<Desc/Clms Page number 1>
"Dispositifs à décharge électronique". priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 13 janvier 1945, aux noms de Jack Andrew Morton et Robert Livingston Vance.
- :-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:-:
La présente invention se rapporte aux dispo- sitifs à décharge électronique et, plus particulière- ment, à des dispositifs de ce genre comportant une ou plusieurs grilles entre une cathode et une anode et spécialement aptes à fonctionner à des fréquences ultra- élevées, de l'ordre par exemple de 3.000 megacycles.
Le résultat que l'on obtient avec des dispo@i- tifs de ce genre dépend à la fois des paramètres des éléments qui limitent les régions entre les électrodes et de ceux du système de couplage ou de transfert exis- tant entre les régions entre électrodes et le circuit
<Desc/Clms Page number 2>
extérieur associé aux dispositifs.
Plus particulièrement, les caractéristiques de fonctionnement telles que le gain, la largeur de bande et le rapport signal-bruit et la limite supérieure de la gamme des fréquences de fonctionnement dépendent considérablement de la gran- deur et de l'uniformité des espacements entre la ca- thode et la grille, entre la grille et l'anode, de la finesse et de la régularité de la grille et de la gran- deur des variations, dues aux effets de la température, qui se produisent dans les rapports entre les électrodes pendant le fonctionnement du dispositif.
Les désiderata concernant les régions entre électrodes, en vue de l'ob- tention d'uni gain élevé, d'une grande largeur de bande et d'une valeur élevée du rapport signal-bruit et d'une limite élevée pour la gamme de fréquences consistent à réaliser des espacements réduits, précis et uniformes entre les électrodes et à maintenir strictement des espa- cements pendant le fonctionnement du dispositif.
Le système de couplage ou de transfert entre les régions qui existent entre les électrodes et les bornes du dispositif, à savoir les portions externes des conducteurs d'amenée à la cathode, à la grille et à l'anode, auxquels les circuits extérieurs sont connec- tés,est important du point de vue du résultat que le dispositif permet d'atteindre, du fait qu'il détermine d'une manière particulière les conditions existant à ces bornes pour des conditions quelconques existant dans les régions entre électrodes.
Autrement dit, il déter- mine, en fait, dans quelle mesure les conditions électro- niques existant dans les régions des électrodes, à l'in- térieur du dispositif, sont ou peuvent être utilisées aux bornes de ce dispositif, Ce système de couplage ou de transfert doit donc être tel que les pertes qui s'y
<Desc/Clms Page number 3>
produisent et l'effet des dites pertes sur la largeur de bande soient faibles et que, de plus, une bonne trans- formation d'impédance soit réalisée entre les régions des électrodes et les bornes externes de ces dernières.
D'une manière générale, la présente invention a pour objet d'améliorer les caractéristiques de fonc- tionnement des dispositifs à décharge électroniques et, particulièrement, de ceux de ces dispositifs qui fonc- tionnent aux fréquenoes ultra-élevées et qui comportent une grille de contrôle interposée entre une cathode et une anode.
Plus spécialement, la présente invention permet :
De réaliser un gain élevé, une grande largeur de bande et une valeur élevée du rapport signal-bruit dans les dispositifs à décharge électronique fonction- nant à fréquences ultra-élevées;
De réaliser dans ces dispositifs, des espace- ments extrêmement faibles, très précis et très uniformes entre les électrodes et spécialement entre la cathode et la grille, d'une part, et la grille et l'anode, d'autre part ;
De réduire au minimum les effets de la tempéra- ture sur les dits espacements;
De facilitera la fabrication des dispositifs à décharge électronique ayant des électrodes dont les espacements mutuels sont très faibles ;
De permettre ltutilisation à peu près complète, aux bornes externes d'un dispositif à décharge électro- nique, des caractéristiques électroniques désirables réalisées dans les régions situées entre les électrodes du dispositif; et
De réduire au minimum les pertes et les effets réactifs du transfert assuré par un système de couplage entre le courant électronique d'un dispositif à décharge;
<Desc/Clms Page number 4>
électronique et un circuit extérieur associé au dispo- sitif.
