Brevet FR2925759A1 — publié le 20090626

Accord d'un tube électronique L'invention concerne un tube électronique à cavité résonnante destiné à amplifier un signal haute fréquence, par exemple supérieure à 1 GHz, pour des applications scientifiques. L'invention sera décrite en rapport à un tube à sortie inductive bien 5 connu dans la littérature anglo-saxonne sous le nom d'IOT (Inductive Output Tube). Les tubes à sortie inductive sont notamment utilisés comme dernier étage d'amplification d'un signal radiofréquence, la sortie du tube étant connectée à une charge comme par exemple une cavité accélératrice. 10 Plus précisément, un tube comporte dans une enceinte à vide un canon générant un faisceau d'électrons traversant une anode et un espace d'interaction avant d'atteindre un collecteur. L'espace d'interaction est situé dans une cavité résonnante. Un signal d'entrée introduit au niveau du canon à électrons est amplifié au niveau de la cavité résonnante. Dans cette cavité, 15 le faisceau traverse l'espace d'interaction et se couple à un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante. Les tubes électroniques travaillent dans une bande de fréquence relativement fine et il est nécessaire d'accorder la cavité résonnante en fonction de la fréquence retenue, notamment pour pallier un écart de 20 fréquence du aux tolérances de fabrication des différentes pièces mécaniques composants le tube. Jusqu'à présent, l'accord de la cavité se fait par réglage du volume de celle-ci. Cette méthode de réglage est facile à mettre en oeuvre pour des fréquence inférieure à environ 1 GHz. En effet, à ces fréquences, la cavité est en partie réalisée dans l'enceinte à vide autour 25 de l'espace interaction et se prolonge en dehors de l'enceinte à vide. Entre ces deux parties de la cavité, un manchon diélectrique assure l'étanchéité de l'enceinte à vide. Le volume de la partie externe de la cavité peut être modifié par des moyens mécaniques simples permettant de déplacer les parois de la cavité. Cette méthode de réglage est plus difficile à mettre en oeuvre lorsque 30 la fréquence d'utilisation du tube électronique augmente. En effet, lorsque cette fréquence augmente, les dimensions de la cavité résonnante diminuent et au-delà d'environ 1Ghz, la cavité résonnante est complètement située à l'intérieur de l'enceinte à vide. Il devient alors difficile de déplacer des parois de la cavité résonnante situées à l'intérieure de l'enceinte à vide en manoeuvrant les moyens mécaniques associés au déplacement des parois par l'extérieur de l'enceinte à vide afin d'assurer le réglage une fois le vide réalisé dans l'enceinte. L'invention vise à simplifier l'accord du couplage de la sortie d'un tube électronique même lorsque la cavité résonnante est complètement située dans l'enceinte à vide. A cet effet, l'invention a pour objet un tube électronique comprenant un canon à électrons, une cavité résonnante et un collecteur, le canon à électrons générant un faisceau d'électrons en direction d'un espace d'interaction situé dans la cavité résonnante, l'espace d'interaction comprenant une capacité assurant l'interaction entre le faisceau d'électrons et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour modifier la capacité de couplage. Malgré l'ajout de moyens pour modifier la capacité de couplage, l'invention permet réduire le coût de réalisation d'un tube électronique conforme à l'invention grâce à l'augmentation des tolérances de fabrication des différentes pièces mécaniques composants le tube. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente un tube à sortie inductive ; la figure 2 représente plus en détail des moyens pour modifier la capacité de couplage entre le faisceau d'électron et la capacité résonnante du tube de la figure 1. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Le tube électronique, représenté figure 1, possède un faisceau électronique axial et utilise en entrée le principe de la modulation d'amplitude comme dans les tubes classiques à grille et en sortie la structure axiale des tubes à modulation de vitesse comme dans les klystrons. Plus précisément, le tube comporte successivement un canon à électrons 1 construit autour d'un axe de révolution XX' et, le long de l'axe, une anode 5 ayant la forme d'un bec qui débouche dans un espace d'interaction 6 d'une cavité résonnante 7 de sortie, l'espace d'interaction 6 étant délimité par un second bec d'interaction 8 qui fait face au premier, puis un collecteur 15. Les deux becs 5 et 8 sont en vis à vis. Le bec d'interaction 8 et le collecteur 15 sont montés de par et d'autre d'une collerette 18. Le canon à électrons 1 comporte une cathode 2, son filament de chauffage 3 et une grille 4. L'espace cathode 2/grille 4 forme le circuit ~o d'entrée du tube et l'acheminement du signal d'entrée E au circuit d'entrée du tube se fait généralement par une cavité coaxiale résonnante d'entrée 9 couplée à l'espace cathode/grille. Le signal d'entrée E à amplifier est introduit dans la cavité 9 à l'aide de moyens de couplage direct dans l'exemple décrit. Ce signal d'entrée E est fourni par des moyens extérieurs au tube incluant 15 généralement un préamplificateur (non représenté sur la figure 1). La grille 4 et la cathode 2 sont portées à des hautes tensions continues négatives et les électrons émis par la cathode émergent de la grille 4 sous forme d'un faisceau 10 en paquets déjà modulé en densité par le signal d'entrée E. Le faisceau 10 est longitudinal d'axe XX'. Les électrons du 20 faisceau 10 attirés et focalisés par l'anode 5 pénètrent dans la cavité résonnante 7 et traversent l'espace d'interaction 6 où ils se couplent au champ électromagnétique de la cavité résonnante 7. De cette cavité de sortie 7 un signal de sortie S, de puissance bien supérieure à celle du signal d'entrée E, peut être extrait. Les électrons ayant cédé une grande partie de 25 leur énergie sont ensuite recueillis par les parois du collecteur 15. L'anode 5 est généralement portée à la masse. La cavité coaxiale d'entrée 9, formée de deux cylindres 90, 91 conducteurs coaxiaux, est généralement pourvue d'un dispositif 11 de réglage de sa fréquence de résonance, par exemple de type piston dont la 30 position est réglable. Pour des raisons de sécurité et pour découpler le préamplificateur de la haute tension, cette cavité coaxiale d'entrée 9 est portée à la masse électrique. Un condensateur de découplage Cl assure un isolement électrique, du point de vue continu, entre le cylindre intérieur 90 et la cathode 2 et un autre condensateur de découplage C2 assure un 35 isolement électrique entre le cylindre extérieur 91 et la grille de modulation 4. Ces condensateurs Cl, C2 peuvent être réalisés par des feuilles isolantes serrées entre respectivement un cylindre 90, 91 de cavité et une pièce cylindrique 13, 16 connectée à l'électrode respective 2, 4. Dans cette application les hautes tensions sont de l'ordre de quelques dizaines de kilovolts, la cathode étant moins négative que la grille. Le signal de sortie S amplifié en puissance par rapport au signal d'entrée E est extrait de la cavité de résonnante 7 par couplage par exemple capacitif ou selfique. Sur la figure 1 c'est un couplage inductif qui est représenté sous la forme d'un conducteur 12 qui définit une boucle dans la cavité de sortie 7. II est transmis à un dispositif utilisateur tel qu'une antenne (non représentée). Lorsque la fréquence d'utilisation du tube électronique dépasse 1 GHz, le volume de la cavité résonnante 7 est petit, et cette dernière peut donc être brasée avec le tube et fera partie intégrante de celui-ci. L'étanchéité est assurée par une rondelle diélectrique 14, situé au niveau du couplage de sortie radiofréquence où l'on prélève le signal S. Le collecteur 15 peut comporter plusieurs électrodes portées à différents potentiels. Cette structure de collecteur 15 comportant plusieurs électrodes est appelée collecteur déprimé. Ces différentes électrodes ont pour but de ralentir les électrons avant qu'ils ne frappent les parois des électrodes. Ainsi la chaleur dissipée dans le collecteur 15 est moindre et le rendement du tube électronique augmente. Une capacité assure le couplage entre le faisceau d'électrons 10 et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante 7. Selon l'invention, le