FR 2122463 A1 19720901 FR 7201422 A 19720117 72 01422 1 2122463 La présente invention concerne d'une manière générale les tubes à ondes, progressives et plus particulièrement un appareillage pour optimaliser la puissance de sortie utile d'un tube à ondes progressives dans une large bande de fréquence. 5 Si un tube à ondes progressives (en abrégé "TPO") est atta qué ou excité par un signal de fréquence déterminée,.le signal de sortie de ce tube à ondes progressives comprend des signaux complémentaires dont la fréquence est différente de la fréquence d'attaque. Ceci est vrai pour tout amplificateur qui n'est pas 10 parfaitement linéaire. Les plus courants de ces signaux perturbateurs qui apparaissent à la sortie des tubes à ondes progressives ont des fréquences multiples de la fréquence d'attaque et sont habituellement dénommés "harmoniques du signal d'attaque". Ces signaux harmoniques sont créés par induction dans la structu-15 re à propagation ralentie du tube à ondes progressives en réponse à l'application des signaux d'attaque et, après avoir été créés par induction, ils se propagent le long de la structure à propagation ralentie et continuent à réagir sur le faisceau d'électrons, et leur puissance augmente en même temps que celle des signaux 20 d'entrée. Comme cela est bien connu des spécialistes, les signaux harmoniques les plus courants et les plus gênants engendré§£ar induction sont ceux à la fréquence de l'harmonique deux, c'est-à-dire double de la fréquence des signaux d'entrée. Les spécialistes sont familiers non seulement avec les si-25 gnaux harmoniques susmentionnés créés par induction, mais aussi avec une autre forme de signaux perturbateurs qui apparaît parfois dans les signaux de sortie d'un tube à ondes progressives. Si ce tube est attaqué par deux signaux de fréquences différentes, comme cela est souvent le cas, des produits d'intermodulation y jO sont engendrés et sont la conséquence de l'interaction entre un des signaux d'attaque et l'harmonique deux créé par induction, et mentionné ci-dessus, de l'autre signal d'attaque. Par exemple, si un tube à ondes progressives est attaqué par deux signaux d'entrée de fréquences f^ et fg, ces produits d'intermodulation, dé-35 nommés ''signaux d'intermodulation du troisième ordre", ont des fréquences égales à 2f^ - f2 et 2f2 - f^. Le niveau des harmoniques créés par induction dans un tube à ondes progressives, et aussi par conséquent celui des produits COPY 72 01422 2 2122463 d'intermodulation susmentionnés, est fonction ..des paramètres de réalisation du tube, de la fréquence des signaux d'attaque du tube et du niveau d'attaque dudit tube. Si ce tube est destiné à fonctionner dans une bande de fréquences très étroite, ces paramètres 5 peuvent être réglés de manière à réduire effectivement ces harmoniques deux, créés par induction, des signaux. Cependant, cela revient à sacrifier une des principales caractéristiques avantageuses d'un tube à ondes progressives. Les tubes à ondes progressives sont par inhérence des dispositifs à très large bande et ils sont 10 fréquemment employés pour amplifier des signaux occupant u«e v-r-ge bande. La largeur de bande d'un tube à ondes progressives peut, par exemple, être égale ou supérieure à une octave. Par conséquent, il n'est pas possible de réaliser le tube à ondes progressives lui-même de manière à éliminer les harmoniques deux des signaux 15 créés par induction, étant donné que l'.harmonique deux des signaux dans la partie inférieure de la bande de fonctionnement du tube se trouve lui-même dans la partie supérieure de la bande de fonctionnement de ce tube. On peut poser en principe qu'il existe une puissance de 20 sortie hyperfréquence maximale qui peut être obtenue avec un tube donné à ondes progressives. Cette puissance de sortie maximale est essentiellement fonction de la tension de fonctionnement de l'appareil, de l'intensité de son courant de faisceau (d'électrons) et de son rendement. Il est évidemment souhaitable que la plus grands 25 partie possible de cette puissance de sortie disponible soit utilisée pour amplifier les signaux d'attaque ou d'entrée. Quelle que soit la proportion dans laquelle les signaux perturbateurs susmentionnés sont présents dans les signaux de sortie du tube à ondes progressives, que ces signaux parasites soient les harmoniques 30 deux des signaux ou les produits d'intermodulation des signaux, la puissance contenue dans ces signaux perturbateurs, qu'on peut dénommer "puissance parasite", réduit la puissance disponible à la sortie des signaux d'entrée amplifiés par le tube à ondes progressives. 35 On a reconnu antérieurement que la proportion d'harmonique deux des signaux contenu dans les signaux d'attaque d'un tube à ondes progressives influe sur l'écart entre la puissance désirée du signal de sortie, ou puissance à la fréquence fondiamentale, et 72 01422 3 2122463 les puissances des signaux aux fréquences de l'harmonique deux et des produits d'intermodulation. On a observé que le degré d'influence de la composante à la fréquence de l'harmonique deux est fonction du niveau relatif de cette composante dans le signal 5 d'attaque et aussi de la phase de cette composante à la fréquence de l'harmonique deux par rapport à la composante à la fréquence fondamentale du signal d'attaque. Par exemple, divers montages destinés à ajuster la phase de la composante à la fréquence de l'harmonique deux dans un signal d'attaque appliqué à un tube à ondes 10 progressives pour réduire la distorsion harmonique et la distorsion par intermodulation des signaux de sortie dudit tube,sont décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 426 291.Cependant, les structures décrites dans ce brevet, qui sont des exemples de la technique antérieure dans ce