples de la présente invention. Brève description des dessins La figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant la structure d'un tube hyperfréquence général La figure 2A est une vue en coupe longitudinale illustrant une configuration exemplaire d'une fenêtre à 10 vide à plaques parallèles conventionnelle ; La figure 2B est une vue en coupe transversale illustrant une configuration exemplaire de la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle ; La figure 3A est une vue en coupe longitudinale 15 illustrant une autre configuration exemplaire d'une fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle ; La figure 3B est une vue en coupe transversale illustrant une autre configuration exemplaire de la fenêtre à vide à plaques parallèles conventionnelle ; 20 La figure 4 est un graphique décrivant les caractéristiques de VSWR de la fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 2A et 2B ; La figure 5A est une vue en coupe longitudinale illustrant la configuration d'une fenêtre à vide à 25 plaques parallèles selon un mode de réalisation de la présente invention ; La figure 5B est une vue en coupe transversale illustrant la configuration de la fenêtre à vide à plaques parallèles selon le mode de réalisation de la 30 présente invention ; La figure 6A est une vue en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 5A et 5B ; La figure 6B est une vue en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 5A et 5B ; La figure 6C est une vue en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 5A et 5B ; La figure 6D est une vue en coupe transversale illustrant un procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 5A et 5B ; et La figure 7 est un graphique pour décrire les caractéristiques de VSWR de la fenêtre à vide à plaques parallèles illustrée sur les figures 5A et 5B. Description des modes de réalisation préférés La figure 5A est une vue en coupe longitudinale illustrant la configuration d'une fenêtre à vide à plaques parallèles selon un mode de réalisation de la présente invention, et la figure 5B est une vue en coupe transversale illustrant la configuration de la fenêtre à vide à plaques parallèles selon le mode de réalisation de la présente invention. En référence aux figures 5A et 5B, la fenêtre à vide à plaques parallèles de ce mode de réalisation comprend un disque en céramique 1, une couche de métallisation 2, une partie métallique 3 qui est une première partie métallique, et une partie métallique 4 qui est une seconde partie métallique. Le disque en céramique 1 est positionné au centre de la fenêtre à vide à plaques parallèles. la couche de métallisation 2 est formée sur la surface latérale périphérique du disque en céramique 1 et sur les régions périphériques des deux surfaces planes de celui-ci. La partie métallique 3 comprend une partie qui définit un guide d'ondes carré 6a et l'autre partie qui définit un guide d'ondes cylindrique 5. La partie qui définit le guide d'ondes cylindrique 5 comprend une partie cylindrique à grand diamètre 3a qui a un diamètre interne sensiblement identique au diamètre externe du disque en céramique 1, et une partie à faible diamètre 3b qui a un diamètre interne inférieur à celui de la partie cylindrique à grand diamètre 3a, est couplée à la partie cylindrique à grand diamètre 3a, et est formée au niveau d'une jonction avec la partie 3a pour former une section à gradin 3c. Le disque en céramique 1 est ajusté dans cette section à gradin 3c. La partie métallique 4 a une partie qui définit un guide d'ondes carré 6b, et l'autre partie qui définit le guide d'ondes cylindrique 5. La partie qui définit le guide d'ondes cylindrique 5 comprend la partie cylindrique 4a qui a un diamètre externe sensiblement identique au diamètre externe du disque en céramique 1. Cette partie cylindrique 4a est insérée dans la section à gradin 3c du partie métallique 3 tandis que le disque en céramique 1 est placé dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3. Ci-après, une description est faite d'un procédé de fabrication de la fenêtre à vide à plaques 5 parallèles de ce mode de réalisation. En référence à la figure 6A, dans un premier temps, la partie métallique 3 est fournie. En référence à la figure 6B, ensuite, le disque en céramique 1 qui est formé avec la couche de 10 métallisation 2 autour de la périphérie est ajusté dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3, et le disque en céramique 1 est fixé à la partie métallique 3 par brasage par l'intermédiaire de la couche de métallisation 2. 15 En référence à la figure 6C, ensuite, la partie métallique 4 est fournie. En référence à la figure 6D, ensuite, tandis que le disque en céramique 1 est placé dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3, la partie 20 cylindrique 4a de la partie métallique 3 est insérée dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3, et la partie métallique 3 est fixée au disque en céramique 1 par brasage par l'intermédiaire de la couche de métallisation 2. 25 Dans ce mode de réalisation, le disque en céramique 1 a une épaisseur t de 0.2 mm, le guide d'ondes cylindrique 5 a une cavité cylindrique, dont le diamètre interne R est de 4 mm, et des guides d'ondes carrés 6a, 6b ont chacun un côté long a de 7,11 mm et 30 un côté court b de 3,56 mm. La figure 7 est un graphique décrivant les caractéristiques de VSWR de la fenêtre à vide à plaques parallèles de ce mode de réalisation. Dans la configuration de la fenêtre à vide à plaques parallèles selon ce mode de réalisation, le diamètre interne de la partie cylindrique à grand diamètre 3a qui forme la section à gradin 3c de la partie métallique 3, et le diamètre externe de la partie cylindrique 4a de la partie métallique 4 sont sensiblement identiques au diamètre externe du disque en céramique 1, et la partie cylindrique 4a de la partie métallique 4 est insérée dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3 tandis que le disque en céramique 1 est placé dans la section à gradin 3c de la partie métallique 3. Par conséquent, le trajet de fuite, qui s'étend le long de la longueur des parties du disque en céramique 1 et des parties métalliques 3, 4 qui sont fixées les unes aux autres par l'intermédiaire de la couche de métallisation 2, peut être raccourci. Spécifiquement, le trajet de fuite peut être dimensionné de manière