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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY S.A., résidant à ANVERS.
TUBE A DECHARGE GAZEUSE.
La présente invention est relative aux systèmes pour la trans- mission de l'énergie haute fréquence, et plus particulièrement aux systèmes utilisant un tube à décharge en atmosphère gazeuse comme élément de la li- gne de transmission pour haute fréquence.
Il a été proposé jusqu'ici d'utiliser un plasma de décharge ga- zeuse provoqué dans un tube à décharge en atmosphère gazeuse pour transmet- tre l'énergie d'ondes haute fréquence entre deux électrodes immergées dans le gaz. Après l'ionisation d'un gaz rare provoquée par l'application d'un potentiel de décharge entre les électrodes immergées dans le gaz, il existe une condition de quasi-stabilité entre le nombre des électrodes libérés dans la décharge et le nombre des électrons se diffusant jusqu'aux parois du tu- be à décharge en plus des électrons qui sont perdus pour la décharge par suite d'autres phénomènes, par exemple le captage électro-négatif.
Après l'extinction de la décharge un temps déterminé est nécessaire pour que les électrons résiduels se dispersent hors de l'espace compris entre les élec- trodes jusqu'aux parois du tube, ou disparaissent en raison de la recombi- naison. Si la nature du gaz, sa pression et la densité initiale des élec- trons sont maintenus constants la densité des électrons dans l'espace com- pris entre les électrodes est fonction du temps et va en décroissant depuis la valeur atteinte durant la décharge jusqu'à zéro.
Du fait que la conduc- tibilité haute fréquence d'un tel plasma à décharge gazeuse est fonction de la densité des électrons dans l'espace conducteur et que l'existence d'un plasma de décharge est seulement incidente aux phénomènes de conduction de haute fréquence (nécessaire en premier lieu comme base pour une charge d'es- pace électronique importante et comme moyen pour la production continuelle du nombre important d'électrons nécessaires) il est possible qu'un tube à
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décharge en atmosphère gazeuse soit conducteur de l'énergle-haute-fréquen- ce après l'extinction de la décharge provoquant l'ionisation, à condition qu'il existe encore dans l'espace une charge électronique suffisamment im- portante.
Lorsqu'on désire moduler par impulsions l'énergie haute fréquen- ce d'entrée en fonction de l'ionisation du milieu gazeux dans un tube à dé- charge en atmosphère gazeuse, la conductivité résiduelle du plasma gazeux provoque pour les impulsions de sortie une durée plus longue que celle des impulsions de modulation provoquant l'ionisation. De plus, le temps défini nécessaire pour la diffusion ou la disparition des électrons résiduels ré- duit le caractère abrupt du front arrière de l'impulsion de sortie.
L'un des objets de la présente invention est de prévoir un dis- positif à décharge et atmosphère gazeuse pour la modulation des impulsions haute fréquence, capable de réduire de façon substantielle la durée du temps résiduel des impulsions haute fréquence de sortie observée jusqu'ici dans les dispositifs à décharge en atmosphère gazeuse.
Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispo- sitif à décharge-en-atmosphère gazeuse pour la modulation de l'énergie hau- te fréquence, capable de produire des impulsions de sortie présentant un front arrière abrupt.
Un autre objet de la présente invention est encore de prévoir une méthode et des moyens permettant de commander la durée du temps résiduel et la forme des impulsions de sortie haute fréquence de l'énergie haute fré- quence traversant un dispositif à décharge en atmosphère gazeuse auquel est appliqué un potentiel d'ionisation puisé.
L'une des caractéristiques de la présente invention réside dans l'utilisation d'un tube à décharge en atmosphère gazeuse comme élément d'une ligne pour la transmission d'énergie haute fréquence, auquel est appliqué un potentiel d'ionisation pulsé et qui est capable de modifier la forme et/ou la durée du temps résiduel des impulsions haute fréquence de sortie, lorsque l'énergie haute fréquence est couplée à la ligne de transmission, grâce à l'utilisation comme milieu ionisable contenu dans le tube de divers mélan - ges de gaz, ce qui permet de modifier les caractéristiques du plasma de dé- charge gazeuse en désintégration résultant de l'ionisation.
Les objets et caractéristiques de la présente invention appar- rattront plus clairement en se référant à la description suivante d'exem- les de réalisation ladite description étant faite en relation avec les des- sins ci-annexés dans lesquels ;
La fig. 1 montre sous une forme schématique un exemple de réali- sation de la présente invention.
Les figs. 2 et 3 montrent des graphiques aidant à comprendre l'invention.
