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GENERATION DE COURANTS A TRES HAUTE FREQUENCE PAR DECHARGE D'ARCS.
La présente invention concerne un générateur de train d'ondes amorties à très haute fréquence.
On sait que lorsque, par des moyens appropriés, on réduit la section d'un arc électrique, on peut en provoquer la brusque extinction, quand la densité de courant dans la décharge dépasse une certaine valeur limite.
Celle-ci correspond vraisemblablement à un état d'ionisation total du milieu gazeux en une région de l'arc. Un léger accroissement du champ électrique nécessaire pour atteindre ce régime, provoque l'accélération des électrons et des ions vers les électrodes, et l'arc s'éteint par absence de porteurs de charge dans cette régiono Ces conditions peuvent être réalisées en donnant à la pression du milieu gazeux où jaillit l'arc une valeur relativement basse., en appliquant une tension élevée entre les électrodes et en faisant passer l'arc par un canal étroit, dont les dimensions sont, de préférence, inférieures au libre parcours moyen des électronso Par suite de la très rapide variation du courant dans l'arc au moment de son extinction, il est possible d'engendrer des courants de fréquences extrêmement élevées,
en couplant l'arc avec un circuit oscillante Chaque extinction de l'arc donne naissance à un train d'ondes amortieso On peut régler la fréquence de récurrence de ces trains d'ondes amorties par divers moyenso
Le nouveau procédé pour engendrer des trains d'oscillations amorties, objet de l'invention, est essentiellement caractérisé en ce que l'on excite une cavité résonnante par des variations très rapides de champ magnétique créées par les extinctions brusques et récurrentes d'un arc en atmosphère ionisable.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'arc qui jaillit entre une anode et une cathode métallique liquide traverse la partie centrale d'un résonateur dont deux des parois portent des diaphragmes percés d'orifices livrant passage à l'arc et exercent sur lui un effet de constriction
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permettant d'en commander l'extinction périodique de ultra haute fréquence du champ électromagnétique produit par l'extinction rapide de l'arc, quand la tension appliquée au tube dépasse celle qui provoque l'ionisation totale dans un rayon de l'arc, le décrément de ces oscillations dépend de la résistance du circuit d'utilisation. Les constantes du circuit d'alimentation du tube déterminent la fréquence de récurrence des trains d'ondes amorties.
Pour mieux faire comprendre les caractéristiques et les avantages de l'invention, on va en décrire un exemple de réalisation, étant entendu que celui-ci n'a aucun caractère limitatif quant aux modes de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire.
- La figure 1 est une vue en coupe d'un générateur de trains d'ondes amorties à très haute fréquence, réalisé selon l'invention, et - La figure 2 représente un graphique des variations du courant dans le tube de la figure 1, en fonction du temps.
Le générateur 1 comprend essentiellement une cathode liquide 2 constituée par un bain de mercure, une anode 3 et une cavité résonnante 4 à symétrie de révolution, traversée en sa partie centrale par le flux électronique qui s'établit entre la cathode 2 et l'anode 3.
La section du résonateur 4 par un demi plan radial limité à l'axe du dispositif, peut être rectangulaire, circulaire, ou de n'importe quelle forme qui permette l'établissement, dans le résonateur, d'un système d'ondes stationnaires à la fréquence désirée.
Le résonateur représenté 4 a la forme d'un cylindre plat constitué de deux bases 8 & 9 et d'une paroi cylindrique 10. Les deux bases 8 & 9 comportent respectivement, en leur partie centrale, les troncs de cône 29 & 30 qui se prolongent par de petits cylindres creux 6 & 7. Un intervalle 11 ménagé entre ces cylindres, permet le couplage du faisceau électronique au champ électromagnétique du résonateur.
