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PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS A DECHARGE ELECTRONIQUE.
La présente invention est relative à des perfection- nements aux appareils à décharge électronique et, plus particu- lièrement, à un résonateur à tube à vide susceptible de pro- duire de grandes quantités d?énergie à de très hautes fréquen- ces. La présente demande constitue en partie une suite à la demande de brevet déposée de 27/3/46 par la société demanderes- se pour " Tubes à fréquences ultra-élevées ".
L'un des objets de l'invention est l'obtention d'un résonateur à tube à vide de grande puissance.
L'invention prévoit également un résonateur à tube à vide susceptible de produire de plus grandes quantités d'é- nergie à de très hautes fréquences qu'antérieurement.
Un autre objet de l'invention est d'établir un réso- nateur à tube à vide, dont les capacités internes soient rela-
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tivement peu dcvces pour 1 puissance 0. laquelle e 1 tube est
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susceptible de fonctionner,
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n'invention envisage 811 outre e 1 ' o 'h t e n:; 1 a i . d'une e c a - thode annulaire de construction nouvelle.
Plus sp4ci i =.cnLer¯t, l'invention m p r É v c 1 la construc- tion d'un rësonsteur à tube vide comportant une cathode annu- laire entourée par des électrodes concentriques 0f;sl EJj)l(,nt annu- la1res, par eX8fuple une anode ou encore une grille et. une e a -
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node.
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Dans son sens J¯8 plus 1¯are, l'invention vise a 1' obtention d'un résonateur. tube u. 'vide nouveau., dans lequel la capacité entre électrodes par unité ce surface sctive entre ulechrodes est maintenue e e x 1 > r Ê:;i; eùi e n 1; f' ;.i 1,. i; 1 e L'invention sera mieux comprise d. lu lecture de In description ;:J.iW3e qui suit et fi 1 ' <> >: a;:i e i; des dessins joints qui l'J8Jrljselterlt, à titre d'exemple non limitatif, un Mode de
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mise en oeuvre de l'invention.
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La figure e est une coupe transversale verticale, ei7 perspective partielle, représentant une r;jélir-:;2ticll l;rfé.(1Úe d'un oscillateur C:;.,t'tbE; 1 vide, conforme u. des principes de 1'inventi on.
J-a figure v, est un? coupe transversale Lorusontale de li structure de 1'-' ,. t'.J<;-.':9 suivajt 1.- :- 1 1 g i,, -->--;' Le la fl1.- (';oe I, l. figure - -.' 1.,:[;1. i , : ; .+cu 0 :-?, .-1.8 r.c¯A.1, ;:;; de 7¯ m a; .. tev,¯3. t l}¯:1( il i : è. 1: c-) ':l c:- >. .. l à Je: fi Sl). l'J e :9 L< figure e est un C:¯"i:¯. ;0 Ül\'EL:':'C0 '-:iE<::¯<Lifir:3 re- présentant le A Ij Y' C Il: i t 2... d {: L rJ :L' "V, l 't. e r' C'2 de e :, '0 .s G j 11. eU:.' re# l:Jr,'-'s8-t;r.5 z.", la l'i:':;1LJ( l.
.La figure " est ur. sonéina (le :uY'.t:.y,,? analogue à celui de la figure G 14:, 11 ;-i 1:1 r.t 2j' le f: t '0."0 fonctionnant c 0..iIl un ré- su.:teL::'/ r à 1L!t.'J-excit.a1il}lJ"
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pour faire fonctionner avec succès d.es tubes à vicie de très hautes fréquences, il est bien connu qu'il est néoessai- re de maintenir un espacement étroit entre les électrodes de manière à réduire le temps de transit entre électrodes, D'autre part, les capacités entra électrodes doivent être maintenues faibles, de sorte que les circuits résonnants puissent présen- ter l'impédance nécessaire.
En conséquence, lorsque les tubes ont été perfectionnés pour fonctionner à des fréquences élevées et très élevées, la surface des éléments a été réduite pour di- minuer les capacités entre électrodes. La réduction de la sur- face de la cathode se traduit par une émission maximum et une puissance de sortie maximum faibles sous l'action d'impulsions tenais qu'une réduction de 1'.. surface de l'anode se traduis par des puissances moyennes faibles.
