CH642781A5

CH642781A5 - Ensemble de fenetre a micro-onde et tube a micro-onde muni d'un tel ensemble.

Info

Publication number: CH642781A5
Application number: CH481881A
Authority: CH
Inventors: Wolfgang Schmidt
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1980-07-26
Filing date: 1981-07-23
Publication date: 1984-04-30
Also published as: JPS5753101A; GB2082844A; US4458223A; JPS6352801B2; GB2082844B; DE3028461C2; FR2487573A1; FR2487573B1; DE3028461A1

Description

L'invention concerne un ensemble de fenêtre à micro-onde comportant une fenêtre à micro-onde céramique, dont l'épaisseur est supérieure à 10 mm et qui est munie d'une face latérale métallisée, qui est fixée hermétiquement par soudage dans un cadre exposé à un agent de refroidissement.

De plus, l'invention est relative à un tube à micro-onde muni d'un tel ensemble de fenêtre à micro-onde. Les fenêtres de ce genre servent notamment à sortir les puissances à haute fréquence des tubes à vide, par exemple des klystrons, après quoi elles sont ensuite transportées à l'aide de conducteurs creux.

Lesdites fenêtres à haute fréquence présentant une épaisseur supérieure àlO mm sont notamment des fenêtres où l'adaptation requise de l'impédance entre la fenêtre et le conducteur creux s'obtient à condition de choisir l'épaisseur de la fenêtre égale à une demi-

longueur d'onde à la fréquence à transmettre dans le matériau de la fenêtre, ce qui veut dire égale à

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Ce dimensionnement aboutit à une transformation d'impédance 1:1 et évite ainsi, dans une très grande mesure, l'influence perturbatrice du matériau de la fenêtre. La face de refroidissement obtenue du côté latéral de la fenêtre est proportionnelle à l'épaisseur de la 10 fenêtre, de sorte qu'une telle fenêtre X/2 à paroi épaisse est à même de transporter des puissances élevées. Une fenêtre à haute fréquence de ce genre est connue entre autres du brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3993969. Dans ce brevet, la liaison entre la fenêtre et le cadre est réalisée à l'aide de zones de métallisation et de soudage, 15 d'une grande superficie, qui occupent toute la face latérale de la fenêtre.

Toutefois, il est très difficile de réaliser, de façon fiable, des soudures métal-céramique d'une grande surface. C'est pour cette raison que, jusqu'à présent, on a réalisé des fenêtres X/2 d'une épaisseur d'au maximum 15 à 20 mm. Le risque, du point de vue technologique, se produisant dans le cas de soudures avec des fenêtres de plus grandes épaisseurs est trop grand. Cette limitation implique que des fenêtres X/2 ne peuvent être appliquées sans risque qu'aux fréquences supérieures à environ 3 GHz, ce qui veut dire des fenêtres dont l'épaisseur est inférieure à 15 mm.

Bien que, dans le matériau céramique utilisé normalement pour les fenêtres, la conduction thermique élevée provoque une égalisation extrême de la température, la transition à l'agent de refroidisse-30 ment (eau, huile ou air) par l'intermédiaire de la zone de la soudure métal-céramique ne présente qu'une faible conductivité thermique. De ce fait, il se produit une accumulation de chaleur présentant un fort gradient de température et des tensions thermiques correspondantes dans la zone de transition entre la fenêtre et le cadre. Il en 35 résulte le risque d'une charge mécanique inadmissiblement élevée de la soudure entre la fenêtre et le cadre.

L'invention vise à fournir un ensemble de fenêtre à micro-onde du genre mentionné dans le préambule dont la fenêtre peut être plus épaisse que 10 mm et dans lequel ne se produit aucune accumulation 40 de chaleur entraînant le risque de tensions mécaniques nuisibles même aux charges élevées.

Conformément à l'invention, ce résultat est atteint du fait que le cadre est réalisé en deux parties qui ne sont fixées chacune par soudage qu'à une partie marginale de la face latérale de la fenêtre et 45 que la face latérale de la fenêtre est recouverte, entre les deux parties du cadre, d'une couche conductrice assurant la connexion électrique des deux parties du cadre.

Du fait que le cadre comprend deux parties qui ne sont reliées chacune qu'à une partie marginale de la face latérale de la fenêtre, il so ne faut que d'étroites zones de soudage qui, du point de vue technologique, peuvent être réalisées convenablement.

Du fait que la face latérale de la fenêtre, entre les deux parties du cadre, est recouverte d'une couche conductrice, il se forme la gaine extérieure électrique nécessaire pour la fenêtre, alors que pratique-55 ment toute la face latérale de la fenêtre est exposée de façon directe à l'agent de refroidissement, ce qui évite une accumulation défavorable de la chaleur entre la fenêtre et le cadre.

