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MAGNETRON.
La présente invention concerne des perfectionnements, changements et additions à celle objet du brevet principal ; plusparticulièrement, elle présente un tube électronique analogue à celui décrit dans le brevet princi- pale susceptible d'amplifier les ondes électromagnétiques hyperfréquences, la commande de ce tube étant assurée par l'intermédiaire d'un champ magnéti- que.
On sait que c'est seulement dans le cas d'électrons possédant une vitesse suffisante qu'il peut être avantageux dé moduler le faisceau électro- nique à l'aide d'un champ magnétique. En effet, l'action du champ magnétique étant perpendiculaire à la vitesse des électrons, l'énergie nécessaire à la modulation est pratiquement négligeable.
De nombreux essais ont été déjà réalisés en vue d'utiliser un tu- be du type magnétron à l'amplification de l'énergie hyperfréquence. La prin- cipale difficulté rencontrée dans la réalisation de ces tubes consiste à sé- parer électriquement les circuits d'entrée et de sortie. Cette difficulté a été tournée en divisant mécaniquement l'anode du magnétron perpendiculaire- ment à son axefl Si, dans ces conditions, le champ électrique présente une com- posante longitudinale, les électrons se déplacent parallèlement à l'axe du circuit d'entrée, vers le circuit de sortie. De telles structures sont de réa- lisation très complexes.
La présente invention concerne un tube de réalisation simple, à champ magnétique de commande, permettant d'amplifier des ondes hyperfréquen- ces. Selon l'invention, un faisceau électronique accéléré est périodiquement dévie par l'action d'un champ magnétique résultant du signal d'entrée. Le cir- cuit d'entrée comporte un. résonateur creux présentant, sur le trajet électro- nique, une ouverture d'excitation, entre les bords de laquelle s'établit le champ magnétique. La zone d'interaction correspond donc à un noeud de champ électrique, ce qui assure un découplage efficace entre le courant électroni-
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que et le signal à amplifier.
Le résonateur constituant le circuit d'entrée peut être, par exemple,une section de guide d'ondes présentant une extrémi- té ouverte disposée à une distance électrique voisine d'une demi-longueur d'onde de la seconde extrémité, court-circuitée. Le faisceau électronique est ainsi dévié périodiquement par le champ magnétique variable. De même, le résonateur jouant le rôle de circuit de sortie peut être constitué par un tronçon de guide d'ondes présentant une extrémité ouverte et une extrémité fermée et ayant une longueur électrique voisine du quart de la longueur d'on- de. Le circuit de sortie est excité par le faisceau électronique dévié. Il est disposé de fagon à être sensible aux déviations de ce faisceau.
Une façon de faire est de disposer le circuit de sortie au voisinage de la trajectoire du faisceau électronique non modulé. Ainsi, seule une partie des électrons du faisceau dévié traverse le résonateur de sortie au cours de chaque période.
Il est également possible de disposer le résonateur de manière à ce qu'il pré- sente une ouverture d'excitation voisine de la trajectoire électronique, de sorte que l'excitation est plus ou moins intense, suivant la déviation du faisceau.
Dans la réalisation de l'invention, le bloc anodique du magnétron présente une ouverture circulaire centrale, dans laquelle pénètre la cathode.
Le nuage électronique est modulé par un champ magnétique hyperfréquence. Une fente radiale, prévue dans le bloc anodique, constitue le circuit d'entrée.
La longueur électrique de cette fente est de l'ordre de la moitié de la lon- gueur d'onde à la fréquence du signal à amplifier. Lorsque la fente est exci- tée par un signal d'entrée, elle résonne et un système d'ondes stationnaires s'établit dans cette cavité. Le fonctionnement du tube amplificateur nécessi- te, comme dans le cas d'un magnétron, un champ magnétique constant parallèle à la cathode et une différence de potentiel constante entre l'anode et la ca- thode. Dans ces conditions un nuage électronique se déplace autour de la ca- thode. Le champ magnétique apparaissant à l'ouverture de la fente radiale con- stituant le circuit d'entrée dévie plus ou moins ce nuage électronique. On obtient donc une modulation du nuage électronique, susceptible d'exciter un résonateur de sortie.
Le résonateur de sortie peut être constitué, par exemple, par une seconde fente radiale aboutissant à l'ouverture centrale du bloc anodi- que. La longueur électrique de cette fente est de l'ordre du quart de la lon- - gueur d'onde à là fréquence du signal considéré. Le nuage électronique excite la cavité de sortie, l'ouverture centrale correspondant à un ventre de champ électrique, ainsi qu'il est courant dans les cavités anodiques des magnétrons.
L'amplitude de l'excitation de la cavité de sortie dépend de la déviation ra- diale du nuage électronique. La caractéristique essentielle de l'invention, sur laquelle il est bon d'insister, réside en ce que le circuit d'entrée pré- sente une impédance extrêmement faible au nuage électronique modulé. On suppri- me ainsi toute interaction entre celui-ci et la source de signal. Le tube peut alors fonctionner en amplificateur.
L'invention sera bien comprise en se reportant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés à titre d'exemple de réali- sation non limitatif et dans lesquels; - la figure 1 est une coupe verticale d'un magnétron amplificateur conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe transversale de la structure anodique du magnétron considéré.
