FR2502394A1 - Tube a ondes progressives - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN TUBE A ONDES PROGRESSIVES COMPORTANT UNE STRUCTURE A ONDES LENTES REALISANT UNE AMPLIFICATION SENSIBLE A LA FREQUENCE ET AU SENS DE PROGRESSION. LA STRUCTURE 12 A ONDES LENTES COMPREND UNE HELICE 36 MONTEE AU MOYEN DE PEIGNES 42 DE SUPPORT A L'INTERIEUR D'UNE ENVELOPPE TUBULAIRE 38. LE PAS DE L'HELICE 36 VARIE COMME UNE FONCTION PREDETERMINEE DE LA DISTANCE LE LONG DE CETTE HELICE, ET UNE DIMENSION STRUCTURELLE PREDETERMINEE DES ELEMENTS 42 DE SUPPORT VARIE EGALEMENT COMME UNE FONCTION DE LA DISTANCE LE LONG DE L'HELICE, DE MANIERE A FAVORISER L'AMPLIFICATION D'UNE ONDE CENTREE SUR UNE FREQUENCE NOMINALE DONNEE ET PROGRESSANT LE LONG DE LA STRUCTURE 12 DANS LE SENS DE PROGRESSION DU FAISCEAU D'ELECTRONS, TOUT EN SUPPRIMANT LES ONDES PROGRESSANT EN SENS OPPOSES. DOMAINE D'APPLICATION: TUBES A ONDES PROGRESSIVES.

Description

L'invention concerne d'une manière générale

les dispositifs à hyperfréquences, et plus particulière-

ment des tubes à ondes progressives comportant un type per-

fectionné de structure à ondes lentes, y compris des struc-

tures équipées de moyens pour effectuer l'amplification sen-

sible à la fois à la fréquence et au sens.

Le tube à ondes progressives est un type de dispositif à hyperfréquences qui est largement utilisé comme composant d'appareils électroniques à hyperfréquences,

pour à la fois amplifier et générer des ondes électromagné-

tiques à très haute fréquence. Dans le tube à ondes progres-

sives, un faisceau d'électrons est dirigé le long d'une structure à ondes lentes du dispositif. On provoque la propagation d'une onde électromagnétique à très haute fréquence le long de la structure à ondes lentes. Cette structure établit pour l'onde électromagnétique un trajet de propagation dont la longueur est considérablement supérieure à la longueur axiale de la

structure, de manière que l'onde progressive puisse être pro-

pagée axialement à une vitesse proche de celle du faisceau d'électrons. L'interaction entre le faisceau d'électrons et l'onde électromagnétique provoque des modulations de vitesse

et des groupements des électrons dans le faisceau. De l'éner-

gie est ainsi transférée du faisceau d'électrons à l'onde électromagnétique se propageant le long de la structure à

ondes lentes, ce qui amplifie cette onde électromagnétique.

Des structures à anneaux-plans et hélice-plans cons-

tituent deux types de structures A ondes lentes auxquelles l'invention se rapporte, certains aspects de ces structures

étant décrits par R.M. White et collaborateurs dans un ar-

ticle de l'ouvrage IEEE Transactions on Electron Devices, Juin 1964, pages 247-261. Le circuit à anneaux-plans est

constitué d'une série d'anneaux espacés axialement et con-

nectés par des plans radiaux de support. Le circuit à hélice-

plans est une hélice supportée par des plans radiaux de sup-

port. Dans leur article, White et Collaborateurs indiquent que des mesures effectuées sur la structure à anneaux-plans

montrent une bande passante très étroite,rendant un tel cir-

cuit impropre à la plupart des applications. Cet article écarte également la structure du type à hélice-plans en se basant sur le fait qu'elle présente essentiellement la même bande passante étroite que le circuit à anneaux-plans. Une caractéristique de l'invention repose sur la découverte que la bande passante des structures à hélice-plans est modéré- ment élévée, et beaucoup plus élevée que les mesures indiquées

par White et Collaborateurs.

Un problème important se posant dans tous les tubes à ondes progressives lorsqu'ils sont utilisés comme amplificateurs d'ondes directes est qu'ils présentent des

modes d'oscillation indésirables dus à des ondes de re-

tour, ondes électromagnétiques parcourant la structure

à ondes lentes en sens opposé à celui du signal à amplifier.

Ces ondes de retour circulent en sens opposé à celui du mou-

vement du faisceau d'électrons et elles provoquent des os-

cillations indésirables et des signaux parasites. Cette ca-

ractéristique est un résultat direct de la possibilité des

structures à ondes lentes, telles que celles décrites ci-

dessus, à supporter de nombreux modes d'oscillation, et elle

peut apparaître quelle que soit la justesse de l'accord réa-

lisé entre les extrémités d'entrée et de sortie du tube et la structure à ondes lentes. Jusqu'à présent, de nombreuses

techniques ont été utilisées pour empêcher l'apparition d'os-

cillations indésirables dues aux ondes de retour dans des

tubes à ondes progressives. Ces techniques comprennent l'in-

troduction d'éléments dissipateurs sélectifs de fréquence, accordés sur la fréquence d'oscillation des ondes de retour, et des discontinuités dans la structure à ondes lentes, ces

discontinuités engendrant deux ou plusieurs fréquences d'os-

cillation des ondes de retour de manière que la structure du

circuit soit divisée en deux ou plusieurs tronçons ayant cha-

cun une longueur insuffisante pour supporter les oscillations indésirables.

Ces techniques souffrent d'un certain nombre d'in-

convénients parmi lesquels une plus grande complexité de la structure et l'apparition d'une perte'indésirable de l'onde directe à amplifier. En outre, ces techniques tendent à perdre de leur efficacité dans des circuits ayant de plus grandes

dimensions transversales, par exemple les circuits à anneaux-

plans et à hélice-plans,car un grand nombre de modes d'ondes de retour peuvent être supportés dans la bande générale de fréquences du mode souhaité.

Il existe donc un besoin en tubes à ondes pro-

gressives perfectionnés,en particulier des tubes ayant de

grandes dimensions transversales et qui sont donc plus su-

jets aux oscillations d'ondes de retour indésirables. L'in-

vention répond à ce besoin au moyen d'un dispositif qui

supprime la propagation des ondes de retour, tout en favô-

risant l'amplification d'une onde directe souhaitée.

L'invention concerne d'une manière générale un

tube à ondes progressives possédant une structure conductri-

ce du courant électrique, à ondes lentes, qui, en cours de fonctionnement, est parcourue par un faisceau d'électrons, suivant un axe, la structure à ondes lentes comprenant une hélice disposée le long et autour de l'axe et formée d'au

moins un élément. La structure à ondes lentes comprend éga-

lement une structure de support pour l'hélice et une enve-

loppe tubulaire disposée coaxialement autour de l'hélice.

Le pas de l'hélice varie suivant une fonction prédéterminée

de la distance le long de l'hélicetet une dimension struc-

turelle prédéterminée de la structure de support varie en

fonction de la distance le long de l'hélice, selon une re-

lation établie avec la variation du pas, afin de favoriser l'amplification d'une onde ayant une fréquence centrale ou nominale donnée et parcourant la structure à ondes lentes dans le sens de déplacement du faisceau d'électrons, tout

en supprimant les ondes se déplaçant en sens opposé.

Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la structure de support comprend deux éléments

en forme de peigne s'étendant le long de l'hélice et mon-

tés dans un plan diamétral, à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire, afin de former un plan longitudinal de symétrie avec l'enveloppe. Chaque élément en forme de peigne comporte une partie formant arête ou barrette et une rangée de doigts espacés

axialement les uns des autres et faisant saillie de l'arête.