On sait que lorsqu'un milieu ionisable, tel qu'un gaz, contenu dans une ampoule ou enveloppe est soumis à un potentiel ionisant approprié, il se produit à l'intérieur dudit milieu un plasma ou zone qui contient pra- tiquement un nombre égal d'ions positifs et d'électrons en plus des molécu- les de gaz. La présente invention est particulièrement utile lorsque ce plasma de décharge gazeuse forme une partie du conducteur central d'une li- gne de transmission coaxiale, bien que sous son aspect général, le champ d'application de la présente invention n'est pas nécessairement limité à cette propriété. Par conséquent, la fig. 1 montre, uniquement à titre d'il- lustration, une ligne coaxiale pour la transmission des ondes mettant en oeuvre la présente invention.
Sur cette figure le bloc 1 représente une source quelconque d'énergie d'ondes haute fréquence ainsi que le montre la courbe A, et le bloc 2 représente un dispositif quelconque d'équipement ter- minal de charge haute fréquence auquel l'énergie haute fréquence doit être transmise depuis la source 1. La source 1 est connectée à l'équipement 2
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par une ligne coaxiale de transmission présentant un conducteur extérieur ou tube creux 3 et un conducteur central ou intérieur 4; de préférence, et bien que cela ne soit pas nécessaire, le conducteur intérieur 4 se présente également sous la forme d'un tube creux. Le conducteur intérieur 4 présen- te entre ses extrémités un espace qui est occupé par un tube à décharge en atmosphère gazeuse 5.
Le tube 5 est constitué par une enveloppe de verre et son diamètre intérieur est approximativement le même que le diamètre exté- rieur du conducteur.intérieur 4. Un conducteur d'entrée 6 auquel est fixéeune cathode en forme de coupelle 7 est scelléaune extrémité du tube 5 qu'il traverse.
L'extrémité opposée du tube 5 est scellée à une anode 8 constituée par un culot métallique. On fait le vide dans le tube 5 au moyen d'une pompe à vide 9 reliée à celui-ci par une couverture 10 ménagée dans sa paroi au moyen d'un conduit 11 et d'un robinet lla. Un milieu gazeux approprié est introduit dans le tube 5 évacué, par un conduit 12 venant du réservoir 13. L'introduc- tion du milieu gazeux et commandée par le robinet 14. Habituellement ce milieu gazeux est constitué par un gaz rare tel que le néon, l'argon, le crypton ou l'hélium, ou un mélange de ceux-ci, introduit sous une pression prédéterminée et appropriée, par exemple égale à 1 m/m de mercure.
L'extré- mité de la cathode du tube 5 est pourvue sur sa surface extérieure d'un re- vêtement métallique ou autre revêtement conducteur 15 encerclant la zone de la cathode 7. L'extrémité de la cathode du tube 5 est conçue de manière à pouvoir pénétrer télescopiquement dans l'extrémité ouverte du conducteur intérieur 4, et si on le désire le conducteur 4 peut être un conducteur flexible à parois minces comme indiqué en 16 de manière à produire un bon contact électrique avec le dit tube. De même le culot 8 peut pénétrer té- lescopiquement dans la section correspondante du conducteur intérieur 4 afin de produire un bon contact électrique avec celui-ci.
Selon le fonctionnement bien connu des tubes à décharge en at- mosphère gazeuse un potentiel de décharge provenant de la source 17 peut être appliqué entre les électrodes 7 et 8 de manière à créer un plasma de décharge gazeuse. De préférence une bobine de choc haute fréquence 18 est connectée entre la cathode 7 et la source de potentiel ionisant de manière à ce que l'énergie haute fréquence provenant de la source 1 passe à travers le conducteur intérieur 4 et le revêtement 15 à la cathode 7 par couplage capacitif. Cette énergie haute fréquence traverse le plasma gazeux à l'in- térieur du tube 5 jusqu'à l'anode 8 et de là jusqu'à la charge haute fréq- quence 2.
Si le potentiel d'ionisation appliqué entre les électrodes 7 et 8 est pulsé ainsi que le montre la courbe B, l'énergie haute fréquence d'en- trée est modulée par impulsions. Cependant ainsi qu'il a déjà été expliqué en raison des électrons résiduels présents dans la plasma, les impulsions haute fréquence de sortie sont d'une durée plus longue et ont des fronts arrières plus longs que les impulsions de modulation'montrées par la courbe C.
Si l'on se réfère à la fig. 2 qui montre le graphique de la den- sité d'électrons en fonction du temps, on voit que lorsqu'un potentiel d'io- nisation est appliqué entre la cathode 7 et l'anode 8, il permet à l'énergie haute fréquence de la source 1 de passer à travers le plasma gazeux à l'in- térieur du tube 5 jusqu'à l'anode 8 et de là à la charge 2. Si le potentiel d'ionisation est supprimé des électrodes à l'instant t1, une charge d'espa- ce latente existe qui permet au tube à décharge en atmosphère gazeuse d'ê- tre conducteur de l'énergie haute fréquence après la suppression du poten- tiel de décharge. Après la suppression du potentiel de décharge, la densi- té de la charge d'espace électronique décroît avec le temps ainsi que le montre la courbe D.
