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"PERFECTIONNEMENTS SE RAPPORTANT A DES APPAREILS A VALVES THERMOIONIQUES DEVANT SERVIR A DES LONGUEURS D'ONDES TRES COURTES"
Faisant l'objet d'une première demande de brevet déposée en GRANDE-BRETAGNE, le 10 mars 1934, NI' 7696, au noms de la, Sté. MARCONI'S WIRELESS TELEGRAPH Cy. Ltd. et de Messieurs
Norman Eustace DAVIS, Ernest GREEN et Alfred Weedon HALL, dont la susdite Société est l'ayant-droit -
L'invention se rapporte à des appareils à valves thermoïoniquesdestinés à être employés sur des longueurs d'onde très courtes et plus particulièrement à des dispositifs à valves thermos niques pouvant servir dans des circuits radio-électriques adaptés pour opérer sur des longueurs d'onde de l'ordre de 10 mètres et moins.
L'invention peut être utilisée pour fournir un amplificateur amélioré à très haute fréquence et dans cet exposé on trouvera
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plus loin la description d'un modèle préféré d'amplificateur à très haute fréquence pouvant servir efficacement pour une longueur d'onde d'environ 6 à 8 mètres.
Il est connu que la construction d'amplificateurs thermoio- niques satisfaisants et efficaces pour des longueurs d'onde très courtes de l'ordre de celles indiquées et devant être opérés à haute puissance est fort difficile. Les exigences d'un tel amplificateur à haute puissance et à onde très courte peuvent se résumer comme suit :
1. Le circuit doit être symétrique électriquement.
2. Il y aura symétrie électrique par rapport à la terre.
3. On évitera les couplages à capacité incontrôlable ou élec- tromagnétiques.
4. Les diverses interconnexions seront aussi courtes et aussi peu nombreuses que possible.
5. L'assemblage tout entier sera compact et rigide.
La présente invention réalise un appareil à valves thermo#o- niques qui remplit d'une manière très complète les exigences cidessus, le dit appareil étant en outre relativement bon marché et de construction facile.
Comme on le verra mieux plus loin, les parties 'saillantes de l'invention consistent dans : (1) le dispositif à valves thermoioniques connectées symétriquement dans des capots ou logements de faradisation qui servent en même temps d'électrodes à l'accord d'anode et de condensateurs de neutralisation; (2) dans la réalisation de circuits d'entrée et de sortie formés symétriquement chacun et construits chacun comme une unité qui s'enlève aisément, de sorte qu'on peut les régler lorsqu'ils sont hors de l'appareil;
(3) dans la constitution de couplages de sortie et d'entrée va** riables, par le déplacement des entités des circuits d'entrée et
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électriques de l'ensemble ; dans l'utilisation, comme partie de l'inductance de sortie d'un dispositif de tubes métalliques qui servent également à amener l'eau de refroidissement vers les valves, et la réalisation, en rapport avec les dits tubes, de moyens d'accord, grâce auxquels l'inductance de sortie peut être variée sans interférer avec les conduites d'eau et avec un minimum de dérangement aux organes secondaires ;
dans l'uti- lisation comme une partie de l'inductance de sortie, du système des tubes qui sert à conduire l'eau de refroidissement des valves, et l'arrangement des dits tubes, de telle sorte qu'ils présentent une résistance voulue relativement élevée et, par ce fait, donnent à l'amplificateur dans son ensemble une large caractéristique de bande. Cette dernière caractéristique est uniquement requise dans le cas où l'amplificateur est destiné à amplifier une onde porteuse modulée avec une large bande de fréquences par exemple une onde porteuse modulée de télévision, et dans les cas où une large caractéristique de bande de fréquences n'est pas nécessaire, les tubes seront arrangés de façon à présenter une résistance minime aux fréquenoes élevées.
L'invention est représentée dans les dessins annexés qui se rapportent à une forme préférée d'amplificateur à fréquence élevée pouvant servir pour des longueurs d'onde de l'ordre de 6 à 8 mètres.
Dans les dits dessins, la Figure 1 est un schéma de circuit; la Figure 2 est une vue d'élévation latérale montrant l'arrangement général de l'amplificateur tel qu'il est vu à travers la paroi latérale du réduit qui le contient; la Fig. 3 est une vue d'élévation antérieure de l'arrangement figuré en 2, les diverses parties étant de nouveau montrées en pointillé parce que se trouvant derrière la paroi antérieure du réduit;
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la Fig. 4 est une vue en plan qui montre les parties principales de l'appareil qui se trouvent du côté sortie de l'écran V; la Fig. 5 est une coupe verticale suivant la ligne Q-Q de la Fig. 4, mais qui n'en montre de nouveau que les parties prince pales, et la Fig. 6 est une vue en bout des éléments montrés à la Fig. 5.
