Dispositif à décharge électronique à haute fréquence. La présente invention est relative à un dispositif à décharge électronique à haute fré- quence.
Le dispositif suivant l'invention qui com prend une anode et une cathode entourée coaxialement par ladite anode est caractérisé en ce que ladite cathode est constituée par un organe annulaire ayant un rayon extérieur sensiblement plus grand que son épaisseur axiale, au moins un résonateur électrique creux annulaire étant couplé auxdites élec trodes et monté coaxialement avec elles dans une enveloppe entourant ces dernières.
Grâce à cette disposition, la capacité entre électrodes par unité de surface active est main tenue extrêmement faible. Ceci permet de pro duire des puissances élevées aux très hautes fréquences.
L'invention sera mieux comprise à la lec ture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint qui représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exé cution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe transversale ver ticale, en perspective partielle, représentant, comme forme d'exécution préférée du dispo sitif selon invention, un oscillateur à tube à. vide.
La fig. 2 est une coupe transversale hori zontale de la structure de da cathode, suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. La fig. 3 est un schéma de montage de l'oscillateur à tube à vide représenté à la fig. 1.
La fig. 4 est un schéma de montage sim plifié représentant le .circuit à haute fréquence de l'oscillateur représenté à la fig. 1.
La fig. 5 est un schéma de montage ana logue à celui de la. fig. 4, représentant le tube fonctionnant comme un résonateur à auto- excitation.
Pour faire fonctionner avec succès des tubes à vide à de très hautes fréquences, il est bien connu qu'il est nécessaire -de maintenir un espace étroit entre les électrodes, de ma nière à réduire le temps de transit entre élec trodes. D'autre part, les capacités entre élec trodes doivent être maintenues faibles, de sorte que les circuits résonnants puissent pré senter l'impédance nécessaire. En conséquence, lorsque les tubes ont été perfectionnés pour fonctionner à des fréquences toujours plus élevées, la surface des éléments a été réduite pour diminuer les capacités entre électrodes.
La réduction de la surface de la cathode se traduit par une émission maximum de faible valeur et une puissance de sortie maximum faible, ce qui se fait sentir surtout lorsqu'on désire produire des impulsions, tandis qu'une réduction -de la surface de l'anode se traduit par des puissances moyennes faibles.
Toutefois, on a constaté qu'en utilisant une cathode sous la forme d'un solide de ré- volution d'in rayon relativement grand, mais avec une surface cathodique émettrice effec tive étroite, la périphérie de ladite cathode étant entourée par une anode annulaire con venable, on peut développer de grandes quan tités d'énergie à de très hautes fréquences.
Cette possibilité résulte du fait que, tandis que la capacité totale entre les électrodes est augmentée, la capacité par unité d'arc de la cathode est maintenue relativement faible, ce qui provient de ce que les caractéristiques électriques par unité -d'arc dépendent de l'épaisseur des électrodes adjacentes et de la distance qui les sépare, lesdites caractéristi ques -étant pratiquement indépendantes du rayon. Le tube résultant est, en fait, équi valent à un nombre infini de tubes montés en parallèle, chacun d'eux comportant une faible capacité unitaire entre électrodes.
Dans ce cas, la puissance développée est très aug mentée, mais la capacité supplémentaire in troduite ne s'ajoute pas réellement à la capa cité .déjà existante, étant donné que les con ditions de symétrie circulaire existant. en un point sur la, circonférence ne peuvent avoir d'influence sur les conditions existant en un autre point quelconque contrairement, par exemple, aux types connus de tubes compor tant .des éléments concentriques, dans les quels le rayon de la cathode disposée au cen tre est extrêmement petit par rapport à la longueur de ladite cathode.
L'oscillateur à tube à vide représenté à la fig. 1 .comporte une cathode 10 d'une forme remplissant les conditions soulignées ci-dessus. I1 est à noter que la cathode 10, représentée d'une manière plus détaillée à la fig. 2, com porte une surface périphérique émettrice rela tivement étroite 12, dont .le rayon est sensi blement plus grand que sa dimension dans la direction longitudinale.
La cathode peut être portée directement de chaque côté par deux collerettes rabattues partiellement obliques 152 et 153, .dont les rebords dirigés vers l'ex térieur, 166 et 167, sont à proximité, mais sans contact avec les rebords de cathode 164 et 165. Un contact entre les rebords 164, 165 ,et 166, 167 est pourtant établi à travers des disques métalliques 168 intermédiaires qui sont espacés circonférentiellement et préférable- ment soudés par point entre les rebords oppo sés.