Conformément à l'invention, un dispositif à décharge électronique comprend un premier organe de support à surface d'appui plane, une cathode montée sur le dit organe de support et ayant une face dans le même plan que la dite surface d'appui, un second organe de support à surface d'appui plane, une anode montée sur ce second organe de support et ayant une face dans le même plan que la dite surface d'appui, une grille plane et des dispositifs pour espacer la dite face cathodique, la dite face anodique et la grille de telle manière qu'elles soient parallèles entre elles, les dits dispo- sitifs assurant l'espacement entre la dite grille et les surfaces d'appui du premier et du second organes de support.
Les dispositifs d'espacement peuvent consister en une plaque plane sur laquelle est montée la dite grille, plaque que l'on dispose contre la dite surface d'appui du second organe de support ainsi qu'en un or- gane d'espacement plan disposé entre une face de la dite plaque sur laquelle elle prend appui et la dite surface d'appui du premier organe de support.
De préférence, l'anode, la grille et la cathode constituent trois ensembles que l'on monte et que l'on maintient en position dans l'enveloppe du dispositif au moyen de rivets traversant les organes de support qu'ils immobilisent les uns par rapport aux autres.
Avec un tel dispositif à décharge électronique, les électrodes sont construites et arrangées de telle manière que des conditions électroniques assurant un gain élevé, une largeur notable de bande et un rapport élevé du signal au bruit soient obtenues dans les régions existant entre les électrodes et les éléments du sys- tème de couplage ou de transfert associant les électrodes.
<Desc/Clms Page number 5>
aux circuits extérieurs, les relations étant mutuellement établies de manière à affecter sans altération substan- tielle les conditions mentionnées du transfert aux bornes extérieures du dispositif.
Les surfaces des électrodes sont établies et montées de manière à réserver les espa- cement extrêmement réduits et uniformes pour les dites surfaces, ces espacements étant maintenus avec/ne grande précision pendant le fonctionnement du dispositif, et le système de couplage est construit de manière à assurer géométriquement et électriquement une transition sans heurts entre les régions des électrodes et le circuit extérieur. Dans une forme de réalisation particulière, le système est construit de manière à définir une ligne double à axe commun se terminant, à l'une de ses extré- mités, aux surfaces des électrodes et caractérisée par de faibles pertes et une faible oapacitanoe parasitaire, des effets réactifs minima pour le transfert et un impé- dance très élevée pour la région grille-anode.
L'invention va maintenant être décrite d'une manière plus détaillée en référence aux dessins joints dans lesquels :
La fig. 1 est une vue en élévation, la plupart dès éléments étant représentés en coupe, d'un dispositif à décharge électronique présentant une forme particulière indiquée à titre d'exemple;
La fig. 2 est une vue eh perspective indiquant les détails du montage de la cathode faisant partie du dispositif représenté à la fig. 1;
La fig. 3 est une vue en perspective montrant comment la grille est construite et indiquant un procédé de fabrication de ce mode de construction;
La fig. 4 est une autre vue en perspective indi- quant comment est construit l'organe qui maintient l'espa- cement entre la cathode et la grille ;
<Desc/Clms Page number 6>
La fig. 5 est une vue de détail indiquant en perspective l'anneau de retenue et l'organe élastique qui y est associé et qui font partie de 1'ensemble repré- senté à la fig. 1;
La fig. 6 est une vue fragmentaire en coupe, agrandie, indiquant le détail du condensateur formé dans le dispositif représenté à la fig. 1; et
La fig.7 est une vue de détail, en coupe, re- présentant une variante de l'ensemble anodique.
Le dispositif à décharge électronique représen- té à la fig. 1 comporte une enveloppe dans laquelle on réalise un vide poussé et comprenant une base 10 à travers laquelle passent une série de conducteurs d'ame- née 11 qui sont scellés hermétiquement dans la base au moyen de grains vitreux 12. L'enveloppe comporte également une portion cylindrique 13 en métal avec une bride scel- lée à la base 10 par soudure ou brasure, l'extrémité opposée à la bride étant fermée en partie au moyen d'un @@ diélectrique, par exemple au moyen d'un disque 14 en verre ou en matière céramique 1 hermétiquement scellé à la portion cylindrique 13 le long des surfaces jointives 15 au moyen d'une substance métallique ou vitreuse.
A l'intérieur de l'enveloppe est monté un ensem- ble formé d'électrodes et comportant un organe cylindri- que 16 à bride, fait en métal, auquel est fixé un diaphrag- me métallique annulaire 17 à ondulations concentriques, le dit diaphragme pouvant avantageusement être fait en une matière telle que l"Invar" ayant un très faible coefficient de dilatation et de conduction thermique.