Toutefois, on n constaté qu'en utilis nt une canode sous la forme d'un solide de 'évolution d'un rayon relative- ment grand, mais avec une surface cathodique émettrice effective étroite, la périphérie de ladite cathode ±tant entourée par une anode annulaire convenable, on peut développer de grandes quantités d'énergie à de très hautes fréquences.
Cette possi- bilit résulte du fait que, tandis que la capacité totale entre les électrodes est augmentée, la capâ@ité par unité d'arc de la cathode est .maintenue relativement faible, ce qui provient de ce que les caractéristiques électriques par unité d'arc dépen- dent de l'épaisseur des électrodes adjacentes et de la distance qui les sépare, lesditas caractéristiques étant pratiquement indépendantes du rayon. Le tube résultant est, en fait, équi- valent à un nombre¯¯infini de tubes montés en parallèle, cnacun d'eux comportant une faible capacité unitaire entre électrodes.
Dans ce 'La paissance développée est très augm ntée, mais la capacité supplémentaire introduite ne s'ajoute pas réellement à la capacité déjà existante, étant donné que les conditions
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de sj7,n<:tr:1.e circL¯7 '...¯ ^c^, o:,.j.:t8rt en un point sur 'la circonfé- rence 11e le'J.vr-.-'"-!t ,..è-;îr rl':i(Jlll).8:r:CP sur tes C027!1'ilC,:" P'"=^1',¯;iît en UYI outre -::.¯.0 y'l"1(-'1Jn!ÎI'i(3: CU1trrji}"Ie'['Jnt" par rT îr A .1:, :..x tß G'.'-i C0rJ.1JU':: C3 :-; r, :.: 2 e ÇU1111/or'G tLt. ce.? ..¯¯.y. u:S u0î¯C2i t,¯',' Cll"r' i, dans lesquels le r Ea,y U:1 Ci.3 lu ci:L;.Jdie disposée ,)0. CEia,1^ e.;;, ^xÜ;C.u','1:1e71'W petit par :..:>:,;Jort 1; 1.z .JlJ;uGl;i1' de ?,c,,fl21,e ^LI :.0¯¯ r18, I est décrit oi-dossoun .{.:.le f)l:J.1.a 6.t1.11 tel tube ci r'tv ¯F,.
.oe:.. 'U;';... de p'j]ldf? due i?:b-va:,lt,1,;>1 inà,;l i,s-i,: 1'.:.': OI)(Jrl' tj nieS j><5-- Ce8:.ltres GUl:t15¯Ln:-"5es ci-dessus, tandis (:l'i¯j:::e jutre t'ûrn'e d'un tute du Même type est re;".('88ent'e dans la c1.Er.rc.ncie àe brevet .AE'11t1Qi1ne ci-dessus.
Le 1').Jsonsteu:t1 ?l. tube à vide j"H:'fJrés.Qté il. 18 fjc;1)11e I, coin,=;+',e une C'1ti'lo e 10 ePurJ8 ,1*1;,;e .2^etn;ll.SW.m¯t, les ccnc1it:.uns soulignées ci-dessus. Il est à noter que :1 catnode ,,>", repré- sentée d'une nani0re plus tél;aiiiàe à le figure 2, comporte une surfF.oe périphérique éuiettrioe rolativeitiert étroite Ig, dont le rayon est S 11s1CJ1C',irî?11t plus rf.X!C. vue sa dimension dans la di- rection longitudinale.
La cathode peut être portée directement de chaque côté p"r deux collerettes rabattues hartie7emPnt o- bliques 152 et 153, dont les rebords dirigés vers 1'extérieur, 166 et 167, sont à priximité maisnon au contact des rebords 164 et 165 dirigés vers l'intérieur des cathodes sauf par l'in- termédiaire de plusieurs disques métalliques 162 disposés sur une circonférence et de préférence soudés par points entre les rebords opposés.
Les disques 152 et 153 sont ,:, leur tour portés
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par une coqu.'lle cylindrique formée par les deux d;ù;1-cjri i.1?4¯res 46 et 169, reliés l'un à l'autre par l'intermédiaire des re-
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bords opposés 178 et 173- Le demi-cylindre Ie9 peut être ren- forcé par lapièce cylindrique intérieure ondulée 151 Le demi- cylindre inférieur 46 est porté par un élément 14 en forme de cuvette à l'une,de ses extrémités, élément à son tour fixé à un tube de support creux 16.
