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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY PERFECTIONNEMENT AUX GENERATEURS D'OSCILLATION A HAUTE FREQUENCE.
La présente invention concerne des générateurs d'oscilla- tion à haute fréquence du type à modulations de vitesse des élec- trons.
Il est bien connu que, lorsqu'un dispositif de ce type os- cille, le courant du faisceau d'électrons contient des courants alternatifs ayant des fréquences qui sont des harmoniques de la fréquence d'oscillation qui est déterminée par les résonateurs électriques associés. Le résonateur est aussi capable d'osciller suivant d'autres modes, dont les fréquences ne sont généralement pas des multiples entiers de la fréquence de fonctionnement. Bien qu'il soit ordinairement possible d'exciter un réson-ateur pour osciller dans l'un de ces autres modes, un courant de démarrage beaucoup plus grand que pour le mode fondamental ou les modes in- férieurs est nécessaire et, en conséquence, le mode fondamental n'est pas communément employé.
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Si, cependant la fréquence d'un des autres modes est, au peut être amenée à être un harmonique de la fréquence fondamen- tale, alors le dispositif peut être amené à produire la fréquence du mode harmonique aussi bien que la fréquence fondamentale le courant de démarrage étant seulement celui qui est nécessaire pour la fréquence fondamentale. Comme il est bien connu, évidem- ment la fréquence du mode harmonique peut être réglée par des pis- tons ou dispositifs analogues, mais ceci changera aussi générale- ment la fréquence fondamentale, si bien qu'un second arrangement de réglage devrait être prévu si la fréquence fondamentale doit être maintenue constante. Si les deux réglages sont interdépen- da.nte, il serait difficile de les exécuter et de les maintenir.
La présente invention décrit un moyen par lequel la fré- quence de certaine modes peut être réglée pour être harmonique du mode fondamental sans affecter appréciablement la fréquence fondamentale si bien que le dispositif oscillera simultanément aux deux fréquences.
Suivant la présente invention on prévoit un générateur d'os- cillation électrique comprenant un résonateur électrique creux, des moyens pour diriger un faisceau d'électrons à travers le ré- sonateur de telle manière qu'il l'amène à osciller à un mode dési- ré inférieur et des moyens pour accorder le résonateur pour l'ame- ner à osciller aussi à un mode supérieur, les moyens d'accord é- tant disposés de telle façon que leur réglage n'affecte pas la fréquence du mode inférieur.
Suivant un autre aspect, l'invention consiste dans un gé- nérateur d'oscillation électrique comprenant un résonateur élec- trique creux adapté à être excité par un faisceau d'électrons et capable d'osciller simultanément suivant deux modes et des moyens pour accorder la fréquence du mode supérieur pour qu'elle coïncide avec une fréquence harmonique dû-mode inférieur sans affecter la fréquence dudit mode inférieur.
Suivant un autre aspect, l'invention prévoit un générateur d'oscillation compoetant un résonateur électrique creux, des moyens
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pour diriger un faisceau d'électrons à travers ce résonateur dans le but d'exciter dans celui-ci des oscillations suivant un mode désiré inférieur et un guide d'ondes réglable communiquant avec le résonateur pour permettre à la fréquence du mode supérieur d'oscillation du système d'être accordée pour coïncider avec une fréquence harmonique du mode inférieur, le guide d'ondes étant établi de façon qu'il ne transmette pas des ondes du mode de fré- quence inférieur.
Comme alternative, l'invention peut fournir un générateur d'oscillation électrique comprenant un résonateur électrique creux prévu avec une pluralité de tubes latéraux et des moyens pour exciter le résonateur à osciller suivant un mode inférieur spé- cifié en dirigeant un faisceau d'électrons à travers celui-ci tous les côtés des tubes étant individuellement pourvu de moyens pour accorder le système pour osciller simultanément suivant un certain nombre de modes supérieurs dont les fréquences sont des harmoniques d'un mode spécifié.
