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DISPOSITIFS POUR L'AMPLIFICATION DES ONDES ELECTRO-
MAGNETIQUES.
L'invention se rapporte d'une part à des dispositifs amplificateurs pour ondes électromagnétiques, et d'autre part à des systèmes électriques de communication utilisant de tels amplificateurs.
Suivant un des faits caractéristiques de l'invention, un amplificateur thermoionique pour ondes électromagnétiques comprend une série d'électrodes s'étendant dans la direction de la propagation des ondes.
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Suivant un autre fait caractéristique de l'invention, un am- plificateur thermoionique pour ondes à hautes fréquences possède des électrodes ayant chacune une longueur considérable, comparativement à la longueur des ondes devant être amplifiées.
On a aussi prévu un système de communication qui comprend un amplificateur thermoionique formé en partie d'un système de conducteurs concentriques, et dont les électrodes s'étendent ooaxia- lement avec les dits conducteurs du système.
Suivant encore un autre fait caractéristique de l'invention, un système électrique de communication comprend un tube à vide ayant trois électrodes coaxiales, une paire de conducteurs concentriques ooaxiaux avec le tube et connectés à une des extrémités du tube à une paire de dites électrodes, et une paire de conducteurs ooncentriques semblables, aussi coaxiaux avec le tube, et connectés à 1' autre paire des dites électrodes.
L'invention est mieux comprise de la description suivante basée sur les dessins ci-joints. Sur ceux-ci :
La figure 1 montre une section longitudinale d'un tube à vide à trois électrodes intercalé dans un système à conducteurs concentriques et établi conformément à l'invention.
La figure 2 est une section transversale faite suivant la ligne 2 de la figure 1.
Les figures 3 et 4 sont des diagrammes vectoriels qui servent à l'exposé des principes sur lesquels repose l'invention.
Les figures 5 et 6 représentent des sections longitudinales très schématiques de l'appareil des figures 1 et 2 donnant les formes des ondes, et qui servent à expliquer le fonctionnement du système.
La figure 7 donne une section longitudinale délai, liée, montrant certains changements permettant l'emploi d'une oathode chauffée indirectement au lieu d'une cathode chauffée directement comme dans le cas de la figure 1.
Suivant la figure 1, le système à conducteurs ooncentriques,comprenant le conducteur axial 12 et le conducteur extérieur ou enveloppe
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11, sert à transmettre des courants à hautes fréquences de gauche à droite. Les dispositifs émetteurs de ce système sont indiqués en 11' et 12'à la droite de la figure. Un tube à vide à trois électrodes comprend une enveloppe métallique extérieure ou anode 13 fermée à gauche par la glace scellée 14 et à droite par une gla -ce soellée 14' ainsi que par la paroi d'extrémité 16'. Une grille 15, pourvue de rainures longitudinales très rapprochées et relativement longues, est disposée coaxialement par rapport à l'enveloppe,et se termine à gauche par un rebord annulaire plan 16 opposé à un rebord semblable 17 prévu à l'extrémité de l'enveloppe ou conducteur extérieur 11.
Ces deux rebords 16 et 17 peuvent être considérés com -me constituant les plaques d'un condensateur, de telle sorte qu'en vertu des courants de déplacement entre eux, il y a continuité éleo -trique entre l'enveloppe 11 et la grille 15.
Près de l'axe du tube: s'étend un filament-cathode 18 en forme d' épingle à cheveu, dont les deux extrémités libres sont situées à gauche, tandis que l'extrémité recourbée est placée à droite en 12'.
A l'extrémité de droite du dispositif, la grille 15 s'étend au delà de la paroi en verre 14' sur une partie 15' non perforée qui se termine par la paroi 16'. Un disque 19 est placé parallèlement à cette paroi 16' et de son bord part une partie conique 30 du conducteur extérieur qui se termina- en un conducteur axial 12' faisant partie du système à conducteurs concentriques s'étendant à droite de la figure.
La paroi 16' et le disque 19 constituent les plaques d'un condensateur, offrant une continuité électrique réelle de la grille vers le conducteur axial 12'.
Le circuit de la batterie 21 fournit le courant de chauffe voulu à la oathode 18 à travers l'inductance 22. Le conducteur axial 12 venant de gauche est relié conductivement à la cathode-filament 18 en 20. La batterie 24, alimentant le circuit anode, est connectée à la cathode à travers l'inductance 22, et à l'anode en 13'. Il y a aussi une batterie 23 fournissant le potentiel de biais à la grille, et qui est connectée de la manière habituelle.