Les extrémités des doigts successifs sont reliées chacune à l'une, correspondante, des spires successives de l'hélice,

l'arête étant connectée à l'enveloppe tubulaire. La dimen-

sion structurelle prédéterminée de la structure de support est la longueur de chacun des doigts, les doigts successifs

ayant des longueurs qui varient le long de l'hélice.

Dans une première version de cette forme de réa-

lisation, le pas de l'hélice augmente selon la fonction pré-

déterminée de la distance mesurée le long de l'hélice dans la direction d'avance du faisceau d'électronset la longueur des doigts successifs augmente sensiblement suivant la même fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice

dans le même sens.

Dans une autre version de cette forme de réali-

sation, le pas de l'hélice et la longueur des doigts succes-

sifs diminuent, au lieu de croître, selon sensiblement la

même fonction prédéterminée de la distance le long de l'hé-

lice dans le sens d'avance d faisceau d'électrons.

Dans une autre forme de réalisation, l'hélice comporte un conduit permettant l'écoulement d'un fluide de

refroidissement à travers elle.

Dans une autre forme de réalisation, chacune des extrémités des doigts comporte une partie concave dont la forme correspond à la courbure de la surface extérieure de

l'hélice. L'arête comporte une partie convexe qui corres-

pond à la courbure de la surface intérieure de l'enveloppe.

Une autre partie de chacun des doigts présente deux surfaces de bords sensiblement parallèles entre elles et qui, à leurs extrémités extérieures, s'étendent le long de l'arête et

sont sensiblement --parallèles au plan longitudinal de symé-

trie. Une autre partie de chacun des doigts-forme deux sur-

faces de bords s'étendant à peu près radialement vers l'ex-

térieur de l'hélice et symétriques par rapport au plan longi-

tudinal de symétrie. Chaque paire formée par les surfaces dis-

posées radialement sous-tend un angle d'environ 90 avec l'axe

de l'hélice.

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Contrairement à la forme de réalisation décrite en premier ci-dessus, la longueur des doigts est constante, mais l'épaisseur, mesurée dans la direction transversale, de chacun des éléments varie le long de l'hélice, en même temps que la variation du pas de l'hélice, l'épaisseur étant définie comme étant la distance mesurée perpendiculairement

entre les surfaces des bords sensiblement parallèles.

Dans l'une des deux versions de la forme de réa-

lisation venant d'être décrite, le pas de l'hélice augmente selon la fonction prédéterminée de la distance le long de

l'hélice dans le sens du faisceau d'électrons, et l'épais-

seur des doigts successifs diminue sensiblement selon la même fonction prédéterminée le long de l'hélice dans le même sens.

Dans l'autre version de cette forme de réalisa-

tion, le pas de l'hélice diminue et l'épaisseur des doigts

successifs augmente sensiblement selon la même fonction pré-

déterminée, le long de l'hélice, dans le sens d'avance du

faisceau d'électrons.

Dans une autre forme de réalisation de l'inven-

tion, l'hélice comporte une partie formant une base et une partie formant une nervure qui fait saillie vers l'extérieur de la partie de base, vers l'enveloppe tubulaire. L'hélice peut être obtenue par enroulement de ruban de section en T afin de former, en fait, deux hélices jointes et enroulées

dans le même sens.

Des parties transversales de la nervure sont re-

tirées sur des côtés radialement opposés de l'hélice afin que la matière enlevée des parties transversales de la nervure

et le pas de l'hélice varient simultanément suivant la lon-

gueur de cette hélice pour produire ainsi l'amplification

sensible au sens et à la fréquence.

Dans chacune des formes de réalisation, l'hélice peut être obtenue à partir d'un seul élément pour former une

structure hélicoïdale monofilaire.

L'hélice peut également être constituée de deux

éléments afin de former une hélice bifilaire.

L'invention sera décrite plus en détail en re-

gard des dessins annexés à titre d'exemples nullement li-

mitatifs et sur lesquels:

la figure 1 est une élévation schématique sim-

plifiée, avec coupe partielle, d'une première forme de réa- lisation du tube à ondes progressives selon l'invention; la figure 2 est une vue partielle en perspective avec arrachement partiel d'une structure à ondes lentes du tube de la figure 1;

la figure 3 est une coupe longitudinale partiel-

le d'une forme de réalisation de la structure à ondes lentes

de la figure 1, comprenant une hélice supportée par des élé-

ments en forme de peigne; la figure 4 est une coupe transversale suivant la ligne 4-4 de la figure 3; les figures 5 à 9 dont des diagrammes J - P utiles pour l'explication des caractéristiques de la forme de réalisation de l'invention des figures 1 à 4, ainsi que de toutes les autres formes de réalisation décrites; la figure 10 est un graphique illustrant diverses

autres fonctions de variation du pas de l'hélice selon la dis-

tance mesurée le long de l'hélice; la figure 11 est une vue en bout d'une autre forme de réalisation d'une structure à ondes lentes, analogue à

celle. de la figure 2, à laquelle un dispositif de refroidis-

sement est ajouté; la figure 12 est une coupe longitudinale partielle de la structure représentée sur la figure 11;

la figure 13 est une coupe longitudinale partiel-

le d'une autre forme de réalisation de la structure à ondes lentes selon l'invention; la figure 14 est une vue en bout de la structure représentée sur la figure 13; la figure 15 est une vue de dessus de l'un des deux éléments en forme de peigne représentés sur la figure la figure 16 est une vue en perspective d'une

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structure à ondes lentes (dont l'enveloppe tubulaire est

retirée pour plus de clarté) conformément à une autre va-

riante de l'invention; la figure 17 est une vue en bout de la forme de réalisation de la figure 16;

la figure 18 est une coupe longitudinale par-

tielle suivant la ligne 18-18 de la figure 17; et

la figure 19 est une vue partielle en perspec-

tive, avec arrachement partiel, d'une structure à ondes lentes comportant une hélice bifilaire, conformément à une

autre forme de réalisation de l'invention.

En se référant plus particulièrement aux dessins, la figure 1 représente sous une forme schématique simplifiée un tube 10 à ondes progressives selon l'invention. Le tube 10 comporte une section 12 à ondes lentes qui est représentée avec arrachement partiel, une section 14 d'entrée et une

section 16 de sortie.

Brièvement décrite, la section 14 d'entrée com-

prend un canon 18 à électrons de conception classique, com-

portant une cathode 19 et une électrode 21 d'accélération. La section 14 d'entrée comprend également une partie 20 de guide

d'ondes d'entrée destinée à accoupler le tube à ondes progres-

sives 10 > un guide d'ondes extérieur ou à une ligne de transmis-

sion de micro-ondes (non représentée) qui fournit le signal d'entrée à hyperfréquences. La partie 20 d'entrée comprend également une fenêtre à hyperfréquences (non représentée), transparente à l'énergie de microondes, mais capable de

maintenir le vide à l'intérieur du tube 10 à ondes progres-

sives. La section 16 de sortie comprend une électrode collec-

trice 22 et une partie 24 de guide d'ondes de sortie qui est sensiblement analogue à la partie 20 d'entrée. Etant donné que tous ces éléments sont classiques, à l'exception de la structure 12 à ondes lentes, et qu'ils n'entrent pas, par eux-mêmes, dans le cadre de la présente invention, ils ne

seront pas décrits plus en détail.

En fonctionnement, le canon 18 à électrons génère

et accélère un faisceau d'électrons suivant l'axe du tube 10.

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Le faisceau se déplace à une vitesse nominale qui est sen-

siblement égale à la-composante de vitesse axiale d'une onde

électromagnétique imprimée sur la structure 12 à ondes lentes.