La figure 1 représente un magnétron du type décrit dans le brevet principal. Les électrodes du tube sont contenues dans une enveloppe cylindri- que 1, réalisée en une substance ferrogagnétique
Les extrémités de 1 sont fermées à l'aide des disques 2 & 3, l'en- semble constituatn une enveloppe étanche. A l'intérieur de l'enveloppe est dis- posée la structure anodique 4, constituée de préférence par un disque métalli- que, en cuivre par exemple. L'épaisseur de ce disque doit être au moins égale électriquement à la moitié de la longueur d'onde à la fréquence de travail.
La structure anodique présente une ouverture centrale 5, au milieu de laquelle
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est disposée la structure cathodique 6. Celle-ci est constituée d'un manchon cylindrique dont l'extérieur est recouvert d'un matériau présentant une émis- sion électronique élevée, de l'oxyde de baryum par exemple. Un élément chauf- fant 7 est disposé à l'intérieur du manchon. La structure anodique 4 comporte plusieurs cavités ou volumes résonnants disposés convenablement le long de la circonférence de l'ouverture centrale de celle-ci.
Ainsi qu'il apparaît plus clairement sur la figure 2, le circuit d'entrée est constitué par la fente radiale 8 s'étendant, à partir de l'ouverture centrale de la structure anodi- que, et se prolongeant à l'intérieur du disque anodique sur une longueur cor- respondant approximativement à la moitié d'une longueur d'onde à la fréquen- ce de travailo La cavité de sortie est constituée par la fente radiale 9 s'étendant à partir de l'ouverture centrale 5 et de longueur électrique voi- sine du quart de la longueur d'onde. Les fentes 8 & 9 sont respectivement- court-circuitées à leur extrémité extérieure par le corps anodique. Les cir- cuits d'entrée et de sortie sont connectés à des circuits extérieurs par tout moyen approprié.
On a représenté une boucle 10, qui pénètre à l'intérieur de la fente 8 Cette boucle est constituée par l'extrémité recourbée du conduc- teur central 12 d'une ligne co-axiale 11, dont la gaine est représentée en 13o De même, le circuit de sortie peut être réalisé par la boucle 14 termi- nant le conducteur central 16 d'une ligne co-axiale 15, dont la gaine est re- présentée en 17 Le champ magnétique continu est établi par les pièces polai- res 18 & 19, disposées suivant l'axe de l'enveloppe 1 et s'étendant jusqu'à proximité du corps anodique 4 de part et d'autre de celui-ci.
Ces pièces po- laires peuvent être, par exemple, réalisées en un alliage à base d'aluminium- nickel-cobalt tel ceux constituant les aimants permanentso Les pièces polai- res 18 & 19 reposent sur des disques 20 & 21 très épais, en matériau ferro- magnétique, de façon que la réluctance de l'entrefer soit faible. Des ouver- tures cylindriques longitudinales 22 & 23 sont prévues dans le corps des piè- ces polaires, de façon à permettre la mise en place et l'alimentation de la structure cathodique. L'une des extrémités de la cathode repose sur l'isola- teur 24, solidaire de l'extrémité de l'ouverture cylindrique 22 De même, l'autre extrémité de la cathode est supportée par l'isolateur 25 s'engageant dans l'ouverture supérieure 23 Les circuits d'alimentation de la cathode pénètrent à l'intérieur de l'ouverture 22 de la pièce polaire 18.
Ils compren- nent deux conducteurs 27 & 26, isolés électriquement l'un de l'autre et vis-à- vis des parois de l'ouverture 21. Ces conducteurs amènent le courant de chauf- fage de la cathode et permettent de fixer son potentiel. Le tube est vidé par l'intermédiaire de l'ouverture 23, qui se termine par le tube 28 scellé lors- que le vide a été réalisé.
En cours de fonctionnement, une différence de potentiel unidirec- tionnelle est appliquée entre la structure anodique 4 et la cathode 6. Le champ magnétique axial donne naissance, dans l'espace anode-cathode, à un nua- ge électronique tournant. Ainsi qu'il est connu, chacun des électrons suit une trajectoire en spirale..La vitesse angulaire des particules est fonction de l'intensité du champ magnétique continu. La cavité d'entrée 8 est réunie à une source d'oscillations hyperfréquences. Il s'établit dans ce résonateur un régime d'ondes stationnaires. L'amplitude du champ magnétique est maximum à l'extrémité court-circuitée du résonateur ainsi qu'au voisinage de l'extré- mité proche de la cathode. Le champ électrique est presque nul en ces deux points.
Le couplage entre le circuit d'entrée et le nuage électronique est très faible, mais celui-ci est dévié radialement au rythme du champ mgnéti- que. Si la vitesse'des électrons est de l'ordre de plusieurs milliers de volts, comprise.par exemple entre 1/5 et 9/10 de la vitesse de la lumière, les actions dues au champ magnétique sont du même ordre de grandeur que les actions dues à un champ électrique dans le cas où l'on aurait utilisé un ré- sonateur quart d'onde. L'énergie d'excitation de la cavité résonnante en quart d'onde 9 varie au rythme de la modulation en position du nuage électro- nique. Cette énergie peut être recueillie dans le circuit de sortie et trans- mise à un circuit d'utilisation.
Il est évident que le circuit de sortie peut être de forme quelconque, à condition toutefois qu'il soit excité par le nua- ge électroniqueo