domaine, limitent 15 l'utilisation du tube à ondes progressives à une bande étroite. Divers filtres et déphaseurs, tels que des circulâteurs, qui sont dispersifs au bord de la bande passante, sont destinés au réglage voulu de phase. Ces structures permettent d'optimaliser l'ensemble pour une fréquence déterminée, mais étant donné que ces dispositifs 20 donnent lieu à une variation rapide de phase en fonction de la fréquence , on ne peut pas les incorporer dans des ensembles qui ont une largeur de bande relative supérieure à quelques centièmes. Ces structures utilisées dans des systèmes à bande large non seulement n'apportent pas l'amélioration dans toute la largeur de la 25 bande, mais provoquent au contraire une diminution du rendement dans toute la largeur de la bande, sauf pour la fréquence optimale susmentionnée . Par conséquent, les observations de la technique antérieure concernant l'effet des composantes à la fréquence de l'harmonique deux du signal d'attaque ont été limitées uniquement 30 à des applications en laboratoire et on ne connaît pas de dispositif pratique permettant de tirer parti des phénomènes observés dans des ensembles mis en service. Selon une des caractéristiques de l'invention, les avantages susmentionnés qui ont été observés dans la technique antérieu-35 re sont obtenus de manière simple et dans une large bande de fréquences en créant tout d'abord un signal complexe qui comprend une première composante qui est le signal d'entrée à amplifier par le tube à ondes progressives,et une seconde composante qui comprend un 72 01422 4 2122463 signal dont la fréquence est égale à celle du signal de sortie perturbateur indésirable qui est engendré dans le tube à ondes progressives, par exemple de l'harmonique deux du signal ou des produits d'intermodulation susmentionnés . Les relations de phase 5 et d'amplitude mutuelles des deux composantes du signal complexe sont ajustées de telle manière que quand ledit signal complexe est appliqué au tube à ondes progressives, un signal compensateur est engendré dans ce tube par l'amplification de la seconde composante du signal complexe ,qui a une amplitude sensiblement égale et dont 10 la phase est opposée à celle des signaux de sortie perturbateurs qui sont créés par induction dans le tube par l'application de la première composante du signal complexe. Par conséquent, les signaux perturbateurs créés par induction sont effectivement éliminés du signal de sortie et aucune puissance parasite n'est perdue 15 à leurs fréquences. Au contraire, la totalité de la puissance de sortie disponible du tube à ondes progressives peut être employée à la fréquence utile des signaux d'entrée. Dans la réalisation préférée de la présente invention, les ajustements de phase susmentionnés des deux composantes du signal 20 complexe l'une par rapport à l'autre sont réalisés sous forme d'un tronçon de ligne de transmission dispersive dans lequel les deux composantes subissent des déphasages différents pendant qu'ils parcourent ladite ligne. Selon une autre caractéristique de l'invention, et suivant un 25 procédé simple de production du signal complexe, le signal d'attaque d'entrée est tout d'abord appliqué à un tube séparé d'attaque à ondes progressives qui a des caractéristiques semblables à celles du tube à ondes progressives final ou de sortie. Par conséquent, des signaux perturbateurs semblables aux harmoniques deux 30 des signaux ou aux signaux à la fréquence des produits d'intermodulation apparaissent dans le signal de sortie de ce tube à ondes progressives d'attaque et ont une relation de phase fixe par rapport à cette partie du signal de sortie du tube à ondes progressives d'attaque qui représente le signal d'entrée amplifié. Par 35 conséquent, le signal d'entrée amplifié est la première composante susmentionnée du signal complexe et la partie du signal de sortie correspondant aux signaux perturbateurs induits du tube à ondes progressives d'attaque est la seconde composante susmentionnée du signal complexe. 72 01422 5 2122463 Selon une autre caractéristique de la présente invention, le signal complexe est engendré dans la première partie d'un seul tube à ondes progressives et un dispositif est prévu pour produire le déphasage nécessaire entre les deux composantes du signal com-5 plexe en amont de la seconde partie du tube à ondes progressives dans laquelle se produit la compensation susmentionnée. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en référence aux dessins 10 annexés. Sur ces dessins : la figure 1 est un schéma fonctionnel représentant une forme de réalisation de la présente invention; la figure 1A est une vue en plan d'un régulateur de phase 15 utilisable dans la réalisation de la figure 1; la figure 2 représente le déphasage en fonction de la fréquence d'un circuit non dispersif, tel qu'une ligne coaxiale ou un tube à ondes progressives absolument non dispersif; la figure 3 est un graphique représentant,en fonction de la 20 fréquence,la puissance de sortie d'un tube à ondes_progressives attaqué par différents signaux; la figure 4 est un graphique représentant la puissance de la fondamentale en fonction du niveau de l'harmonique deux, par rapport à la puissance de la fondamentale obtenue en l'absence d'har-25 monique deux dans le signal d'attaque; la figure 5 est un graphique représentant la puissance de la fondamentale en fonction du niveau de l'harmonique deux quand la phase est ajustée de manière à rendre maximale et minimale la puissance de sortie de la fondamentale, en prenant comme référence la 30 puissance de la fondamentale obtenue en l'absence d'harmonique deux dans le signal d'attaque; la figure 6 est un graphique représentant la puissance de sortie en fonction du déphasage entre la fondamentale et