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DISPOSITIFS A DECHARGE ELECTRONIQUE
La présente invention se rapporte à des dispositifs à dé- charge électronique, à leurs montages et, plus particulièrement, à ceux de ces appareils qui sont agencés en vue d'un fonctionnement aux très hautes fréquences. Elle a notamment pour objet l'améliora- tion du fonctionnement, l'augmentation de la fréquence et celle de la puissance de sortie auxquelles lesdits dispositifs peuvent fonc- tionner de façon efficace. Un autre objet de l'invention est l'ob- tention d'un mode de construction simple, peu encombrant et per- mettant d'obtenir un bon rendement. Un objet additionnel est l'ob- tention d'une forme perfectionnée de tels dispositifs, susceptible de s'adapter au fonctionnement avec des lignes coaxiales.
On a antérieurement proposé des tubes à vide comportant des montages de résonateurs creux, disposés de manière à entrer en résonance aux très hautes fréquences. A ces fréquences, pour éviter
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la production de self-induction et de capacité répartie importantes, on doit faire les électrodes de petite dimension, pour qu'un trans- fert d'énergie notable à très haute fréquence puisse avoir lieu de façon efficace sur la surface desdites électrodes.
De plus, il est à désirer que l'impédance électrique des éléments de couplage des circuits résonnants aux électrodes du tube soit faible, pour réduire les pertes d'énergie dans ladite impédance. conformément à certaines caractéristiques de l'invention, il est prévu une disposition symétrique, peu encombrante, des éléments constituant le tube et les circuits à résonateurs creux, réduisant la dimension effective des électrodes à la moitié de sa valeur nor- male et permettant ainsi une importante énergie de sortie à une fré- quence très élevée. Une caractéristique particulière est la disposi- tion des résonateurs creux symétriquement par rapport à, la partie milieu des électrodes, de façon telle que le tube fonctionne comme deux tubes qui seraient disposés de part et d'autre de la partie mi- lieu.
Une caractéristique additionnelle est une-forme des électrodes et du tube telle que deux circuits résonnants séparés puissent être constitués entre grille et anode et deux autres organes d'accord entre les circuits de cathode et de grille. De cette manière, on peut obtenir d'un tube un fonctionnement équivalent à celui de deux, ainsi qu'une augmentation de puissance et de fréquence de fonction- nement.
D'autres objets et caractéristiques de l'invention appa- raîtront aux techniciens à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessins joints qui en représentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, un mode de réalisation et une va- riante .
La figure 1 représente en coupe verticale partielle un dispositif à décharge électronique et les circuits qui lui sont as- sociés, conformément à certaines caractéristiques de l'invention.
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La figure 2 est une coupe partielle suivant la droite 2-2 de la figure 1 .
La figure 3 est une variante de détail du dispositif de la figure 1 .
Le dispositif représenté aux dessins est une simple triode, dont la connexion d'entrée est disposée de la manière à pouvoir être aisément reliée à une ligne de transmission coaxiale. La disposition employée permet encore de prévoir deux cavités résonnantes, entre la grille et l'anode et entre la cathode et la grille. Le tube tel que représenté comporte une cathode 10 en hélice double entourée concen- triquement par une grille 11 et par une anode 12 . En vue d'appli- quer à la cathode 10 la tension de chauffage symétriquement par rap- port à son axe, un conducteur d'entrée rigide 13 est connecté de façon rigide à l'une des extrémités de la cathode 10 ( à droite sur le dessin ) . Le conducteur d'entrée 13 sert ainsi à supporter cette extrémité de la cathode.
Les autres extrémités des hélices' formant la cathode sont supportées par deux autres conducteurs d'en- trée rigides 14. 15. et tous les conducteurs d'entrée de cathode 13. 14. 15. sortent de l'enveloppe étanche du dispositif à travers un pied de verre 16 .
La grille 11 comporte un certain nombre de tiges ou de fils s'étendant longitudinalement ( voir également figure 2 ) fixés à l'une de leurs extrémités à un collier 17 et à l'autre extrémité à un soufflet 18 Grâce à cette disposition, les variations de lon- gueur de la grille dues à l'échauffement qui se produit en fonction- nement peuvent être absorbées par le dispositif, sans déplacement de la grille par rapport à la cathode 10 et à l'anode 12, ce qui nuirait au fonctionnement du dispositif. pour permettre l'établisse- ment de connexion à la grille des deux côtés de l'anode, il est pré- vu deux organes d'entrée de courant annulaires 19 et 20 . Lesdits organes 19 et 20 comportent des collerettes longitudinales 19' et
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20' aidant à. leur scellement dans des parties isolantes de l'enve- loppe.