Le faisceau d'électrons est concentré classiquement par un champ magnétique parallèle à l'axe du faisceau électronique. Ce champ magnétique peut être produit par un solénoïde (non représenté) ou bien par une série d'aimants permanents

(non représentés) disposés le long du tube. L'onde électroma-

gnétique à amplifier est transmise de la section d'entrée 20 à la structure à ondes lentes et elle se propage suivant la longueur de la structure 12 à ondes lentes. Une interaction se produit entre le faisceau d'électrons et la structure 12 de manière que les électrons cèdent une certaine partie de leur énergie aux ondes électromagnétiques afin que l'onde passant sur la structure augmenteen amplitude et apparaisse à la section 24 de sortie. Le faisceau d'électrons arrive à la sortie sensiblement en même temps que l'onde, sort de la structure et est recueilli dans le collecteur 22. Ainsi, un échange d'énergie stable se produit, échange au cours duquel

le faisceau d'électrons cède de l'énergie à l'onde électroma-

gnétique. Une reproduction fidèle du signal d'entrée appa-

raît à la-sortie, sauf que l'amplitude du signal s'est con-

sidérablement accrue.

Dans la forme de réalisation de la figure 1, le tu-

be 10 à ondes progressives est illustré comme ayant trois sections d'amplification 26, 28 et 30 contenant chacune une structure 12 à ondes lentes. Chaque section d'amplification est isolée de la ou des sections adjacentes par un dispositif

d'isolation ou de sectionnement. Ainsi, les première et deu-

xième sections 26 et 28 d'amplification sont isolées l'une de l'autre par un sectionnement 32 et les deuxième et troisième

sections 28 et 30 d'amplification sont isolées l'une de l'au-

tre par un sectionnement 34. Chacune des sections 26 à 30 d'am-

plification possède une longueur appropriée pour un gain maxi-

mal stable. Les sectionnements 32 et 34 absorbent les ondes électromagnétiques se déplaçant le long de la structure 12 à ondes lentes, tout en permettant le passage du faisceau

d'électrons sur toute la longueur du tube à ondes progres-

sives. Le faisceau d'électrons est modulé dans chaque sec-

tion d'amplification et, par conséquent, à son entrée dans la section d'amplification suivante, il lance une nouvelle onde électromagnétique qui est amplifiée par l'interaction entre cette nouvelle onde électromagnétique et le faisceau d'électrons. Il est évident que les différentes sections d'amplification ne sont représentées qu'à titre illustratif, et que dans un tube à ondes progressives de faible puissance,

une seule section plutôt que plusieurs sections d'amplifica-

tion est en général utilisée.

Les figures 2, 3 et 4 représentent plus en détail une forme de réalisation de la structure 12 à ondes lentes,

utilisée dans le tube à ondes progressives de la figure 1.

La structure 12 à ondes lentes comprend une hélice 36 formée d'un ruban qui est enroulé suivant un plan prédéterminé P, mesuré entre des spires successives et établi conformément aux caractéristiques de propagation d'ondes souhaitées pour la structure à ondes lentes réalisée. Une enveloppe tubulaire

38 est disposée coaxialement autour de l'hélice 36. La struc-

ture 12 à ondes lentes comporte également une structure 40 de support qui s'étend le long de l'hélice 36 et qui est reliée

à la surface extérieure de cette dernière, en des points prédé-

terminés de la longueur de ladite hélice 36, la structure de support faisant saillie vers l'extérieur pour être reliée à la paroi intérieure de l'enveloppe tubulaire 38. L'hélice 36,

l'enveloppe 38 et la structure 40 de support sont toutes réa-

lisées en matière conductrice du courant électrique, avanta-

geusement en cuivre. Dans la forme particulière de réalisa-

tion représentée sur les figures 2, 3 et 4, la structure de support est constituée de deux éléments 42 en forme de peigne ayant chacun une arête 44 de laquelle fait saillie une rangée de doigts 46 espacés axialement. L'extrémité de chaque doigt

46 est reliée à une spire correspondante de l'hélice 36.

L'extrémité de chaque doigt 46 est sensiblement centrée sur la largeur de la spire correspondante de l'hélice, la largeur étant définie comme étant la largeur du ruban s'étendant le long de l'hélice. L' arête est reliée à l'enveloppe 38. Comme mieux montré sur les figures 2 et 4, les éléments 42 en forme de peigne sont montés dans un plan diamétral afin de former un plan longitudinal de symétrie. Comme mieux montré sur la figure 3, la longueurL des doigts 46 et le pas P de l'hélice 36 n'ont pas la même dimension, mais augmentent plutôt le long de l'hélice 36, de la gauche vers la droite. Pour plus de clarté, l'amplitude de la variation est représentée de façon exagérée. Dans ce cas, la longueur L est définie comme étant la longueur d'une

ligne radiale mesurée le long de chaque doigt 46 et s'éten-

dant de l'extrémité du doigt jusqu'à son intersection avec

l'arête Une valeur de 10 % constitue un exemple de la va-

riation du pas d'une extrémité à l'autre de l'hélice 36,

tandis que la longueur des doigts 46 varie d'environ 13%.

Le but de cette variation est de résoudre le problème posé par des oscillations indésirables d'ondes de

retour, en modifiant la structure 12 à ondes lentes de ma-

nière que seul le mode d'ondes directes choisi se propage à

la vitesse constante demandée pour obtenir l'amplification.

L'une des caractéristiques essentielles d'une forme de réa-

lisation de l'invention est que le pas de l'hélice varie se-

lon une fonction prédéterminée de la distance mesurée le long de l'hélice, et qu'une autre dimension structurelle de la structure 12 à ondes lentes varie en même temps que le pas,

afin qu'une onde électromagnétique ayant une fréquence tem-

porelle donnée, qui se déplace le long de la structure à

ondes lentes dans un premier sens, soit amplifiée préféren-

tiellement à des ondes se déplaçant le long de la même struc-

ture, en sens opposé. Bien que la dimension structurelle de

la structure à ondes lentes, qui varie dans la forme de réa-

lisation des figures 2, 3 et 4, soit la longueur des doigts 46, la variation d'autres paramètres dimensionnels de la structure peut être substituée à la précédente, comme décrit

pour d'autres formes de réalisation indiquées ci-après.

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Pour expliquer les diverses caractéristiques de propagation de l'invention, y compris la suppression

des ondes de retour dans la forme de réalisation des fi-

gures 2, 3 et 4, le type bien connu de diagrammes de dis-

persion sera utilisé, comme montré sur les figures 5 à 9. Ainsi qu'il est classique dans de tels diagrammes, '., la fréquence angulaire ou pulsation, est CJ = 2 ff o f est la fréquence temporelle de propagation des ondes, et, p, la fréquence spatiale angulaire, est 2 ?< X

o A est la longueur de l'onde se propageant sur la struc-

ture 12 à ondes lentes. De plus, la vitesse de phase vp de l'onde électromagnétique est J v = vp et la vitesse de groupe'v9 est v = g

La figure 5 représente un diagramme de disper-

sion pour deux structures 12 à ondes lentes identiques à celle des figures 2 à 4, sauf que le pas de l'hélice 36 et

la longueur des doigts 46 ne varient pas, mais sont cons-

tants. Dans ce cas, deux structures à ondes lentes sont com-

parées, l'une ayant une hélice 36 à pas long PL, indiquée par une droite de dispersion 48, et l'autre ayant une hélice

36 à pas court PS indiquée par une ligne de dispersion 50.