l'harmonique deux du signal d'attaque, en prenant le niveau du signal comme 35 paramètre; la figure 7 est un graphique représentant l'écart de la linéarité du déphasage pour une ligne de réglage du déphasage selon la présente invention; 72 01422 £ 2122463 la figure 8 est un schéma fonctionnel représentant une seconde forme de réalisation de l'invention; la figure 9 est un schéma fonctionnel semblable à celui de la figure 1, indiquant différents points choisis le long de la 5 ligne pour indiquer la distorsion d'intermodulation dans la mise en oeuvre de l'invention; les figures 9A, 9B, 9C et 9D représentent les spectres énergétiques en différents points de la ligne représentée sur la figure 9; 10 les figures 10A et 10B représentent le déphasage en fonc tion de la fréquence pour différentes parties de la ligne représentée sur la figure 9; les figures 11A et 11B représentent respectivement l'écart entre la puissance de sortie et celle correspondant au produit 15 d'intermodulation en fonction du niveau d'attaque d'une chaîne du type de celle de la figure 9; la figure 12 est un schéma fonctionnel représentant une troisième forme de réalisation de l'invention; les figures 13 et 14 représentent respectivement le dépha-20 sage et le gain de l'amplificateur en fonction de la fréquence; les figures 15 et 16 représentent schématiquement des portions d'un tube à ondes progressives selon une autre caractéristique de l'invention; les figures 17 et 18 sont des schémas fonctionnels repré-25 sentant d'autres formes de réalisation de l'invention. La 'figure 1 représente schématiquement un circuit hyper-fréquence selon l'invention, destiné à augmenter l'amplitude de la composante à la fréquence fondamentale de la puissance de sortie et à diminuer l'amplitude des composantes aux fréquences des har-30 moniques de la puissance de sortie du tube à ondes progressives 11. Selon l'invention, un signal d'entrée à la fréquence f^ qui doit être amplifié en puissance par un tube à ondes progressives 11 est tout d'abord appliqué à un tube à ondes progressives 13' d'attaque qui a des caractéristiques dans l'ensemble semblables 35 à celles du tube à ondes progressives 11 en ce qui concerne la génération par induction de signaux perturbateurs associés à son signal de sortie. Le signal de fréquence f^ est amplifié dans le tube à ondes progressives 13 et crée aussi dans ce dernier par induction des signaux perturbateurs. Pour expliquer en détail 4-0 l'invention, on suppose qu§4es signaux perturbateurs qui doivent 72 01422 7 2122463 être éliminés du tube à ondes progressives 11 sont les harmoniques deux, de fréquence 2f^, ou des signaux utiles de fréquence 2f^.Par conséquent, ce sont les fréquences figurant dans le présent exemple. 5 Par conséquent, le signal de sortie du tube à ondes pro gressives 13 est un signal complexe qui comprend une première composante de fréquence f^ qui représente, après amplification, le signal d'entrée qui a été appliqué à ce tube,et une seconde composante à la fréquence 2f^ qui représente l'harmonique deux des si-10 gnaux qui ont été engendrés par induction, à partir du signal d'entrée, dans le tube 13. Si l'on, suppose que la structure à propagation ralentie du tube à ondes progressives 13 n'est pas dispersive, comme c'est en général le cas, les deux signaux de fréquence f^ et 2f^ sont 15 "verrouillés en phase" l'un par rapport à l'autre lorsqu'ils parcourent la structure à propagation ralentie et sortent du tube, étant donné que dans la structure à propagation ralentie, la vitesse de phase est la même pour chacun de ces signaux. Par conséquent, ces deux signaux 'ont un déphasage fixe l'un par rapport à l'autre 20 lorsqu'ils sortent du tube 13 comme s'ils continuaient à se propager dans un guide d'onde ou une ligne de transmission classique, ou non dispersive. Il convient maintenant de définir exactement ce que signifie le mot "dispersif" dans le présent mémoire. Un élément, un compo-25 sant ou une ligne de transmission employé dans le domaine des hyper-fréquences est dit non dispersif quand sa vitesse de phase est uniforme pour les signaux de fréquences différentes et on dit qu'il est dispersif si cette vitesse de phase est fonction de la fréquence du signal appliqué. Par conséquent, si deux signaux de fré-30 quences différentes sont appliqués à un composant qui est non dispersif, la relation de phase permanente entre les parties apparaissant simultanément de ces deux signaux doit rester constante lorsqu'ils se propagent dans ce composant. La dispersion est par conséquent une caractéristique d'une onde progressive, mais non d'une 35 onde stationnaire. Par ailleurs, le fait que ce composant est ou non dispersif ne dépend pas de sa longueur électrique. Inversement, si un composant,tel qu'une ligne de transmission»est dispersif, la relation permanente entre des parties appliquées simultanément de 72 01422 8 2122463 deux signaux de fréquences différentes doit changer lorsque ces deux signaux parcourent ledit composant ou ladite ligne de transmission, et les signaux qui sont appliqués audit composant avec un déphasage déterminé entre eux sortent dudit composant avec un se-5 cond déphasage mutuel qui est fonction du taux de dispersion du composant ou de la ligne de transmission. Toujours à propos de la figure 1, le signal complexe qui comporte les deux composantes de fréquences f^ et 2f^ est appliqué à un dispositif compensateur de pertes et régulateur de déphasage 10 12, dans lequel la phase et l'amplitude relatives^ies deux composantes du signal complexe sont ajustées jusqu'à ce que la seconde composante ait un déphasage et une amplitude optimaux par rapport à la première composante. Cette relation optimale entre les phase et amplitude des deux composantes existe quand la seconde