A l'extrémité du dispositif où la grille est maintenue fixée, le collier 17 est muni d'un flasque s'étendant radialement 21, au moyen duquel le collier 17 est fixé rigidement par vissage d'un an- nea,u 22 et dudit flasque 21 sur l'organe annulaire 19 .
Comme mentionné ci-dessus, l'autre extrémité de la grille 11 est connectée à l'organe annulaire 20 à travers un soufflet 18 .
Le but du soufflet 18 est d'absorber relativement aisément les varia- tions de longueur de la, grille en cours de fonctionnement. Ledit soufflet constitue également une surface conductrice très efficace pour la connexion directe sur l'organe annulaire 20 . En conséquence, il est préférable que le soufflet 18 présente la résistance la plus faible possible aux variations de longueur de la grille et qu'il soit de métal très mince. Si on le désire, la disposition de tous les éléments de la grille 11 peut être maintenue de manière encore plus ferme au moyen d'organes élastiques 23, à l'intérieur du soufflet 18, par lesquels les fils de la, grille 11 sont maintenus constamment sous une certaine tension.
Il est à noter que la. disposition jusqu'à présent décrite permet de prévoir une entrée de courant additionnelle 24 pour le point milieu de la cathode 10 . Grâce à cette disposition particu- lière, l'énergie de sortie de cathode peut être recueillie symétri- quement, au point de vue de la haute fréquence, comme c'est le cas en ce qui concerne les connexions de grille. Comme l'entrée de cou- rant 13, supportant le point milieu de la cathode 10 peut se dilater par suite de l'échauffement en fonctionnement, il est préférable que l'entrée de courant 24 comporte une partie flexible ( par exemple toronnée ) ce qui permet d'éviter le développement de tensions mé- caniques pendant le fonctionnement.
L'anode 12 a une surface de fonctionnement relativement dé- veloppée, entourant concentriquement la grille 11 et s'étendant sur
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une distance notable le long de ladite grille. Sous la forme repré- sentée, l'anode 12 comporte encore des collerettes 12', semblables aux collerettes 19' et 20' des organes annulaires d'entrée de cou- rant de grille. De la sorte, la partie du dispositif à décharge dans laquelle on fait le vide comporte le pied 16, l'organe d'entrée de courant annulaire de grille 19, la bague isolante 25, fixée aux col- lerettes 19' et 12', l'anode 12, une autre bague isolante 26, fixée aux collerettes 12' et 20', le conducteur d'entrée de grille 20 et un autre pied 27, scellé à l'autre collerette 20', comme on le com- prendra.
On voit que le mode de construction ci-dessus décrit en vue de son utilisation en combinaison avec des lignes de transmission coaxiales et des circuits résonnants du type des lignes de transmis- sion est relativement simple. Sous la forme représentée, une ligne concentrique consituée par trois cylindres 28.29. 30. peut être connectée à une extrémité du tube et une autre ligne concentrique, comportant les conducteurs tubulaires 31. 32. 33. peut être connec- tée à son autre extrémité. Les lignes 28 et 31 sont représentées di- rectement connectées à l'anode 12, les lignes 29 et 32 directement connectées aux conducteurs d'entrée de courant de grille 20 et 19 respectivement, et les lignes 30 et 33, avec leurs plaques terminales 34 et 35, sont prévues pour assurer une connexion symétrique au point milieu de la cathode 10 .
On a représenté le condensateur shunt 44,45, reliant les extrémités extérieures de l'entrée de cou- rant de cathode 14 et de l'entrée de courant 15 à la ligne de cathode 33 .
Si on le désire, des organes d'accord peuvent être prévus, afin de permettre l'accord d'un quelconque des circuits grille-anode et cathode-grille décrits. Sous la forme représentée, un côté du circuit grille-anode peut être accordé au moyen des éléments d'accord capacitaires 36. 37. et l'autre côté,'au moyen de deux éléments
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analogues 38. 39 . Ces éléments peuvent être de forme connue et ils peuvent glisser longitudinalement entre les lignes 28 et 29 et 30 et 32, suivant le cas. Ces organes d'accord ont été représentés sé- pa,rés par capacité, de manière que la haute tension d'alimentation puisse être appliquée à l'anode sans influer sur les potentiels de grille, comme on le comprendra.
