Brevet FR3042063A1 — publié le 20170407

DISPOSITIF POUR GÉNÉRER DES MICRO-ONDES La présente invention se rapporte à un dispositif pour générer 5 des micro-ondes comprenant un oscillateur coaxial à cathode virtuelle (« vircator »), ayant un tube cylindrique externe formant une cathode et connecté à une ligne de transmission pour alimenter la cathode avec des impulsions de tension, et un tube cylindrique interne, au moins partiellement transparent à des électrons, formant 10 une anode, et connecté à un guide d'ondes pour émettre en sortie un rayonnement micro-ondes généré par la formation d'une cathode virtuelle à l'intérieur d'une zone enfermée par l'anode. Des générateurs de micro-ondes de ce type peuvent, entre autres utilisations, être utilisés pour rendre inutilisable un dispositif 15 électronique en utilisant la sortie de crête élevée qui peut être brièvement générée. Un dispositif tel que décrit dans le premier paragraphe est principalement déjà connu du document US-4 751 429 et de l'article "Numerical Simulation Studies of Coaxial Vircators", de Hao Shao, 20 Guozhi Liu, Zhimin Song, Yajun Fan, Xiaoxin Song, Northwest Institute of Nuclear Technology, pages 792-795. Un problème général des oscillateurs à cathode virtuelle est qu'ils ont un faible rendement. Il est donc souhaitable d'être capable d'augmenter le rendement du dispositif. En outre, il peut être 25 avantageux d'être capable d'augmenter la sortie de crête du dispositif. Un but de la présente invention est de fournir un dispositif pour générer des micro-ondes avec un rendement amélioré. Un autre but est d'améliorer la sortie de crête du dispositif. Puisque 30 l'oscillateur à cathode virtuelle, c'est-à-dire le vircator, est d'abord utilisé pour créer un rayonnement micro-ondes à sortie de crête 3042063 2 élevé, le rendement de la sortie de crête est un paramètre très important. Le but de l'invention est atteint par un dispositif pour générer des micro-ondes selon le premier paragraphe, dans lequel le tube cylindrique de la cathode est équipé, sur l'intérieur, d'une première structure électriquement conductrice transverse par rapport à la direction longitudinale du tube, à une distance du tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons, et dans lequel tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons est équipé, sur l'extérieur, d'une structure électriquement conductrice transverse par rapport à la direction longitudinale du tube, à une distance du tube cylindrique de la cathode, de sorte à créer des cavités résonantes dans l'oscillateur à cathode virtuelle. Grâce à l'introduction d'une première et d'une deuxième structure électriquement conductrice de la manière spécifiée, une cavité réactive est créée avec des phénomènes résonnants dans la source de rayonnement, ce qui permet d'augmenter le rendement et d'augmenter le rendement de la sortie de crête. Selon un premier mode de réalisation favorable du dispositif, la distance di entre la première structure électriquement conductrice agencée dans le tube cylindrique de la cathode et le tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons est sensiblement 25 déterminée par la longueur d'onde micro-ondes selon la formule : d1=X * n/4, avec n=1,3,5, ... et en particulier, la distance dl peut être sensiblement égal à k/4. 30 Selon un deuxième mode de réalisation favorable du dispositif, la distance d2 entre la deuxième structure électriquement conductrice agencée à l'extérieur du tube de l'anode au moins 3042063 3 partiellement transparent aux électrons, et le tube cylindrique de la cathode est sensiblement déterminée par la longueur d'onde micro-ondes générée selon la formule : d2=X * n/4, avec n=1,3,5, ... 5 et en particulier, la distance d2 peut être sensiblement égal à ?\14. En déterminant la distance selon les premier et deuxième mode de réalisation favorables proposé, le rendement de 10 l'oscillateur à cathode virtuelle en configuration coaxiale est amélioré de façon prononcée. Les distances provoquent une rétroaction positive ou une réaction sur le procédé d'oscillation qui est amplifié, de sorte que l'on atteint un rendement augmenté. 