Si l'énergie haute fréquence traverse le décharge ga- zeuse, elle continue à être transmise jusqu'à ce que la charge d'espace é- lectronique ne soit plus conductrice de l'énergie haute fréquence d'entrée réprésentée graphiquement par une densité d'électrons 12, qui n'est pas suf- fisante pour transmettre l'énergie haute fréquence d'entrée, celle-ci étant lors mise hors circuit ainsi que le montre la courbe E. L'énergie haute
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fréquence d'entrée présente une amplitude maximum aussi longtemps que la densité d'électrons est suffisante pour la conduction de l'énergie haute fréquence, c'est-à-dire jusqu'à ce que la densité d'électrons se détériore jusqu'au point 12.
Lorsque la densité d'électrons se détériore au temps t2 jusqu'au point de coupure 12 l'amplitude d'impulsions décroît graduelle- ment jusqu'à zéro ce qui fait perdre au front arrière son caractère abrupt.
Dans de nombreuses applications ce front arrière à détérioration graduelle est indésirable.
La demanderesse a découvert que l'addition de quantités prédé- terminées de molécules électro-négatives et/ou d'atomes au milieu ionisable habituel constitué par un gaz rare contenu dans le tube à décharge en atmos- phère gazeuse, provoque un accroissement du caractère abrupt du front arriè- re de l'impulsion haute fréquence d'entrée et réduit de plus la durée de pro- pagation de l'impulsion haute fréquence à travers le plasma après la suppres- sion du potentiel d'ionisation. Ceci est obtenu dans le dispositif montré à, la Fig. 1 en introduisant dans le tube 5 à travers le robinet 20, un gaz électronégatif provenant du réservoir 19. Les robinets 20 et 14 peuvent ê- tre réglés de manière à introduire dans le tube 5 les proportions pré-éta- blies des volumes des gaz provenant des réservoirs 13 et 19.
Si l'on se réfère à la fig. 3 on voit les caractéristiques du front arrière de la même impulsion de décharge traversant les divers milieux ionisables. La courbe F représente la forme du front arrière d'une impul- sion de sortie lorsqu'elle traverse le milieu ionisable habituel composé entièrement d-'un gaz rare, lorsque le potentiel ionisant a cessé à l'instant t1. On voit que la durée minimum de l'impulsion de sortie est plus grande que 100 microsecondes. Cependant l'addition de 5% de molécules électronéga- tives, par exemple O2 provoque pour le front arrière la caractéristique mon- trée à la courbe G. Cette addition de 5% de O2 permet à l'impulsion haute fréquence de sortie d'avoir une durée pratiquement inférieure à 100 micro- secondes.
Naturellement l'impulsion provoquant l'ionisation peut être de n'importe quelle durée choisie, mais les courbes de la fig. 3 sont tracées en supposant que cette impulsion se termine à l'instant t1. Lorsque le vo- lume des molécules électronégatives est augmenté jusqu'à 50%; la forme de l'impulsion d'énergie haute fréquence est pratiquement celle montrée par la courbe H. Ce mélange de gaz permet d'obtenir une impulsion de sortie d'une durée minimum présentant un front arrière exceptionnellement abrupt.
L'addition de molécules électronégatives à un milieu ionisable provoque la dispersion rapide de la charge d'espace latente qui existe après la suppression du potentiel d'ionisation en raison de phénomène bien connu du captage électronégatif, ce qui permet d'atteindre dans un temps beaucoup plus court la densité de coupure de l'énergie d'entrée. Ainsi le mélange de gaz suivant des proportions prédéterminée modifie la charge d'espace a- près l'ionisation et altère les caractéristiques du plasma de décharge ga- zeuse en désintégration.
En plus de la modification des caractéristiques de forme de l'impulsion de l'énergie haute fréquence de sortie, l'addition de molécules électronégatives modifie la durée de l'impulsion de sortie. Lorsqu'on dé- sire obtenir des impulsions de sortie de la plus courte durée possible, l'ad- dition de molécules électronégatives au milieu ionisable amène l'impulsion de sortie à se rapprocher de très près de la durée de l'impulsion d'entrée en fonction naturellement des proportions du mélange. Ceci est virtuelle- ment impossible lorsque le milieu ionisable est constitué par des gaz rares à l'état pur.
Bien que les principes de la présente invention aient été dé- crits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que cette description est faite seulement à titre
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d'exemple et ne limite pas la portée de l' invention.