Si on le préfère, une liaison capa- citaire à éléments fixes l'un par rapport à l'autre pourrait être faite entre la ligne 28 et l'anode 12 et entrela ligne 31 et l'ano- de 12, de manière qu'un élément d'accord conducteur unique plus ri- gide puisse être utilisé au lieu des éléments 36. 37. 38. 39 . Des connexions de ce dernier type sont indiquées dans la demande de bre- vet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 14 février 1942 sous le n 431.134. D'autres organes d'accord, pouvant être analogues à ceux utilisés en liaison avec le circuit grille-anode, peuvent être prévus et être réglables pour permettre l'accord des circuits cathode-grille respectifs.
Lesdits autres organes d'accord, désignés de façon géné- rale par les références 40 et 41, sont représentés comme a,justables pa,r glissement entre les lignes 29. 30, et 32. 33. suivant le cas.
On voit qu'il a élé décrit ci-dessus un dispositif à dé- charge électronique à très haute fréquence de type extrêmement utile, dans lequel un tube unique peut être employé de façon efficace pour fournir la puissance qu'on attendrait de deux des tubes antérieure.
Bien qu'il n'y ait qu'une cathode unique, le mode de construction symétrique des électrodes et des circuits résonnants permet à la moitié de l'appareil se trouvant à droite d'une ligne de coupe mé- diane traversant l'anode 12 de fonctionner comme un dispositif, l'autre moitié fonctionnant comme un autre dispositif fonctionnant en parallèle avec le premier, comme on s'en rend compte. De plus, comme les éléments constituant les parties actives du tube électro- nique en ce qui concerne la décharge peuvent être établis de façon relativement peu encombrante, la fréquence de fonctionnement obtenue
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peut être plus élevée. La disposition relativement efficace des divers circuits résonnants permet au maximum l'accès des parties extérieures de l'anode pour un fluide de refroidissement.
Pour augmenter le rendement d'un tel refroidissement, la périphérie de l'anode 12 peut être pourvue d'ailettes de refroidissement qui, sous la forme représentée, ont été fraisées comme représenté en 42 et 43 .
La figure 3 se rapporte à une variante de détail du tube ci-dessus décrit. Conformément à cette variante, une ligne cylin- drique unique 47 enroute l'anode 12 et s'étend le long des lignes de grille 29 et 32, comme les lignes 28 et 31 sur la figure 1 .
Cette disposition fournit un circuit résonnant unique s'étendant entre les deux connexions de grille 19 et 20 et l'anode 12 . La capacité de couplage entre ledit circuit oscillant et l'anode peut- être obtenue par un espacement approprié de la partie de la ligne 47 adjacente à l'anode 12 . La haute tension anodique est appliquée d'une manière bien connue ( non représentée ) à travers une perle de verre isolante traversant la paroi de la ligne 47 et, de cette ma- nière, la haute tension est maintenue écartée des éléments extérieurs du dispositif. Si on le désire, l'anode peut être refroidie en pré- voyant des fentes longitudinales, ou autres ouvertures ( non repré- sentées ) dans la ligne 47, un courant de fluide réfrigérant étant forcé à travers lesdites ouvertures.
Il est à noter que le dispositif décrit est complètement symétrique, en ce que la moitié située d'un côté d'une section droite médiane normale à l'axe du dispositif peut fonctionner symé- triquement et concurramment avec l'autre moitié. En d'autres termes, le dispositif, peut, au point de vue électrique, être considéré com- me deux dispositifs séparés, obtenus en le coupant suivant le milieu de l'anode. La possibilité d'accord symétrique des deux circuits cathode-grille et grille-anode de part et d'autre de cette section
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milieu permet à, tout le circuit de fonctionner à des fréquences plus élevées qu'il ne serait possible autrement.
Les dispositions décrites comportent l'avantage supplémentaire sur la, disposition à deux tubes séparés en parallèle destinée à fonctionner aux mêmes fréquences, que la réactance inductive et capacitaire supplémentaire qui serait né- cessairement introduite en connectant de la sorte deux tubes séparés diminuerait de façon appréciable les possibilités d'atteindre de telles fréquences, au moins avec des électrodes des dimensions possi- bles conformément à certaines caractéristiques de l'invention.
Bien que l'invention ait été ci-dessus décrite relativement à sa forme préférée, il est clair que de nombreuses variantes, addi- tions ou omissions peuvent lui être apportées sans sortir du domaine de l'invention. En conséquence, il est bien entendu que cette des- cription n'a été faite qu'à titre d'exemple et ne saurait limiter ledit domaine de l'invention.
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ELECTRONIC DISCHARGE DEVICES
The present invention relates to electronic discharge devices, to their assemblies and, more particularly, to those of these devices which are designed for operation at very high frequencies. Its object is in particular to improve the operation, increase the frequency and increase the output power at which said devices can operate efficiently. Another object of the invention is to obtain a simple method of construction that takes up little space and makes it possible to obtain a good yield. An additional object is to obtain an improved form of such devices, capable of adapting to operation with coaxial lines.