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L'enveloppe ou anode 13 se termina vers la gauche par une partie ouverte 25 qui contient un cylindre court 26 légèrement espacé de la partie 25. Ce cylindre 26 est connecté à la grille 15 par un anneau 27 de matière formant résistance. Les parties 25 et 26 oonsti -tuent les plaques d'un condensateur, et offrent avec la résistance 27 une connexion capacité-résistance entre la grille 15 et l'anode 13
A droite du dispositif est une tige conductrice axiale 12''' de courte longueur et reliée électriquement avec l'extrémité reoourbée du filament 18 en épingle à cheveu. Une courte enveloppe cylindrique 26', légèrement espacée de l'enveloppe 15', est placée dans celleoi et entoure le conducteur 12''', les enveloppes 15' et 26' constituant les plaques d'un condensateur.
Un anneau 27', de matière formant résistance, relie le conducteur 12''' à la plaque 26'. De cette manière les éléments 15', 26', 27', 12''' constituent un pont capaci -té-résistance entre la grille 15 et la cathode-filament 18.
L'enveloppe anode 13 se termine à droite par un rebord annulaire plan 28 s'étendant extérieurement et placé très près d'un anneau sem -blable 29 qui termine une enveloppe 31 de forme conique, cette enveloppe conique aboutissant à l'enveloppe extérieure 11' du système à conducteurs concentriques se prolongeant vers la droite.
La longueur du tube 13, entre les plaques de verre 14 et 14',est considérable comparée à l'onde la plus grande devant être amplifiée dans le système à conducteurs concentriques. Dans certains cas la longueur du tube peut être de plusieurs longueurs d'onde. L'onde entrant dans le tube par sa partie gauche,peut être supposée représentée par des lignes de force radiales ayant leurs extrémités intérieures sur le conducteur axial 12 et leurs extrémités extérieures sur la face intérieure de l'enveloppe cylindrique 11, ces lignes de force étant alternativement dirigées vers l'extérieur et vers l'intérieur quand elles se déplacent le long du système à un certain moment, mais toutes se meuvent avec la vitesse de transmission de gauche à droite.
II ya virtuellement une connexion électrique continue de l'enveloppe
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11 à la grille 15 à travers le condensateur 17-16, de sorte que les ondes de lignes de force continuent leur progression dans le tube @bide, leurs extrémités intérieures parcourant le filament cathode 18 et leurs extrémités extérieures la grille 15. Une courte longueur quelconque du tube à vide, telle que celle comprise entre les lignes 2 et 2' de la figure 1, peut être regardée comme for -mant un tube à vide ordinaire complet. En l'absence d'ondes reçues, il y aura un flux oonstant d'électrons du filament cathode 18 à la plaque 13 à travers les ouvertures de la grille 15.
Quand des ondes passent à travers le segment 2-2', la densité de ce flux s'accroît ou diminue suivant la direction des lignes de force de ces ondes.
De cette manière, les ondes reçues déterminent des ondes de départ amplifiées dans le système à conducteurs concentriques dont le oonducteur axial est la grille 15 et le conducteur enveloppe est l'ano -de 13. Ces ondes de sortie passent des conducteurs 15, 13 à travers les connexions 16'- 19 et 28-29 vers la paire de conducteurs ooniques 30-31,puis de là au conducteur axial normal 12' et au conduc- teur enveloppe 11' du système à conducteurs concentriques de départ prévu à droite de la figure.
Un changement élémentaire queloonque du courant anode dans le segment 2-2' du tube tend à créer une perturbation se dirigeant à la fois vers la droite et vers la gauche. En un point particulier quelconque sur la droite, les éléments d'onde venant de gauche tendent à s'ajouter comme des veoteurs, ainsi qu'il est montré figure 3. D'autre part, en un point particulier quelconque de gauche, les éléments d'ondes tendent à s'ajouter comme des vecteurs,ainsi qu'il est montré par le diagramme de la figure 4. Cela est en concordance avec la théorie bien connue de la transmission des ondes. Dès lors, en grande partie, sinon entièrement, les ondes reçues venant de gauohe déterminent une perturbation d'onde très faible allant vers la gauche, mais seront amplifiées vers la droite.
La oonnexion capacité 25-26 et la résistance 27 interposées en série l'une à l'autre à gau -che comme un pont, entre les conducteurs 15 et 13, offrent une
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terminaison impédance convenable,de manière que pour autant qu'il se crée une transmission d'onde vers la gauche, celle-ci sera pratiquement absorbée par cette connexion dérivée.
