FR2910699A1 - Systeme de tube a ondes progressives et circuit pour ce systeme - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système (100) de tube (124) à ondes progressives ayant un canon (104) à électrons comportant une cathode (128). Un premier potentiel électrique est établi entre la cathode et une anode (132) par une alimentation fournissant un courant de fonctionnement à la cathode pour générer un faisceau d'électrons (152). Le système comporte aussi une structure (108) à ondes lentes dans laquelle passe le faisceau d'électrons (152). Une seconde tension est fournie par une seconde alimentation en énergie à une électrode (190) de focalisation de faisceau pour établir un potentiel électrique entre la cathode et cette électrode. Un module de commutation relié aux alimentations établit un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation, et l'invalide lorsqu'un courant de polarisation est en dessous d'un niveau prédéterminé.DOMAINE D'APPLICATION : télécommunications par satellites, etc.

Description

L'invention concerne des systèmes de tubes à ondes progressives, et plus

particulièrement des systèmes et des procédés pour protéger des systèmes de tubes à ondes progressives lors de la coupure de l'alimentation en énergie de la cathode d'un tube à ondes progressives. Des tubes à ondes progressives sont capables d'amplifier et de générer des signaux hyperfréquence compris dans une grande plage de fréquences (par exemple, 1 à 90 GHz) avec des puissances de sortie relativement élevées (par exemple, supérieures à 10 mégawatts), des gains de signaux relativement grands (par exemple 60 dB) et des bandes passantes relativement larges (par exemple, supérieures à 10 %). Dans un tube à ondes progressives, un canon à électrons génère un faisceau d'électrons qui est dirigé à travers une structure à ondes lentes et est collecté par un collecteur. Le canon à électrons génère le faisceau d'électrons en créant un potentiel électrique entre une cathode et une anode. Des électrons émis depuis la cathode sont accélérés vers l'anode par le potentiel électrique entre l'anode et la cathode. La structure à ondes lentes comporte généralement soit un conducteur hélicoïdal, soit un circuit à cavités couplées avec des accès d'entrée et de sortie de signal placés à des extrémités opposées de la structure. Le faisceau d'électrons est dirigé dans une ouverture de la structure à ondes lentes, à travers la structure à ondes lentes et sort par une autre ouverture de la structure à ondes lentes. Une structure de focalisation du faisceau entourant la structure à ondes lentes crée un champ magnétique axial qui confine le faisceau d'électrons à l'intérieur de la structure à ondes lentes. Un signal hyperfréquence appliqué à l'un des orifices se propage le long de la structure à ondes lentes vers l'autre orifice à une vitesse axiale projetée qui est considérablement inférieure à la vitesse de la lumière dans l'espace libre. La vitesse du faisceau d'électrons étant 2910699 2 ajustée de façon à être similaire à la vitesse axiale projetée du signal hyperfréquence se propageant le long de la structure à ondes lentes, les champs du signal hyperfréquence et du faisceau d'électrons interagissent 5 entre eux afin de transférer de l'énergie du faisceau d'électrons au signal hyperfréquence, amplifiant ainsi le signal hyperfréquence. Un tube à ondes progressives peut être utilisé en tant qu'amplificateur en couplant un signal hyperfréquence 10 à l'accès d'entrée de signal de la structure à ondes lentes. Le signal hyperfréquence se propage vers l'accès de sortie du signal dans le même sens que le faisceau d'électrons et se trouve amplifié en extrayant de l'énergie du faisceau d'électrons. A la suite de cet échange 15 d'énergie, le faisceau d'électrons perd de l'énergie, ce qui réduit sa vitesse. Pendant le fonctionnement, l'alimentation en énergie d'un système de tube à ondes progressives emmagasine une grande quantité d'énergie. Lors de la mise 20 hors tension du système de tube à ondes progressives, le système doit dissiper l'énergie sans endommager des constituants du système du tube à ondes progressives. Ce problème est rendu plus difficile par le développement de systèmes de tubes à ondes progressives plus nouveaux dont 25 le fonctionnement demande de plus grandes quantités d'énergie. De plus, des systèmes de tubes à ondes progressives qui mettent en oeuvre des constituants utilisant des structures plus délicates (par exemple des structures hélicoïdales fabriquées en utilisant des fils de 30 faible diamètre) sont plus sujets à une détérioration lors de la mise hors tension du système de tube à ondes progressives et lorsque l'énergie emmagasinée dans le système doit alors être dissipée. On a donc besoin de systèmes et de procédés 35 procurant des systèmes de tubes à ondes progressives qui dissipent l'énergie emmagasinée dans le système d'une 2910699 3 manière minimisant le risque de détérioration des constituants du système. Selon un aspect, l'invention a trait à un système