com-15 posante, lorsqu'elle est appliquée au tube à ondes progressives 11, engendre une partie du signal de sortie de celui-ci qui a une amplitude rigoureusement égale, mais un déphasage de 180° par rapport au signal à la fréquence de l'harmonique deux qui est créé par induction dans le tube à ondes progressives^ 1 par l'application 20 de la première composante du signal complexe. Quand cela se produit, la puissance parasite à la fréquence 2f^ est pratiquement nulle dans le signal de sortie du tube à ondes progressives 11 et la puissance maximale de sortie de ce tube est disponible pour amplifier le signal d'entrée de fréquence f^* 25 Le déphasage 0^ par rapport au signal d'entrée appliqué de l'harmonique deux du signal créé par induction dans le tube à ondes progressives 11, est fonction des paramètres du tube à ondes progressives 11• Pour la plupart des tubes à ondes progressives, la composante fon-30 damentale et la composante à la fréquence de l'harmonique deux sont "verrouillées en phase" l'une par rapport à l'autre. Par conséquent, dans un tel tube à ondes progressives, le déphasage 0^ doit être nul . De même, le déphasage de la seconde composante du signal complexe engendré au départ a une seconde valeur Par rap-35 port à la première composante dudit signal complexe, et 0^ est fonction des paramètres du dispositif ou composant dans lequel on crée le signal complexe. Si c'est un tube d'attaque à ondes progressives semblable, comme cela est représenté sur la figure 1, la 72 01422 2122463 valeur de 0^ doit être, de même égale, à 0°. On désire décaler la phase de la première composante par rapport à celle de la seconde composante du signal complexe dans le régulateur de déphasage 12 d'une quantité telle que la seconde composante du signal complexe 5 soit déphasée d^180°, lorsqu'elle est appliquée au tube à ondes progressives 11, par rapport aux signaux perturbateurs correspondant à l'harmonique deux et qui sont engendrés par induction dans ce tube. Par conséquent, si le déphasage que subissent les première et seconde composantes du signal complexe dans le déphaseur 10 12 est désigné par 0^, ces déphasages sont liés entre eux par l'équation 0^ + 0^ = 0^ + 180°. Si le tube 13 d'attaque à ondes progressives et le tube 11 de sortie à ondes progressives sont des tubes classiques, comme on l'a indiqué ci-dessus, les valeurs de ■et 0^ sont sensiblement égales et, par conséquent, le dépha-15 sage désiré produit par le déphaseur 12 est de 180°. Le phénomène physique fondamental qui se produit dans un tube à ondes progressives est le suivant: une onde électromagnétique est amplifiée dans la structure à propagation ralentie étant donné que de l'énergie est prélevée sur un faisceau d'élec-20 trons qui se propage à côté de ladite structure à propagation ralentie. La vitesse, moyenne de ce faisceau d'électrons est réduite lorsqu'il passe le long de la structure à propagation ralentie et il cède de l'énergie à l'onde de la structure à propagation ralentie. Près de la sortie de la structure à propagation ralentie, 25 quand l'amplificateur se rapproche de la saturation, sa non-linéarité augmente rapidement. La présente invention est mise en oeuvre par injection d'un signal perturbateur, par exemple un signal à la fréquence de l'harmonique deux, appliqué à l'entrée du tube à ondes progressives pouijcréer en fait une autre non-linéarité qui 30 annule en partie ou en totalité celle propre à l'amplificateur. On notera que l'amplitude du signal à la fréquence de l'harmonique deux créé par induction augmente le long de la structure à propagation ralentie à peu près proportionnellement au carré de la distance le long de la structure à propagation ralentie. Cependant, 35 le signal injecté selon la présente invention à la fréquence de l'harmonique deux est amplifié linéairement le long de cette structure à propagation ralentie et, par conséquent, son amplitude augmente moins rapidement. Si l'ajusteur de déphasage 12 est convena 72 01422 10 2122463 blement choisi, ce signal doit être, à la sortie, égal et de phase opposée au signal créé par induction qui a pour origine la non-linéarité propre du tube à ondes progressives.Par conséquent, s'il était possible de mesurer l'amplitude résultante de ce signal à 5 la fréquence de l'harmonique deux le long de la structure à propagation ralentie, il aurait à l'extrémité d'entrée une amplitude maximale qui diminuerait progressivement jusqu'à zéro à l'extrémité de sortie, étant donné la différence susmentionnée du taux d'amplification des signaux dans le tube. Le résultat de ce phéno-10 mène est une réduction considérable,ou même une élimination complète, des signaux de sortie à la fréquence de l'harmonique deux et aussi une réduction importante ou une compensation de la non-linéarité d'amplitude et une conversion considérablement réduite de la modulation d'amplitude en modulation de phase. Ces facteurs 15 réunis entraînent par ailleurs une diminution considérable du taux de distorsion par intermodulation. On notera que l'emploi du régulateur de déphasage 12 qui, comme on l'a indiqué ci-dessus, est l'élément dispersif, a pour effet de faire varier la longueur électrique de la ligne entre le 20 tube d'attaque à ondes progressives 13 et le tube à ondes progressives de puissance 11. Cette ligne, qui comprend le régulateur de déphasage 12, doit correspondre à N longueurs d'onde de la fréquence fondamentale des signaux et à (2N+0,5) longueurs d'onde pour la fréquence de l'harmonique deux. 25 Le régulateur de déphasage 12 peut être une ligne de transmission très dispersive réalisée de manière à créer un déphasage convenable dans un tronçon de ligne long de quelques longueurs d'onde seulement. Une réalisation donnant des résultats optimaux est la ligne