L'autre extrémité du tube 16 est
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fixée d'une manière convenable quelconque à un élément métalli- que de fermeture 17 relié à. un scellement de verre 18. Ce dernier est à son tour relié à l'élément terminal 20 auquel est fixée la tige 22 traversant le support tubulaire 16 et s'étendant vers le haut à l'intérieur des cylindres 46 et 169 pour connexion avec les filaments chauffants 24 de la cathode qui peuvent être au nombre de six montés en parallèle et espacés sur une circonfé- rence à l'intérieur de la cathode 10. L'une des extrémités de chaque filament chauffant 24 peut être reliée directement, par exemple par le conducteur 26, à un disque 162 monté à l'extré- mité de la tige 22 à l'aide d'un organe, tel que la vis 161.
La tige 22 forme alors l'une des connexions des filaments chauf- fants. L'autre extrémité desdits filaments chauffants peut être reliée par la connexion 25, à un anneau 163 fixé sur le support tubulaire 16 entre un collier rigide 174 et un collier fileté 175 vissé à l'extrémité supérieure dudit support 16, qui sert alors de seconde connexion de chauffage. Les connexions 25 et 26 s'étendent à travers des ouvertures convenables dans les cy- lindres 46 et 169. Pour augmenter encore l'efficacité thermique de la cathode, six écrans de chauffage 170 sont placés derrière chacun des éléments chauffants 24 et sont fixés au cylindre 46, par exemple 3. l'aide des équerres 171.
La construction de la cathode décrite ..;i-dessus est avantageuse à plusieurs points de vue. L'espace compris entre la cathode 10 et ses collerettes de support 152 et 153 agit comme isolement thermique évitant un chauffage excessif desdites colle- rettes et permettant la dissipation de tout excès de chaleur.
La cathode 10 est reliée électriquement aux collerettes 152 et 153 par la capacité entre les rebords opposés 164 et 167 d'une part, et 165,166 d'autre part, et directement par le disque métallique 168.
Les résonateurs 32 et 34 en forme de toroides incomplets sont disposés coaxialement avec la surface émettrice 12 de la
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cathode annulaire et sur les faces opposées de ladite cathode.
Dans la réalisation préférée de l'invention représentée, le résonateur 32 est espace des éléments cylindriques 169 et sup-
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porté par un élément en forliie c1e cuvette renversée 3G, monté a. l'extrémité d'une tige longitudinale réglable 38.
Ladite tige 38 est montre de manière à pouvoir glisser dans une ouverture
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occupant une position centraie à l'intérieur du couvercle du tube 40 et est munie sont extrémité extérieure d'un filetage convenable 42 engage par un écrou 44. 11 est clair que larota- tion de l'écrou 44 provoque un déplacement vertical vers le haut ou vers le bas de la tige 38, d'où il résulte un ajustement de la position du résonateur 32.
L'extrémité du tube est scellée
38 en dépit de laprésence de la tige Mobile longitudinal entent, à l'aide d'organes convenables, par exempled'une membrane mé-
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tallique flexible 4b fixée 6troiteiii;it à son centre autour de la tige 38 et reliée à sa périphérie à la paroi métallisé 50 du tube.
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Les résonateurs bzz et 54 for.uent de préférence le cir- cuit d'entrée à haute fréquence pour l'oscillateur , tube à vide et le oou'iage avec ls1it circuit 'oeuf tre wéalidé par une boucl convenable 51 se projietar't travers uns ouverture dans le résonateur 34. 3:zc:¯;e ru;,tcLe est portée par LUI;) ligne coaxiale e sous la forille d'uj' élément tubulaire extérieur 3.) entourant une connexion intérieure 34. Un sCellE#iWnt convenable gag obture oompl?; t ';n1tmt ltextr..':aitÜ extérieure du tube 3& et maintient en position la connexion 34.