Comme l'onde reçue de gauche passe avec ses lignes de force radiales s'étendant entre le filament-cathode et la grille 15, son énergie est graduellement absorbée dans les réactions qu'il rencontre et par laquelle le courant anode varie pour donner une reproduo- tion amplifiée. Toute l'énergie que l'onde reçue peut retenir quand elle atteint l'extrémité gauche du tube est appliquée sur le pont formé par le condensateur 15' -26' et la résistance 27'. Cela consiste à offrir une terminaison impédance convenable de manière que l'énergie de l'onde résiduelle soit absorbée et non réfléchie.
La figure 5 est une représentation très schématique du disposi -tif de la figure 1, les pièces correspondantes étant désignées par les mêmes chiffres de référence. La grille et l'anode sont seulement représentées d'un o8té de la oathode au lieu de l'être des deux côtés comme sur la figure 1. La ligne sinusoidale 32 tracée sur la ligne 15, représentant la grille et prise comme axe, indique les ondes de force électromotrice reçues entre la cathode 18 et la grille 15. Aux arêtes de ces ondes, dans la ligne 32, le flux d'électrons radial normal de la cathode 18 à travers la grille 15 est accru.
Cela est indiqué par la surface ombrée 33' indiquée sous chaque créte.Com- me l'onde se meut vers la droite, le flux d'électrons se meut radialement de sorte que dans chaque arête sera entraîné un flux incliné 33 d'électrons, les électrons individuels se meuvent radialement ain -si qu'il est indiqué par la fl@che 34, mais la région de densité ao -crue, c. à.d. le flux 33, se meut vers la droite, ainsi qu'il est indiqué par la flèche 35.
Dans l'appareil montré sur les figures 1 et 5,le mouvement des électrons individuels n'est pas purement oscillatoire. Il y a une traction des électrons imposée par la batterie de plaque 24. Ce mouvement radial continu consiste en une intensité constante,déterminée
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par la batterie plaque, et en une intensité oscillatoire superposée déterminée par les ondes reçues. La résultante est une in -tensité à fluctuations, Bien que l'attraotion radiale des électrons n'a pas lieu plus loin, à droite, que la paroi en verre 14', ses fluctuations en ce point produisent des ondes électromagnétiques qui se continuent à droite entre les conducteurs 30 et 31, puis entre les conducteurs 12' et 11'.
Le tube peut fonctionner d'une manière quelquepeu différente, ainsi qu'il est indiqué figure 6. Tandis que dans les figures 1 et 5 la grille est modérément négative et l'anode fortement posi -tive, dans l'arrangement de la figure 6 la grille est fortement positive et -l'anode est modérément négative. A l'extrémité d'entrée de gauche, les conducteurs concentriques sont connectés à la cathode 18 en 20 et à l'anode 13 en 11'', un pont impédance, de capacité 15" - 26' et de résistance 27'', étant prévu entre les extrémités gauches de la cathode 18 et de la grille 15.A l'extrémité droite, la grille 15 est connectée au conducteur concentrique extérieur 11', et la cathode 18 est connectée à travers un conden- sateur 16'' -19'' au conducteur extérieur 12'.
Une impédance de capacité 13'-26" et de résistance 27''' est branchée à droite en -tre la cathode 18 et l'anode 13. En l'absence d'onde arrivant de gauche,les chemins pour électrons sont ceux indiqués par la flèohe 36, c'est-à-dire que les électrons fournis par la cathode 18 sont accélérés radialement par la grille positive 15,sont projetés à travers les ouvertures de cette grille, mais sont encore soumis à une attraction de retour par la grille positive 15 et à une répulsion coopérante de la plaque négative 13, de sorte qu'ils reviennent, ainsi qu'il est montré par la flèche 36.
Cette action au -ra lieu tout le long du tube quand il n'y a aucune onde reçue,et sera intensifiée automatiquement par les ondes reçues,de sorte qu' elles établissent une onde amplifiée le long du tube de manière à fournir des ondes de départ amplifiées. Quand les crêtes positives de l'onde de grille 32 ont lieu, la densité d'électrons dans 1'
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espace compris entre la grille 15 et l'anode 13 sera plus grande que celle existant à l'état normal où auoune onde n'est reçue,et si les crêtes négatives ont lieu, la densité sera moindre qu'en temps normal.
Les figures 1 à 5 montrent un dispositif à cathode chauffée directement. Dans le cas d'une cathode chauffée indirectement,des modifications convenables, telles que celles indiquées figure 7, doivent être réalisées.
Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus,une courte section du tube à vide allongé décrit ici,peut être considérée comme l'équiva -lent d'un tube à vide conventionnel à trois éléments. Des grilles ou éléments additionnels utilisés dans la pratique ordinaire dans un but de protection ou autre, peuvent être appliqués au type envisagé.