L'invention sera décrite en se référant aux dessins ci- joints dans lesquels :
La figure 1 montre schématiquement la construction d'un type de dispositif incorporant des caractéristiques de l'inven- tion et employant un résonateur à ligne co-axiale.
Les figures 2 et 3 montrent deux autres dispositifs em- ployant des résonateurs creux n'ayant pas de conducteur central.
La figure 4 montre partiellement en section et en plan une vue d'un autre dispositif employant un résonateur toroidal ou rhumbatron, et
La figure 5 montre une vue de côté du dispositif montré dans la figure 4.
La figure 1 montre un résonateur à ligne co-axiale 1, qui peut, par exemple, être analogue au résonateur décrit dans le Brevet Britannique n 537.490. Ce résonateur est excité par un faisceau d'électrons qui passent à travers lui à partir d'un ca-
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non à électrons ordinaire 2 et être absorbé par une électrode 3.
Les arrangements des éléments 2 et 3 ne sont pas montrés en détails étant donné que n'importe quel arrangement bien connu peut être u- tilisé. Le résonateur 1 est fermé à une extrémité par un piston réglable d'accord 4.
Deux types d'ondes représentés par les tubes 5 et 6 commu- niquent avec le résonateur 1 comme montré. Dans une forme expéri- mentale du dispositif, ces tubes étaient de section transversale, rectangulaire et plate, le plus petit côté du rectangle étant pa- tallèle au conducteur central du résonateur co-axial, mais ceci n'est pas essentiel et la section transversale peut être circulaire ou de toute autre forme.
Les guides d'ondes sont respectivement fermés par des pistons atténuateurs 7 et 8. Ves pistons atténuateurs sont, en fait, des filtres d'ondes comprenant un certain nombre de lignes de trans- missions coaxiales ayant alternativement des impédences élevées et faibles et connectés en tandem, et elles sont du même type, fonctionnent de la même manière que celles décrites dans la demande de Brevet Britannique n 13.895/42. Dans les bandes d'atténuation, le piston agit comme un réflecteur et ainsi se comporte comme un plongeur conducteur solide, fermant le tube.
Le piston 8 comprend un certain nombre de sections 9 de subs- tances isolantes qui se fixent dans le tube 6 en séparant un cer- tain nombre de sections métalliques 10 qui sont juste un peu en de- hors, à faible distance du tube. Le nombre de sections n'est pas restreint à celui montré dans la. figure. Le piston 7 est construit de façon analogue.
On doit exposer qu'il n'est pas essentiel d'employer des pis- tons atténuateurs du type décrit; des plongeurs métalliques ordi- naires pourraient être employés. Ces derniers sont, cependant, moins satisfaisants pour les très courtes longueurs d'onde parce que des pertes importantes et variables se produisent généralement en rai- son du coulissement imparfait et variable du piston, si bien que de
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tels pistons ne peuvent pas en fait se comporter comme un réflecteur efficace.
Le résonateur 1 possède un arrangement télescopique en 11 pour permettre le réglage de la position des guides d'ondes rela- tivement au faisceau d'électrons. Quand le faisceau passeàtra- vers le tube, la fréquence fondamentale de résonance sera excitée et une onde stationnaire sera créée dans le résonateur 1. Le ré- sonateur est, en fait, chargé, en capacité au point où le fais- ceau passe à travers lui et en raison des écrans ou autres moyens prévus pour définir les intervalles de modulation et d'excita- tion et, en conséquence, les fréquences des divers modes d'oscil- lation ne sont pas des multiples entiers de la fréquence fonda- mentale.
Les dimensions de la section transversale des guides 5 et 6, doivent être telles que la longueur d'ondes de coupure se trou- ve entre les longueurs d'ondes du mode fondamental et du mode harmonique que l'on désire obtenir. Alors, étant donné que le guide laissera passer seulement l'onde harmonique, un réglage des pistons 7 et 8 fera varier l'impédence présentée à la fréquence harmonique mais non pas celle présentée à la fréquence fondamen- tale et n'affectera pas, en conséquence, l'accord fondamental du résonateur co-axial. Ainsi, le guide d'ondes peut être accor- dé au moyen de pistons indépendamment du résonateur co-axial.
