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TUBE ELECTRONIQUE HYPERFREQUENCE.
L'invention concerne des circuits fonctionnant dans la gamme des fréquences micrométriques et plus particulièrement des tubes électroniques et les circuits résonnants associés à ces tubes
Ainsi qu'il est bien connu, les circuits résonnants utilisés dans la gamme des ondes micrométriques, sont habituellement réalisés à l'aide de cavités résonnantes. La forme géométrique et la taille du tube et des cavi- tés associées sont conditionnées par la longueur d'onde de fonctionnement du système.
Lorsque 1?on descend en-dessous de 10 cm de longueur (Ponde, la taille des circuits et des tubes devient très faible, et leur usinage diffi- cile si 1?on veut maintenir un. rendement élevé.
Ainsi quil est bien connu, les éléments résonnants se comportent comme des circuits à rendement maximum et à bande passante maximum lorsqu'ils fonctionnent en quart d'onde Les tolérances mécaniques à respecter sont très sévères dans ces conditions. La présente invention a pour objet les cir- cuits résonnants associés et un tube électronique fonctionnant dans la gam- me des ondes micrométriques de réalisation mécanique simple les dits cir- cuits étant ajustables en fréquence dans une large bande et présentant, dans toute la gamme, un rendement élevé.
Selon 1?une des caractéristiques essentielles de l'invention, le tube électronique est terminé par un petit dôme en matière isolante suppor- tant l'anode du tube. Une partie de cette électrode traverse le dôme isolant de façon à faciliter les connexions. Une pièce conductrice s'étendant à la base du dôme isolant assure la rigidité mécanique et le contact électrique entre un circuit extérieur et une autre électrode du tube.
Cette disposition d'électrode permet de coiffer le dôme à l'aide d'une cavité résonnante de forme cylindrique par exemple$ qui s'engage té lescopiquement autour du tube. La partie inférieure de la. 'cavité est en con tact mobile avec le conducteur solidaire de la deuxième électrode L'autre
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extrémité de la cavité présente un manchon circulaire assurant un bon con- tact mobile avec la fraction de l'anode qui sort du dôme isolant. La fréquen- ce propre de la cavité peut être ainsi modifiée en changeant la position axia- le de l'ensemble résonnant par rapport au tube électronique.
L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description suivante donnée à titre d'exemple de réalisation non limitatif et dans laquel- le ; - la figure 1 est une vue en coupe d'un tube électronique conforme à l'inven- tion, - la figure 2 est une vue en coupe d'un ensemble résonnant conforme à l'in- vention.-
La figure 1 représente un tube 1 conforme à l'invention, compor- tant une cathode 2, une grille de commande 3, une grille-écran 4 et une ano- de 5 disposées dans l'ordre cité le long d'un axe commun.
Les surfaces de la cathode 2 et de l'anode 5 sont disposées l'u- ne en face de l'autre, de façon que cette dernière électrode capte les élec- trons émis par la cathode. On a représenté en 6 le filament de chauffage de la cathode disposé à l'intérieur du cylindre métallique 7 connecté électri- quement à la cathode et se prolongeant au-delà de l'enveloppe délimitant le tube.
L'une des extrémités du filament est connectée au cylindre catho- dique 7 alors que l'autre extrémité estréunie à une tige 8 disposées selon l'axe du cylindre 7 et isolée de celui-ci par la perle de verre 9. Un second cylindre métallique 10 est disposé concentriquement au cylindre 7. Son extré- mité supérieure présente une collerette 11 dirigée vers l'axe du cylindre et servant de support mécanique à la grille 3. Une collerette isolante 12 en verre., par exemple, assure la position relative des cylindres 7 & 10 et leur isolement relatif.
Un manchon isolant 13, en verre par exemple, est scellé à l'une de ses extrémités, à la partie supérieure du cylindre 10 et à l'autre extré- mité à un disque 14 supportant la grille-écran 4. Cette électrode occupe l'ouverture centrale 15 de la pièce 14. L'anneau 14 est terminé sur sa cir- conférence par des doigts élastiques 16, légèrement coniques, disposés de façon que leur extrémité inférieure s'écarte de l'axe du tube et qu'ils re- couvrent partiellement le manchon isolant 13. En variante, l'anneau 14 peut être terminé par une collerette rigide. Dans ces conditions, il est essen- tiel de disposer les doigts élastiques sur la surface interne du résonateur qui sera décrit plus loin.
Une pièce isolante en forme de dôme 17, en verre par exemple,est soudée à sa base sur l'anneau 14. Un conducteur longitudinal 18 traverse le dôme en son sommet. Ce conducteur est scellé à l'anode 5 du tube. Le dô- me isolant 17 constitue un support mécanique de la structure anodique et complète l'enveloppe étanche entourant les électrodes du tube 1.
