Brevet FR2935534A1 — publié le 20100305

Dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique et tube électronique comprenant le dispositif La présente invention concerne le domaine des cavités résonnantes destinées à être couplées, utilisées dans des amplificateurs à tubes électroniques notamment ceux de puissance pour des applications scientifiques. La gamme de fonctionnement s'étend généralement au-delà de 500 MHz. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique et un tube électronique comprenant ce dispositif. Des klystrons étaient dans le passé généralement utilisés pour de to telles amplifications et notamment pour la télévision. Ils possèdent une succession de cavités intégrées traversées par le faisceau électronique, la largeur de bande nécessaire dans la plage choisie est obtenue par des dispositifs d'accord en fréquence agissant sur les fréquences de résonance des différentes cavités. On utilise maintenant de plus en plus des tubes, 15 connus sous la dénomination anglaise d'I.O.T pour inductive output tube, dont le rendement est meilleur que celui des klystrons. Mais ces tubes à sortie inductive ne possèdent pas de cavité résonnante de sortie intégrée. Pour atteindre les plages de fréquences et la bande passante instantanée requises on dispose autour du tube une cavité de sortie dite primaire couplée 20 à une autre cavité dite secondaire. Le circuit de sortie de tels tubes comprend donc une cavité primaire traversée par le faisceau d'électrons, une cavité secondaire, un système de couplage entre les deux cavités et un dispositif de prélèvement qui extrait un signal de sortie de la cavité secondaire et le transmet à un 25 dispositif utilisateur ou charge tel une antenne. Le dispositif de prélèvement est généralement réalisé par une boucle qui embrasse les lignes du champ magnétique présent dans la cavité secondaire. Dans certains tubes à sortie inductive, le circuit de couplage entre les deux cavités est formé d'une boucle qui plonge dans la cavité primaire, et 30 se prolonge dans la cavité secondaire. La boucle traverse un orifice situé dans une paroi commune aux deux cavités primaire et secondaire. Cet orifice est souvent appelé iris. Des travaux internes à la société demanderesse ont permis de constater que la boucle de couplage entre les cavités primaire et secondaire limite progressivement la puissance de sortie à partir de 750 Mhz, pour atteindre seulement environ la moitié de la puissance à 800 Mhz pour un amplificateur de 80 kW. Cette limitation provient d'un échauffement excessif de la boucle qui a pour conséquence un manque de fiabilité car il peut se produire des ionisations et ou des flashs dans les cavités, notamment dans la cavité primaire entre la boucle et les parois de cette cavité. L'invention vise à permettre l'utilisation de boucle de couplage au-delà de 750 Mhz tout en limitant les pertes de puissance du tube. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de couplage entre cavités résonnantes pour tube électronique comprenant une boucle traversant un iris situé dans une paroi commune aux cavités résonnantes, 15 caractérisé en ce que la boucle comprend un tube dans lequel circule un fluide caloporteur destiné à refroidir la boucle. L'invention a également pour objet un tube électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de couplage selon l'invention. L'invention peut être mise en oeuvre pour tout type de tubes 20 électroniques comprenant des cavités résonnantes tels que par exemple des IOT, triodes ou tétrodes. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation 25 donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : La figure 1 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un dispositif de couplage conforme à l'invention. Un dispositif de couplage est mis en oeuvre dans un tube 30 électronique comprenant un canon à électron 10 générant un faisceau d'électrons 11 en direction d'un collecteur 12. Le faisceau d'électrons 11 traverse deux tubes de glissement 13 et 14. Le faisceau d'électrons 11 est établit dans une enceinte sous vide. Autour des tubes de glissement 13 et 14, un cylindre 15 maintient le vide dans l'enceinte. Autour des tubes de 35 glissement 13 et 14, le faisceau d'électrons 11 génère un champ magnétique dans une cavité primaire 16 couplée à une cavité secondaire 17. Les deux cavités 16 et 17 sont couplées au niveau d'une paroi 18 commune aux deux cavités 16 et 17. Le couplage est assuré au moyen d'une ouverture appelée iris 19 réalisée dans la paroi 18 et au moyen d'une boucle 20. Les deux cavités 16 et 17 sont résonnantes et elles peuvent comprendre des moyens pour faire varier leur volume de façon à accorder leur fréquence de résonance. A cet effet, les cavités 16 et 17 comprennent par exemple des parois mobiles non représentées sur la figure. La boucle 20 comprend un élément conducteur en contact à une io première extrémité 21 de la boucle 20 avec une paroi 22 de la cavité primaire 16 et à une seconde extrémité 23 de la boucle 20 avec une paroi 24 de la cavité secondaire 17. La boucle 20 est par exemple formée d'un mat s'étendant à partir de la paroi 24, traversant l'iris 19 et se recourbant dans la cavité primaire jusqu'à la paroi 22. En embrassant le champ magnétique 15 présent dans la cavité primaire 16, la partie recourbée 25 génère un courant dans la boucle 20 et ce courant génère à son tour un champ magnétique dans la cavité secondaire 17. Les contacts entre la boule 20 et les parois 22 et 24 peuvent être glissants afin de régler le couplage entre les deux cavités 16 et 17. 