Etant donné que les ondes créées dans le résonateur contiennent l'harmonique désirée, les guides d'ondes seront excités à la fréquence harmonique dont l'énergie peut être extraite par exem- ple, par une boucle 12.
La fréquence fondamentale est déterminée principalement par la distance entre le piston d'accord 4 et le point auquel le faisceau d'électrons passe à travers le tube.
Il sera évident que des tubes latéraux peuvent être con- sidérés comme chargeant le résonateur à ligne co-axiale et par suite, l'amenant à osciller à la fréquence harmonique. Bien que
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ceci soit un arrangement préféré, le résonateur peut être chargé d'autres manières, par exemple, par des capacités massées ou par de petites lignes. Celles-ci affecteront, cependant, la fréquence fondamentale de résonance à moins qu'elles soient pladées à des noeuds de voltage sur la ligne co-axiale. Dans ce cas la longueur de la ligne co-axiale doit être approximativement de 2 ou n'im- porte quel nombre de demi-longueur d'onde de l'onde fondamentale de façon qu'il puisse y avoir au moins un mode d'oscillation à un point intermédiaire.
Si on le désire, les ondes à fréquence fondamentale peuvent être extraites du résonateur 1 au moyen d'une boucle convenable- ment placée (non montrée), mais elles contiendront les ondes à fréquence harmonique aussi. Bien que deux réglages sont néces- saires pour le résonateur, le réglage de 11 n'est pas très criti- que et lorsqu'il est approximativement correct, il n'affectera pas appréciablement le réglage du piston 4.
On doit noter qu'il n'est pas essentiel de prévoir à la fois 2 tubes latéraux, l'un d'eux, par exemple, le tube 6 peut être omis-et l'accord nécessaire de la fréquence harmonique peut être exécuté par un réglage du piston dans le tube 5.
La figure 2 montre comment les mêmes principes peuvent tre appliqués à un dispositif employant un résonateur creux sans un conducteur central qui peut être regardé comme une section de gui- de d'ondes diélectrique. Dans cette figure 13 est le résonateur excité par un faisceau d'électrons représenté par les lignes poin- tillées 14 et produit de toutes façons convenables. Le faisceau traverse d'abord une pente transversale dans le résonateur 13 dé- fini par les ailettes 15 et une extrémité du résonateur est fer- mée par un piston 16 qui est réglé de façon à l'accorder à la fré- quence fondamentale désirée. Un guide d'ondes 17 forme un côté du tube qui communique avec le résonateur 13 dans les environs de l'intervalle d'excitation et elle est pourvue d'un piston d'ac cord 18.
Le guide 17 doit être dimensionné de façon qu'il ne
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laissera pas passer la fréquence fondamentale. Ainsi de la même manière que dans la figure 1, le piston 18 peut être ré- glé de façon que la fréquence de l'un des modes plus élevés d'os- cillation du système est amené à coïncider avec un harmonique de la fréquence fondamentale sans affecter l'accord fondamental.
Les pistons 16 et 18 peuvent être de type ordinaire comme montré, ou ils peuvent être des pistons atténuateurs analogues à 7 et 8 montrés dans la figure 1. Le résonateur 13 et le tube laè téral 17 ne sont pas nécessairement rectangulaires comme montré dans la figure 2 mais ils peuvent être circulaires ou de toute:. autre section transversale.
La figure 3 montre un résonateur tubulaire 19 fermé par un piston réglable 20 et excité par un faisceau d'électrons 21 qui passe à travers une portion très restreinte 22, la partie infé- rieure du résonateur étant fermée par une plaque 23. Le piston 20 est creux et enferme un court guide d'ondes 24 fermé à la par- tie supérieure par un petit piston 25. Le guide 24 est dimension- né de façon qu'il n'acceptera pas la fréquence fondamentale, et le mode le plus élevé d'oscillation du système est accordé comme précédemment sur la fréquence harmonique en réglant le piston 25.