Le tube 52 est maintenu
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eu place per rapport au résonateur / en le reliant solidement à la coquille extérieure inférieure 55 dru tl7be. elOil la forme pr férée de l'invention, en contraste avec le montage du réso- nateur ',y le résonateur couplé inférieur 34 est fixé de ornière rigide au support de cathode en fo.rme ç1e cuvette 14. Dans la l-',,'tie centrale (le a coq ille extérieure inférieure 50 est dis-
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posé un cylindre métallique 60, reliée par le cylindre de verre 62 à l'élément métallique de fermeture 17, ce qui complète le scellement de l'extrémité inférieure de l'appareil à décharge électronique.
La grille est disposée concentriquement à la cathode 10 à une distance relativement faible de la surface active 12 de la cathode et également assez près des surfaces annulaires extérieures des résonateurs 32 et 34. La grille 64 peut consis- ter en plusieurs fils 66 espacés suivant une circonférence et supportés à leur extrémité par les éléments annulaires rigides 66 et 72. Lesdits éléments annulaires peuvent etre renforcés le cas échéant, d'une part par le cylindre ondulé 156 à l'inté- rieur de la grille et d'autre part par le cylindre ondulé 158, à l'extérieur de la grille.
L'extrémité inférieure du support de grille 68 peut être rabattue en un rebord 76 relié à un an- neau de support 78 à l'aide d'organes convenables, tels que l'anneau de serrage 150 et les vis 80. L'anneau 7b est à son tour monté sur une ou plusieurs tiges 81 s'étendant à l'extérieur du tube à travers des organes tels que le cylindre 82, le tube cylindrique 84 et la capsule de fermeture 86. La tige 81 peut de cette manière servir d'entrée de courant pour la grille du tube.
Une.seconde paire de résonateurs toroidaux ouverts 88 et 90, sont espacés radialement de la grille 64 etjuxtaposés avec les résonateurs 32 et 34. Le résonateur 90 es't relié de manière rigide à la coquille extérieure inférieure92 du tube qui assure son support. A son extrémité supérieure, ledit réso- nateur 90 est muni d'un rebord 93 rabattu vers l'intérieur et supportont l'élément annulaire 94. Le résonateur supérieur 88 est fixé de manière rigide à la coquille extérieure supérieure 50 du assure son support et est muni à son extrémité inférieure d'un rebordannulaire 95 identique à 93, dirige vers l'intérieur.
Ainsi, on peut constater que le disque d'anode 94 est, en fait,
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lllnnté entre les rebords 0 'J zal des 1"¯',"i?üt'-?-71'ç>, Gt '1'Joli.,,; Jlec- trinuerent dj¯r01:ier:1811t t ii l'une des faces desdits .1'tcY.^tf',.u".;.
Les rebords \:)3 et t j 0¯'Et âne position telle que la ; ,..:'.pl.':;^7.C-' intérieure de l'anode 9/J: entoure la grille 64 et esL :OOLC8D[,riqur- J'Isc la surface active IL de 1.i catllode. L'espc:ce",P1Jt entre lui Rurfnce intérieure de l'anode et la grille :34 est. :'f;}dv- JU-',s:: petit t 1Áf orl. le désire eii J ' n..-. - u =? .7 : - 1.. , tOlJ1""O, :r1 I""\.-,;) 1. --.s cur- f:-;C8S '.:¯.i lla',5¯'t'ES irltér3¯r;Fc'CS des rI58:Jj1,te;;lY'S L(, et <'1 Z?toet cge- l <: i.i .-. r: efS,t;Lc, es ,J é, é F"L1.Pl.lo.Y'ts de -,.¯1.l.J.1r Qc; e r...-;
qu.' 8¯Je=] ç;1l,0u- :r1J.t :¯tl;ïïE;'i'lE' de :p01'LW ç;. a3te rrce0C0 peut être recueil- lie sur le ré8osteur SU à l'aide d'une boucla cOLv8uatle gg STlte.4lC'.â.;t a'J15 , ledit résoD'Àt.c1:.r lJ:3J! unn ouverture et ruoirt/e à 1t1:1t.x'lr,.ùJ" ,.y'u:1 tube <j.## FC'2^tle 8L .relié C:.E'.Ct;"7¯l'1¯el:E:t 3t à manière rigide su rE',Cr).'¯î.'','¯7-1". T':; boucle <.: Q ent relide r1.L1.1(ct.e- <; ;i à iytülN de e x e E=.:.;:7':;tilt';'¯' nu tube e 9 iJ , et C1/J autre ,,';.'.1', uitë 8C pr sente .c:-:JUC) le; forte do la C0"lé;(i.OD ICO disposée COY.1- 0E:ntriq'c,8lliont à l' .i.ntél'ic31Ú' du tube 98, et sortant u. 1'^,VeY'S un SC2li.^llÂr.,iît de verre COJïrel9::1e 10 ïe::'¯,111t l,yé::tr.:ï.. exté- rieure dudit tube 9b.