sinueuse simple représentée sur la figure 1A 30 et réalisée sous la forme d'un "microruban". Le déphasage en fonction de la fréquence pour cette ligne est représenté en 103 sur la figure 7, en prenant comme référence 104 une ligne non dispersive ayant la même longueur électrique au bord inférieur de la bande de fréquences. Les autres références ont les significations 35 ci-après: la courbe 105 représente l'écart de la linéarité du • déphasage; par ailleurs on a porté en abscisses, en 101, l'écart de la linéarité de déphasage de la ligne dispersive,et en ordonnées, en 102, le déphasage en degrés. Les données représentées 72 01422 11 2122463 correspondent à uns ligne qui donne une dispersion voisine de 130° entre 2,5 GHz et 5,5 GHz. Etant donné la longueur relativement faible de cette ligne, sa perte d'insertion est très faible, inférieure à un décibel. La ligne considérée, qui est réalisée de ma-5 nière à avoir une impédance caractéristique voisine de 50 ohms,a un taux d'ondes stationnaires en tension inférieur à 2/1 pour la bande de fréquences intéressantes. . La ligne du type "microruban" incorporée dans la forme de réalisation décrite ci-dessus est représentée sur la figure 1A 10 et consiste en une ligne sinueuse produite par exposition à la lumière et attaque chimique de manière à laisser un dépôt d'or d'environ 5 à 10 microns d'épaisseur sur une surface mince de chrome ou de molybdène,elle-même déposée sur un substrat céramique en alumine. Cette ligne , qui a, par exemple,0,64 mm de largeur a 15 des branches dont la longueur d'une extrémité à l'autre figure dans le tableau ci-après,et la longueur des tronçons de ligne entre toutes les branches sauf L^ et L^q est de 0,64 mm; entre L^ et L^Q elle est de 1,90 mm. branche longueur en mm branche longueur en mm 20 L1 13,46 L6 6,48 l£ -7,67 Iy 6,12 I5 7,37 Lg 5,79 L4 7,24 L9 5,46 L5 6,83 L10 12,19 25 La figure 2 représente en ordonnées le déphasage entre les points X et y (figure 1) en fonction de la fréquence portée en abscisses. La figure 3 représente graphiquement la puissance de sortie 106 à la fréquence de la fondamentale et la puissance 107 30 de l'harmonique deux à la sortie (en décibels par rapport à 1 mW) et l'écart entre elles en fonction de la fréquence pour des tubes à ondes progressives de 220 W, fonctionnant à saturation. Comme cela est évident d'après la figure, la puissance de sortie pour la fondamentale diminue et la puissance de sortie pour l'harmoni-35 que deux augmente à l'extrémité inférieure de la bande quand aucun régulateur de déphasage selon l'invention est incorporé. Quand l'harmonique deux du signal d'attaque est éliminée,par exemple, avec un filtre passe-bas, la puissance de sortie pour la fondamen- 72 01422 2122463 taie augmente à l'extrémité inférieure de la bande,et quand le régulateur de déphasage est incorporé, la puissance de sortie à la fréquence de la fondamentale est augmentée tandis que la puissance de sortie à la fréquence de l'harmonique deux est diminuée 5 à l'extrémité inférieure de la bande. Les figures 4, 5 et 6 représentent l'influence du niveau et de la phase du second harmonique sur la puissance de sortie d'un amplificateur de 220 W ayant une largeur de bande d'une octave et met en évidence l'importance d'un dispositif à large bande. La figure 4 représente graphiquement 10 la puissance de sortie relative 108 en fonction de la fréquence pour un tel tube à o^|s progressives quand il est attaqué par un signal d'attaque/ae comportant pas de composante à la fréquence de l'harmonique deux et quand il est attaqué par des signaux contenant une proportion d'harmonique deux correspondant à 10 dB ou à 15 5 dB au-dessous de la fondamentale, ou même égale (0 dB) à la fondamentale. Pour chacun de ces trois niveaux différents du signal d'attaque, la phase des signaux à la fréquence de l'harmonique deux a été ajustée de manière à optimaliser la puissance de sortie (courbe 109) ou à la minimaliser (courbe 110). Comme cela est ma-20 nifeste, le niveau et la phase du signal d'attaque à la fréquence de l'harmonique deux ont un effet marqué sur la puissance de sortie. A l'extrémité inférieure de la bande, quand le niveau de l'harmonique deux est inférieur de 5 dB à celui du signal d'attaque à la fréquence fondamendale , une phase optimale peut conduire 25 à une augmentation de 0,5 dB de la puissance de sortie,tandis qu'une phase mal choisie conduit à une réduction dépassant 0,5 à 1 dB de la puissance de sortie. Par ailleurs, quand on ajuste la phase de manière à réduire au minimum la puissance de sortie, comme cela peut arriver quand on emploie un ensemble à bande étroite 30 de la technique antérieure et du type décrit, la puissance de sortie obtenue lorsque le signal d'attaque contient une certaine proportion d'harmonique deux,peut être inférieure à la puissance obtenue en l'absence d'harmonique deux du signal d'attaque. La figure 5 représente graphiquement la puissance 112 de 35 la fondamentale par rapport à la puissance obtenue en l'absence d'harmonique deux dans le signal d'attaque, en fonction du niveau 113 de l'harmonique deux pour les deux cas limites 114 (phase ajustée de manière à rendre maximale la puissance de la fondamen- 72 01422 15 2122463 taie) et 115 (puissance ajustée de manière à réduire au minimum la puissance de la fondamentale). La figure 6 représente la puissance de sortie 116 (en valeur relative) en fonction du déphasage 117 entre le signal d'attaque à la fréquence de la fondamentale et 5 l'harmonique deux de ce signal d'attaque et met en évidence l'importance d'une mise en phase convenable de la composante correspondant à l'harmonique deux. La référence 118 correspond au cas où le signal d'attaque ne contient pas d'harmonique deux et la référence 119 indique simplement