L'organe cylindrique 16 est revêtu d'une mince couche 18 de glaçure ou matière céramique portant elle-même un mince revêtement métallique 19, en argent par exemple.
Le diamètre extérieur du revêtement 19 est tel qu'il s'applique hermétiquement sur la paroi intérieure de la
<Desc/Clms Page number 7>
portion cylindrique 13 de l'enveloppe. L'organe oylindri- que 16, le revêtement 18 et la portion 13 forment un condensateur cylindrique dont le rôle sera indiqué plus loin.
Prenant appui sur le diaphragme 17 se trouve un disque 20 en matière isolante qui sera avantageuse- ment une matière céramique, et qui supporte la monture de la cathode, ainsi que le représente clairement la fig.
2, avec un disque métallique 21; en platine par exemple, une tige 22, en molybdène par exemple fixée d'une manière appropriée au disque 21, ayant une tête large 23, et un disque 24, en nickel, par exemple, soudé sur la tête 23.
Au cours de la fabrication de l'ensemble cathodique, le disque 21 est moulé dans le disque 20 et les surfaces 25 et 26 appartenant respectivement au disque isolant 20 et au disque cathodique 24, sont aplanies simultané- ment au moyen d'un abrasif approprié, du carbure de silicium, afin de se trouver exactement dans le même plan avec une tolérance de 0,005 mm par exemple, et on applique ensuite une matière thermionique sur la surface aplanie @6 de manière à former un revêtement d'épaisseur déterminée et uniforme, de l'ordre de 0,127 à 0,0254 mm.
Le bloc cathodique comporte également un élé- ment cylindrique 27 constituant un écran thermique relié au disque 21 et à un organe cylindrique 28 en métal placé au-dessous du diaphragme 17. La tige cathodique 22 est entourée d'un filement de chauffage 29 enroulé en hélice, par exemple un fil de tungstène revêtu d'une matière isolante dont les extrémités sont reliées aux conducteurs 30, eux-mêmes reliés à certains des conduc- teurs d'amenée 11. Les conducteurs 30 supportent un écran thermique 31 en-métal, agissant par réflexion, qui présente des ouvertures assez larges pour livrer passage aux dits conducteurs et qui est monté sur un
<Desc/Clms Page number 8>
support 32 prenant appui sur la base 10.
Faisant face à la surface cathodique 24 munie d'un revêtement, et parallèle à la dite surface, se trouve une grille 33 constituée par des fils sensiblement parallèles et disposés dans un même plan, fils qui sont fixés sur une plaque 34 en molybdène par exemple et qui s'étendent en travers d'une ouverture circulaire 35 ménagée dans la plaque. Comme le représente la fig.5, on forme la grille 33 en enroulant un fil fin, par exem- ple un fil de tungstène de 0,008 mm à raison de 40 tours par mm, sur une paire de plaques34 ayant par exemple, une épaisseur de l'ordre de 0,125 à 0,250 mm séparées par un organe d'espacement approprié 36.
Après avoir été enroulés, les fils constituant la grille sont fixés aux plaques, par exemple par brasure à l'or dans une atmos- phère d'hydrogène, le long des bords 37 des plaques, puis coupés au voisinage de ces bords de manière à former deux éléments de grille. Pendant l'enroulement de la grille, le fil est maintenu sous tension constante en vue de faciliter la réalisation de l'uniformité de l'en- roulement et des conditions qui permettent de fixer les fils par brasage. Après que le brasage a été effectuée on forme à la presse, dans la plaque 34, des dépres- sions incurvées de manière à tendre le fil de grille à peu près à 20 ou 30% de sa limite de rupture.
On réalise ainsi une tension uniforme des divers fils de grille, tension qui est constante et à laquelle on peut donner une valeur déterminée, Dans l'ensemble terminé, les fils de grille sont continuellement sous tension et maintenus parallèles, dans un même plan, en dépit des variations de température qui se produisent dans les fils au cours du fonctionnement du dispositif dont la grille fait partie.
La plaque 34 prend appui sur un organe annu- laire d'espacement 38 en métal, l'ouverture 35 étant en alignement avec l'axe du disque cathodique 24, la surface @
<Desc/Clms Page number 9>
de la plaque sur laquelle reposent les fils de grille étant tournée vers le disque cathodique 24, en sorte que l'espacement entre la cathode et la grille est égal à la différence, entre l'épaisseur de l'organe d'espacement 38 et l'épaisseur du revêtement thermionique existant sur la surface aplanie du support 20 de la cathode.