Il convient de noter que les droites 48 et 50 ne passent pas

par l'origine à J = 0, mais se croisent plutôt à une fréquen-

ce de coupure Jc iqui est supérieure à 0, indiquant que la propagation de l'onde le long de la structure à ondes lentes est "interdite" au-dessous de ci Il apparaît également que la droite 52 de vitesse du faisceau d'électrons présente une pente proportionnelle à la vitesse de déplacement du

faisceau d'électrons. Ainsi qu'il est bien connu, la vites-

se du faisceau est une fonction croissante de la tension

appliquée à l'électrode accélératrice 19 dans- le canon a élec-

trons de la figure 1.

Aux points d'intersection de la droite 52 de vitesse du faisceau avec la droite 48 de dispersion à pas long et la droite 50 de dispersion à pas court, le faisceau d'électrons et l'onde électromagnétique se propageant sur la structure 12 à ondes lentes,ont des vitesses égales et l'interaction entre le faisceau et l'onde électromagnétique est maximale, ce qui donne un gain maximal pour les ondes électromagnétiques ayant les fréquences nominales w1 et i 2 et se propageant respectivement sur les hélices à pas long et à pas court. En des points s'éloignant de la fréquence nominale, la distance verticale augmente entre la droite 52 de vitesse du faisceau d'électrons et l'une ou l'autre des

droites 48 et 50 de dispersion. Ainsi qu'il ressort de l'ex-

plication précédente, cet accroissement de distance entre les droites indique que la différence de vitesse entre l'onde

électromagnétique et le faisceau d'électrons augmente pro-

gressivement avec, pour conséquence, une diminution du gain aux fréquences s'éloignant de la fréquence nominale ou centrale. Ainsi, la tension particulière à laquelle le faisceau d'électrons est accéléré détermine la fréquence

nominale d'une bande passante-limitée, cette fréquence nomi-

nale ou centrale diminuant progressivement lorsque la tension du faisceau augmente. En outre, la droite 48 à pas long de la structure à ondes lentes présente une pente plus forte que celle de la droite 50 à pas court et, par conséquent, cette structure présente une bande passante plus large que celle du circuit à ondes lentes représenté par la droite 50 à pas court. Par conséquent, le pas de 1' hélice détermine

la bande passante du circuit.

* Certains des effets avantageux de la structure 42 en forme de peigne seront à présent expliqués en regard de la figure 6. Les droites 54, 56 et 58 correspondent à

trois structures à ondes lentes identiques à celle des fi-

gures 2 à 4, sauf que, pour chacune des structures respectives, la pas de l'hélice et la longueur des doigts sont constants

sur toute la longueur de la structure. Les longueurs cons-

tantes des doigts sont nulle,courte et longue respective-

ment pour les droites 54, 56 et 58. Il convient de noter qu'un doigt de longueur nulle correspond au cas dans lequel

les intervalles entre les doigts sont pleins de façon à for-

mer une structure 40 de support continue dans la direction axiale. Ainsi qu'il ressort d'un examen de la figure 6, l'accroissement de la longueur des doigts a pour effet de

translater les droites de dispersion vers le bas sans modi-

fier leur pente. Comme expliqué pour la figure 5, chacun

des points d'intersection de la droite 60 de vitesse du fais-

ceau d'électrons avec les droites 54, 56 et 58 correspond à la fréquence centrale nominale w c, w ou w2, de la bande

passante sur laquelle les ondes électromagnétiques réagis-

sent avec le faisceau d'électrons.

Il est souvent souhaitable de faire fonctionner un tube à une bande passante aussi grande que possible pour une fréquence de fonctionnement donnée w et une tension donnée du faisceau d'électrons. La présente invention permet d'obtenir une telle bande passante élevée et large, à une

fréquence et à une tension de fonctionnement données, en ré-

duisant la fréquence de coupure w c au moyen d'un allonge-

ment des doigts et, simultanément, d'un accroissement du pas de l'hélice afin que l'on obtienne une caractéristique de fonctionnement indiquée par la droite 62. Dans ce cas, la

bande passante est augmentée par rapport à celle d'une struc-

ture à doigts de longueur nulle, correspondant à la droite 54, car lespentes de la droite 60 de vitesse et de la droite 62 correspondant aux doigts longs et au pas long, sont plus proches l'une de l'autre que ne le sont les pentes de la droite 60 de vitesse et de la droite 54 correspondant aux

doigts de longueur nulle et au pas court.

L'un des avantages de l'invention par rapport à l'art antérieur est que la longueur des doigts 46 et le pas de l'hélice 36 peuvent être réglés indépendamment (droite 62 de dispersion) afin que l'on obtienne la bande passante exacte souhaitée pour une fréquence de fonctionnement et une tension du faisceau d'électrons demandées. Par exemple,

ainsi qu'il ressort d'un examen de la figure 6, si la struc-

i ture 40 de support comporte des doigts de longueurnulle, il est possible de parvenir à une bande passante élevée souhaitée uniquement par un accroissement simultané du pas

de l'hélice 36 et de la tension du faisceau d'électrons.

Un tel accroissement de la tension est souvent impossible

en raison des limitations du système.

La suppression des oscillations dues aux ondes de retour, par une variation combinée de la longueur des doigts et du pas de l'hélice sur la longueur de la structure

12 à ondes lentes sera à présent décrite en regard des fi-

gures 7, 8 et 9.

La figure 7 montre la courbe de dispersion pour une structure à ondes lentes analogue à celle des figures 2 à 4, mais avec, comme précédemment, la différence que le pas et la longueur des doigts sont maintenus constants le

long de l'hélice 36. La droite 64 correspond à l'onde pro-

gressive directe (vitesse de groupe positive) et la droite

66 représente l'onde progressive de retour (vitesse de grou-

pe négative). La droite 68 correspond à la vitesse du fais-

ceau et sa pente, qui indique la vitesse du faisceau, est choisie afin que cette droite coupe la droite 64 de l'onde directe en un point 65 tel que l'on obtienne une structure

capable d'amplifier des ondes directes dans la bande de fré-

quences centrée sur une fréquence souhaitée w 0. Ceci est

le mode souhaité de fonctionnement. Malheureusement, l'inter-

section de la droite 68 du faisceau avec la droite 66 de

l'onde de retour en un point 70 donne naissance à une fré-

quence indésirable w b d'oscillation de l'onde de retour.

En général, l'onde de retour présente une impédance d'inter-

action avec le faisceau d'électrons supérieureâ celle qu'elle présente avec les ondes directes, de sorte qu'une quantité importante de l'énergie du faisceau d'électrons se transforme en une oscillation de l'onde indésirable de retour, aux

dépens de l'énergie communiquée à l'onde directe souhai-

tée. Par conséquent, à moins de modifier la structure à ondes lentes de la figure 7, dont le pas est constant et dont la longueur des doigts est également constante, un si- gnal appliqué à cette structure présente une amplitude qui

oscille à la fréquence w b définie par le point d'inter-

section 70, au lieu d'être convenablement amplifié à la

fréquence w O définie par le point d'intersection 68.

Jusqu'à présent, la description des diagrammes

de dispersion a porté sur des structures à ondes lentes dans lesquelles la pas de l'hélice et la longueur des doigts

sont constants le long de l'hélice. On considérera à pré-

sent des structures à ondes lentes dans lesquelles le pas de l'hélice varie le long de cette dernière. La figura 8 montre les caractéristiques de dispersion d'une forme de

réalisation analogue à la forme de réalisation de l'inven-

tion représentée sur les figures 2 à 4, sauf que seul le pas de l'hélice, à l'exclusion de la longueur des doigts, varie le long de l'hélice. Toutes les droites de dispersion de la figure 8 correspondent à la même structure. La droite

72 de dispersion représente la caractéristique de disper-

sion d'une onde directe à l'extrémité de pas long de la

structure à ondes lentes. La droite 72' indique la carac-

téristique de dispersion à l'extrémité de pas court de la structure à ondes lentes. Des points situés le long de la structure à ondes lentes, compris entre les deux extrémités, possèdent des droites de dispersion (non représentées) qui passent entre les droites 72 et 72'. Les droites de dispersion 74 et 74' représentent les caractéristiques de dispersion pour les

extrémités de pas court et de pas long de la structure.