15 Selon un autre mode de réalisation favorable proposé, le dispositif comprend un mécanisme d'ajustement pour ajuster les distances dl et d2. Le mécanisme d'ajustement peut consister en un assemblage par vissage pour déplacer axialement la première structure électriquement conductrice par rotation. En outre, le 20 mécanisme d'ajustement peut consister en un assemblage par vissage pour déplacer axialement la deuxième structure électriquement conductrice par rotation. Grâce à ces possibilités d'ajustement, le dispositif peut être ajusté de façon optimale en fonction de résultats expérimentaux, de calculs, de simulations, ou d'autres paramètres. Les premières et deuxièmes structures électriquement conductrices peuvent de préférence être obtenues à partir d'un métal, par exemple l'aluminium. Un générateur haute tension connecté à la ligne de transmission de la cathode est utilisable pour alimenter la cathode du dispositif. En outre, le guide d'ondes pour émettre en sortie un 3042063 4 rayonnement micro-ondes est connecté à une antenne. L'antenne peut être, par exemple, une antenne à cornet. Dans un mode de réalisation proposé, l'anode du dispositif est composée, au moins en partie, d'un maillage. Alternativement, l'anode peut être 5 partiellement composée d'une feuille mince. La présente invention sera décrite plus en détail ci-dessous en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un exemple d'un 10 oscillateur coaxial à cathode virtuelle connu, compris dans un dispositif pour générer des micro-ondes ; - la figure 2 représente schématiquement un exemple d'un oscillateur coaxial à cathode virtuelle selon la présente invention, compris dans un dispositif pour générer des micro-ondes ; 15 - la figure 3 représente schématiquement un exemple plus détaillé d'un oscillateur coaxial à cathode virtuelle selon la présente invention, compris dans un dispositif pour générer des micro-ondes ; - la figure 4 représente, sous une forme schématique en blocs, un dispositif complet pour générer des micro-ondes 20 comprenant un oscillateur coaxial à cathode virtuelle selon la présente invention. L'oscillateur coaxial à cathode virtuelle connu 1 schématiquement représenté dans la Figure 1 contient une cathode 25 2 ayant la forme d'un tube cylindrique externe et une anode 3 ayant la forme d'un tube cylindrique interne. L'oscillateur à cathode a une configuration géométrique très simple et est basé sur une cathode dite virtuelle 4 se produisant à l'intérieur de l'anode sous certaines conditions. Comme illustré sur la figure, il n'y a pas de parois de 30 délimitation dans la direction axiale en ce qui concerne la cathode et l'anode. 3042063 5 La figure 2 représente de façon schématique, une modification d'un oscillateur coaxial à cathode virtuelle connu pour améliorer le rendement et augmenter la sortie de crête. Selon cette configuration, deux structures électriquement conductrices 5 et 6 5 sont introduites. La structure 5 est agencée sur l'extérieur du tube cylindrique de l'anode et est transversale par rapport à la direction longitudinale du tube. La structure 6 est agencée sur l'intérieur du tube cylindrique de la cathode et est transversale par rapport à la direction longitudinale du tube. La distance entre l'extrémité de la 10 cathode et la structure 5 est référencée d2 et la distance entre l'extrémité de l'anode contre la cathode et la structure 6 est référencée di. Les distances d1 et d2 sont déterminées à partir de la longueur d'onde générée selon la formule : di=d2=X*n/4, avec n = 1, 3, 5, ... 15 L'oscillateur coaxial à cathode virtuelle 1 peut être un composant d'un dispositif pour générer des micro-ondes représenté figure 4, et comprenant un générateur haute tension 7, connecté à l'entrée de l'oscillateur à cathode et une antenne 8 connectée à la 20 sortie de l'oscillateur à cathode. L'antenne peut être une antenne à cornet. L'oscillateur à cathode avec ses périphériques est illustré et décrit plus en détail en référence à la figure 3, en ce qui concerne à la fois la fonction et la configuration. Les mêmes références que 25 celles qui correspondent aux figures décrites précédemment ont été utilisées dans la figure 3. Comme illustré sur la figure 3, l'anode 3 et la cathode 2 sont disposées dans une chambre à vide 9 ayant un raccord 10 pour une pompe à vide (non représentée sur la figure). Un assemblage par vissage 11 permet l'ajustement de la distance dl 30 de la structure 6 à l'anode 3 par rotation. Un assemblage par vissage correspondant peut être agencé pour ajuster la distance d2 3042063 6 de la structure 5 à la cathode. L'anode 3 est dotée d'un maillage 12 qui est partiellement transparent aux particules libres électriquement chargées. L'anode 3 s'étend jusqu'à un guide d'onde sortant 13, tandis que la cathode 2 est alimentée par une ligne de 5 transmission 14. La configuration de l'oscillateur à cathode est basée sur une cathode dite virtuelle qui se produit sous certaines conditions. Lorsqu'une impulsion de tension ayant un potentiel négatif est fournie au travers de la ligne de transmission 14 à la cathode 2, un 10 champ électrique élevé se produit entre la cathode 2 et l'anode 3. Cela provoque l'émission d'un champ d'électrons depuis le matériau de cathode. Les