de tube à ondes progressives qui sauvegarde les 5 constituants d'un tube à ondes progressives lors de la mise hors tension du système. Plus particulièrement, dans une forme de réalisation, l'invention a trait à un système destiné à invalider la trajectoire de courant entre une cathode et une électrode de focalisation de faisceau sous 10 certaines conditions de fonctionnement. La trajectoire de courant est invalidée lorsque le système est mis hors tension afin de protéger le tube à ondes progressives (par exemple, la structure à ondes lentes) en minimisant la quantité d'énergie déchargée par la cathode et/ou une 15 alimentation régulée dans le tube à ondes progressives. Selon un aspect, l'invention a trait à un appareil qui comporte un tube à ondes progressives ayant un canon à électrons comportant une cathode. L'appareil comprend aussi une première alimentation en énergie 20 destinée à établir un premier potentiel électrique entre la cathode et une anode et à fournir un courant de fonctionnement à la cathode pour générer un faisceau d'électrons. L'appareil comprend aussi une structure à ondes lentes ayant un passage dans lequel le faisceau 25 d'électrons passe. L'appareil comprend en outre une seconde alimentation en énergie destinée à fournir une tension à une électrode de focalisation de faisceau pour établir un potentiel électrique entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau. L'appareil comporte aussi un 30 module de commutation qui est couplé à la première alimentation en énergie et à la seconde alimentation en énergie. Le module de commutation établit un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation du faisceau, et le trajet du courant est invalidé lorsqu'un 35 courant de polarisation est en dessous d'un niveau prédéterminé. Dans certaines formes de réalisation, on 2910699 4 utilise une alimentation en énergie unique qui comprend un circuit possédant la fonctionnalité à la fois de la première alimentation en énergie et de la seconde alimentation en énergie.

5 Selon un autre aspect, l'invention a trait à un procédé pour faire fonctionner un système de tube à ondes progressives. Le procédé comprend la connexion d'un module de commutation à au moins une alimentation en énergie qui fournit une première tension à une cathode et une seconde 10 tension à une électrode de focalisation de faisceau. Un courant de fonctionnement circulant vers la cathode fournit un courant de polarisation au module de commutation qui établit un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau. Le procédé 15 comprend aussi l'invalidation (par exemple, par une manipulation du module de commutation) du trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau lorsque le courant de polarisation est abaissé en dessous d'un niveau prédéterminé.

20 Dans certaines formes de réalisation, la, au moins une, alimentation en énergie comprend une première alimentation en énergie destinée à fournir la première tension à la cathode et une seconde alimentation en énergie destinée à fournir la seconde tension à l'électrode de 25 focalisation de faisceau. Dans certaines formes de réalisation, le trajet de courant se trouve invalidé en réponse à la mise hors circuit de l'alimentation en énergie. Dans certaines formes de réalisation, le module de commutation empêche l'énergie stockée à la cathode d'être 30 déchargée dans la structure à ondes lentes lorsque le trajet de courant est invalidé. Dans certaines formes de réalisation, le module de commutation redirige l'énergie stockée dans la cathode d'une décharge dans le tube à ondes progressives à une décharge dans au moins un composant 35 électrique (par exemple, une résistance) placé dans 2910699 5 l'alimentation en énergie lorsque le trajet de courant est invalidé. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend l'établissement d'une différence de potentiel 5 entre la première tension et la seconde tension lorsque le trajet de courant est invalidé. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend le fait de faire cesser la circulation d'un courant vers la cathode lorsqu'une différence entre la première tension et la seconde tension 10 dépasse un niveau de tension de seuil caractéristique du tube à ondes progressives. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend le fait de faire cesser la circulation d'un courant vers la cathode lorsque la première tension dépasse un premier niveau de tension de 15 seuil et lorsque la seconde tension dépasse un second niveau de tension de seuil. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend la commande de la seconde tension à l'aide d'un élément de circuit dans le module de commutation pour empêcher la seconde tension de dépasser la 20 première tension de plus d'une grandeur prédéterminée lorsque le trajet de courant est invalidé. Dans certaines formes de réalisation, le procédé comprend l'invalidation d'un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation du faisceau lorsque le courant de 25 fonctionnement circulant dans la cathode est en dessous d'un niveau prédéterminé. Dans certaines formes de réalisation, on empêche de l'énergie stockée à la cathode d'être déchargée dans une structure à ondes lentes d'un tube à ondes progressives 30 lorsque le trajet du courant est invalidé. Dans certaines formes de réalisation, la, au moins une, alimentation en énergie comprend une première alimentation en énergie destinée à établir un premier potentiel électrique entre la cathode et une anode, et une seconde alimentation en 35 énergie destinée à établir un second potentiel électrique entre la cathode et l'électrode de focalisation. Dans 2910699 6 certaines formes de réalisation, la seconde alimentation en énergie cesse de fournir un courant à l'électrode de focalisation de faisceau en réponse à l'invalidation du trajet du courant. Dans certaines formes de réalisation, le 5 courant de fonctionnement de la cathode s'arrête en réponse à l'invalidation du trajet de courant. Le courant de fonctionnement de la cathode peut être arrêté lorsqu'une différence entre la première tension et la seconde tension dépasse un niveau de tension de 10 seuil. Dans certaines formes de réalisation, le courant de la cathode du tube à ondes progressives est arrêté lorsque la première tension dépasse un premier niveau de tension de seuil et lorsque la seconde tension dépasse un second niveau de tension de seuil. L'alimentation en énergie peut 15 être une alimentation en énergie à mode de commutation à haute fréquence ou à résonance. Selon un autre aspect, l'invention a trait à un système de tube à ondes progressives. Le système comprend un tube à ondes progressives qui comporte un canon à 20 électrons ayant une cathode. Le système comporte aussi un module de commutation. Le module de commutation a un premier état qui permet à un courant de circuler entre la cathode et une électrode de focalisation de faisceau lorsqu'une alimentation en énergie fournit une première 25 tension à la cathode et une seconde tension à l'électrode de focalisation de faisceau. Le module de commutation possède aussi un second état qui empêche un courant de circuler entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau lorsque l'alimentation en énergie ne fournit plus 30 la première tension à la cathode. Dans certaines formes de réalisation, lors d'un fonctionnement dans le second état, une tension entre la cathode et l'électrode de focalisation est limitée par un élément de circuit ou un élément de fixation de niveau de 35 tension. Dans certaines formes de réalisation, la tension entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau 2910699 7 est limitée par un élément de fixation d'un niveau de tension qui permet à un certain courant de contourner le module de commutation. Selon un autre aspect, l'invention a trait â un 5 système de tube à ondes progressives. Le système comprend un tube à ondes progressives qui comporte un canon à électrons ayant une cathode destinée à générer un faisceau d'électrons. Le système comporte aussi un moyen destiné à commander un trajet de courant entre la cathode et une 10 électrode de focalisation de faisceau afin que le trajet de courant soit établi lorsqu'un courant de fonctionnement fourni par une alimentation en énergie à la cathode comprend un courant de polarisation (fourni par la cathode à l'électrode de focalisation de faisceau) au-dessus d'un 15 niveau prédéterminé et que le trajet de courant soit invalidé lorsque le courant de polarisation est en dessous d'un niveau prédéterminé. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif 20 et sur lesquels : la figure 1 est une illustration schématique d'un système de tube à ondes progressives selon une forme de réalisation illustrative de l'invention ; la figure 2 est une illustration d'une partie 25 d'un schéma électrique utilisé conjointement avec un système de tube à ondes progressives, selon une forme de réalisation illustrative de l'invention ; la figure 3A est une représentation graphique d'une décharge d'énergie dans un tube à ondes progressives, 30 n'appliquant pas les principes de l'invention ; et la figure 3B est une représentation graphique d'une décharge d'énergie dans un tube à ondes progressives impliquant les principes de l'invention. La figure 1 est une illustration schématique d'un 35 système 100 de tube à ondes progressives appliquant les principes de l'invention. Le système 100 comprend un tube 2910699 8 124 à ondes progressives, un canon 104 à électrons, une structure 108 à ondes lentes et un collecteur 110 ayant au moins une électrode collectrice 112. Le système 100 comporte aussi une alimentation régulée 156 destinée à 5 fournir de l'énergie au tube 124 à ondes progressives et à ses constituants. La structure 108 à ondes lentes comporte un accès 116 d'entrée de signal et un accès 120 de sortie de signal. Habituellement, un boîtier (non représenté) renferme et protège les constituants du tube 124 à ondes 10 progressives. Le canon 104 à électrons comprend une cathode 128 et une anode 132. En fonctionnement, un