Dans tous les dessins, les mêmes signes de référence ont été utilisés pour les mêmes pièces.
Se référant maintenant à la Fig. 1, la puissance d'entrée à haute fréquence, par exemple, une haute fréquence modulée, alimente à travers les condensateurs variables 20h, 20c une bobine 20a qui est en couplage variable avec une bobine 18 accordée par un condensateur de shunt 19. Les bornes opposées du circuit accordé 18,19 sont connectées à travers les condensateurs 15, 16 comme l'indique le dessin, aux grilles de deux valves arrangées symétriquement, du type à bout unique (single ended),à refroidissement par eau des anodes 1 et 2 qui forment partie intégrante des enveloppes. Les valves sont neutrali- sées en croix par les condensateurs 8X connectés entre l'anode de chaque valve et la grille de l'autre.
Les anodes sont reliées entre elles à travers une inductance 9 a et h laquelle est shuntée par un système à condensateur d'accord variable 5YY, tandis que l'inductance 9 a et Il est en couplage variable avec une bobine 11 a dont les bornes sont connectées à travers les conden- sateurs variables 11 b et 11 c aux bornes de sortie. V est un écran et U est un dispositif d'accord (en pointillé) qui peuvent être adaptés si c'est nécessaire. Cette disposition générale de circuit est évidemment bien connue en soi et on ne le représente dans la Fig. 1 que pour permettre une compréhension plus exacte de l'arrangement réel faisant l'objet de la présente invention.
Se référant mainténant aux Fig. 2 à 6, on voit que chaque
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un siège triangulaire métallique 3 ou 4, chaque siège ayant deux parois verticales X et Y arrangées de façon à bien maintenir les isolateurs de support W (voir surtout la Fig. 6). Comme le montre la Fig. 4, les parois X des sièges sont inclinées l'une vers l'autre et s'étendent bien au-delà des parois Y. Les parois X sont en relation électrostatique avec les plaques conductrices 8 (voir Fig. 4) qui, avec les dites parois X, constituent les condensateurs 8X de neutrodynation, connectés transversalement, de la Fig. 1. Les sièges dans leur ensemble sont évidemment en contact électrique direct avec les chemises d'eau des anodes des valves qui, évidemment, sont au potentiel d'anode.
Les plaques 8 sont mobiles et maintenues par des charnières que montre clairement la Fig. 4 ; et comme on le voit tout de suite, sont bien placées pour le réglage précis et la neutralisation ou neutrodynation.
Les plaques 8 sont connectées transversalement aux grilles de la valve à travers les conducteurs 13 et 14 respectivement. Ainsi., le conducteur 13 relie-une des plaques 8, à travers un condensa teur 16,à la grille de la valve en 1 ands la Fig. 4, tandis que l'autre plaque 8 est reliée, à travers le conducteur 14 et le condensateur 15, à la grille de la valve en 2. Les liaisons de grille des condensateurs 15,16 sont représentées dans la Fig. 4 comme étant interrompues, mais en réalité elles continuent dans une direction bissectrice des angles aux coins des sièges triangulaires.
Les extrémités des conducteurs 13 et 14, qui sont éloignées des plaques 8, sont reliées électriquement et mécani quement aux conducteurs 17, 17a qui passent à travers des ouver- tures pratiquées dans une paroi de blindage V et se terminent en forme de pinces ou de sockets pour recevoir ou pour saisir des broches formées par ou supportant la bobine de grille 18 comme le montre clairement la Fig. 3. On peut voir que cette construction comporte une très grande rigidité présentant des liaisons
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transversales et des interconnexions très courtes et protégeant.' bien le circuit d'entrée.
La bobine 18 est accordée par un condensateur 19 (voir Fig.3) dont les armatures sont montées sur des axes fixés sur les mêmes isolateurs qui supportent les pièces 17, 17a, 13,14, 15 et 16.
En outre, comme il apparaîtra clairement dans la suite, l'inductance 18 est perpendiculaire à l'inductance du circuit de sortie. Les anodes des valves sont refroidies par l'eau amenée à travers les tuyaux 9a., 9h qui constituent également les inductances anodiques. Ces tuyaux sont en parallèle et leur disposition se verra le mieux dans les Fig. 4, 5 et 6. L'eau est amenée dans ces tuyaux par les tuyaux 10, 10a et le potentiel anodique est appliqué par les points où les tuyaux 10, 10a rejoignent respectivement les tuyaux 9a, 9b. L'inductance anodique est accordée par le condensateur constitué par le dispositif représenté en 5, en liaison électrostatique avec les plaques Y des sièges triangulaires.