Comme première étape d'une solution en deux étapes apportée au problème des oscillations indésirables des ondes de retour, la figure 8 montre que les droites de

dispersion associées aux ondes directes et aux ondes de re-

tour changent de pente en sens opposés lorsque le pas de l'hélice varie suivant sa longueur. Ainsi, les droites de

dispersion pour l'onde directe varient de la droite 72 cor-

respondant à l'extrémité de pas le plus court de l'hélice jusqu'à la droite 72' correspondant à l'extrémité opposée, de pas le plus long, de l'hélice, selon un comportement analogue à celui décrit précédemment en regard de la figure 5. Comme montré également sur la figure 8, les droites de dispersion associées à l'onde de retour varient de la droite 74, correspondant à l'extrémité de pas le plus court, jusqu'à la droite 74', correspondant a l'extrémité de

pas le plus long, de la même hélice.

Une explication physique du comportement des changements de pente. avec le pas variable de l'hélice peut ressortir des faits que la pente de chaque droite représente

une vitesse axiale de l'onde progressive en la section trans-

versale correspondante de l'hélice et que les ondes suivent le trajet sinueux de l'hélice. Par conséquent, dans le cas d'une onde progressive directe, le fait que la vitesse de l'onde augmente avec le pas résulte du plus faible nombre de spires, par unité de longueurque l'onde doit suivre avec,

pour conséquence, un accroissement de la vitesse axiale.

Par ailleurs, dans le cas de l'onde progressive de retour, cette onde rencontre un nombre croissant de spires par unité

de longueur,ce qui entraîne une vitesse axiale inférieure.

La droite 76 de vitesse du faisceau d'électrons

coupe les droites 72, 72', 74 et 74' aux points d'intersec-

tion 78, 78', 80 et 80' respectivement. Pour plus de clarté, on suppose que l'on souhaite amplifier des ondes directes à une fréquence <.J correspondant au point d'intersection

78.

Sans modifier davantage la structure représentée sur la figure 8, dans laquelle le pas est le seul paramètre structurel qui varie, il apparaît que la structure à ondes

lentes est incapable d'amplifier des ondes progressives di-

rectes ou de retour. La raison en est que toute onde directe

ayant une fréquence comprise correspondant à celle s'éten-

dant entre les points d'intersection 78 et 78' ne possède pas une vitesse égale à celle du faisceau d'électrons et ne peut donc réagir avec ce faisceau sur une distance axiale

suffisante pour que cette onde puisse être amplifiée. Un ar-

gument analogue s'applique a l'onde de retour.

On considérera à présent la figure 9 qui montre les caractéristiques de la forme de réalisation de l'inven- tion représentée sur les figures 2 à 4. Non seulement le pas de l'hélice mais également la longueur des doigts varient le long de l'hélice. Dans ce cas, la longueur des doigts varie le long de l'hélice d'une valeur prédéterminée telle que la

droite 72' de dispersion de la figure 8 soit translatée suf-

fisamment vers le bas pour faire coIncider le point d'inter-

section 78' de la figure 8 avec le point d'intersection 78, ce qui donne le point d'intersection 78" de la figure 9. Une telle variation de la longueur des doigts laisse la pente de toutes les droites inchangée et les droites sont simplement translatées vers le bas avec la longueur croissante des doigts. Sur la figure 9, les droites 72 et 72" représentent respectivement les droites de dispersion des ondes directes aux extrémités opposées de l'hélice, l'une présentant le pas le plus court et les doigts les plus courts, et l'autre le pas le plus long et les doigts les plus longs. De même, les droites 74 et 74" constituent respectivement les droites de dispersion des ondes de retour à l'extrémité de l'hélice ayant le pas le plus court et les doigts les plus courts, et à l'extrémité opposée de l'hélice ayant le pas le plus long et les doigts les plus longs. Les droites 74 et 74" coupent la droite 76 du faisceau aux points d'intersections 80 et 80", respectivement. Ainsi qu'il ressort d'un examen de la figure 9, les points d'intersection 78 et 78" coïncident à une fréquence

de W, tandis que les fréquences des ondes de retour oscil-

lent sur une plage d'excursion toujours plus large, corres-

pondant à la plage comprise entre les points d'intersection et 80". Par conséquent, l'onde directe progressive de fréquence nominale w 0, définie par les points coincidants d'intersection 78, 78", est en synchronisme avec la vitesse

du faisceau d'électrons sur toute la longueur de la struc-

ture 12 à ondes lentes. Par contre, l'onde de retour tend à osciller sur la large bande de fréquences céfinie Dar les points d'intersection 80, 80", ce qui a pour résultat une amplification insuffisante, dans tout incrément donné de la longueur de l'hélice, pour produire une oscillation de l'onde de retour. Il en résulte une amplification préfé- rentielle de l'onde progressive directe, de sorte que toute onde de retour disparaît ou acquiert une énergie négligeable

par rapport à celle de l'onde directe.

Le procédé de suppression des oscillations idési-

rables de l'onde de retour, décrit ci-dessus, semble être également efficace, que les variations simultanées du pas de l'hélice et de la longueur des doigts soient une fonction croissante ou décroissante du sens d'avance du faisceau d'électrons. Ainsi, dans la forme de réalisation de la figure 1, si le pas de l'hélice 36 et la longueur des doigts 42 sont des fonctions croissantes dans le sens de la progression du faisceau d'électrons, la structure 12 à ondes lentes de la figure 1 est à disposition longitudinale, de manière que le pas de l'hélice et la longueur des doigts diminuent dans le sens de progression du faisceau d'électrons. La suppression des ondes de retour est également satisfaisante dans une orientation ou dans l'autre. Le diagramme de dispersion dans ce dernier cas serait tout à fait analogue à celui des figures 5 à 9, sauf que les droites de dispersion subiraient des changements opposés de pente et des translations opposées

en fonction de la distance le long de l'hélice. A ces diffé-

rences près, les explications précédentes concernant la pro-

pagation de l'onde directe et la suppression de l'onde de re-

tour, données en regard des figures 5 à 9, restent par ail-

leurs identiques. Par exemple, la figure 9 serait modifiée dans la mesure o les droites 74 et 74" seraient interverties,

de même que les droites 72 et 72".

Le pas de l'hélice et la longueur des doigts peu-

vent varier suivant un certain nombre de fonctions différen-

tes de la distance le long de l'hélice. La figure 10 montre un certain nombre d'autres exemples de variation du pas de l'hélice pour diverses fonctions de la distance le long de l'hélice. La droite 82 indique une ligne de base correspondant

à un pas uniforme de l'hélice et utilisée comme référence.

Chacune des autres droites correspond à une différence d'en-

viron 10 % du pas de l'hélice, d'une extrémité à l'autre.

Dans chaque cas, la longueur des doigts peut varier de ma-

nière que la vitesse de l'onde directe reste uniforme le long de l'hélice, à une fréquence correspondant au point d'intersection de la droite de vitesse du faisceau et de la

droite de dispersion de l'onde directe. De telles varia-

tions de la longueur des doigts ont sensiblement la même

forme fonctionnelle que les fonctions montrées sur la fi-

gure 10 pour la variation du pas de l'hélice et ont une amplitude sensiblement supérieure à celle de la variation

du pas de l'hélice.