De préférence, les parties marginales de la face latérale de la fenêtre sont munies d'encoches, dans lesquelles agissent les parties 6o du cadre et dont la profondeur radiale est pratiquement égale à l'épaisseur des parties de cadre. La profondeur axiale des encoches est de préférence d'environ 2 à 6 mm.

Pour améliorer le refroidissement, la face latérale de la fenêtre entre les deux parties du cadre peut être munie d'une structure sus-65 ceptible d'agrandir la surface.

Il est efficace lorsque la fenêtre est constituée par un matériau céramique et le cadre par un alliage de fer/nickel/cobalt ou un alliage nickel/cuivre. La face latérale de la fenêtre, qui est fixée par soudage

par ses bords aux parties du cadre, est recouverte d'au moins une couche métallique qui est convenablement conductrice, du point de vue électrique et thermique, et qui résiste à l'agent de refroidissement. L'épaisseur de la couche métallique (ou des couches métalliques) correspond pratiquement à deux fois la profondeur de pénétration de courant à la fréquence à transmettre. Des métaux appropriés pour cette couche (ces couches) sont l'or, l'argent et le cuivre.

La fenêtre peut être réalisée comme une fenêtre X,/2, ce qui veut dire que l'épaisseur de la plaque est de h.1.

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K étant la longueur d'onde à la fréquence moyenne à transmettre et s la constante diélectrique du matériau de la fenêtre.

La description ci-après, en se référant aux dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée.

La fig. 1 représente un ensemble de fenêtre à micro-onde, présentant une fenêtre épaisse, suivant l'état de la technique;

la fig. 2a représente un ensemble de fenêtre à micro-onde conforme à l'invention, et la fig. 2b une autre réalisation d'un ensemble de fenêtre à microonde conforme à l'invention.

La fig. 1 montre une fenêtre à haute fréquence connue, qui est appliquée entre un conducteur d'amenée creux 1A et un conducteur creux 1B. La fenêtre 9 est fixée par soudage sur toute sa surface latérale 7 à un cadre 8. L'agent de refroidissement amené à 20 ne lèche que la surface extérieure du cadre 8.

Comme il a déjà été décrit ci-dessus, une telle soudure entre la fenêtre 9 et le cadre 8 n'est possible que dans le cas de fenêtres relativement minces (<15 mm) et la structure présente le désavantage du risque d'une accumulation de chaleur à la transition entre la fenêtre et le cadre, ce qui peut aboutir à des tensions mécaniques désavantageuses.

La fig. 2a montre un ensemble de fenêtre à micro-onde conforme à l'invention, qui est également appliqué entre un conducteur d'amenée creux 1A et un conducteur creux 1B. Le conducteur d'amenée 1A peut être connecté à la sortie d'un tube à micro-onde non représenté sur le dessin, comme un klystron. La fenêtre 12 n'est pas appliquée dans un cadre réalisé en une seule pièce, mais dans un cadre 11 comprenant deux parties (11 A, IIB), chaque partie du cadre n'étant reliée qu'à une partie marginale 10A, respectivement 10B, de la face latérale de la fenêtre 12, c'est-à-dire fixée par soudage. Comme le représente la fig. 2b, les parties de cadre peuvent reposer sur la face latérale de la fenêtre ou, comme l'indique la fig. 2a, agir dans des encoches 10A, 10B. La profondeur de ces encoches — vue dans la direction radiale — est choisie pratiquement égale à l'épaisseur de la partie de cadre, IIA, IIB respectivement, qui y agit. La profondeur de ces encoches, vue dans la direction axiale, en d'autres termes la longueur de ces encoches est d'environ 2 à 6 mm, ce qui implique que la face de liaison entre la fenêtre 12 et le cadre IIA, 11B est si petite que, du point de vue technologique, la soudure peut être convenablement maîtrisée.

Entre les deux parties de cadre 11A et 11B, la face latérale de la fenêtre 12 est recouverte d'une couche conductrice 13, qui est par

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exemple en cuivre et qui assure l'interconnexion électrique des deux parties de cadre, alors que son épaisseur est pratiquement égale à deux fois la pronfondeur de pénétration du courant à la fréquence à transmettre. Aux fréquences d'environ 1000 MHz, l'épaisseur de couche requise est de 20 à 30 um, ce qui correspond à une profondeur de pénétration du courant d'environ 10 à 15 jim. Autour du cadre et de la face latérale de la fenêtre est disposée une enceinte creuse 15 qui traverse un agent de refroidissement amené à 20. Cet agent de refroidissement, par exemple de l'eau, de l'huile ou de l'air, est en contact direct avec la majeure partie de la face latérale de la fenêtre 12, ce qui évite une accumulation indésirable de la chaleur entre la fenêtre et l'agent de refroidissement. Pour augmenter l'effet de refroidissement, la partie de la face latérale de la fenêtre située entre les deux parties de cadre 11A et 11B peut être munie d'une structure 14 susceptible d'augmenter la surface (voir la fig. 2b). Lorsque cette structure 14 est constituée par exemple par des rainures en forme de V présentant un angle au sommet de 90°, la face de refroidissement est agrandie d'un facteur *J2 et, de ce fait, la quantité de chaleur pouvant être évacuée est augmentée de 40%. Le développement de chaleur plus élevé provoqué par les trajets de courant prolongés dans la couche conductrice 13 est compensé par contact direct avec l'agent de refroidissement, ce qui évite le risque d'une augmentation de la température à la fenêtre, ou à la soudure entre la fenêtre et le cadre.