20 D'autres formes sont possibles pour la boucle 20. La partie recourbée 25 de la boucle 20 peut par exemple être en contact avec la paroi 18 au niveau d'un bord de l'iris 19. Une telle configuration est décrite dans le brevet français FR 2 727 244. D'autres éléments expliquant le fonctionnement d'un tube électronique, comprenant des cavités résonnantes 25 couplées, pourront être puisés dans ce brevet. Une boucle de prélèvement 26 est introduite dans la cavité secondaire 17 pour alimenter une charge non représentée avec la puissance électromagnétique présente dans la cavité secondaire 17. La boucle de prélèvement 26 embrasse le champ magnétique présent dans la cavité 30 secondaire 17. Pour limiter l'échauffement de la boucle 20, un fluide caloporteur circule dans la boucle 20. On pourra par exemple choisir de l'eau, éventuellement additionnée de glycol, comme fluide caloporteur. D'autres fluides peuvent également convenir, comme par exemple de l'air qui, bien 35 qu'assurant un transfert thermique plus faible que l'eau, permet d'éviter des moyens d'étanchéité nécessaires pour confiner l'eau dans un circuit fermé. Pour permettre la circulation du fluide, la boucle 20 comprend un tube 27 dans lequel circule le fluide caloporteur. On a constaté un échauffement de la boucle 20 surtout au niveau de sa partie recourbée 25 présente dans la cavité primaire 16. On pourrait n'assurer le refroidissement qu'au niveau de la partie recourbée 25. Seule cette parie 25 serait alors formée d'un tube. Pour faciliter la réalisation de la boucle 20, la totalité de la boucle 20 est formée d'un tube et le fluide circule à l'intérieur de la boucle 20 sur toute sa longueur. lo Avantageusement, pour faciliter l'alimentation de la boucle 20 en fluide caloporteur, la boucle 20 comprend un prolongement 28 au niveau de sa seconde extrémité 23, hors des cavités 16 et 17 et notamment hors de la cavité secondaire 17. Le prolongement 28 comprend une entrée 29 du fluide caloporteur dans la boucle 20 et une sortie 30 du fluide caloporteur hors de 15 la boucle 20. L'alimentation de la boucle 20 en fluide caloporteur, entrée et sortie, est alors assurée au niveau d'une seule extrémité de la boucle 20, extrémité 23 dans le cas représenté. L'extrémité 21 pourrait également convenir pour réaliser l'alimentation de la boucle 20 en fluide. Mais l'extrémité 21 est proche du canon à électron 10 et cette zone du tube est 20 souvent encombrée, ce qui rend difficile d'y disposer l'entrée 29 et la sortie 30. Lorsque l'entrée 29 et la sortie 30 du fluide sont situées à l'une des extrémités de la boucle 20, on peut prévoir des moyens pour faire circuler le fluide tout au long de la boucle 20 entre ses deux extrémités 21 et 25 23. A cet effet, le tube 27 forme la paroi extérieure de la boucle 20 et est appelé premier tube 27. La boucle 20 comprend en outre un second tube 31 disposé à l'intérieur du premier tube 27. Le second tube 31 communique avec l'entrée 29 ou avec la sortie 30 du fluide. Le second tube 31 permet au fluide d'atteindre la première extrémité 21 de la boucle 20. 30 Dans l'exemple représenté, le second tube 31 communique avec l'entrée 29 et s'étend entre les deux extrémités 21 et 23 de la boucle 20. Les deux tubes 27 et 31 ont par exemple tous deux une section circulaire et le diamètre extérieur du second tube 31 est inférieur au diamètre intérieur du premier tube 27 de façon à permettre la circulation du fluide caloporteur entre 35 les deux tubes 27 et 31. Le fluide pénètre dans la boucle 20 par l'entrée 29, circule dans le second tube 31 jusqu'à l'extrémité 21 où il débouche dans le premier tube 27 puis s'écoule entre les deux tubes 27 et 31 jusqu'à la sortie 30. Un parcours inverse du fluide dans la boucle 20 est bien entendu possible.5 REVENDICATIONS1. Dispositif de couplage entre cavités résonnantes (16, 17) pour tube électronique comprenant une boucle (20) traversant un iris (19) situé dans une paroi (18) commune aux cavités résonnantes (16, 17), caractérisé en ce que la boucle (20) comprend un tube (27) dans lequel circule un fluide caloporteur destiné à refroidir la boucle (20). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour faire circuler le fluide tout au long de la boucle (20). i0 3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle (20) est en contact à une première extrémité (21) de la boucle (20) avec une paroi (22) d'une première des deux cavités résonnantes (16, 17), dite cavité primaire (16) et à une seconde extrémité 15 (23) de la boucle (20) avec une paroi (24) d'une seconde des deux cavités résonnantes (16, 17), dite cavité secondaire (17), en ce que la boucle (20) comprend un prolongement (28) au niveau de sa seconde extrémité (23) hors des cavités résonnantes (16, 17) et en ce que le prolongement (28) comprend une entrée (29) du fluide caloporteur dans la boucle (20) et une 20 sortie (30) du fluide caloporteur hors de la boucle (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube (27) forme la paroi extérieure de la boucle (20) et est appelé premier tube (27) en ce que la boucle (20) comprend un second tube (31) disposé à 25 l'intérieur du premier tube (27), le second tube (31) communiquant avec l'entrée (29) ou avec la sortie (30) du fluide et en ce que le second tube (31) permet au fluide d'atteindre la première extrémité (21) de la boucle (20). 5. Tube électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un 30 dispositif de couplage selon l'une des revendications précédentes.