Une taille du tube 1 est définie par la longueur d'onde à laquel- le on désire faire fonctionner ce tube. Par suite des nombreux supports iso- lants disposés entre la cathode 2 et l'anode 5, il est possible de réduire les dimensions globales du tube sans risquer de courtcircuit interélectro- des. Dans la bande des fréquences de 10 centimètres de longueur d'onde, la longueur du tube est de l'ordre de 7 centimètres, le diamètre de base du dôme isolant 17 est de l'ordre de 2 centimètres et sa hauteur de 1,25 cen- timètres. La configuration en marches d'escalier, résultant de l'utilisa- tion de cylindres concentriques de diamètres différents pour supporter les électrodes, convient particulièrement bien à l'introduction du tube dans des cavités résonnantes ainsi qu'il sera précisé plus loin.
La figure 2 représente le tube de la figure 1 associé à un ensem- ble résonnant et fonctionnant en amplificateur.Il est bien évident que cet exemple de réalisation n'est nullement limitatif et que les tubes conformes à l'invention peuvent être associés à des cavités du même type selon un
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schéma électrique correspondante par exemple, à un auto-oscillatuer Les é- léments du tube portant les mêmes numéros de référence que dans la figure précédenteo
Le circuit d'entrée est constitue par la cavité 23 définie par le conducteur cylindrique central 29 et le conducteur cylindrique extérieur 21. Un piston mobile 22 permet d'ajuster la fréquence de résonance de , cet- te cavité.
Le cylindre extérieur 21 est divisé en deux parties par la ron- delle isolante 24.disposée entre les deux collerettes 25 & 25 portées par les extrémités des deux parties 21' & 21du cylindre 21 La rondelle iso lante peut être, par exemple, constituée par du mica argenté. Elle consti- tue, avec les deux collerettes 25 & 25', un petit condensateur destinée d'une part, à isoler la partie 21 du cylindre de la partie 21' au point de vue continu, et à présenter d'autre part, une impédance faible vis-à-vis des courants alternatifs parcourant les deux fractions du cylindre. Une ba- gue 26 isolante est disposée entre un manchon 2511 soudé à 1''extrémité de la collerette 25,et la collerette 25.
La structure constituant le condensa- teur est ainsi maintenue mécaniquement par les vis 26' qui fixent rigide- ment l'anneau 26 au manchon 25 Il .
Le cylindre conducteur 20 est terminé par un ensemble de doigts élastiques 27 assurant un contact électrique de bonne qualité avec l'extré- mité inférieure de la surface extérieure du cylindre cathodique 7. De même l'extrémité supérieure du cylindre 21' est terminée par un ensemble de doigts élastiques 28 qui assurent un contact électrique entre cette struc- ture et le cylindre de grille 10. L'extrémité cathodique du tube 1 peut être introduite dans les cylindres 20 & 21 définissant ainsi le quatrième côté de la cavité résonnante 23 Le conducteur d'alimentation du filament 8 pénètre dans une broche 29 portée par l'extrémité de la tige conductrice 30 disposée suivant l'axe du cylindre 20. La cavité 23 constitue le circuit résonnant grille-cathode.
Elle est excitée, par exemple, ainsi qu'il est connu, par le rayonnement du conducteur central 31 d'une ligne coaxiale transversale 32. La fréquence propre de cette cavité d'entrée est commandée en déplaçant longitudinalement le piston 22. Ce piston est réalisé, ainsi qu'il est bien connu, de façon à éviter toute fuite de l'énergie contenue dans la cavité vers l'espace extérieur.
Le circuit de sortie est constitué par la, cavité 35 définie par le cylindre 36, présentant à sa partie supérieure une collerette 37 et par la plaque terminale, 38 reposant sur la collerette 37 par l'intermédiaire d'une rondelle isolante 39 identique à la rondelle 24 précédemment décrite.
La collerette 37, la plaque terminale 38 et la rondelle isolante. 39 constitu- ant un petit condensateur isolant, du point de vue continu, l'anode 5 de la grille-écran 4 et présentant une impédance faible aux fréquences de fonction- nement. Un cylindre isolant 40 est soudé d'une part, à la plaque terminale 38, d'autre part, à la collerette 37 du conducteur 36, de façon à constituer un ensemble mécanique rigide de ces deux pièces.
L'électrode de sortie cap- tant l'énergie contenue dans la cavité peut être constituée, par exemple, par une boucle de couplage 41 disposée à l'intérieur de la cavité 35 et en contact électrique avec le conducteur central 42 et le conducteur extérieur 43 d'une ligne de transmission coaxiale. La gaine 43 est maintenue mécani- quement dans une ouverture ménagée dans la, collerette 37.