tube, représenté sur la figure 1, comporte des moyens pour modifier la capacité de couplage. Cette capacité est formée dans l'espace d'interaction 6 entre les becs 5 et 8. Avantageusement, les moyens pour modifier la capacité de couplage comportent des moyens pour modifier une distance d séparant les becs 5 et 8. En effet, du fait de la forte différence de potentiel générée entre les becs 5 et 8, une capacité se crée entre ces becs. C'est cette capacité qui assure le couplage dans l'espace d'interaction 6. On choisit de conserver la position du bec 5 fixe dans le tube électronique, du fait de sa fonction d'anode, pour assurer une bonne focalisation du faisceau d'électron 10 en sortie du canon 1. En conséquence, c'est le bec 8 que l'on déplace dans le tube électronique pour assurer le réglage de la capacité de couplage Le faisceau d'électrons 10 circule dans une enceinte à vide 20 essentiellement formée de trois compartiments : le canon à électrons 1, la cavité résonnante 7 et le collecteur 15. Ces trois compartiments communiquent aux niveaux des becs 5 et 8 à l'intérieur desquels circule le faisceau d'électrons 10. La figure 2 est représentée en deux demi-coupe partielle par un plan contenant l'axe XX'. Chaque demi-coupe, représentée de part et d'autre 10 de l'axe XX', montre une position du bec 8. Au niveau de la cavité résonnante 7, l'enceinte à vide 20 comporte une paroi rigide 21 et une paroi flexible 22 solidaire à une première de ses extrémités 23 du bec 8 et à une seconde de ses extrémités 24 de la paroi rigide 21. Les deux parois 21 et 22 assurent l'étanchéité de l'enceinte à vide 15 20 au niveau de la cavité résonnante 7. La flexibilité de la paroi 22 permet le déplacement du bec 8 en translation selon l'axe XX'. Le fait de modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 permet de modifier la valeur de la capacité de couplage. Sur la partie gauche de la figure 2, la distance d séparant les becs 5 et 8 a pour valeur : dl et sur la partie droite de la figure 20 2, la distance d à pour valeur d2. Dans la pratique, le fait de déformer la paroi flexible 22 fait évoluer le volume de la cavité résonnante 7 ce qui influe sur la fréquence d'utilisation du tube électronique. Néanmoins le déplacement relatif des becs 5 et 8 est très nettement prépondérant dans le réglage de la fréquence d'utilisation du tube électronique. 25 Avantageusement, les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 comportent un système vis-écrou dont un premier élément 27 est solidaire du bec 8 et dont un second élément 28 est en liaison pivot par rapport à la paroi rigide 21. Plus précisément un goujon 29 s'étend parallèlement à l'axe XX' est fixé à l'une de ses extrémités 30 dans la paroi 30 rigide 21, par exemple au moyen d'un filetage 31 du goujon bloqué dans un taraudage 32 de la paroi rigide 21. Le second élément 28 forme un écrou en liaison pivot par rapport au goujon 29. La liaison pivot est située à une seconde extrémité 33 du goujon 29. Cette liaison comprend par exemple un roulement 34 dont une cage intérieure 35 est fixée au goujon 29 et dont une 35 cage extérieure 36 est fixée à l'écrou 28. Le premier élément 27 forme une vis coopérant avec l'écrou 28. La vis 27 est comporte un alésage 37 permettant de réaliser une liaison pivot glissant entre le goujon 29 et la vis 27. La manoeuvre du système vis-écrou est assurée par rotation de l'écrou 28. Le système vis-écrou permet une translation de la vis 27 par rapport à la paroi rigide 21 dans une direction parallèle à l'axe XX'. Avantageusement, le bec 8 et le collecteur 15 sont solidaires d'une collerette 18 ayant la forme d'une rondelle présentant une ouverture dans laquelle est fixé le bec 8. De plus, la collerette 18 et la vis 27 sont solidaire. La collerette 18 est rigide et le bec 8 suit le mouvement de translation de la vis 27 pour assurer le réglage de la capacité de couplage. Le bec 8, la collerette 18 et la vis 27 peuvent ne former qu'une seule pièce mécanique par exemple usinée. Dans chaque demi-coupe de la figure 2, un seul système vis 27 et écrou 28 est représenté. On peut bien entendu mettre en oeuvre plusieurs systèmes vis-écrou