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Klystron modulé magnétiquement
L'invention concerne la modulation de générateurs élec- troniques d'oscillations à haute fréquence, et se rapporte, en particulier, à des dispositifs dans lesquels on utilise un champ magnétique pour moduler la sortie de générateurs d'oscillations employant des cavités résonnantes traversées par un faisceau d'électrons. De tels oscillateurs sont, par exemple, des généra- teurs d'oscillations à modulation de vitesse, tels que les klystrons reflex.
Les générateurs d'oscillation, tels que les klystrons utilisant la modulation dite de vitesse de faisceaux d'électrons traversant des cavités résonantes, sont extrêmement sensibles aux variations du potentiel de leurs anodes ou de leurs électrodes -collectrices par rapport à leurs cathodes; et quoique leurs sorties
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puissent être modulées au moyen d'électrodes de commande, ce procédé n'a pas donné entière satisfaction dans certains cas. Des expériences, dans lesquelles on appliquait des champs magnétiques à la trajectoire des faisceaux d'électrons, ont démontré que la variation de tels champs magnétiques est un procédé très intéres- sant pour la modulation des oscillations de sortie, qui peut être adapté à n'importe quelle dimension ou signal de commande.
L'invention a donc principalement pour but de créer un nouveau procédé de modulation de la sortie des générateurs d'oscillations utilisant des cavités résonnantes traversées par un faisceau électronique.
Dans ce but, l'invention consiste en principe en un générateur d'oscillations du type à modulation de vitesse, compre- nant un dispositif pour la production d'un faisceau électronique, projetant les électrons sur une partie de paroi d'une chambre de résonnance, cette partie de paroi étant percée d'une ouverture par laquelle des électrons entrent dans la chambre, caractérisé par un dispositif servant à appliquer un champ magnétique varia- ble dans l'espacement traversépar le faisceau électronique, de manière à provoquer des variations dans le nombre d'électrons entrant dans la chambre.
Les formes d'exécution préférées de l'invention sont re- présentées à titre d'exemple au dessin annexé.
La figure 1 représente un klystron reflex, dans lequel on utilise un champ magnétique parallèle à la trajectoire des électrons pour moduler sa sortie.
La figure 2 représente une variante dans laquelle le champ magnétique de modulation est dirigé transversalement par rapport à l'axe du faisceau électronique.
Le klystron reflex, représenté à la figure 1, comprend une enveloppe de verre 10 avec un queusot rentrant 11 à une
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de ses extrémités. L'enveloppe, mise sous vide de préférence, con- tient un "canon électronique" servant à produire un faisceau d'électrons relativement concentré. Comme indiqué ici, le "canon" contient une cathode comprenant un filament chauffant 13 entouré d'un élément émissif 14. Les électrons émis par la cathode sont accélérés jusqu'à une vitesse désirée au moyen d'une électrode d'accélération 15 ayant, à son extrémité, une petite ouverture 16 par laquelle un faisceau concentré d'électrons est projeté à travers une électrode tubulaire 15a de manière à sortir de l'ou- verture d'extrémité de cette dernière sous la forme d'un faisceau bien concentré.
La partie centrale de ce faisceau passe par une ouverture 17 pratiquée dans les parois d'un résonateur ou chambre conductrice 18. Une secondé grille ou autre forme d'ouverture 19, par laquelle les électrons du faisceau peuvent quitter la chambre 18, est située sur la paroi opposée de la chambre 18, en aligne- ment avec la trajectoire du faisceau électronique passant par l'ouverture 17. Une source de tension appropriée 21, dont la borne positive est mise à la terre, fournit le courant de chauffage au filament chauffant 13. Une seconde source de tension 22 dont la borne négative est mise à la terre et reliée à l'électrode 15, fournit du courant à un curseur d'un potentiomètre 20 auquel est connectée- la chambre de résonnance 18.
Il est possible, comme cela se fait couramment, en ré- glant le potentiel électrique à l'ouverture 17 au moyen du cur- seur du potentiomètre 20, de donner aux électrons entrant par l'ouverture 17 dans la chambre 18 une vitesse telle qu'ils mettront, à passer de l'ouverture 17 à l'ouverture 19, une demi- période de la fréquence naturelle de vibration électrique de la chambre résonnante 18. Quand ceci est réalisé, les électrons qui passent l'ouverture 17 au moment où le champ électrique de la chambre 18 a une direction telle qu'il les accélère, passeront
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l'ouverture 19 une demi -période plus tard quand le champ électri- que à l'ouverture 19 tend aussi à les accélérer, et les électrons subiront donc une forte accélération en traversant la chambre 18.
D'autre part, les électrons qui passent l'ouverture 17 au moment où le champ électrique dans la chambre 18 a une polarité telle qu'il les retarde, sortiront aussi de l'ouverture 19 quand la pola- rité du champ électrique est retardatrice. Le faisceau électroni- que est donc divisé en groupes alternativement d'électrons à grande vitesse et d'électrons à vitesse faible; et quand ces groupes continuent à se déplacer, les électrons tendent à se sépa- rer en formant des "paquets"; en d'autres mots, le faisceau électronique est composé de parties successives dans lesquelles la densité d'électrons est alternativement forte et faible.