potentiel électrique est appliqué entre la cathode 128 et l'anode 132 par l'alimentation régulée 156. Cette alimentation régulée 15 156 comporte plusieurs sorties. Les sorties de l'alimentation régulée 156 comprennent une connexion 180 et une connexion 184. L'alimentation régulée 156 établit le potentiel électrique en établissant un potentiel électrique entre la connexion 180 qui est reliée à la cathode 128 et 20 la connexion 184 qui est reliée à l'anode 132 (laquelle est isolée électriquement de la cathode 128). La cathode 128 génère et émet un faisceau d'électrons 152 en réponse au potentiel électrique appliqué. Dans une forme de réalisation, un potentiel 25 supérieur à plusieurs milliers de volts est généralement appliqué entre la cathode 128 et l'anode 132 pour générer le faisceau d'électrons 152. L'anode 128 est établie à une tension négative forte par rapport à l'anode 132 afin de générer le faisceau d'électrons 152. Dans certaines formes 30 de réalisation, un élément chauffant facultatif 160 est utilisé pour chauffer la cathode 128 afin d'amorcer et/ou maintenir un flux d'électrons émis depuis la cathode 128 pour produire le faisceau d'électrons 152. L'alimentation régulée 156 fournit de l'énergie à l'élément chauffant 160 35 par l'intermédiaire d'une connexion 176 afin d'amener l'élément chauffant 160 à chauffer la cathode 128.

2910699 9 Dans certaines formes de réalisation, l'élément chauffant 160 est nécessaire pour chauffer la cathode 128 jusqu'à une température appropriée avant l'application de la haute tension à la cathode 128 et pour maintenir la 5 température pendant le fonctionnement. Dans certaines formes de réalisation, le système 100 de tube à ondes progressives ne fonctionne pas convenablement ou peut être endommagé très gravement si une haute tension est appliquée à la cathode 128 alors que cette cathode 128 n'est pas 10 préchauffée à une température appropriée. La structure 108 à ondes lentes est placée de façon à être adjacente au canon 104 à électrons de manière que le faisceau d'électrons 152 emprunte un passage 136 dans la structure 108 à ondes lentes. La structure 108 à 15 ondes lentes comprend de façon générale une structure hélicoïdale ou un circuit à cavités couplées. En fonctionnement, un signal hyperfréquence est introduit dans la structure 108 à ondes lentes par l'accès d'entrée 116 de la structure 108 à ondes lentes. Le signal hyperfréquence 20 se propage le long de la structure 108 à ondes lentes à une vitesse axiale qui est sensiblement inférieure à la vitesse de la lumière. La vitesse axiale est une fonction, par exemple, des propriétés électriques et géométriques de la structure 108 à ondes lentes. Le rapport de la vitesse 25 axiale à la vitesse dans l'espace libre est souvent appelé le facteur de vitesse de la structure 108 à ondes lentes. Le facteur de vitesse de la structure 108 à ondes lentes et le potentiel électrique entre la cathode 128 et l'anode 132 sont choisis de façon que les champs 30 électriques du signal hyperfréquence interagissent avec le faisceau d'électrons 152 dans la structure 108 à ondes lentes. L'interaction entre le signal hyperfréquence et le faisceau d'électrons 152 aboutit à une modulation de la vitesse du faisceau d'électrons 152 et de l'énergie est 35 transférée du faisceau d'électrons 152 au signal hyperfréquence, amplifiant ainsi ce signal hyperfréquence 2910699 10 tout en diminuant la vitesse des électrons dans le faisceau d'électrons 152. Le signal hyperfréquence amplifié sort par l'accès de sortie 120 de la structure 108 à ondes lentes. Les électrons se trouvant dans le faisceau d'électrons 152, 5 qui empruntent le passage 136 de la structure 108 à ondes lentes, sont collectés par l'électrode collectrice 112 du collecteur 110. Le collecteur 110 est maintenu à une tension continue négative, par exemple -11 kV dans une forme de réalisation. L'alimentation régulée 156 fournit la 10 tension continue au collecteur 110 par l'intermédiaire d'une connexion 172. D'autres amplitudes de tension continue peuvent être appliquées au collecteur 110. A titre d'exemple, le signal hyperfréquence introduit à l'accès d'entrée 116 se déplace initialement à 15 une vitesse proche de celle de la lumière et doit être ralenti jusqu'à la vitesse du faisceau d'électrons 152 qui se déplace à une vitesse égale d'environ 10 % à environ 50 % celle de la lumière. Dans une structure 108 à ondes lentes comprenant une structure en hélice, le signal 20 hyperfréquence se déplace le long de la trajectoire globalement circulaire/en spirale de l'hélice. Le faisceau d'électrons 152 parcourt une distance d'environ un pas de la structure hélicoïdale, qui est une distance inférieure à une révolution de la trajectoire circulaire de la structure 25 hélicoïdale. De cette manière, la vitesse du signal hyperfréquence est réduite approximativement à la vitesse du faisceau d'électrons 152 afin que de l'énergie puisse être transférée du faisceau d'électrons 152 au signal hyperfréquence pendant qu'ils interagissent entre eux.