disposés autour de l'axe XX'. La collerette 18 est par exemple de révolution autour de l'axe XX'. La collerette 18 comprend, de façon concentrique autour de l'axe XX' en s'éloignant de celui-ci, une première zone de raccordement 40 avec le bec 8, une embase 41 permettant de fixer le collecteur 15 et une seconde zone de raccordement 42 avec les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8. L'embase 41 peut, tout comme le bec 8 et la vis 27, former une seule pièce mécanique avec la collerette 18. La fixation du collecteur 15 sur l'embase 41 peut se faire par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 44 permettant d'assurer le maintien du vide dans l'enceinte 20. Avantageusement, les moyens pour modifier la distance d séparant les becs 5 et 8 sont manoeuvrable de l'extérieur de l'enceinte à vide 20. On peut ainsi agir sur la fréquence d'utilisation du tube électronique lorsque le vide est réalisé dans l'enceinte 20 et lorsque le faisceau d'électrons 10 est établi dans l'enceinte à vide 20.30 REVENDICATIONS 1. Tube électronique comprenant un canon à électrons (1), une cavité résonnante (7) et un collecteur (15), le canon à électrons (1) générant un faisceau d'électrons (10) en direction d'un espace d'interaction (6) situé dans la cavité résonnante (7), l'espace d'interaction (6) comprenant une capacité assurant l'interaction entre le faisceau d'électrons (10) et un champ électromagnétique régnant dans la cavité résonnante (7), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (27, 28) pour modifier la capacité de couplage. 2. Tube électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des becs (5, 8) délimitant l'espace d'interaction (6), en ce qu'un premier bec (5) forme une anode du tube électronique, en ce qu'un second bec (8) est relié au potentiel du collecteur (15) et en ce que la capacité de couplage est formée entre les becs (5, 8). 3. Tube électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour modifier la capacité de couplage comportent des moyens pour modifier une distance (dl, d2) séparant les becs (5, 8). 4. Tube électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à vide (20) à l'intérieure de laquelle circule le faisceau d'électrons (10), en ce que l'enceinte à vide (20) comporte une paroi flexible (22) solidaire, à une première de ses extrémités (23), du bec (8) et, à une seconde de ses extrémités (24), d'une paroi rigide (21) de l'enceinte à vide (20). 5. Tube électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens pour modifier une distance (d) séparant les becs (5, 8) comportent un système vis-écrou dont un premier élément (27) est solidaire du second bec (8) et dont un second élément (28) est en liaison pivot par rapport à la paroi rigide (21). 6. Tube électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le second bec (8) et le collecteur (15) sont solidaires d'une collerette (18) ayant la forme d'une rondelle présentant une ouverture dans laquelle est fixéle second bec (8) et en ce que le premier élément (27) du système vis-écrou est solidaire de la collerette (18). 7. Tube électronique selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte une enceinte à vide (20) à l'intérieure de laquelle circule le faisceau d'électrons (10) et en ce que les moyens pour modifier une distance (dl, d2) séparant les becs (5, 8) sont manoeuvrables de l'extérieur de l'enceinte à vide (20). 8. Tube électronique selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons (10) s'étend selon un axe (XX'), en ce que la collerette (18) est de révolution autour de l'axe ()O') et en ce qu'elle comprend, de façon concentrique autour de l'axe (XX') en s'éloignant de celui-ci, une première zone de raccordement (40) avec le second bec (8), une embase (41) permettant de fixer le collecteur (15) et une seconde zone de raccordement (42) avec les moyens (27, 28) pour modifier une distance (dl, d2) séparant les becs (5, 8). 9. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le tube est à sortie inductive. 10. Tube électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à amplifier un signal radiofréquence dont la fréquence est supérieure à 1GHz. 25