Vacuum tubes have previously been proposed comprising hollow resonator assemblies, arranged so as to enter into resonance at very high frequencies. At these frequencies, to avoid
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the production of self-induction and large distributed capacitance, the electrodes must be made small, so that a significant transfer of energy at very high frequency can take place effectively on the surface of said electrodes.
In addition, it is desirable for the electrical impedance of the elements for coupling the resonant circuits to the electrodes of the tube to be low, in order to reduce the energy losses in said impedance. in accordance with certain characteristics of the invention, there is provided a symmetrical, space-saving arrangement of the elements constituting the tube and the hollow resonator circuits, reducing the effective dimension of the electrodes to half of its normal value and thus allowing a large output energy at a very high frequency. A particular feature is the arrangement of the hollow resonators symmetrically with respect to the middle part of the electrodes, so that the tube functions as two tubes which would be arranged on either side of the middle part.
An additional characteristic is a shape of the electrodes and of the tube such that two separate resonant circuits can be formed between grid and anode and two other tuning members between the cathode and grid circuits. In this way, it is possible to obtain from one tube an operation equivalent to that of two, as well as an increase in power and operating frequency.
Other objects and characteristics of the invention will become apparent to technicians on reading the following description and on examining the accompanying drawings which schematically represent, by way of nonlimiting examples, one embodiment and one embodiment thereof. - laughing.
FIG. 1 shows in partial vertical section an electronic discharge device and the circuits associated with it, in accordance with certain characteristics of the invention.
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Figure 2 is a partial section on the line 2-2 of Figure 1.
FIG. 3 is a detailed variant of the device of FIG. 1.
The device shown in the drawings is a simple triode, the input connection of which is arranged so that it can be easily connected to a coaxial transmission line. The arrangement employed also makes it possible to provide two resonant cavities, between the grid and the anode and between the cathode and the grid. The tube as shown comprises a cathode 10 in a double helix surrounded concentrically by a grid 11 and by an anode 12. In order to apply the heating voltage to cathode 10 symmetrically with respect to its axis, a rigid input conductor 13 is rigidly connected to one end of cathode 10 (right on the drawing ) . The input conductor 13 thus serves to support this end of the cathode.
The other ends of the helices' forming the cathode are supported by two other rigid input conductors 14. 15. and all of the cathode input conductors 13. 14. 15. exit the sealed enclosure of the device through. a glass foot 16.
The grid 11 has a number of longitudinally extending rods or wires (see also FIG. 2) fixed at one end to a collar 17 and at the other end to a bellows 18 Thanks to this arrangement, the variations in the length of the grid due to the heating which occurs in operation can be absorbed by the device, without displacement of the grid relative to the cathode 10 and to the anode 12, which would adversely affect operation of the device. to allow connection to the grid on both sides of the anode, two annular current input members 19 and 20 are provided. Said members 19 and 20 comprise longitudinal flanges 19 'and
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20 'helping to. their sealing in insulating parts of the casing.
At the end of the device where the grid is kept fixed, the collar 17 is provided with a radially extending flange 21, by means of which the collar 17 is rigidly fixed by screwing a ring a, u 22 and said flange 21 on the annular member 19.
As mentioned above, the other end of the grid 11 is connected to the annular member 20 through a bellows 18.
The purpose of bellows 18 is to relatively easily absorb variations in the length of the grid during operation. Said bellows also constitutes a very efficient conductive surface for direct connection to the annular member 20. Accordingly, it is preferable that the bellows 18 have the lowest possible resistance to variations in the length of the grid and that it be of very thin metal. If desired, the arrangement of all the elements of the grid 11 can be maintained even more firmly by means of elastic members 23, inside the bellows 18, by which the threads of the grid 11 are held. constantly under a certain tension.
It should be noted that the. The arrangement described so far makes it possible to provide an additional current input 24 for the midpoint of the cathode 10. By virtue of this particular arrangement, the cathode output energy can be collected symmetrically, from a high frequency point of view, as is the case with the grid connections. As the current inlet 13, supporting the midpoint of the cathode 10 may expand as a result of heating during operation, it is preferable that the current inlet 24 has a flexible (eg stranded) part. which prevents the development of mechanical tensions during operation.
The anode 12 has a relatively large working surface, concentrically surrounding the grid 11 and extending over
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a significant distance along said grid. In the form shown, the anode 12 further comprises flanges 12 ', similar to the flanges 19' and 20 'of the annular grid current inlet members. In this way, the part of the discharge device in which the vacuum is created comprises the foot 16, the annular gate current input member 19, the insulating ring 25, fixed to the collars 19 'and 12', the anode 12, another insulating ring 26, fixed to the flanges 12 'and 20', the gate input conductor 20 and another foot 27, sealed to the other flange 20 ', as will be understood.