30 Un circuit (ou une structure) à cavités couplées peut, en variante, être utilisé dans la structure 108 à ondes lentes. Dans un circuit à cavités couplées, le signal hyperfréquence se déplace le long des surfaces intérieures des cavités du circuit à cavités couplées tandis que le 35 faisceau d'électrons 152 passe à travers des ouvertures entre des cavités adjacentes. Le signal hyperfréquence 2910699 11 parcourt une plus grande distance que le faisceau d'électrons 152, ce qui ralentit donc le signal hyperfréquence par rapport au faisceau d'électrons 152. Le système 100 de tube à ondes progressives 5 comprend aussi une structure 164 de focalisation de faisceau qui est généralement positionnée coaxialement avec au moins une partie de la structure 108 à ondes lentes et l'entoure. La structure 164 de focalisation de faisceau crée un champ magnétique axial le long de l'axe 168 du tube 10 à ondes progressives, qui agit dans une direction normale à la direction de déplacement du faisceau d'électrons 152. Le champ magnétique axial agit sur le système 100 afin que les électrons du faisceau d'électrons 152 soient contenus dans la structure 108 à ondes lentes d'une manière telle que le 15 faisceau d'électrons 152 conserve une trajectoire étroite. En l'absence d'une ou plusieurs structures 164 de focalisation de faisceau, les électrons du faisceau d'électrons 152 tendraient à se repousser mutuellement, provoquant une divergence du faisceau d'électrons 152.

20 La structure 164 de focalisation du faisceau peut être, par exemple, une bobine parcourue par un courant. Dans cette forme de réalisation, l'alimentation régulée 156 fournit un flux de courant à l'enroulement de la bobine de la structure 164 de focalisation de faisceau par 25 l'intermédiaire d'une connexion 168. Le courant circulant dans l'enroulement induit le champ magnétique axial qui agit sur le faisceau d'électrons 152. Dans certaines formes de réalisation, la structure 164 de focalisation de faisceau comprend un empilage d'aimants permanents et n'a 30 pas besoin d'un courant provenant de l'alimentation régulée 156 pour engendrer un champ magnétique devant agir sur le faisceau d'électrons 152. Des tubes à ondes progressives comportent parfois, aussi, une seconde anode (non représentée) située 35 entre la cathode 128 et la structure 108 à ondes lentes, qui est utilisée en tant que piège à ions. Pendant le 2910699 12 fonctionnement, le faisceau d'électrons 152 ionise des molécules de gaz résiduel dans le tube 124 à ondes progressives. Les ions produits dérivent vers le canon 104 à électrons et sont accélérés vers la cathode 128 où ils 5 contaminent cette cathode 128 et interfèrent avec le fonctionnement du système. Le piège à ions est utilisé pour repousser les ions générés afin d'empêcher les ions de bombarder la cathode 128, évitant ainsi un vieillissement prématuré de la cathode 128 et/ou une réduction des 10 performances du système. Dans certaines formes de réalisation, l'anode 132 est utilisée en tant que piège à ions et établit aussi le potentiel électrique entre l'anode 132 et la cathode 128 pour générer le faisceau d'électrons 152. L'alimentation 15 régulée 156 applique une basse tension (par exemple 0 V ou la masse) par rapport à la cathode 128 afin d'établir le potentiel électrique entre la cathode 128 et l'anode 132. Pour que l'anode fonctionne en tant que piège à ions, l'alimentation régulée 156 applique une tension positive 20 basse (par exemple + 200 volts) à l'anode 132. Le potentiel électrique de + 200 volts appliqué à l'anode 132 repousse de cette anode 132 les ions générés dans la structure 108 à ondes lentes. Les ions sont des molécules chargées positivement, formées par l'interaction du faisceau 25 d'électrons 152 avec des molécules de gaz résiduel dans la structure 108 à ondes lentes. Etant donné que l'anode 132 est maintenue à une tension positive (par exemple, + 200 volts dans une forme de réalisation) et que les ions sont chargés positivement, l'anode 132 agit à la manière 30 d'une barrière électrique qui empêche les ions de se déplacer vers la cathode 128 (qui a un potentiel électrique négatif élevé par rapport aux ions chargés