Les disques 152 et 153 de leur part sont supportés par une coquille cylindrique formée par deux demi-,cylindres 46 et 169 et connec tés l'un avec l'autre à travers les rebords opposés 172 et 173. Le demi-eylindre 169 peut être renforcé par l'insertion 151 ondulée en forme de cylindre. Le demi-cylindre 46 est supporté par un élément en forme de cuvette 1.4, à une extrémité qui, de sa part, est appliquée à un tube de support creux 1.6. L'autre extré mité du tube 1.6 est. fixée à l'élément métalli que de fermeture 17 connecté à une fermeture de verre 18.
Cette dernière est fixée à l'or gane 20 auquel est attachée une tige 22 pas sant à, travers le support tubulaire 16 et s'éten dant en haut dans .l'intérieur du cylindre 46, 169 ,pour -connexion avec les filaments de la cathode 24 de laquelle six filaments peu vent être connectés en parallèle et séparés circonférentiellement au-dedans de la cathode 10. Une extrémité .de chaque filament 24 peut être reliée directement, par exemple, par fil 26 à un :disque 162 monté à l'extrémité de la tige 22 au moyen d'une vis 161, la tige 22 forme ainsi l'une des connexions de filaments.
L'autre extrémité des filaments 24 peut être attachée par une connexion 25 à une ron delle 163 fixée à. un support tubulaire 16 entre une bague d'arrêt. rigide 174 et une bague d'arrêt 175 munie de vis montée par filet dans l'extrémité élevée du support 16 qui ainsi sert comme l'autre connexion de chauffage. Les connexions 25 et 26 s'étendent à travers des ouvertures dans ,les cylindres 46 et 169. Pour augmenter encore l'efficacité thermique de la, cathode, six écrans de chauf fage 170 sont placés derrière chacun ,des élé ments chauffants 24 et sont fixés au cylindre 46, par exemple à l'aide .des équerres 171.
La construction de la cathode décrite ci- dessus -est avantageuse à plusieurs points de vue. L'espace compris entre la cathode 10 et ses collerettes de support 152 et 153 agit comme isolement thermique évitant un chauf fage excessif desdites collerettes et permettant la dissipation de tout excès de chaleur. La ea- thode 10 est reliée électriquement aux colle rettes 152 et 153 par la capacité entre les re bords opposés 164 et 167, d'une part, et 1.65, 166, d'autre part, et directement par le dis que métallique 168.
Les résonateurs 32 et 34 en forme de to- roïdes incomplets sont disposés coaxialement avec la surface émettrice 12 de la. cathode annulaire et sur les faces opposées de ladite cathode. Dans la, réalisation préférée de l'in vention représentée, le résonateur 32 est espacé des éléments cylindriques 169 et. sup porté par un élément en forme de cuvette renversée 36, monté à l'extrémité d'une tige longitudinale réglable 38.
Ladite tige 38 est montée de manière à pouvoir glisser dans une ouverture occupant une position centrale à l'intérieur du couvercle du tube 40 et est mu nie à son extrémité extérieure d'un filetage 42 engagé par un écrou 44. Il est clair que la rotation de l'écrou 44 .provoque un déplace ment vertical vers le haut ou vers le bas de la. tige 38, d'où il résulte un ajustement de la position du résonateur 32. L'extrémité du tube est. scellée en dépit de la présence de la tige 38 mobile longitudinalement, à l'aide, par exemple, 'une membrane métallique flexible 48 fixée étroitement à son centre autour de la tige 38 et reliée à sa périphérie à. la paroi métallique 50 du tube.
Les résonateurs 32 et 34 forment, de pré férence, le circuit d'entrée à haute fréquence pour l'oscillateur à tube à vide et le couplage avec ledit circuit peut être réalisé par une boucle 51 à travers une ouverture dans le ré sonateur 34. Ladite boucle est portée par une ligne coaxiale sous la forme .d'un élément tu bulaire extérieur 52 entourant une connexion ,intérieure 54. Un scellement convenable 56 obture complètement l'extrémité extérieure du tube 52 et maintient en position la connexion 54. Le tube 52 est maintenu -en place par rap port au résonateur 34 en le reliant solidement à la coquille extérieure inférieure 58 du tube.
Selon la forme préférée de l'invention, le ré sonateur couplé inférieur 34 est fixé de ma nière rigide au support de cathode en forme de cuvette 1.1. Dans la partie centrale de la coquille .extérieure inférieure 58 est disposé un cylindre métallique 60, relié par W cy lindre de verre 62 à l'élément métallique de fermeture 17, ce qui complète le scellement de d'extrémité inférieure de l'appareil à dé charge électronique.
La grille est disposée con.centriquement à la cathode 10 à une -distance relativement fai ble de la surface active 12 de la cathode et également assez près des surfaces annulaires extérieures des résonateurs 32 et 34. La grille 64 peut consister en plusieurs fils 66 espacés suivant une circonférence et supportés à leur extrémité par les éléments annulaires rigides 68 et 72.