les nombres de décibels qui dé-10 finissent le niveau du second harmonique dans le signal d'attaque par rapport au niveau de la fondamentale dans ce même signal. Dans presque chaque réalisation pour laquelle l'invention a été mise en oeuvre, on a observé une augmentation de la puissance de la fondamentale à la sortie. Cette augmentation est 15 comprise entre 0,3 dB et 1 dB. La forme de réalisation de l'invention décrite ci-dessus concerne principalement un tube à largeur de bande d'une octave. Selon une caractéristique de l'invention, on peut réaliser une injection convenable de l'harmonique deux des signaux d'attaque 20 pour un tube à largeur de bandçégale à deux octaves en employant deux tubes d'attaque. Comme l'indique la figure 8, des signaux occupant une bande de deux octaves, par exemple 1 à 4 GHz, sont subdivisés dans un dispositif spécial 15, dénommé ci-après "di-plexer" en signaux correspondant à l'octave .inférieure,par exemple 25 1 à 2 GHz- dirigés sur un amplificateur d'attaque 16- et en signaux de l'octave supérieure,par exemple 2 à 4 GHz-dirigés sur l'autre amplificateur d'attaque 17. On fait passer les signaux provenant de l'amplificateur 16 pour l'octave inférieure qui contiennent les signaux aux fréquences fondamentales et de l'harmo-30 nique deux à travers un régulateur de déphasage 18 et un coupleur 19 où les signaux de sortie provenant de l'amplificateur 17 sont couplés à la ligne d'entrée de l'amplificateur de puissance 20. Le. réglage désiré de la phase du signal à la fréquence de l'harmonique deux par rapport au signal à la fréquence de la fondamentale, 35 en conformité avec l'invention, est réalisé dans le régulateur de déphasage 18 en vue de leur application à l'amplificateur 20 qui amplifie des signaux dont les fréquences s'étendent sur les deux octaves susmentionnées. 72 01422 14 2122463 Comme on l'a indiqué ci-dessus, la réduction de la puissance de l'harmonique deux peut aussi provoquer une réduction de la distorsion par intermodulation. La figure 9 est un schéma d'un circuit semblable à celui 5 de la figure 1 et représente la mise en oeuvre de la présente invention en vue de réduire la distorsion par intermodulation. Les figures 9A à 9D sont des graphiques représentant la puissance en fonction de la fréquence pour des emplacements A à D choisis le long de la ligne de la figure 9. Les figures 10A et 10B sont, •JO respectivement, des graphiques représentant, en ordonnées, le déphasage en fonction de la fréquence, en abscisses, dans les parties A-B et B-C de la ligne représentée sur la figure 9. Plus précisément, la figure 10A représente le déphasage pour une ligne A-B non dispersive,tandis que la figure 10B représente le déphasage 15 pour une ligne B-C dispersive sinueuse. En l'absence de mise en oeuvre de la présente invention, un tube à ondes progressives amplificateur de puissance 21 du type représenté sur la figure 9 donnerait naissance à des produits d'intermodulation du troisième ordre d'amplitude excessive à par-20 tir des signaux f^ et f2 introduits dans la chaîne amplificatrice. Selon la présente invention, les signaux d'entrée et fg attaquent un amplificateur 22 qui produit des signaux de sortie de fréquence , 'fg, 2f et 2fg plus des fréquences correspondant aux produits d'intermodulation. Cet am-25 plificateur 22 fonctionne bien au-dessous de la saturation et les signaux aux fréquences d'intermodulation sont de niveau très faible. Ces signaux "passent par un circuit hyperfréquence 23 dont les pertes sont plus grandes pour la fréquence f que pour la fréquence 2f et qui a une dispersion voisine de 180° pour la fréquen-30 ce 2f dans la bande d'amplification des signaux de fréquence f. Cette bande de fréquence correspondant au second harmonique introduit dans le tube à ondes progressives 21 annule exactement les signaux qui seraient normalement engendrés dans cette bande de fréquences par le tube 21, ce qui a pour conséquence l'élimination 35 ou une forte réduction d'amplitude des signaux correspondant aux produits d'intermodulation du troisième ordre. Les figures 11A et 11B représentent respectivement des courbes de puissance de sortie et de niveau d'intermodulation en fonction de l'affaiblissement du niveau d'attaque d'une chaîne 40 semblable à celle représentée sur la figure 9 pour le premier cas 72 01422 2122463 (en pointillé ) dans lequel aucun signal à la fréquence de l'harmonique deux n'est injecté dans le second amplificateur 21 et pour le second cas, (trait continu)»dans lequel des signaux à la fréquence de l'harmonique deux sont injectés^et les conditions sont 5 optimalisées pour un point se trouvant environ à 3 dB au-dessous de la puissance de sortie maximale. Sur les figures 11A et 11B, les références destinées à faciliter la compréhension ont les significations ci-après: 122 représente, en ordonnées sur la figure 11A,la puissance de sortie à la fréquence f en mW; 123 représente 10 IM minimal en dB; 124 représente l'atténuation relative A des signaux d'attaque de la chaîne amplificatrice; 125 désigne la courbe des puissances de sortie avec injection de signaux à la fréquence 2f; 126 représente la courbe des puissances de sortie en l'absence de signaux injectés à la fréquence 2f; 127 désigne un 15 écart de 33 dB entre des niveaux de signaux. Les courbes 126 correspondant à l'absence d'injection du second harmonique, c'est-à-dire à un fonctionnement classique, mettent en évidence qu'à la saturation les produits, d'intermodulation du troisième ordre ont un niveau inférieur de 9 dB à la saturation, et que, pour obtenir 20 un niveau des produits du troisième ordre inférieur de 36 dB à celui de la fondamentale, comme on peut le souhaiter dans une application déterminée, l'amplificateur 21 doit fonctionner à plus de 10dB