Ce dispositif montré en 5 consiste en une boîte de cuivre, sans fond, formée de deux moitiés dont la distance respective aux plaques Y est réglage (voir Fig.4), toute la boîte étant montée (voir Fig.5) de sorte qu'elle peut glisser longitudinalement par rapport aux sièges. Les guides le long desquels s'opère ce glissement sont figurés en 6, et 7 est un point d'attache pour une commande mécanique convenable. En faits la boite 5 forme une plaque dont la distance aux plaques Y Y (mesurée perpendiculairement à la longueur des guides 6) peut être fixée une fois pour toutes, et, cette distance étant fixée, la boîte 5 tout entière peut être mue plus ou moins profondément dans l'espace formé par les deux parois Y Y.
Les circuits de sortie et d'entrée sont construits de façon
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leur disposition générale. Le circuit de sortie consiste en une bobine 11a placée entre les bobines formées dans les tuyaux 9a,9b et y accouplée, les extrémités de la bobine 11a étant connectées chacune à l'une des bornes des condensateurs variables llh ou 11c, l'autre borne d'un des condensateurs llh 11c était connectée directement à la masse du châssis, tandis que la borne restante de l'autre condensateur est connectée à un feeder de sortie figuré en d (voir Fig. 4). L'ensemble 11a, llh, 11c peut, ainsi que cela ressort des Fig.4 et 5, être aisément retiré et, étant enlevé, être ajusté et équilibré exactement.
L'entité étant en place dans l'appareil, le couplage entre 11a et les inductances constituées par les coudes circulaires des tubes 9a et 9b peut être modifié sans troubler en aucune façon la symétrie ou les constantes électriques du dispositif, en faisant glisser toute l'unité de débit, composée des pièces 11a, 11b, 11c, le long des guides représentés en 12, 12a dans la Fig.4. Le circuit d'entrée qui y ressemble très fort, consiste lui aussi en une bobine 20a des condensateurs 20b et 20c et, comme ci-avant, les couplages peuvent varier par le glissement de l'entité 20a, 20b, 20c, le long des guides 21, ce réglage pouvant également se faire sans trou-bler la symétrie ni les constantes électriques.
Le feeder d'entrée est représenté en 22 à la Fig. 2. 23 re présente dans les Fig. 2 et 3 les parties vitrées des enveloppes des valves dont les chemises d'anode sont dans les sièges 3 et 4 (la connexion de grille qui passe à travers une de ces parois vitrées vers le condensateur 16 est clairement montrée à la Fig.2) et 24 et 25 sont les barres omnibus des filaments.
On remarquera que les prolongements des parois X des sièges,; au-delà des sommets des triangles, aident à l'isolement électrique des bras 13 et 14 du circuit en pont. Les parois X-Y protè... gent très bien les isolateurs W et réduisent ainsi au minimum
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les pertes diélectriques en distribuant avantageusement les champs en haute fréquence. En outre, la commande d'accord principale, qui constitue le dispositif pour faire glisser la boîte en cuivre 5 et qui, étant sous tension, permet d'accorder tout le circuit, est du potentiel de la terre,vu que l'arrangement condensateur 5 XY est extrêmement rigide et doit être de capacité très constante.
De nouveau, l'isolateur supportant ce condensateur est au centre électrique du circuit d'anode, ce qui évite l'échauffement et les pertes diélectriques en ce point.
S'il est nécessaire d'avoir dans une installation déterminée une inductance d'anode qui soit inférieure à celle pouvant être obtenue par un arrangement comme celui décrit et représenté jusqu'à présent, elle peut être réalisée en supprimant les coudes circulaires dans les tubes 9a et 9b. Cependant, un dispositif préféré, qui peut être utilisé avec ou sans les dits coudes circulaires, et qui présente l'avantage de permettre un réglage facile de l'inductance, est celui représenté dans la Fig. 4 (dans la Fig. 5, les parties correspondantes ne sont pas représentées, afin de rendre le dessin plus clair). Il consiste en deux tubes supplémentaires U de diamètre convenable, entourant les tubes 9a et 9b, les dits tubes U étant reliés par un troisième tube T, de diamètre égal ou à peu près.
L'ensemble TUU peut glisser dans le sens de la longueur et en le glissant,le long des tuyaux, il est possible de régler exactement comme il faut l'inductance de l'anode, sans troubler l'arrivée de l'eau aux valves. Il est à remarquer que l'adoption de la partie T, bien qu'elle soit fort pratiquen'est d'aucune façon essentielle, car bien souvent l'inductance requise peut s'obtenir en prenant des tubes U de longueur fixe, pour entourer les tubes 9a,et 9b, et en lesy fixant rigi--
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Une autre façon d'obtenir la variation d'inductance d'anode consiste à intercaler, en-dessous et à mi chemin entre les coudes circulaires des tubes 9 et 9h, une plaque en cuivre sujette à des pertes par courants de circulation, et présentant des dimen- sions appropriées,
cette plaque étant mobile dans le champ des coudes circulaires, et servant comme dispositif de réglage d'inductance, fonctionnant par la méthode bien connue des courants de circulation.