It can be seen that the construction mode described above for its use in combination with coaxial transmission lines and transmission line type resonant circuits is relatively simple. In the form shown, a concentric line consisting of three cylinders 28.29. 30. can be connected at one end of the tube and another concentric line, comprising the tubular conductors 31. 32. 33. can be connected at its other end. Lines 28 and 31 are shown directly connected to anode 12, lines 29 and 32 directly connected to gate current input conductors 20 and 19 respectively, and lines 30 and 33, with their end plates 34. and 35, are provided to ensure a symmetrical connection at the midpoint of cathode 10.
Shunt capacitor 44,45 is shown, connecting the outer ends of cathode current input 14 and current input 15 to cathode line 33.
If desired, tuning members can be provided to allow tuning of any of the grid-anode and cathode-grid circuits described. As shown, one side of the gate-anode circuit may be tuned by means of capacitor tuning elements 36. 37. and the other side by means of two elements.
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analogues 38. 39. These elements can be of known shape and they can slide longitudinally between lines 28 and 29 and 30 and 32, as the case may be. These tuning members have been shown separately, res by capacitance, so that the high supply voltage can be applied to the anode without influencing the gate potentials, as will be understood.
If preferred, a capacitive connection with fixed elements relative to each other could be made between line 28 and anode 12 and between line 31 and anode 12, so that a stiffer single conductive tuning element may be used instead of elements 36, 37, 38, 39. Connections of the latter type are indicated in the patent application filed in the United States of America on February 14, 1942 under No. 431,134. Other tuning members, which may be analogous to those used in connection with the grid-anode circuit, may be provided and be adjustable to allow the tuning of the respective cathode-grid circuits.
Said other tuning members, generally designated by the references 40 and 41, are represented as a, justable by sliding between lines 29. 30 and 32. 33. as appropriate.
It will be seen that there has been described above an extremely useful type very high frequency electron discharge device, in which a single tube can be effectively employed to provide the power that would be expected from two of the tubes. earlier.
Although there is only a single cathode, the symmetrical construction of the electrodes and resonant circuits allows the half of the device to the right of a midline cut through the anode. 12 to function as a device, the other half functioning as another device operating in parallel with the first, as we realize. In addition, since the elements constituting the active parts of the electronic tube with regard to discharge can be set relatively space-saving, the operating frequency obtained
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may be higher. The relatively efficient arrangement of the various resonant circuits allows maximum access to the exterior parts of the anode for a cooling fluid.
To increase the efficiency of such cooling, the periphery of the anode 12 can be provided with cooling fins which, in the form shown, have been milled as shown at 42 and 43.
FIG. 3 relates to a variant of detail of the tube described above. According to this variation, a single cylindrical line 47 wraps around the anode 12 and extends along the grid lines 29 and 32, like lines 28 and 31 in Figure 1.
This arrangement provides a single resonant circuit extending between the two gate connections 19 and 20 and the anode 12. The coupling capacitance between said oscillating circuit and the anode can be obtained by an appropriate spacing of the part of the line 47 adjacent to the anode 12. The anode high voltage is applied in a well known manner (not shown) through an insulating glass bead passing through the wall of line 47 and in this way the high voltage is kept away from the exterior elements of the device. If desired, the anode can be cooled by providing longitudinal slits, or other openings (not shown) in line 47, a flow of refrigerant being forced through said openings.
It should be noted that the device described is completely symmetrical, in that the half situated on one side of a median cross section normal to the axis of the device can operate symmetrically and concurrently with the other half. In other words, the device can, from an electrical point of view, be considered as two separate devices, obtained by cutting it along the middle of the anode. The possibility of symmetrical tuning of the two cathode-gate and gate-anode circuits on either side of this section
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medium allows the entire circuit to operate at higher frequencies than would otherwise be possible.
The arrangements described have the additional advantage over the arrangement with two separate tubes in parallel intended to operate at the same frequencies, that the additional inductive and capacitance reactance which would necessarily be introduced by connecting two separate tubes in this way would decrease appreciably. the possibilities of reaching such frequencies, at least with electrodes of possible dimensions in accordance with certain characteristics of the invention.
Although the invention has been described above in relation to its preferred form, it is clear that numerous variations, additions or omissions can be made thereto without departing from the scope of the invention. Consequently, it is understood that this description has been made only by way of example and cannot limit said field of the invention.