au-dessous de la saturation. Les performances sont nettement différentes en cas d'injection de signaux à la fréquence de 25 l'harmonique deux. Premièrement, il est manifeste que la puissance maximale de sortie a été multipliée par un facteur supérieur à deux. Deuxièmement, dans des conditions optimalisées et avec une puissance de sortie inférieure de 3 dB aux possibilités maximales (ceci correspond à la puissance de sortie maximale en l'absence 30 d'injection de signaux à la fréquence de l'harmonique deux)#1'écart entre le niveau des produits d'intermodulation et le niveau de sortie est de 33 dB pour les produits d'intermodulation du troisième ordre et d'ordre plus élevé. Ceci représente une augmentation de 9,5 dB de la puissance de sortie maximale utilisable dans 35 les cas où l'on Impose un niveau des produits d'intermodulation inférieur de 33 dB à celui de la fondamentale. On notera que,étant donné qu'on a porté sur les axes des X des graphiques des figures 11A et 11B l'affaiblissement du si 72 01422 16 2122463 gnal d'entrée, les niveaux de sortie les plus élevés sont représentés près de l'axe des ordonnées et la puissance de sortie diminue, à partir de ces maxima, vers la droite. Pour des amplificateurs qui ne peuvent amplifier les har-5 moniques deux des signaux,mais produisent des signaux de sortie correspondant à l'harmonique deux, la distorsion par intermodulation est éliminée ou considérablement réduite en attaquant l'amplificateur par des signaux d'attaque classiquesassociés à des signaux correspondant aux produits du troisième ordre dont la phase 10 est ajustée de manière à être opposée à celle des signaux produits par l'amplificateur lui-même. Cette caractéristique de la présente invention peut être mise en oeuvre par l'emploi de la chaîne amplificatrice représentée sur la figure 9 pour attaquer l'amplificateur de puissance 24 et, au lieu de réduire au minimum 1'ampli-15 tude des signaux d'intermodulation du troisième ordre provenant du tube 21, la phase de ces signaux d'intermodulation est ajustée dans un déphaseur 25 de manière à être opposée à celle des produits du troisième ordre normalement produits par l'amplificateur de puissance 25 en aval. 20 Les figures 12 et 13 représentent un circuit qui engendre les signaux à la fréquence de l'harmonique deux avec une phase absolue optimale et une amplitude optimale par rapport à la fondamen taie,grâce à l'emploi d'éléments de circuit passifs, non résonants Comme l'indique la figure 12, le signal fondamental à la fréquence 25 f injecté dans la ligne 31 au point M est couplé par un coupleur 32 et une ligne 33 en parallèle sur un multiplicateur 34 qui multiplie la fréquence de la fondamentale et produit des signaux de sortie aux fréquences f et 2f. Les deux lignes sont à nouveau couplées entre elles par un coupleur 35 destiné à appliquer les si-30 gnaux de fréquences f et 2f dont les phases sont correctement ajus tées à l'amplificateur de puissance 36. La longueur de la ligne entre les points M et N pour l'un ou l'autre trajet ne diffère pas de plus d'une demi-longueur d'onde de l'harmonique deux. Avec les caractéristiques du tube 36, l'écart de phase A $ de la linéarité 35 en fonction de la fréquence f entre les points M et N est choisi de manière à réaliser le déphasage optimal pour la réduction de la distorsion par intermodulation (voir figure 13). La figure 14 est un graphique représentant le gain GA de 72 01422 17 2122463 l'amplificateur en fonction de la fréquence et sur lequel le gain normal de l'amplificateur est représenté par la ligne 128>en pointillé5en l'absence d'injection de signaux à la fréquence de l'harmonique deux. La courbe en trait continu 129 représente le 5 gain de l'amplificateur lorsqu'on met en oeuvre la présente invention qui permet de réaliser une réduction très satisfaisante de la distorsion par intermodulation. Bien que la présente invention convienne parfaitement pour la réduction de la distorsion par l'harmonique deux et par •jO les produits d'intermodulation grâce à des interventions extérieures sur les tubes à ondes progressives actuellement existants, cette invention peut également être mifee en oeuvre par modification intérieure des tubes à ondes progressives pour obtenir les résultats souhaités. Les figures 15 à 18 représentent des formes de 15 réalisation typiques de l'invention sur des tubes à ondes progressives de ce genre. Selon une caractéristique de l'invention,représentée schématiquement sur la figure 15,1e signal désiré à la fréquence de l'harmonique deux»destiné à la compensation,est créé à l'intérieur du tube 41 en incorporant au tube une structure 42 à propagation ralentie dont la dispersion varie en fonction de ia longueur. En un point 43 de ladite structure à propagation lente, les caractéristiques physiques du tube sont modifiées de telle manière que la vitesse de phase à la fréquence fondamentale est inchangée,tan-25 dis que la vitesse de phase à la fréquence de l'harmonique deux est différente. Par conséquent, l'énergie à la fréquence de l'harmonique deux qui se propage le long de la structure à.propagation ralentie subit un déphasage de 180° par rapport à l'énergie à la fréquence de l'harmonique deux dans le faisceau d'électrons et 30 réalisai'opération de compensation ou annulation nécessaire. La variation de vitesse de phase pour la fréquence de l'harmonique deux peut être réalisée par modification d'un ou plusieurs de certains paramètres du tube tels que le pas de l'hélice, le diamètre de l'enveloppe, le diamètre de la tige supportant l'hélice etc. 35 Au lieu de la forme de réalisation représentée sur la figure 15, le tube à ondes progressives 51 peut être réalisé sous la forme représentée sur la figure 16, dans laquelle une atténuation par résonance 53 est réalisée le long de la structure 52 à propagation ralentie , ce qui donne lieu à des pertes beaucoup 72 01422 18 2122463 plus grandes pour le signal fondamental que pour l'harmonique deux des signaux. En aval du dispositif atténuateur 53, la disposition géométrique 54 des circuits est modifiée afin d'ajuster la vitesse de phase de l'harmonique deux par rapport à la vitesse de phase de 5 la fondamentale en fonction des conditions exposées ci-dessus. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, dont la mise en oeuvre est représentée schématiquement sur la figure 17, la structure 62 à propagation ralentie d'un tube 61 à ondes progressives peut être fractionnée et le déphasage approprié 10 entre l'harmonique deux et la fondamentale/Jbïenu avec unçligne de transmission électrique intercalée dans l'intervalle. A titre d'exemple, on peut employer une simple ligne sinueuse 63 placée dans cet intervalle pour créer le déphasage désiré. Cette ligne électrique peut être placée soit dans l'enveloppe à vide - ou 15 vidée- du tube,soit à l'extérieur de l'enveloppe à vide dudit tube. Au lieu de la structure représentée sur la figure 17, on peut réaliser le tube à ondes progressives 71 représenté sur la figure 18 de manière à prélever de l'énergie du second harmonique sur le circuit à propagation ralentie 72 en amont de l'atténuateur 20 classique 73 où ledit circuit est coupé. Les signaux à la fréquence du second harmonique peuvent être appliqués à nouveau au circuit à propagation ralentie en aval de l'atténuateur, avec le déphasage approprié. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite 25 qu'à titre indicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 72 01422 19 2122463 REVENDICATIONS 1 - Appareillage destiné à optimaliser la puissance de sortie utilisable d'un tube à ondes progressives dont la puissance de sortie totale comporte un maximum et qui, lorsqu'il est attaqué 5 par des signaux d'entrée, à la fréquence désirée, qu'il doit amplifier, engendre par ailleurs, des signaux de sortie à une fréquence différente en réponse à l'application desdits signaux d'entrée , en réduisant ainsi la puissance de sortie auxdites fréquences désirées, ledit appareillage comprenant un ensemble desti-10 né à engendrer des signaux à ladite fréquence différente et à appliquer les signaux ainsi engendrés audit tube à ondes progressi- c ves de manière à augmenter la puissance de sortie auxdites fréquences désirées, caractérisé en ce qu'il comprend un premier dispositif pour engendrer un signal complexe qui comprend une 15 première composante constituée par lesdits signaux d'entrée qui sont à amplifier par ledit tube à ondes progressives»et une seconde composante constituée par des signaux à ladite fréquence différente et un second dispositif pour définir la phase et l'amplitude de ladite première composante par rapport à ladite seconde 20 composante de telle manière que,quand ledit signal complexe est appliqué audit tube à ondes progressives, un signal compensateur est engendré par l'amplification de ladite seconde composante, et l'amplitude de ce dernier signal est sensiblement égale à celle desdits signaux de sortie et sa phase est opposée à celle de ces si-25 signaux qui sont à ladite fréquence différente et qui sont engendrés par induction dans ledit tube à ondes progressives en réponse à l'application de ladite première composante dudit signal complexe, 2 - Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits signaux induits ont un premier déphasage j&j par 30 rapport auxdits signaux d'entrée, ladite seconde composante dudit signal complexe, telle qu'elle est engendrée au départ, a un second déphasage 02 par rapport auxdits signaux d'entrée et ledit second dispositif modifie le déphasage de ladite seconde composante par rapport à ladite première composante d'une quantité 0-^ 35 telle que 0^ + = 0^ + 180°. 3 - Appareillage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit second dispositif est une ligne de transmission dispersive. 20 72 01422 2122463 4 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit premier dispositif est un tube d'attaque à ondes progressives, auquel lesdits signaux d'entrée sont appliqués en premier et dans lequel ladite seconde composante 5 dudit signal complexe est le signal de sortie qui est créé par induction à ladite fréquence différente et qui est engendré dans ledit tube d'attaque à ondes progressives en réponse à l'application dudit signal d'entrée audit tube d'attaque, et ladite première composante dudit signal complexe est ledit signal d'entrée 10 amplifié par ledit tube d'attaque à ondes progressives. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite ligne de transmission dispersive a des caractéristiques dispersives et une longueur telles que les signaux à ladite fréquence désirée subissent}lorsqu'ils la parcourent, un 15 déphasage qui diffère d'à peu près 180° du déphasage subi par les signaux à ladite fréquence différente. 6 - Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit premier dispositif est la partie dudit tube à ondes progressives qui est la plus proche de 20 .-son entrée. quelconque 7 - Appareillage selon l'une /des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits signaux créés par induction sont des signaux à la fréquence de l'harmonique deux qui sont induits dans ledit tube à ondes progressives par lesdits signaux d'entrée. 25 8 - Appareillage selon l'une/^s^reverKiications 1 à 6, caractérisé en ce que lesdits signaux d'entrée comprennent un premier signal à une première fréquence et un second signal à une seconde fréquence, et lesdits signaux créés par induction sont les produits d'intermodulation de l'un desdits signaux d'entrée et 30 du second harmonique de l'autre desdits signaux d'entrée.