Ces fonctions seront à présent décrites sensi-

blement dans l'ordre de leur efficacité décroissante et de

leur facilité de fabrication croissante. La droite 84 re-

présente une variation en cosinus dans laquelle le pas de l'hélice et la longueur des doigts successifs varient avec le cosinus de la distance le long de l'hélice, la variation totale de l'argument du cosinus étant d'une demi-période

et la variation passant d'une amplitude minimale à une am-

plitude maximale d'une extrémité à l'autre de l'hélice. La

variation en cosinus apparaît comme produisant la suppres-

sion optimale des oscillations de l'onde de retour pour une amplification donnée de l'onde directe, mais elle peut être

difficile à obtenir en pratique. La droite 86 est une ver-

sion mise sous forme linéaire d'une variation en cosinus dans laquelle le pas est uniforme sur le premier quart du

circuit, la moitié centrale de la longueur du circuit pré-

sentant une inclinaison linéaire, et le dernier quart de la longueur du circuit ayant de nouveau un pas uniforme, mais

plus court. La droite 88 indique une variation linéaire.

Le fait de procéder par pas discontinus, plutôt que d'utili-

ser une variation uniforme du pas et de la longueur des doigts, bien que moins efficace, conserve cependant une certaine efficacité pour supprimer l'onde de retour. Un

exemple est indiqué par la ligne 90 selon laquelle le cir-

cuit est divisé en deux longueurs égales, avec un brusque

changement de pas. Il est évident qu'au lieu d'un seul chan-

gement brusque du pas, deux, trois ou un plus grand nombre de changements de pas seraient plus efficaces. L'inclinaison linéaire de la droite 88 représente un bon compromis entre la suppression optimale de l'onde de retour de la courbe 84

de cosinus et la facilité de fabrication.

Un exemple typique de la forme de réalisation des figures 2 à 4, qui a été construit et mis en oeuvre avec

succèsiprésente une variation linéaire du pas et de la lon-

gueur des doigts, avec une variation totale du pas, entre les extrémités opposées de l'hélice, d'environ 10 %, et un rapport de la variation totale de la longueur des doigts au pas de l'hélice d'environ 13 %. Des analyses ont montré que la variation totale du pas peut être comprise entre 6 et 25 %, tandis que le rapport de la variation totale de la longueur des doigts au pas de l'hélice peut s'étendre entre

14 et 1,7.

La structure 12 à ondes lentes est réalisée par la mise en oeuvre de procédés classiques de fabrication, par exemple par bobinage de l'hélice 36 sur un mandrin au

moyen d'une bobineuse hélico!dale à commande numérique, dis-

ponible dans le commerce. Le bobinage d'une hélice de pas variable n'est pas plus difficile, sur une telle machine, que celui d'une hélice de pas uniforme. La fabrication de la structure 42 de support en forme de peigne est aisément accomplie par des procédés bien connus d'étincelage. Si la machine d'étincelage est commandée par ordinateur, une fois que la machine est programmée, la structure 42 en forme

de peigne,dont l'écartement et la longueur des doigts va-

rient, peut être réalisée sans plus de difficultés que cel-

les rencontrées pour produire une structure de support dont

les doigts ont un écartement et une longueur uniformes.

On a déterminé, comme autre caractéristique avantageuse de l'invention, que lorsque l'aire en section de chacun des doigts 44 diminue, la fréquence de coupure wAc diminue également, ce qui accroît la bande passante de travail et,

également, le produit de la bande passante par l'impédance.

Il est évident que lorsque l'aire de la section diminue, la capacité de dissipation thermique diminue également, de même,

par conséquent, que la puissance de sortie admissible du tu-

be à ondes progressives. Par conséquent, il faut établir un

compromis entre le produit de l'impédance par la bande pas-

sante et la dissipation thermique pour la forme de réalisa-

tion des figures 2 à 4.

Une façon d'ajuster ce compromis en faveur d'une plus grande puissance de sortie tient dans une modification simple de la forme de réalisation des figures 2 à 4 de manière que l'aire de la section de chacun des doigts 46 soit augmentée par un accroissement de la largeur de chaque doigt 46 dans la direction axiale de l'hélice. Dans un cas extrême, les doigts

46 et la barrette 44 sont confondus pour former un plan ra-

dial continu. Dans une telle configuration, étant donné que la longueur des doigts ne varie pas, il faut disposer d'un

autre moyen pour supprimer l'onde de retour.

A l'autre extrémité du compromis, il est possible de donner une valeur maximale au produit du gain par la bande passante en réduisant l'aire de la section de chaque doigt 46 jusqu'à ce que chacun des doigts 46 soit analogue à une pointe.

En dernière extrémité, on peut supprimer la bar-

rette 44, ce qui nécessite également la mise en oeuvre d'au-

tres moyens pour supprimer les oscillations de l'onde de re-

tour.

Une autre forme de réalisation de l'invention, montrée sur les figures Il et 12, atténue, voire élimine la

nécessité de procéder à un tel compromis.

La structure à ondes lentes des figures 11 et 12 est analogue à celle représentée sur les figures 2, 3 et 4, à la différence que l'hélice comporte des moyens permettant

l'écoulement d'un liquide de refroidissement à travers elle.

Les éléments de la forme de réalisation des figures il et 12, identiques ou équivalents aux éléments correspondants de la

forme de réalisation des figures 2, 3 et 4,portent des réfé-

rences numériques dont les deuxième et troisième chiffres

correspondent à ceux des éléments correspondants des fi-

gures 2, 3 et 4, ces chiffres étant précédés du chiffre

"1" sur les figures Il et 12. Comme représenté sur les fi-

gures 11 et 12, la structure. 112 à ondes lentes comprend une hélice 136 qui présente un conduit 192 permettant l'écou- lement d'un fluide de refroidissement à travers ladite hélice. Le conduit 192 est hélicoïdal et enroulé dans le

même sens que l'hélice 136 dont il fait partie intégrante.

Les doigts subsistent donc, ce qui donne une valeur élevée au produit de la bande passante par l'impédance, la dissipation

thermique importante étant assurée par le fluide de refroi-

dissement qui circule dans le conduit.

Une autre forme de réalisation de l'invention convenant particulièrement à un fonctionnement à grande

puissance, sans nécessiter de refroidissement, est représen-

tée sur les figures 13 à 15 o les éléments identiques ou équivalents à ceux de la forme de réalisation des figures

2 et3 portent les mêmes références numériques dont les deu-

xième et troisième chiffres correspondent à ceux utilisés

sur les figures 2 et 3, mais sont précédés du chiffre "2".

La forme de réalisation de-la structure 212 à

ondes lentes des figures 13 à 15 est analogue à celle re-

présentéeesur les figures 2 à 4, en particulier par le fait qu'elle comporte une hélice 236 dont le pas augmente suivant sa longueur, de la gauche vers la droite, une enveloppe 238

et deux éléments 242 de support en forme de peigne, radia-

lement opposés et ayant un plan longitudinal de symétrie.

Cependant, la forme de réalisation des figures 13 à 15 dif-

fère de celle des figures 2 à 4 par le fait que la longueur

des doigts 246 est constante sur toute la longueur de l'héli-

ce 236, tandis que l'épaisseur, dans la dimension transversa-

le, de chacun des éléments 242 en forme de peigne varie

le long de l'hélice 236, d'une manière indiquée.