Cette dernière méthode de variation d'inductance présente l'avantage de permettre d'équilibrer de manière précise le circuit aux points de jonction des tuyaux 10, 10a et 9a 9b, de sorte que la tension en ces points de jonction peut être pratiquement réduite à zéro, ce qui évite à peu près toute perte diélectrique dans le système à eau.
L'appareil représenté dans les Fig. 2 à 6 peut, avec de légères modifications, être employé avec succès pour l'ampli fication et la transmission d'une onde porteuse à très haute fréquence, par exemple 6 à 8 mètres, possédant une étendue très large de fréquences modulatoires, pa.r exemple pour la télévision.
Ainsi, il suffit d'une très légère modification pour que l'appareil représenté aux Fig. 2 à 6 puisse servir non comme amplificateur final de courantmais comme amplificateur à modulation intermédiaire possédant une bande fort large de fréquences, comme pour les signaux de télévision. La modification consiste simplement à arranger les circuits de telle façon que l'inductance d'anode présente une résistance appréciable, dans lequel cas le rapport inductance/résistance est porté à la valeur voulue pour donner la bande nécessaire de fréquences.
Une méthode préférée pour obtenir la résistance nécessaire
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consiste à étendre sur les tuyaux en cuivre 9a 9b du fer recuit malléable, ou toute autre matière présentant des propriétés élec. triques semblables. En ce cas, les courants à haute fréquence qui, en vertu de l'effet Kelvin (skin effect) courent princi- paiement à l'extérieur des conducteurs 9a 9h, subiront une perte considérable due à la grande perméabilité de la surface en fer, tandis que les avantages des tubes en cuivre comme conduites d'eau sont toujours conservés.
En général,le principe de cette méthode consistant à provoquer des pertes pour avoir un rapport voulu inductance/résistance consiste à utiliser l'eau passant par les tubes 9a 9b pour dissiper la portion d'énergie requise: c'est-à-dire que la perte de haute fréquence est provoquée par l'enduit en fer doux, mais la chaleur engendrée par cette perte est rapidement et efficacement dissipée parce qu'elle est amenée vers l'eau à travers les tubes en cuivre. Il est possible d'amener la perte au circuit anodique à un tiers du débit total au moyen de cette méthode, et d'avoir par conséquent une caractéristique très large de bande de fréquence.
Les avantages de la méthode décrite apparaîtront immédiate** ment si on la compare à la méthode usuelle connue pour obtenir un rapport voulu inductance-résistance relativement bas, notamment la méthode consistant à mettre en circuit (loading back) une composante convenable de la résistance de charge. Si la charge était',. conne c'est le cas habituel, un circuit de grille, et que cette méthode connue fut employée, alors, comme une pleine excitation de grille ne requiert qu'une quantité relativement minime de puissance,il faudrait produire une charge non-inductive autour du circuit de grille afin de prendre la charge supplémen.. taire nécessaire pour "rejeter" vers le circuit d'anode les pertes et la résistance requises.
Pour des fréquences de l'ordre en
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tout à fait indésirable et, en fait,, la capacité de fuite d'un tel circuit de charge serait de nature à porter préjudice à l'accord du circuit de grille aux fréquences fort élevées dont il est question.
Bien que, dans l'application plus particulièrement décrite et .représentée de l'invention, il soit fait usage de triodes, la dite invention n'est pas limitée à l'usage de valves de ce type, et l'on peut par exemple se servir avantageusement de lampes à grille-écran. Il faudrait fort peu de-changement pour adapter l'arrangement représenté aux dessins à l'usage de valves à grille- écran, et en cas d'usage de telles valves, la modification principale consisterait dans l'aménagement de moyens permettant de "bloquer" les grilles-écrans directement à la terre ou à la masse, c'est-à-dire de les relier à la terre ou à la masse à travers des condensateurs de blocage à courant continu.
Même si l'on fait usage de valves à grille-écran aux fins d'amplification de puissance, il est probable que des condensateurs de compensas tion 8X seraientencore nécessaires ou tout au moins fort utilee.
REVENDICATIONS.
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1 - Un appareil à valves thermoioniques adapté pour opérer à des longueurs d'onde très courtes et comportant au moins un étage à très haute fréquence qui comprend des valves connectées symétriquement montées .sous des écrans ou capots métalliques qui font partie intégrante des condensateurs d'accord anodique des dites valves.
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