Lesdits éléments annulaires peuvent être renforcés, le cas échéant, d'une part, par le cylindre ondulé 156 à l'intérieur de la grille et., d'autre part, par le cylindre ondulé 158, à l'extérieur de la grille. L'extrémité inférieure du support de grille 68 peut être rabattue en un rebord 76 relié à un anneau de support 78 à l'aide d'organes convenables, tels que l'an neau de serrage 150 et les vis 80. L'anneau 78 est à son tour monté sur une ou plusieurs tiges 81 s'étendant à l'extérieur du tube à tra vers des organes tels que le cylindre 82; le tube cylindrique 84 et la capsule de fermeture 86.
La tige 81 peut, de cette manière, servir d'entrée de courant pour la, grille du tube.
Une seconde paire de résonateurs toroï- daux ouverts 88 et 90 sont espacés radiale- ment de la grille 64 et juxtaposés avec ,les résonateurs 32 et 34. Le résonateur 90 est relié de manière rigide à la coquille extérieure infé rieure 92 du tube qui assure son support. A son extrémité supérieure, ledit résonateur 90 est muni d'un rebord 93 rabattu vers l'inté rieur et supportant l'élément annulaire 94.
Le résonateur supérieur 88 est fixé de manière rigide à la coquille extérieure supérieure 80 du tube qui assure son support et est muni à son extrémité inférieure d'un rebord annu laire 95 identique à 93, .dirigé vers l'intérieur. Ainsi, on peut constater que le disque d'anode 94 est, .en fait, monté entre les rebords 93 et 95 des résonateurs, et relié .électriquement .di rectement à l'une des faces desdits résona- teurs. Les rebords 93 et 95 ont une position telle que la périphérie intérieure .de l'anode 94 entoure la grille 64 et est concentrique avec la surface active 12 de la cathode.
L'es pacement entre la surface intérieure de l'anode et la grille 64 .est rendu aussi petit qu'on le désire en assurant, toutefois, que les surfaces annulaires intérieures des résonateurs 88 et 90 sont, également espacées des supports de grille 68 et 72 qu'elles entourent.
L'énergie de sortie à haute fréquence peut être recueillie sur le résonateur 88 à l'aide d'une boucle 96 s'étendant dans ledit réso nateur à travers une ouverture, et montée à l'intérieur d'un tube de sortie 98 relié élec triquement et de manière rigide au résona teur. La boucle 96 est reliée directement à l'une de ses extrémités au tube 98, et son autre extrémité se présente sons @la forme de la connexion 100 disposée concentrique ment à l'intérieur du tube 98, et sortant à travers un scellement de verre 102, formant l'extrémité extérieure dudit tube 98.
Une seconde sortie à haute fréquence peut se faire depuis le résonateur 88 à l'aide d'une boucle 178 de position opposée à la première traversant une ouverture du résonateur et montée à l'intérieur d'un tube 185. Dans ce cas, la. boucle 178 est reliée directement à l'une de ses extrémités au tube 185 et son autre extrémité, sous la forme de la connexion 177, s 'étenc <B>1</B> concentriquement à l'intérieur du tube <B>185</B> et sort à travers un scellement de verre 200.
Si l'on désire prévoir un refroidissement par eau de l'anode, on peut utiliser un dis positif tel que celui représenté à la fig. 1.
Une tubulure ininterrompue partant de la boîte d'entrée et de jonction 183 s'enroule vers l'intérieur sur la partie extérieure de @la face supérieure de l'anode 94, en une spirale plate, de manière à former les tubes 180,<B>181,</B> 182, se terminant dans la boîte de jonction et d'évacuation 184. Une seconde tubulure part de la boîte de jonction d'entrée 183, forme les tubes 190,<B>191</B> et 192 et se termine égale ment dans la boîte de jonction et d'évacua tion 184.
Le circuit électrique. à haute fréquence ré sultant de la construction représentée à la fig. 1 sera mieux compris à l'examen du schéma de montage de la fig. 3. En considé rant tout d'abord la connexion d'entrée à haute fréquence 54 reliée à la boucle 51, on constatera que ladite connexion est couplée au résonateur 34. L'autre extrémité de la bou cle 51 est reliée électriquement à l'anode 94, par l'intermédiaire du support. cylindrique 52 et des parties 58 et 92 de la coquille du tube.
Cette même extrémité de la boucle est également reliée électriquement au résona teur 32 à travers la coquille supérieure 50 du tube, la membrane métallique flexible 48, la tige mobile 38 et le support en forme de cu vette renversée 36.