Ainsi qu'on peut mieux le voir sur les figures 14 et 15, l'extrémité de chacun des doigts 246 comporte une partie concave qui correspond à la courbure de la surface extérieure de l'hélice 236. La partie extérieure convexe de

2$02394

la barrette 244 épouse la courbure de la surface intérieure

de l'enveloppe 238. Une partie de chacun des doigts 246 dé-

finit deux surfaces latérales de bords 294 disposés radia-

lement par rapport à la structure 212 à ondes lentes et sy-

métriques par rapport au plan longitudinal de symétrie. Chaque paire de surfaces 294 sous-tend un angle d'environ 90 sur l'axe de l'hélice. Chaque doigt 246 présente en outre deux surfaces 296 de bords, sensiblement parallèles entre elles, s'étendant sur toute la longueur de la barrette 244

et sensiblement parallèles au plan longitudinal de symétrie.

L'épaisseur t des doigts 246 diminue et le pas

de l'hélice 236 augmente simultanément le long de cette hé-

lice 236, dans le sens de la gauche vers la droite, comme montré sur la figure 13. Dans ce cas, l'épaisseur de chaque

doigt 246 est définie par la distance mesurée perpendicu-

lairement entre les deux surfaces 296 de chaque paire de bords.Ces variations du pas et de l'épaisseur assurent la suppression de l'onde de retour, d'une façon tout à fait analogue à celle décrite pour les formes de réalisation précédentes. Par exemple, les diagrammes de dispersion de

la forme de réalisation dee figures 13 à 15 seraient similai-

res, d'un point de vue qualitatif, à ceux des figures 5 à 9

et les droites de dispersion de ces figures seraient trans-

latées vers le bas par une diminution progressive de l'épais-

seur des doigts 246. Le pas de l'hélice et l'épaisseur des doigts peuvent varier selon les mêmes et diverses autres

fonctions indiquées précédemment en regard de la figure 10.

Etant donné que l'aire de la section des éléments 242 en forme de peigne est plus grande que dans les formes

de réalisation décrites précédemment, une plus grande quan-

tité de chaleur peut être évacuée de l'hélice 236, ce qui permet un fonctionnement à des puissances de sortie plus

élevées sans nécessiter un refroidissement par liquide.

Un exemple illustratif d'une version de la struc-

ture 212 à ondes lentes de la forme de réalisation des fi-

gures 13 à 15 fonctionne à une longueur d'onde de sortie inférieure au centimètre et présente une longueur de 30,5 millimètres, un diamètre extérieur de l'hélice 236 de 1,45 millimètre, un diamètre extérieur de la structure 240 de support de 3,5 millimètres, une variation totale du pas de l'hélice de 13,1 % et un rapport de la variation totale d'épaisseur à la variation du pas de 2,3. Dans d'autres versions, le pas peut varier d'environ 6 % à 25 % et le rapport de la variation de l'épaisseur à celle du pas peut

varier d'environ 1,8 à 2,8.

Une autre forme de réalisation de l'invention est représentée sur les figures 16 à 18, les éléments de cette forme de réalisation, identiques ou équivalents aux

éléments correspondants de la forme de réalisation des fi-

gures 2 à 4,ayant des références numériques dont les deu-

xième et troisième chiffres sont identiques à ceux des

références des figures 2 à 4, mais précédés du chiffre "3".

Comme représenté sur les figures 16 à 18, une hélice 336 à nervure est obtenue par bobinage d'un ruban de section en T couportant une partie 398 de base et une nervure transversale qui fait saillie vers l'extérieur de la base 398 jusqu'à une structure 338 de support. La largeur de la nervure 399 est inférieure à la largeur de la base 398, de manière que cette dernière forme des parties s'étendant longitudinalement

sur les deux côtés de la nervure 399. Celle-ci sert de struc-

ture de support 340 entre l'hélice 336 et l'enveloppe tubu-

laire 338. L'hélice 336 peut être bobinée sur un mandrin à partir d'un ruban de forme en T. Cependant, en variante, deux rubans individuels ayant les largeurs relatives souhaitées peuvent être utilisés pour former séparément la base 398 et

la nervure 399.

Comme représenté sur les figures 16 à 18, des parties transversales de la nervure 399 sont retirées des spires successives de l'hélice 336, en des points décalés longitudinalement, mais par ailleurs opposés radialement

de l'hélice 336 de manière que la quantité de matière enle-

vée des parties transversales de la nervure et le pas de l'hélice augmentent simultanément dans le sens de la gauche vers la droite sur la figure 16. La longueur de l'arc 1, montré sur la figure 17, constitue un paramètre que l'on

peut faire varier pour enlever des parties de la nervure.

La section transversale de la nervure 399 constitue un au-

tre paramètre que l'on peut faire varier. En variante,

l'épaisseur définie par la distance mesurée perpendiculai-

rement entre les surfaces planes et radialement opposées 397 formant chaque paire peut également être modifiée. Il

est possible de faire varier l'un quelconque de ces para-

mètres selon les fonctions montrées sur la figure 10 pour supprimer l'onde de retour d'une façon tout à fait analogue

à celle décrite pour les formes de réalisation précédentes.

Les formes de réalisation de l'invention décri-

tes jusqu'à présent comportent une hélice réalisée par bo-

* binage d'un élément unique, avantageusement un ruban. Une telle hélice peut être désignée comme étant une "hélice monofilaire". Cependant, l'invention peut également utiliser une hélice à deux ou plusieurs rubans. La figure 19 est une

vue en perspective d'une autre forme de réalisation de l'in-

vention dont les éléments identiques ou équivalents à ceux

de la forme de réalisation des figures 2 à 4 portent des ré-

férences numériques dont les deuxième et troisième chiffres sont identiques à ceux des références des figures 2 à 4, mais

sont précédés du chiffre "4" sur la figure 19. Comme repré-

senté sur la figure 19, la structure 412 à ondes lentes est analogue à celle montrée sur les figures 2 à 4, sauf que l'hélice 436 est constituée de deux rubans 4102 et 4104, respectivement, enroulés dans le même sens, au même diamètre et intercalés axialement l'un avec l'autre. Une telle hélice

est désignée "hélice bifilaire".

Comme représenté sur la figure 19, le pas d'une hélice bifilaire est défini par l'écartement de deux spires alternées plutôt que par l'écartement des spires successives, comme c'est le cas d'une hélice monofilaire. Un avantage de

la forme de réalisation de la figure 19 est que l'hélice bi-

filaire présente un produit impédance-bande passante notable-

ment supérieur à celui de l'hélice monofilaire.

Pour plus de clarté, la forme de réalisation de la figure 19 ne présente pas une variation du pas de l'hélice 436 ou de la longueur des doigts 444 de long de l'hélice

436. Cependant, cette variation est utilisée pour suppri-

mer les oscillations de l'onde de retour d'une façon tout à fait analogue à celle décrite pour les formes de réalisation précédentes. Il est également possible d'utiliser une hélice

formée de plus de deux rubans, c'est-à-dire une hélice tri- filaire ou quadrifilaire, etc. Il va de soi que de nombreuses

modifications peuvent être apportées au tube à ondes progressives décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. Il est évident que, par exemple, n'importe laquelle des formes de réalisation décrites précédemment peut être modifiée afin que le pas de l'hélice et le paramètre prédéterminé de la

structure à ondes lentes soient chacun une constante plu-

tôt qu'une fonction variant le long de l'hélice. Une telle configuration n'assure pas en elle-même la suppression de l'onde de retour. Cependant, cette suppression peut être effectuée par la mise en oeuvre de l'un quelconque d'un certain nombre de dispositifs antérieurs connus destinés à

supprimer l'oscillation de l'onde de retour.