On sait aussi qu'en plaçant une électrode de potentiel approprié à une distance convenable de l'ouverture 19 à l'exté- rieur de la chambre résonnante, les vitesses des électrons du faisceau peuvent être renversées, et les "paquets" d'électrons, ou au moins une grosse partie de ceux-ci, peuvent être ramenés à l'intérieur de la chambre 18. En choisissant la distance de l'élec- trode réflectrice de telle manière que le champ électrique dans la chambre 18 s'oppose à la vitesse renversée, au moment où les "paquets" ou parties concentrées du faisceau électronique traver- sent la chambre 18 en sens opposé, les vibrations électriques dans celle-ci sont renforcées.
Par des arrangements appropriés trop connus que pour être décrits ici, on peut soustraire de l'énergie électrique, à utiliser dans des circuits extérieurs, ayant la fré- quence des vibrations ainsi entretenues dans la chambre 18.
L'électrode réflectrice susmentionnée est représentée en 23 et peut prendre la forme d'une soucoupe peu profonde ou d'un segment de sphère.
Comme il a été dit plus haut, ce ne sont que les électrons
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de la partie centrale du faisceau électronique qui sont projetés dans l'ouverture 17 et entrent dans la chambre 18. Les autres électrons du faisceau qui tombent hors de l'ouverture 17 sur la paroi exté- rieure de la chambre 18 sont renvoyés à la source de tension d'ali- mentation par les connexions externes représentées au dessin. En plaçant un enroulement magnétisant 24 produisant un champ magnéti- que parallèle au faisceau d'électrons et envoyant dans cet enroule- ment un courant continu pulsatoire, on peut régler à volonté le diamètre du faisceau d'électrons à l'ouverture 17.
Un tel champ ma- gnétique concentre et déconcentre le faisceau électronique à hauteur de l'ouverture 17, le degré de l'effet dépendant de l'inten- sité du courant continu parcourant l'enroulement 24. Donc en pré- voyant un dispositif pour faire varier l'intensité du courant dans l'enroulement 24 en fonction de n'importe quelle dimension de com- mande désirée, il est possible de régler l'intensité du faisceau électronique traversant la chambre résonnante 18 et donc de faire varier l'énergie de sortie qui peut être soustraite de la chambre 18. Les variations d'amplitude du courant dans l'électro-aimant seront telles que l'intensité du champ magnétique ne passera jamais par zéro.
Si on désire régler ou moduler la sortie du tube 10 en fonction de la parole, par exemple, le courant de l'enroule- ment 24. peut être fourni par une source de courant continu 25 en série avec une résistance 26 dont une partie est shuntée par un microphone 27. Tout autre dispositif de variation du courant dans l'enroulement 24 en fonction d'une dimension de commande, est com- pris dans le cadre de l'invention.
La figure 2 représente un procédé différent pour régler ou moduler la sortie du tube 10 par un champ magnétique. Comme le tube 10 et son contenu sont identiques à ceux de la figure 1, il n'est pas nécessaire de les décrire en détail. Cependant, les enroulements 24 de la figure 1 sont remplacés par des enroulements magnétisants 31 pouvant produire un champ magnétique perpendiculaire
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à l'axe du faisceau électronique passant entre l'anode 15A et l'ouverture 17 dans la chambre résonnante 18. Avec cette disposi- tion, il peut être intéressant que la ligne centrale du faisceau électronique atteigne la paroi de la chambre résonnante 18 légère- ment d'un côté de l'ouverture 17.
Par des procédés bien connus en technique électronique, il est possible de répartir les électrons dans le faisceau sortant de l'anode 15,de telle manière que leur concentration est la plus forte au centre du faisceau et qu'elle diminue graduellement avec la distance radiale au centre du faisceau. Avec un tel faisceau dont la ligne centrale atteint la paroi de la chambre 18 en un point un peu écarté de l'ouverture 17, les courants traversant celle-ci et pénétrant dans la chambre 18 comprendront des électrons appartenant aux parties les moins con- centrées de la section transversale du faisceau. Les enroulements 31 seront parcourus par un courant de déflexion qui assurera que la partie centrale du faisceau à forte concentration atteint les parois de la chambre 18 en dehors de l'ouverture 17.
Quand le courant modulé au moyen d'un dispositif tel qu'un microphone 27 et parcourant l'enroulement 31 voit sa valeur instantanée croître, le champ magnétique produit par l'enroulement 31 aura une direction telle que le faisceau électronique soit dévié de telle façon que la partie centrale du faisceau se rapproche de l'ouverture 17; et, inversement, quand le courant de modulation du microphone 27 a une polarité opposée à celui ci-dessus, le faisceau sortant de l'anode 15 sera dévié de manière à amener devant l'ouverture 17 les parties les moins concentrées du faisceau électronique. De cette manière le nombre d'électrons qui pénètrent dans la chambre résonnante 18 passera d'un maximum à un minimum avec la même pério- dicité que celle du courant alternatif envoyé dans l'enroulement 31 par le microphone 27.
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