Lorsque le tube fonctionne et que le résonateur est excité, un champ électrique s'établit entre les cylindres 6 & 7 ainsi qu'un champ magnétique à lignes de force circulaires et concentriques à l'axe du tube. Le diamètre intérieur des cylindres 6 & 7 est déterminé par la densité du courant maximum du faisceau électronique, cependant il est de préférence inférieur au libre parcours moyen des électrons dans le tube, cette grandeur dépend de la nature du gaz ionisable employé dans le générateur au cours du fonctionnement. Le passage 5 comprend les parties intérieures des cylindres 6 & 7 ainsi que l'espace intermédiaire 11; la longueur du passage 5 est, de préférence, grande par rapport au libre parcours moyen des électrons, de façon à faciliter l'extinction de l'arc lorsque la densité de courant atteint sa valeur maximum.
L'intervalle 11 ne joue aucun rôle dans le phénomène d'extinction de l'arc, son seul but est de coupler celui-ci au résonateur.
L'effet de constriction peut être obtenu à l'aide du cylindre 6 seul qui détermine alors le diamètre maximum du faisceau. Ce cylindre peut d'ailleurs être indépendant du résonateur et supporté séparément.
L'enveloppe du générateur est complétée par des cylindres isolants 13 & 16, qui sont respectivement scellés aux bases 9 & 8 du résonateur, d'une part à la cathode, et à l'anode d'autre part. Le bain de mercure 2 de la cathode est contenu dans un récipient métallique 12 en forme de coupe, dont le bord est scellé à la partie inférieure du cylindre de verre 13; dans le bord supérieur de 13 est scellé le rebord d'un anneau 14 fixé par soudure étanche à la base inférieure 9 du résonateur 4. Le bord intérieur d'un anneau élastique 15 est fixé par soudure étanche à l'anode 3, tandis que son rebord extérieur est scellé au second cylindre de verre 16. Ce dernier cylindre est fixé à la base 8 du résonateur, de la même manière que le cylindre 13, par l'intermédiaire de l'anneau à rebord 17.
Il est évident que l'on peut réaliser de manière différente l'enveloppe du générateur, sans sortir du cadre de l'invention.
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L'énergie délivrée par le dispositif est prélevée, par exemple, à l'aide d'un élément de ligne coaxiale de transmission 18 fixée au résonateur et connectée à un circuit d'utilisation, telle une antenne. Le conducteur ex- térieur de l'élément 18 est soudé de façon étanche à la paroi 10 et le con- ducteur intérieur, qui forme une boucle de couplage magnétique à l'intérieur du résonateur, est soudé à la surface intérieure. Une perle de substance iso- lante 19 assure l'étanchéité du dispositif.
L'anode 3 est, de préférence, disposée au voisinage du passage 5 de manière que l'on puisse faire varier facilement le champ électrique dans le passage par variation du potentiel de 3. L'examen de la figure 1 montre que l'anode 3 est voisine mais non contigûe à la partie supérieure du cylindre 6. L'anode comprend une cavité centrale qui permet d'établir une circulation de liquide réfrigérant au voisinage des surfaces actives qui reçoivent le'flux électronique, au moyen de deux canalisations 21 & 22 fixées au couvercle 20. Dans le cas où le rapport entre la durée des périodes actives de fonctionnement du tube et celle des périodes de charge est particulièrement grand, on peut utiliser tout procédé de refroidissement approprié.
Lorsque le mercure liquide est utilisé comme source de gaz ionisable, le tube doit être équipé d'une électrode d'amorçage 23 qui permet d'établir la tache cathodique.L'électrode d'amorçage est au contact du mercure liquide et elle est supportée par une tige 24 isolée du récipient en forme de coupe 12 auquel elle est scellée. Le circuit d'amorçage est de type connu, il peut comprendre un dispositif fournissant une impulsion de tension élevée quand ledit circuit est fermé. Lorsque le gaz ionisable n'est pas de la vapeur de mercure, mais de l'hydrogène ou un gaz inerte, on n'utilise aucun système d'amorçageo
Lorsqu'une différence de potentiel continue positive, fournie par une source de tension 25, est appliquée entre l'anode et la cathode du générateur 1, on peut provoquer un arc à l'aide de l'électrode d'amorçage.