De plus, il est évident qu'une structure à ondes lentes à pas constant n'est pas nécessairement limitée à une utilisation comme amplificateur d'onde directe, mais qu'elle peut être utilisée, par exemple, comme oscillateur

d'onde de retour.

Claims (23)

REVENDICATIONS

1.Tube à ondes progressives comprenant une

structure (12) à ondes lentes, conductrice du courant élec-

trique et qui, pendant le fonctionnement, est parcourue par

un faisceau d'électrons suivant un axe, la structure à on-

des lentes comprenant une hélice (36) disposée le long et autour de l'axe et formée d'au moins un élément, ladite structure à ondes lentes comprenant également une structure (40) de support pour l'hélice et une enveloppe tubulaire (38) disposée coaxialement autour de l'hélice, le tube étant caractérisé en ce que le pas de l'hélice varie suivant une fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice et en ce qu'une dimension structurelle prédéterminée de la structure de support varie suivant une fonction de la distance le long de l'hélice, en une relation établie avec la variation du pas, afin de favoriser l'amplification d'une onde centrée sur une fréquence nominale et se déplaçant le

long de la structure à ondes lentes, dans le sens de dépla-

cement du faisceau d'électrons, tout en supprimant les ondes

progressant en sens opposé.

2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure de support comprend deux éléments (42) en forme de peigne s'étendant le long de l'hélice et montés dans un plan diamétral à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire afin de former un plan longitudinal de symétrie

avec l'enveloppe, chaque élément en forme de peigne com-

portant une barrette (44) et une rangée de doigts-(46) espacés axialement les uns des autres et faisant saillie

de la barrette, l'extrémité de chacun des doigts succes-

sifs étant reliée à l'une, correspondante, des spires suc-

cessives de l'hélice, la barrette étant reliée à l'enve-

loppe tubulaire.

3. Tube selon la revendication 2, caractérisé

en ce que l'extrémité de chaque doigt est centrée longitu-

dinalement sur la largeur de l'une,correspondante, des spires successives de l'hélice, la largeur de chaque doigt

-2502394

n'étant pas supérieure à celle de ladite spire.

4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que les dimensions structurelles prédéterminées de la structure de support est la longueur de chacun des doigts, les doigts successifs ayant des longueurs qui varient le

long de l'hélice.

5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que le pas de l'hélice augmente comme la fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice dans le sens de progression du faisceau d'électrons, et la longueur des doigts successifs augmente sensiblement comme la même fonction prédéteninée de la distance le long de l'hélice,

dans le même sens.

6. Tube selon la revendication 4, caractérisé

en ce que le pas de l'hélice diminue comme la fonction pré-

déterminée de la distance le long de l'hélice dans le sens de la progression du faisceau d'électrons, et la longueur des doigts successifs diminue sensiblement comme la même fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice,

dans le même sens.

7. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hélice 136 comporte un conduit 192 permettant

l'écoulement d'un fluide de refroidissement à travers la-

dite hélice.

8. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité de chacun des doigts (246) comporte

une partie concave qui correspond à la courbure de la sur-

face extérieure de l'hélice (236) et en ce que la barrette

(244) comporte une partie convexe qui correspond à la cour-

bure de la surface intérieure de l'enveloppe (238), une par-

tie de chaque doigt formant deux surfaces de bords(296),

sensiblement parallèles entre elles et qui, à leurs extré-

mités extérieures, s'étendent le long de la barrette et

sont sensiblement parallèles au plan longitudinal de symé-

trie, une autre partie de chacun des doigts formant deux

surfaces de bords(294) qui s'étendent sensiblement radiale-

ment vers l'extérieur de l'hélice et qui sont symétriques

au plan longitudinal de symétrie.

9. Tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que les deux surfaces radiales (294) de chaque paire

sous-tendent un angle d'environ 900 sur l'axe de l'hélice.

10. Tube selon la revendication 8, caractérisé en ce que la dimension structurelle prédéterminée de la structure (240) de support est l'épaisseur qui est définie comme étant la distance mesurée perpendiculairement entre

les surfaces sensiblement parallèles (296) de bords,lépais-

seur des doigts successifs (246) variant le long de l'héli-

ce.

11. Tube selon la revendication 10, caractérisé

en ce que le pas de l'hélice augmente comme la fonction pré-

déterminée de la distance le long de l'hélice, dans le sens d'avance du faisceau d'électrons, et l'épaisseur des doigts

successifs diminue sensiblement comme la même fonction pré-

déterminée le long de l'hélice, dans le même sens.

12. Tube selon la revendication 10, caractérisé

en ce que la pas de l'hélice diminue comme la fonction pré-

déterminée de la distance le long de l'hélice, dans le sens de progression du faisceau d'électrons, et l'épaisseur des

doigts successifs augmente sensiblement comme la même fonc-

tion prédéterminée le long de l'hélice, dans le même sens.

13. Tube selon la revendication 1, caractérisé

en ce que l'hélice (336) comporte une base (398) et une ner-

vure (399) dont la largeur, mesurée dans la direction longi-

tudinale du tube, est inférieure à celle de la base, ladite nervure étant centrée longitudinalement sur la base dont elle fait saillie radialement vers l'extérieur pour être fixée à l'enveloppe (338), la nervure constituant la structure (340)

de support.

14. Tube selon la revendication 13, caractérisé en ce que des parties transversales de la nervure de chacune

des spires successives de l'hélice sont retirées en des posi-

tions décalées longitudinalement, mais par ailleurs opposées radialement le long de l'hélice, afin de former des paires

de surfaces opposées (397) de bords.

15. Tube selon la revendication 14, caractéri-

sé en ce que la dimension structurelle prédéterminée de la structure de support est la longueur (1) de l'arc transversal

de chaque partie transversale restante de la nervure.

16. Tube selon la revendication 14, caractéri- sé en ce que la dimension structurelle prédéterminée de la structure de support est la section transversale de chacune

des parties restantes de la nervure.

17. Tube selon la revendication 14, caractéri-

sé en ce que le paramètre prédéterminé de la structure de support est la distance comprise entre les surfaces opposées

(397) de bords de chaque paire dans une direction perpendi-

culaire à ces surfaces.

18. Tube selon l'une quelconque des revendica-

tions 15, 16 et 17, caractérisé en ce que le pas de l'hélice augmente comme la fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice dans le sens de progression du faisceau d'électrons, et la dimension structurelle prédéterminée de la structure de support diminue comme une fonction de la

distance le long de l'hélice, dans le même sens.

19. Tube selon l'une quelconque des revendica-

tions 15, 16 et 17, caractérisé en ce que le pas de l'hélice diminue comme la fonction prédéterminée de la distance le long de l'hélice, dans le sens de progression du faisceau d'électrons, et la dimension structurelle prédéterminée de la

structure de support augmente comme une fonction de la dis-

tance le long de l'hélice, dans le même sens.

20. Tube selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que la fonction prédé-

terminée de la distance le long de l'hélice est une fonction

sensiblement linéaire.

21. Tube selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que la fonction prédé-

terminée de la distance le long de l'hélice est une fonction cosinus, la variation totale de l'argument du cosinus étant d'une demi- période et les amplitudes minimale et maximale

de la variation se situant aux extrémités opposées de l'hélice.

22. Tube selon l'une quelconque des revendica-

tions précédentes, caractérisé en ce que l'hélice est for-

mée d'un élément unique afin de constituer une structure

hélicoïdale monofilaire.

23. Tube selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 21, caractérisé en ce que l'hélice est formée de deux éléments (4102, 4104) afin de constituer une hélice

bifilaire (436).