L'organe d'espacement 58 présente une ondulation annulaire dans laquelle est fixé un anneau métallique 39 formant canal, la fixation étant assurée par une bague 40 de matière à souder ou à braser, la surface intérieure de l'anneau 39 étant étamée pour une raison qui apparaitra plus loin. L'organe d'espacement 38 comporte également une série de douilles 41 dirigées vers le bas'et se prolongeant dans des ouvertures 42 du disque 20 en ma- tière céramique, l'une seulement des dites ouvertures étant représentée au dessin. Ces douilles agissent de manière à éviter les fuites d'énergie de haute fréquence par les trous pratiqués dans les plaques de grille, entre la région de sortie et la région d'entrée.
Prenant appui sur la plaque de grille 34 se trouve un support anodique 43 en forme de cuvette, fait en une matière isolante, par exemple une matière cérami- que, dans laquelle l'anode 44, faite par exemple en acier inoxydable ou en enivre, est fixée. La surface inférieure de l'anode, figure 1, et la surface annulaire du support 43 sont aplanies simultanément au moyen d'un abrasif approprié tel que du carbure de silicium, de telle manière qu'elles soient dans le même plan, en sorte que l'espace- ment entre l'anode et la grille se trouve déterminé par l'épaisseur de la plaque 34 de grille. L'anode est munie d'un prolongement 45 qui vient se loger dans un évidement formé dans l'extrémité intérieure fendue d'un conducteur d'amenée 46 étamé intérieurement, comme indiqué en 52.
Le conducteur 46 est scellé dans un organe isolant 47 en matière céramique ou en verre, par exemple, le long
<Desc/Clms Page number 10>
jointives, en 49/ /et l'organe 47, à son tour,est scellé,le long des surfaces des surfaces jointives, en 48,la un conducteur cylindrique d'amenée 50 dont l'axe coïncide avec celui du conducteur 46 et qui est lui-même scellé au disque 14 fait en verre ou en matière céramique, le long des surfaces jointives, en 51.
La cathode, l'anode et la grille sont montées de manière à former un ensemble qui comprend également un corps isolant 53, par exemple en matière céramique, dans lequel les éléments sont assujettis les uns aux autres, empilés de telle matnière que leurs axes coin- cident, grâce à un certain nombre (trois par exemple) de tiges 54 en matière céramique, comportant des grains 55 en matière vitreuse fondus à leurs extrémités, les tiges traversant les divers éléments. Les grains 55 situés à l'une des extrémités de l'ensemble, prennent appui sur le support 43 de l'anode; les grains 55 situés à l'autre extrémité de l'ensemble sont fondus dans des douilles à 56 fixées à un anneau de retenue 57 en métal, représenté clairement à la fig. 5, et qui vient prendre appui sur un ressort métallique incurvé 58, prenant lui-même appui sur le copps 53.
Pour la fabrication du dispositif, le cylindre 13, les conducteurs 46 et 50 et les disses 14 et 47 en verre ou en matière céramique sont montés de manière à former un élément unique. L'élément d'électrode antérieu- rement décrit et comprenant le cylindre 16 et les revê- tements 18 et 19 y appliqués est inséré dans le cylindre 13 de telle manière que le conducteur 50 vienne se loger dans l'anneau 39 en forme de canal et que le prolongement 55 de l'anode pénètre dans le conducteur 46.
En chauffant à une température appropriée, on fixe par soudure le con- ducteur 50 dans l'anneau 39 en forme de canal, dont la surface intérieure a été étamée, ainsi qu'on l'a indiqué plus haut, et le prolongement 45 se fixe par soudure au
<Desc/Clms Page number 11>
conducteur 46. Un troisième ensemble, comprenant la base 10, l'écran thermique 31 agissant par réflexion et le filament de chauffage 29 est alors inséré dans le cylin- dre 13 et on soelle la bride du cylindre 13 à la base 10 par soudure ou brasure.