Grâce au bon effet de refroidissement obtenu à la face latérale de la fenêtre et à la résistance mécanique élevée de la soudure entre la fenêtre et les parties de cadre 11A et 11B, il est possible de transmettre, par l'intermédiaire de cette fenêtre, de très grandes puissances à haute fréquence de façon puisée et continue. Un gain notable en puissance s'obtient surtout par suite de la capacité thermique assez élevée et du refroidissement intensif de la fenêtre dans le cas d'un fonctionnement puisé, avec des impulsions dans la gamme de millisecondes ou secondes à basse fréquence de répétition.

Avant la soudure aux deux parties de cadre 11A et 11B, la face latérale totale de la fenêtre est recouverte selon des procédés de mé-tallisation usuels d'au moins une couche métallique. Ensuite, la partie de la face latérale non fixée à des parties de cadre, c'est-à-dire la partie située entre les zones de soudure, est renforcée par voie galvanique. Le(s) métal (métaux) utilisé(s) à cet effet doit (doivent) assurer une conduction électrique et thermique et résister à l'agent de refroidissement, qui est en contact avec cette couche de soudure entre les deux parties de cadre. Lors du processus de soudage, permettant de réaliser la soudure entre les deux parties de cadre et la fenêtre, il se produit un postfrittage de la couche métallique accompagné d'une compression correspondante du métal et, de ce fait, une augmentation de la conduction électrique.

Comme matériau pour la fenêtre 12, on utilise un matériau céramique usuel pour ces buts, contenant plus de 97% de A1203 ou de BeO. Comme matériau pour les parties de cadre 11A et 11B, on utilise avantageusement un alliage fer/nickel/cobalt. La conduction thermique assez élevée de ce matériau n'est pas perturbatrice, du fait que, comme on l'a déjà exposé ci-dessus, le refroidissement de la fenêtre 12 s'effectue par contact direct de l'agent de refroidissement avec la partie centrale de la face latérale de la fenêtre.

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1 feuille dessins

Claims

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REVENDICATIONS

1. Ensemble de fenêtre à micro-onde comportant une fenêtre à micro-onde céramique (12) dont l'épaisseur est supérieure à 10 mm et qui est munie d'une face latérale métallisée, qui est fixée hermétiquement par soudage dans un cadre (11) exposé à un agent de refroidissement, caractérisé en ce que le cadre (11) est constitué par deux parties (IIA, IIB), qui ne sont fixées chacune par soudage qu'à une partie marginale (10A, 10B) de la face latérale de la fenêtre (12), et que la face latérale de la fenêtre, entre les deux parties du cadre, est recouverte d'une couche conductrice (13) assurant l'interconnexion électrique des deux parties de cadre (11A et 11B).
2. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties marginales (10A, 10B) de la face latérale de la fenêtre (12) sont sous forme d'encoches dans lesquelles agissent les parties de cadre (11A et 11B) et dont la profondeur radiale est pratiquement égale à l'épaisseur des parties de cadre.
3. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la profondeur axiale des encoches est comprise entre environ 2 et 6 mm.
4. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la face latérale de la fenêtre (12), entre les deux parties de cadre (11A et IIB), est munie d'une structure (14) susceptible d'augmenter la surface.
5. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le cadre (11 A, IIB) est constitué par un alliage de fer/nickel/cobalt ou un alliage de nickel/cuivre.
6. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la face latérale de la fenêtre est recouverte d'au moins une couche métallique (13) qui assure la conduction électrique et thermique et qui résiste à l'agent de refroidissement.
7. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche métallique ou des couches métalliques (13) est supérieure d'environ deux fois à la profondeur de pénétration du courant à la fréquence à transmettre.
8. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la couche métallique (13) ou les couches métalliques (13) est (sont) constituée(s) par de l'or, de l'argent ou du cuivre.
9. Ensemble de fenêtre à micro-onde selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'épaisseur de la fenêtre (12) est de

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X0 étant la longueur d'onde à la fréquence moyenne à transmettre et e la constante diélectrique du matériau de la fenêtre.
10. Tube à micro-onde muni d'un ensemble de fenêtre à microonde selon l'une des revendications 1 à 9.