Le résonateur 32 est couplé de manière va riable à l'une de ses extrémités avec la cathode 10, en raison des capacités-série existant entre les parties adjacentes indiquées à la fig. 3 par C@ @lE@ et C,,L'autre extrémité du réso- nateur 32 est couplée à la grille, par la capa cité existant. entre la surface extérieure du résonateur 32 et le support entourant la grille, ladite capacité étant représentée à la.
fig. 3 par la référence Le résonateur d'entrée 34 est relié, d'une \part, à la cathode 10 à tra vers le support en forme de cuvette 14 et la capacité C1,4\,,, comme décrit précédemment, et couplé, d'autre part, à la grille par la capa cité existant entre la surface extérieure du résonateur 34 et le :support. entourant la grille immédiatement adjacent.
Les boucles de sortie 96 et 178 sont., comme décrit précédemment, reliées chacune direc tement à l'une des extrémités de l'anode 94 qui forme en même temps une prise médiane entre les résonateurs 88 et 90. Les autres extrémités des boucles sont, bien entendu, re liées aux connexions de sortie respectives 100 et 177. Les extrémités intérieures opposées des résonateurs 88 et 90 sont couplées à la grille par les capacités existant entre leurs surfaces intérieures respectives et les supports de grille adjacents.
Lesdites capacités sont représentées à la fig. 3 par les références respectives C88_g et C,o_,. Le circuit oscillateur à haute fréquence est complété par les capacités in ternes entre électrodes indiquées à la fig. 3 en Cpg pour la capacité entre grille et anode, Cpk pour la capacité entre anode et cathode et Cgk pour la capacité entre grille et cathode.
Le montage simplifié à haute fréquence du tube fonctionnant en amplificateur à haute fréquence accordé est représenté à la fig. 4, où les capacités C.,,-g, C,,2-1, C.12-9j C3?--,aqe C,63-k, Coo_g, C33_g ont été négligées, étant donné qu'elles sont toutes effectivement court- circuitées aux très hautes fréquences.
Dans ces conditions, les résonateurs 32, 34 et 88, 90 peu vent être considérés comme des self-induc- tances concentrées formant respectivement des circuits oscillants en parallèle avec la capa cité grille-cathode Cgk et la capacité anode- grille CPg. Les résonateurs 32, 34 .et 88, 90 sont dimensionnés de façon telle qu'ils agis sent comme des réactances inductives à la, fréquence des ondes produites.
Le circuit oscil lant en parallèle représenté par les résona- teurs 32, 34 et la capacité-shunt Cgk peut être accordé en faisant varier :les dimensions du résonateur 32, comme décrit précédemment. Bien qu'il en résulte également une légère va riation de la capacité C,3z_,a;" cette dernière variation n'est pas importante et peut être négligée aux très hautes fréquences, où ladite capacité constitue, en fait, un court-circuit.
Des organes additionnels susceptibles d'être aisément établis par l'homme du métier peuvent être utilisés pour accorder les réso nateurs 88 ou 90, l'un d'entre eux étant rendu réglable d'une manière analogie au résona teur 32.
Si le tube doit être utilisé en oscillateur à autoexeitation, on peut utiliser un montage tel que celui représenté à la fig. 5. Dans ce cas, l'entrée 52, 54 est reliée à da sortie 98, 100 à travers des organes tels qu'une ligne coaxiale 210, 212. La sortie de l'oscillateur à autoexci- tation peut alors se faire à partir de 177, 185.
On constatera que la construction :décrite ci-dessus est parfaitement adaptée à l'établis sement d'un oscillateur à tube à vide de grande puissance pour très hautes fréquences. Bien qu'une grande surface active entre élec- trodes permette la production d'une grande puissance, la largeur des surfaces efficaces de., la cathode et de l'anode dans le sens longitu dinal a été maintenue extrêmement faible et, en conséquence, on a évité les capacités indé sirables entre lesdits éléments, et la capacité résultante par unité d'arc est extrêmement petite.
En même temps, la disposition des ré sonateurs pour fermer le circuit oscillant est relativement simple et peu -encombrante, et l'ajustement de l'un des résonateurs est possi ble, si on la désire.
Le principe permettant d'obtenir une grande puissance aux très hautes fréquences est applicable à des :diodes aussi bien qu'à des triodes. Les résonateurs proprement dits peuvent .présenter d'autres formes bien con-, nues dans la technique et la manière dont les parties du tube sont construites ne présente pas d'importance particulière.
Bien qu'il ait été représenté une forme spéciale de la car thode, il est seulement essentiel, pour obtenir un fonctionnement optimum d'un oscillateur à tube à vide, que ladite cathode soit formée d'une surface .périphérique extérieure efficace dont la. ,largeur soit inférieure au rayon de ladite cathode. Une telle forme de cathode peut être désignée par l'expression cathode annulaire .
En outre, il est important que l'anode, ayant de préférence pratiquement la même largeur que la. cathode, entoure ladite cathode concentriquement, de manière qu'on obtienne une capacité minimum entre électro des avec un maximum d'énergie transmise dans l'espace actif entre électrodes.