La plaque terminale 38 présente une ouverture centrale, entourée par le manchon métallique 46, et dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du conducteur longitudinal 18. Le manchon 46 est terminé par des doigts élastiques 47 frottant sur le conducteur 18. De même, les doigts é- lastiques 16 du support de grille 14 sont maintenus serrés sur, la surface interne du cylindre conducteur 36 Les doigts 16 & 17, assurent un contact électrique par pression, permettent de déplacer 1'ensemble de la cavité ano- dique parallèlement à l'axe de la structure. Ainsi qu'on l'a dit tout à l'heure, les doigts élastiques 16 peuvent être portés soit par la structure de grille, soit par la face interne du conducteur 36.
Etant données les fréquences élevées de fonctionnement, un très
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faible déplacement longitudinal de la structure définissant la cavité de sortie perturbe gravement le comportement électrique de celle-ci. Il est donc -préférable de prévoir une commande mécanique démultipliée du déplace- ment de la structure définissant la cavité anodique. A cet effet, on dispo- se d'un bouton moleté 48 solidaire d'une axe fileté 49 traversante fou, un support rigide 50. La base du bouton moleté 48 est portée par un épaulement annulaire 51 maintenu solidaire du collier 52 fixé au support 50. Lorsqu'on tourne le bouton 48,1'axe 49 se déplace long tudinalement L'extrémité infé- rieure de cet axe est solidaire d'une plaque transversale 53 scellée à l'ex- trémité supérieure du cylindre isolant 40.
Il est bon de souligner que la longueur du cylindre isolant 40 doit être suffisante pour supprimer tout risque de décharge entre l'anode 5, portée à un potentiel positif élevé, et la plaque métallique 53.
L'ensemble de la structure résonnante est maintenu mécaniquement par les pièces polaires isolantes 54 & 55. 55 est soudée à la surface exté- rieure du cylindre 21. Le diamètre de l'ouverture 56, prévue dans le sup- port 54, est légèrement supérieur au diamètre du cylindre isolant 40, de façon à permettre le libre déplacement de la cavité anodique par rapport au tube.
Ainsi qu'il apparaît, les tensions d'alimentation peuvent être facilement appliquées aux différentes électrodes du tube 1. Le courant de chauffage est appliqué, par l'intermédiaire du transformateur 57, entre le conducteur 30 et le cylindre 21. S'il est nécessaire, la cathode 2 peut être maintenue au potentiel de la masse en réunissant le cylindre 21 à la masse ainsi qu'il est représenté sur la figure, le contact électrique en- tre la partie 21' et la cathode étant assuré par l'intermédiaire du piston 22 et du cylindre intérieur 20. On a représenté, sous la forme d'une pile 58, la source de tension-de polarisation de la grille 3.
La borne positive de cette source est réunie à la masse et sa borne négative est réunie, par l'intermédiaire de la résistance 59, au cylindre 21". La tension de polari- sation de la grille-écran est appliquée, par l'intermédiaire du conducteur 60, au cylindre 36 de la structure de sortie. L'anode est maintenue à un potentiel positif convenable par l'intermédiaire du conducteur 60' traver- sant une ouverture 61 prévue à cet effet dans le cylindre isolant 40 et a- boutissant à la plaque terminale 38.
Il apparaît facilement que la cavité de sortie peut être accor- dée sur une fréquence propre très élevée tout en fonctionnant d'une façon comparable à un tronçon quart d'onde de ligne de transmission, court-circuité à l'une de ses extrémités et présentant une charge capacitive à l'autre ex- trémité. La limite supérieure de la fréquence à laquelle on peut accorder le résonateur de sortie est définie par la course de la structure du circuit de sortie. Celle-ci se trouve limitée lorsque la plaque terminale 38 entre en contact avec le dôme isolant 17. La fréquence la plus longue est définie par les dimensions du conducteur cylindrique 36 et du manchon 46.
Dans ce qui précède, le diamètre du conducteur anodique 18 est faible par rapport au diamètre du cylindre 36. On obtient ainsi une cavité résonnante présentant une bande passante importante. Il est bien évident que les dimensions du conducteur 18 ainsi que celles de l'anode 5 peuvent être choisies différentes, de façon à obtenir les caractéristiques désirées pour la cavité 35.
Il n'est pas nécessaire d'insister sur le fait que la structure qui vient d'être décrite s'applique également à des tubes du type triode ou à des tubes comportant plus de deux grilles. Il est essentiel, selon l'in vention, que l'une au moins des grilles porte des doigts élastiques ou un anneau de diamètre supérieur à la structure du tube, tel 14, de façon à per- mettre le déplacement longitudinal de la cavité de sortie. La cavité de sor- tie, réalisée selon l'invention, présente deux groupes de contact élastiques mobiles, alors que les cavités ajustables telles que la cavité cathodique, en présentent habituellement quatre. Il résulte de cette caractéristique que les pertes d'énergie sont diminuées, les discontinuités du conducteur défi- nissant les cavités étant réduites.
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