électrons accélèrent après cela vers la structure d'anode et la majorité des électrons passera même l'anode et commencera à décélérer. Si certaines conditions sont remplies, une 15 cathode virtuelle 4 se produira à l'intérieur de la structure d'anode. Puisque le processus est fortement non linéaire, le phénomène qui provoque la génération du rayonnement micro-onde se produit. Les conditions plus détaillées pour la génération de micro-ondes ne sont pas décrites ici parce qu'elles font parties des compétences d'un 20 expert du domaine. Sous des conditions correctes, une sortie très élevée est générée pendant une courte période avec une amplitude typique de 50-100 ns avant de court-circuiter. Des micro-ondes générées quittent l'anode de l'oscillateur à cathode au travers du guide d'ondes 13 connecté à l'anode qui a sensiblement le même 25 rayon que l'anode 3. Les structures électriquement conductrices 5 et 6 contribuent à la création d'un phénomène résonnant qui fournit un rendement et une sortie de crête améliorés. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de modes de réalisation décrits ci-dessus, mais peut être sujet à des 30 modifications à l'intérieur du cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS1. Dispositif pour générer des micro-ondes comprenant un oscillateur coaxial à cathode virtuelle, ayant un tube cylindrique externe formant une cathode et connecté à une ligne de 5 transmission pour fournir des impulsions de tension à la cathode, et un tube cylindrique interne, au moins partiellement transparent à des électrons, formant une anode, et connecté à un guide d'ondes pour émettre en sortie un rayonnement micro-ondes généré par la formation d'une cathode virtuelle à l'intérieur d'une zone enfermée 10 par l'anode, dans lequel le tube cylindrique de la cathode est équipé, sur l'intérieur, d'une première structure électriquement conductrice transverse par rapport à la direction longitudinale du tube, à une distance du tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons, et dans lequel tube de l'anode au moins 15 partiellement transparent aux électrons est équipé, sur l'extérieur, d'une structure électriquement conductrice transverse par rapport à la direction longitudinale du tube, à une distance du tube cylindrique de la cathode, de sorte à créer des cavités résonantes dans l'oscillateur à cathode virtuelle. 20 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la distance di entre la première structure électriquement conductrice agencée dans le tube cylindrique de la cathode et le tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons est sensiblement déterminée par la longueur d'onde micro-ondes générée selon la 25 formule : d1=?. * n/4, avec n=1,3,5, ... 3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la distance dl est sensiblement égale à X/4. 3042063 8 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes la distance d2 entre la deuxième structure électriquement conductrice agencée à l'extérieur du tube de l'anode au moins partiellement transparent aux électrons, et le tube cylindrique de la cathode est sensiblement déterminée par la longueur d'onde micro-ondes générée selon la formule : d2=k * n/4, avec n=1,3,5, ... 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel la 10 distance d2 est sensiblement égale à ?J4. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel le dispositif comprend un mécanisme d'ajustement pour ajuster les distances dl et d2. 7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel le mécanisme d'ajustement peut comprendre un assemblage par vissage pour déplacer axialement la première structure électriquement conductrice par rotation. 8. Dispositif selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel le mécanisme d'ajustement comprend un assemblage par vissage pour déplacer axialement la deuxième structure électriquement conductrice par rotation. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel la première et la deuxième structure consistent essentiellement en de l'aluminium. 30 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel la ligne de transmission pour alimenter la cathode est connectée à un générateur haute tension. 15 20 25 3042063 9 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel le guide d'ondes pour émettre en sortie un rayonnement micro-ondes est connecté à une antenne. 5 12. Dispositif selon la revendication 10 dans lequel l'antenne est une antenne à cornet. 13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'anode est composée, au moins partiellement, d'un 10 maillage. 14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'anode est composée, au moins partiellement, d'une feuille mince. 15