à avoir une longueur L de 0,22 mm dans la direction radiale et une longueur T de 0,22 mm dans la direction de l'épaisseur. De cette manière, la couche de métallisation 2 peut être dimensionnée de manière à avoir une longueur minimale de 0,22 mm dans la direction radiale et une longueur minimale de 0,22 dans la direction de l'épaisseur, et par conséquent les longueurs peuvent être réduites dans les directions radiale et d'épaisseur, de manière à permettre d'éviter une résonance qui sinon se produirait dans une région périphérique du disque en céramique 1 dans une bande de fréquence disponible (26,5 à 40,0 GHz), comme décrit sur la figure 7. De plus, étant donné que les longueurs de la couche de métallisation 2 peuvent être réduites dans les directions radiale et d'épaisseur, il n'est pas nécessaire que le disque en céramique 1 soit augmenté en terme de diamètre et d'épaisseur plus qu'il n'est nécessaire. Ceci peut réduire la proportion de matériau diélectrique qui occupe la fenêtre à vide à plaques parallèles totale, ce qui permet d'éviter une augmentation de VSWR dans la plage de fréquence disponible, due à l'influence du matériau diélectrique, comme décrit sur la figure 7. En conséquence, des caractéristiques de VSWR stables peuvent être obtenues autour d'une valeur de 1,18 ou moins dans la plage de fréquence disponible de la fenêtre à vide à plaques parallèles. De plus, étant donné que la fenêtre à vide à plaques parallèles de ce mode de réalisation est configurée de sorte que la partie cylindrique 4a de la partie métallique 4 soit insérée dans la section à gradin 3C de la partie métallique 3 tandis que le disque en céramique 1 est placé dans la section à gradin 3C de la partie métallique 3, le disque en céramique mince 1 peut être fixé avec une exactitude élevée. De plus, étant donné que la partie métallique 4 est également insérée exactement dans la partie métallique 3, une exactitude dimensionnelle appropriée peut être maintenue pour chaque partie. Bien que des modes de réalisation préférés de la présente invention aient été décrits en utilisant des termes spécifiques, cette description est faite à des fins d'illustration uniquement, et il doit être compris que des changements et des variantes peuvent être effectués sans s'écarter de l'esprit ou la portée des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1. Fenêtre à vide à plaques parallèles pour utilisation dans un tube hyperfréquence en tant que fenêtres d'entrée/sortie, caractérisée en ce qu'elle comprend : un disque en céramique (1) ayant une couche de métallisation (2) formée dans une région périphérique de celui-ci ; une première partie métallique (3) comprenant une partie cylindrique à grand diamètre (3a), et une partie cylindrique à petit diamètre (3b) ayant un diamètre interne inférieur à celui de ladite partie cylindrique à grand diamètre, et couplée à ladite partie cylindrique à grand diamètre pour former une section à gradin (3c) au niveau d'une jonction, ledit disque en céramique étant ajusté dans la section à gradin ; et une seconde partie métallique (4) comprenant une partie cylindrique qui est insérée dans la section à gradin de ladite première partie métallique tandis que ledit disque en céramique est placé dans la section à gradin de ladite première partie métallique. 2. Fenêtre à vide à plaques parallèles selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie cylindrique à grand diamètre (3a) de ladite première partie métallique a un diamètre interne sensiblement identique au diamètre externe dudit disque en céramique.30 3. Fenêtre à vide à plaques parallèles selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie cylindrique de ladite seconde partie métallique (4) a un diamètre externe sensiblement identique au diamètre externe dudit disque en céramique. 4. Procédé de fabrication d'une fenêtre à vide à plaques parallèles pour utilisation dans un tube hyperfréquence en tant que fenêtres d'entrée/sortie, caractérisé en ce qu'il comprend : fournir une première partie métallique (3) qui comprend une partie cylindrique à grand diamètre (3a) ayant un diamètre interne sensiblement identique au diamètre externe d'un disque en céramique (1) formé avec une couche de métallisation dans une région périphérique de celui-ci, et une partie cylindrique à petit diamètre (3b) ayant un diamètre interne inférieur à celui de ladite partie cylindrique à grand diamètre, et couplée à ladite partie cylindrique à grand diamètre de manière à former une section à gradin (3c) au niveau d'une jonction ; fournir une seconde partie métallique (4) qui comprend une partie cylindrique ayant un diamètre externe sensiblement identique au diamètre externe dudit disque en céramique ; et insérer la partie cylindrique de ladite seconde partie métallique (4) dans la section à gradin de ladite première partie métallique (3) de manière à prendre en sandwich ledit disque en céramique.30 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape d'insertion de la partie cylindrique de ladite seconde partie métallique (4) dans la section à gradin (3c) de ladite première partie métallique (3) comprend l'étape consistant à ajuster ledit disque en céramique (1) dans la section à gradin de ladite première partie métallique, et fixer ledit disque en céramique à ladite première partie métallique. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel, dans ladite étape de fixation dudit disque en céramique (1) à ladite première partie métallique (3), ladite première partie métallique est fixée audit disque en céramique par brasage par l'intermédiaire de ladite couche de métallisation. 7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ladite étape d'insertion de la partie cylindrique de ladite seconde partie métallique (4) dans la section à gradin de ladite première partie métallique (3) comprend l'étape consistant à insérer la partie cylindrique de ladite seconde partie métallique (4) dans la section à gradin de ladite première partie métallique, et fixer ladite seconde partie métallique audit disque en céramique. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel, dans ladite étape de fixation de ladite seconde partie métallique (4) audit disque en céramique (1), ladite seconde partie métallique est fixée audit disqueen céramique par brasage par l'intermédiaire de ladite couche de métallisation.