Une seconde sortie à iiauto i'X'81,?uencc peut He faire depuis le résonateur S8 à l'aide d'une boucle 176 de position opposée H. la premiare trnv8rS9rt une ouverture du résonateur et montée à l'intérieur d'un tube 125. Dans ce cas, la boucle 172 est reliée dÜOec;e1.(,:ht à l'une de ses: extrémité? au tube 1eG et son autre extrémité, sous la fiiiée de la ¯a.urexion, 177, s'étend CO.i:lG8L.triçllE:JÜJ.ent à l'intérieur du tube 183 et sort à travers un scel18ment de verre convenable &0co.
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Si l'on désire prévoir un refroidissement par ;:au de
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l'anode, on peut utiliser un dispositif tel que celui représen- té à la figure in
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Une tubulure ininterrompue partant de la boite d'entrée
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et de jonction 18" s'enroule vers l'intérieur sur la partie extérieure de la face supérieure de l'anode '94, en une spirale plate de manière à former les tubes ISO, 181, 182, se terminant dans la boite de jonction et d'évacuation 184. Une seconde tu- bulure part de la boite de jonction d'entrée 183, forme les tu- bes 190, 191, 192 et se termine également dans la boite de jonc- tion et d'évacuation 184.
Le circuit électrique à haute fréquence résultant de la construction représentée à la figure I sera mieux compris à l'examen du schéma de montage de la figure 3. En considérant tout d'abord la connexion d'entrée à haute fréquence 54 reliée à la boucle 51, on constatera que ladite connexion est couplée au résonateur 34. L'autre extrémité de la boucle 51 est reliée électriquement à l'anode 94, par l'intermédiaire du support cy- lindrique 52 et des parties 58 et 92 de la coquille du tube.
Cette même extrémité de la boucle est également reliée électri- quement au résonateur 32 à travers la coquille supérieure 50 du tube, la membrane métallique flexible 48, la tige mobile 38 et le support en forme de cuvette renversée 36.
Le résonateur 32 est couplé de manière variable à l'une de ses extrémit avec la cathode 10, en raison des capa- cités-série existant entre les parties adjacentes indiquées à la figure 3 par C 32-169 et CI53-k L'autre extrémité du réso- nateur 32 est couplée à la grille par la capacité existant entre la surface extérieure du résonateur 32 et le support entourant la grille, ladite capacité étant représentée à la figure 3 par la référence C32g .
Le résonateur d'entrée 34 est reliée d'une part à la cathode 10 à travers le support en forme de cuvette 14 et la capacité C152-K, comme décrit précédemment, et couplé d'autre part à la grille par la capacité existant entre la surface extérieure du résonateur 34 et le support en- tourant la grille immédiatement adjacent.
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Les boucles de sortie 96 et 178 sont, comme décrit
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pr:ce-.de,r2ezt, reliées chacune directement à l'une nés G-xtpé- mité.s de l'anode 94 qui forme en même temps une prise médiane entre les résonateurs 88 et 90. Les autres extrémités des bou-
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cles sont, bien entendu, reliées 8X ccr-ex-àons de sortie res- pectives 100 et 177. Les extrémités intérieures opposées des résonnateurs 88 et 90 sont couplées à,la grille par les capacités existant entre leurs surfaces intérieures respectives et les supports de grille adjacents.
Lesdites capacités sont représen-
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tées la figure g par les références respectives 0 et C 9 0 -g Le circuit oscillateur a haute fréquence est complété par les capacités internes entre électrodes indiquées à la figure 3
CPK pour la capacité entre anode et cathode
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el C pour la capacité entre grille et auode/et C 1 pour la capacoté entre grille et cathode.