L'énergie de la fréquence harmonique peut être extraite à travers un canal central du piston 25. Les pistons 20 et 25 sont montrés schématiquement dans la figure 3 et peuvent si on le désire, être du type atténuateur montré dans la figure 1.
Les figures 4 et 5 montrent deux vues d'un dispositif em- ployant un résonateur toroïdal ou rhumbatron 26 qui est excité par un faisceau d'électrons 27 qui passe à travers desitrous dans une partie restreinte 28 au centre. Un guide d'ondes 29 (rectangu- laire comme montré ou de toute autre formel, communique avec le ré- sonateur et est fermé par un piston réglable 30 qui est montré comme étant sensiblement de la même construction que le piston 7 de la figure 1, mais peut être analogue aux pistons montrés dans la figure 2. Le guide 29 est établi pour accepter des modes
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d'oscillations plus élevés mais non pas le fondamental.
Une boucle 31 est employée pour extraire l'énergie à la fréquence harmonique., l'accord étant effectué en réglant le piston 30 comme expliqué en relation avec les autres exemples déjà décrits. Le résonateur 26 peut être accordé à la fréquence fondamentale en faisant varier la largeur de l'ouverture à travers laquelle passe le faisceau d'élec- trons ou par tout autre moyen convenable.
Il sera apparent que dans tous les exemples de réalisation décrits, un résonateur accordé à la fréquence fondamentale est pré- vu avec un guide d'ondes tubulaire communiquant avec celui-ci et fermé par un piston réglable. Le guide doit être établi pour ac- cepter des ondes ayant la fréquence de l'une des harmoniques du mode fondamental mais non pas ceux de la fréquence fondamentale et le piston qui ferme le guide peut alors être réglé de façon que des modes supérieurs d'oscillations du système comprena.nt le résonateur et le guide ont une fréquence qui coïncide avec la fréquence harmo- nique choisie. De l'énergie à la fréquence harmonique peut alors être extraite du guide par des moyens convenables sans être mé- langés à la fréquence fondamentale. Le résonateur peut prendre d'autres formes que celles montrées dans les figures.
Bien que l'on ait supposé que le résonateur serait normale- ment excité de façon à osciller suivant un mode donnant la fré- quence fondamentale ou une fréquence plus basse, étant donné que cette fréquence est généralement la plus aisément excitée, il peut se produire qu'en raison de la configuration du dispositif l'un des modes supérieurs peut être plus aisément excité ou il peut y avoir d'autres raisons pour lesquelles un tel mode supérieur est préféré. En établissant convenablement et en accordant le tube latéral suivant la présente invention, l'énergie à une fréquence harmonique de la fréquence excitée peut être obtenue à partir du tube latéral.
En d'autres termes, le dispositif peut être amené à osciller simultanément suivant deux modes, la fréquence du mode supérieur qui est un harmonique de la fréquence du mode inférieur,
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le mode inférieur n'étant pas nécessairement le mode le plus bas suivant lequel le dispositif peut tre excité.
On doit en plus indiquer que le résonateur peut être pré- vu avec une pluralité de tubes latéraux, chacun pourvu d'un pis- ton réglable et adapté à accorder le système à une harmonique dif- férente de la fréquence du mode suivant lequel le résonateur est excité. Si chaque tube latéral est établi pour rejeter toutes les fréquences plus basses que celles que l'on désire accorder, alors pourvu que les modes soient accordés dans l'ordre de fré- quence croissante, Les réglages seront indépendants et, tous les harmoniques pourront être séparément obtenus en même temps à par- tir des tubes latéraux correspondants.
Les principaux avantages des arrangements suivant la pré- sente invention sont :
1.- Le. courant de démarrage du dispositif est,celui qui correspond au mode inférieur et est en conséquence beaucoup plus bas que celui nécessaire pour exciter des modes supérieurs di- rectement.
2. - La gamme de fréquence d'un dispositif donné peut être considérablement étendue avec très peu d'appareillage supplémen- taire.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux exemples dé- crits, elle est au contraire générale et susceptible de varian- tes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art et ce, sans sortir de son domaine.