Si la tension appliquée au tube est supérieure à la chute de tension dans l'arc, l'intensité du courant de la décharge à travers 5 augmente tant que l'ionisation n'est pas complète dans cet arc. Lorsque la tension appliquée est supérieure à celle d'ionisation complète, les électrons et les ions positifs sont soumis à une accélération importante vers les électrodes; les porteurs de charge disparaissent de l'orifice 5, si bien que l'arc disparait très rapidement. A titre d'exemple, la vitesse d'extinction d'un arc, dont la densité de courant est de cent ampères par centimètre carré, est de 106 ampères par seconde. C'est ce phénomène rapide qui provoque l'excitation du résonateur plutôt que le lent phénomène de charge.
Les tensions induites dans les éléments inductifs du circuit par les variations rapides du courant sont particulièrement élevées; le double couplage capacitif et inductif entre l'arc et le résonateur, améliore le fonctionnement du générateuro
La durée de la décharge amortie est déterminée par le coefficient de surtension de l'ensemble résonateur-circuit d'utilisation connecté à la cathode du tube. La source de tension 25, dont la borne négative est connectée à la cathode du générateur, comporte une prise intermédiaire réunie à la surface inférieure 9 du résonateur par l'intermédiaire de la résistance 260 Le résonateur est ainsi porté à un potentiel faiblement positif par rapport à la cathode en sorte que le cône 30 sert d'électrode d'entretien de la décharge anode-cathode.
La résistance 26 a pour but de limiter le courant d'entretieno Il est possible d'utiliser une électrode d'entretien de type classique. La tension appliquée à l'anode 3 est très élevée par rapport à la tension d'entretien et à la chute de tension dans l'arc, afin de maintenir le degré d'ionisation maximum. Enfin, dans le but de faciliter la manipulation des circuits d'utilisation, le résonateur est connecté à la masse.
La fréquence de récurrence de décharge dépend de la durée de la période de charge du tube d'une part, et de celle de la décharge oscillante d'autre part.
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La constante de temps du circuit de charge du tube détermine la durée de la période de charge du tube, c'est-à-dire celle après laquelle la tension anode-cathode du tube.précédemment nulle, atteint la valeur qui correspond à l'intensité maximum. Le circuit de charge comprend, outre la source de tension 25, une résistance réglable 28 et une inductance 27 connectées @ en sérieo De préférence, 27 & 28 sont disposées entre la borne positive de 25 et l'anodeo La constante de temps de ce circuit est égale au quotient de son inductance par sa résistance. Cette inductance est pratiquement égale à celle de 27, tandis que la résistance est égale à celle de 28 plus celle de l'espace anode-cathode de 1. La capacité anode-cathode est habituellement trop faible pour accroître sensiblement la durée de la période de charge.
Pour obtenir des vitesses de charge élevées, on doit cependant tenir compte de la capacité désignée ci-dessus et utiliser, comme inductance de charge, celle des conne- %ions. La durée de la période de charge est maximum lorsque la résistance variable 28 est nulle et minimum quand elle a sa valeur maximum. Puisqu'une certaine fraction d'énergie est stockée dans l'inductance et la capacité du circuit de charge, on doit tenir compte de la durée de la dissipation de cette énergie pour la détermination de la fréquence de fonctionnement du tube.
Le graphique de la figure 2 représente les variations du courant dans le tube 1 en fonction du temps. On remarque sur le graphique les deux phases de fonctionnement du tube. Au cours de la première, l'intensité de l'arc s'accroît progressivement jusqu'à atteindre la valeur pour laquelle le phénomène d'extinction s'amorce, la deuxième phase correspond à la décharge oscillante déclenchée par ce phénomène d'extinction au cours de laquelle l'énergie accumulée dans le système pendant la première phase, est dissipée dans le circuit d'utilisation sous forme d'oscillation de ultra haute fréquence.
Après chaque décharge oscillante, la tension anode-cathode augmente à nouveau suivant le processus de charge déjà décrit, pourvu que l'arc ne soit pas com- plètement disparu.