Le montage simplifié à haute fréquence du tube fonc- tionnant en amplificateur à haute fréquence accordé est repré-
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santé à la figure 4, où les capacités C°-, C12-k, C 32-G C " 169' I5S- C , C8c-' ,ont St6 négligées étant donné qu'elles sont toutes effectivement court-circuitées au'c t1'08 hautes fréquences. Dans ces conditions, les résonateurs 32, 34 et, 88, 90 peuvent être considérés comme des self-inductances
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concentrées formant xesy.ectivec,c:ut des circuits oscillants en parallèle avec la capacité vrille-cathode C - et la capacité gk
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anode-grille C pg .. Les résonateurs 7,;3, 34 et Se-., DO sont ciiiiensionncs ('ce façon telle qu'ils agissent COiJ1!T'G des ré8cté1nce. in- ductives à la fréquence des ordcs prcc'uites.
Le circuit oscillant en parallèle représenté 1)2.1'1 les J:t5s0n:;t.,("rLJ":::'E 3, 34 et 10 caps- cité shunt C,,.¯ peut être accordé en fsisntu varier les dimenOl\.l8 SllUu Vglr: P8LJ., evie accord8 ..L.(?lS1..w.t -v' a:'''':L el'1 les dlill2nsions du résonateur z2, COiliwe décrit prBCtd-G'iuîleLt. Bien qu'il en résulte 06s1auant lJ.e léG6re variation de la ccuacité C 32-169' cette cerniere variation n'est pas importante et peut c'tre négli- gée aux très hautes fréquences, où ladite capacité constitue, - en fait, un court-circuit.
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Des organes additionnels susceptibles d'être aisément établis par lthomme de l'art peuvent être utilisés pour accorder les résonateurs 88 ou 90, l'un d'entre eux étant rendu réglable d'une manière analogue au résonateur 32.
Si le tube doit être utilisé en oscillateur à auto- excitation, on peut utiliser un montage tel que celui représen- té à la figure 5. Dans ce cas, l'entrée 52, 54 est reliée à la sortie 98, 100 à travers des organes tels qu'une ligne co- axiale 210, 212. La sortie de l'oscillateur à auto-excitation peut alors se faire à partir de 177, 185.
On constatera que la construction décrite ci-dessus est parfaitement adaptée à l'établissement d'un oscillateur à tube à vide de grande puissance pour très hautes fréquences.
Bien qu'une grand.e surface active entre électrodes permette la production d'une grande puissance, la largeur des surfaces efficaces de la cathode et de l'anode dans le sens longitudinal a été maintenue extrêmement faible et, en conséquence, on a évité les capacités indésirables entre lesdits éléments et la capacité résultante par unité d'arc est extrêmement petite.
En même temps, la disposition des résonateurs pour former le circuit oscillant est relativement simple et peu encombrante, et l'ajustement de l'un des résonateurs est possible, si on le désire.
Bien que l'invention ait été décrite par rapport à une réalisation particulière, il est évident que les nouveaux principes introduits par l'invention peuvent être appliqués à des tubes présentant d'autres aaractéristiques structurelles Par exemple, le principe permettant d'obtenir une grande puis- sance aux très hautes fréquences est applicable à des diodes aussi bien qu'à des triodes. Les résonateurs proprement dits peuvent présenter d'autres formes bien connues dans la techni- que et la manière dont les parties du tube sont construites
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ne présente pas d'importance particulière.
Bien qu'il ait été re- présenté une forme spéciale perfectionnée de la cathode, il est seu- lement essentiel, 'pour obtenir un fonctionnement optimum d'un oscil- lateur à tube à vide conforme à l'esprit de l'invention, que la dite cathode soit formée d'une surface périphérique extérieure efficace dont la largeur soit inférieure au rayon de la dite cathode. Une telle forme de cathode peut être désignée par l'expression cathode annulaire ou par d'autres expressions variées analogues. En outre, il est important que l'anode, ayant de préférence pratiquement la même largeur que la cathode, entoure la dite cathode concentriquement de manière à ce qu'on obtienne une capacité minimum entre électrodes avec un maximum d'énergie transmise dans l'espace actif entre élec- trodes.
L'invention est bien entendu, susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter de l'esprit de lt invention.