On peut faire le vide dans l'enveloppe grâce à une tubulure d'évacuation 59 qui se prolonge depuis la base 10. Un getter supporté par un fil 60 relié à deux des conducteurs d'amenée 11 peut être prévu et on le fait brûler au cours du traitement destiné à faire le vide dans le dispositif. Pour permettre le dégazage, des éléments internes de l'ensemble des électrodes, on prévoit des rainures 70, 74 et 75 s'étendant radialement et respectivement dans le support 20 de la cathode, dans le support 43 de l'anode et dans l'isolateur de base 53, ainsi que des orifices 71 et 72 pratiqués respectivement dans le disque 21 et dans le support 43 de l'anode. Des orifices 73 peuvent également être prévus dans le conduc- teur d'amenée 50 de la grille.
Electriquement, l'anode et la grille forment des surfaces planes parallèles d'électrodes aux extré- mités de la ligne à donducteurs coaxiaux constitués par les conducteurs 46 et 50. La surface effective de la cathode est parallèle à l'anode et à la grille et est connectée conductivement au cylindre 16 lui-même connecté à l'un des conducteurs d'amenée 11 par un fil d'ancrage 61. Dans le cas des courants alternatifs, la cathode est connectée au cylindre 13 dont l'axe coïncide avec l'axe commun des conducteurs 46 et 50, par le oondensateur formé par les cylindres 13 et 16 et le revêtement diélec- trique 18. On obtient ainsi des systèmes d'entrée et de sortie ayant même axe et se terminant par des surfaces planes et parallèles d'électrodes.
En raison du mode de construction et d'assem-
<Desc/Clms Page number 12>
blage des électrodes qui vient dtêtre décrit, on se rend compte que l'on obtient un parallélisme précis des surfaces des électrodes et que ce parallélisme est main- tenu au cours du fonctionnement du dispositif.
De plus, on réalise des espacements extrêmement faibles entre électrodes, de l'ordre, par exemple, de 0,0125 à 0,025 mm entre la cathode et la grille et de l'ordre de 0,125 à 0,25 entre la grille et l'anode; il s'ensuit que les durées de transmission électronique sont réduites au minimum et que l'on obtient une transconductance élevée, ainsi qu'un bon rapport du signal au bruit et une bonne largeur de bande;
Ainsi qu'il a été indiqué antérieurement, le couplage entre le courant électronique et le circuit extérieur présente une importance capitale pour la dé- termination du résultat que l'on peut obtenir du dispo- sitif.
Dans le dispositif qui a été décrit, les para- mètres des éléments constituant ce couplage sont dans des rapports mutuels tels qu'on obtient un résultat optimum pour toute la gamme de fonctionnement, spéciale- ment pour les fréquences qui correspondent à la région des microondes. Il convient de noter qu'en raison de la coïndidence des axes du cylindre 13 et des conducteurs 46 et 50, du parallélisme des surfaces planes des élec- trodes et de la forme et de la relation des connexions entre les électrodes et les conducteurs, on obtient une transition douce, géométriquement et électriquement, entre les espaces ménagés entre les électrodes et une double ligne externe coaxiale couplée aux conducteurs 13, 46 et 50 à axes confondus.
De plus; étant donné que le diamètre du conducteur 46 associé à l'anode est fai- ble en comparaison de c&lui du conducteur 50 associé à la grille, l'impédance concentrée de la région grille- anode est très élevée. Egalement, en raison de la forme et de la quasi-égalité des diamètres des électrodes
<Desc/Clms Page number 13>
et des éléments avec lesquels les dites électrodes sont montées les capacitances parasitaires sont extrêmement faibles. De plus, les organes 14 et 47 peuvent être pla- cés sensiblement en des points de dispersion maximum des systèmes cathode-grille et grille-anode, ce.qui réduit au minimum les pertes et les effets réactifs de transmission dans certains intervalles particuliers de la gamme de fréquences.
Un autre mode de montage de l'anode, pouvant être utilisé dans le dispositif représenté à la f ig. 1, est indiqué à la fig. 7 et comprend un support 62 en matière céramique dans lequel un disque 65 est enrobé, par exemple par moulage. Le disque supporte une tige 64 à laquelle est fixé un disque d'anode 65, en zirco- nium par exemple. Les surfaces 66 et 67 appartenant res- pectivement au disque d'anode 65 et au support 62 sont aplanies ensemble, afin qu'elles soient dans un même plan.
Bien qu'une forme d'exécution particulière de l'invention ait été représentée et décrite, il doit être entendu que cette forme n'est citée qu'à titre d'exemple et qu'on peut y apporter maintes modifications sans s'écarter pour cela de la portée et de l'esprit de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.