positivement). Dans certaines formes de réalisation, le système 100 de tube à ondes progressives comprend de multiples 35 électrodes collectrices, chacune à un potentiel électrique différent par rapport au corps (par exemple, le boîtier) du 2910699 13 tube 124 à ondes progressives pour collecter des électrons de différents niveaux de potentiel électrique. Dans certaines formes de réalisation, le système 100 de tube à ondes progressives comprend une pompe à ions à vide pour 5 collecter les ions générés. Dans certaines formes de réalisation, le système 100 de tube à ondes progressives comprend une électrode 190 de focalisation de faisceau placée à proximité étroite de la cathode 128. L'électrode 190 de focalisation commande la 10 forme du champ électrique d'accélération du faisceau d'électron 152 dans une région proche de la cathode 128, ce qui procure une émission améliorée du faisceau d'électrons depuis la cathode 128, c'est-à-dire qui permet plus aisément le maintien de la focalisation et le confinement 15 du faisceau d'électrons 152 à l'intérieur de la structure 108 à ondes lentes. L'électrode de focalisation 190 est polarisée par un signal de tension appliqué à l'électrode de focalisation 190 depuis l'alimentation régulée 156 par l'intermédiaire d'une connexion 194. L'électrode de 20 focalisation 190 est polarisée à une tension négative basse par rapport à la cathode 128. Dans une forme de réalisation, l'électrode de focalisation est polarisée entre environ -5 volts et environ -20 volts. De plus, pour améliorer la focalisation du faisceau, en polarisant 25 l'électrode de focalisation 190 par rapport à la cathode 128 à un potentiel négatif suffisamment élevé (par exemple, -500 volts dans une forme de réalisation), on peut couper le faisceau d'électrons du tube à ondes progressives. Ceci est une propriété utile de l'électrode de focalisation 190 30 qui est souvent utilisée dans la commande de l'état activé/ désactivé du faisceau d'électrons 152. La figure 2 est une illustration d'une partie d'un schéma électrique d'une alimentation régulée 200, selon une forme de réalisation illustrative de l'invention.

35 L'alimentation régulée 200 peut être utilisée, par exemple, dans le système 100 de tube à ondes progressives de la 2910699 14 figure 1 (en tant qu'alimentation régulée 156 de la figure 1). L'alimentation régulée 200 comprend un étage 204 à haute tension destiné à appliquer une tension continue négative élevée à la cathode (par exemple la cathode 128 de 5 la figure 1) du système de tube à ondes progressives par l'intermédiaire d'une connexion 216. L'étage 204 à haute tension établit un potentiel électrique entre la cathode et l'anode du système de tube à ondes progressives. Dans certaines formes de réalisation, l'étage à haute tension 10 est un étage d'alimentation en énergie à mode de commutation à haute fréquence ou un étage d'alimentation en énergie à résonance. L'alimentation régulée 200 comprend aussi trois transformateurs 224, 228 et 232. Le premier transformateur 224 15 fournit de l'énergie à l'étage 204 à haute tension pour établir la tension continue négative élevée sur le connecteur 216 qui est relié à la cathode du système de tube à ondes progressives. Le deuxième transformateur 228 fournit de l'énergie à un élément chauffant (non 20 représenté) qui chauffe la cathode (par exemple, l'élément chauffant 160 de la figure 1 qui chauffe la cathode 128). Le deuxième transformateur 228 applique aussi une tension d'attaque à une alimentation 208 en énergie de polarisation de l'électrode de focalisation. L'alimentation 208 de 25 polarisation de l'électrode de focalisation applique une tension de polarisation à l'électrode de focalisation du tube à ondes progressives (par exemple, l'électrode de focalisation 190 de la figure 1) par l'intermédiaire d'une connexion 220.

30 Le circuit primaire 236 du troisième transformateur 232 est relié au dernier enroulement du premier transformateur 224 (c'est-à-dire l'enroulement qui traite le courant maximal de fonctionnement de la cathode). Le circuit secondaire 240 du troisième transformateur 232 35 est connecté à un circuit ou module 212 de commutation. Le module 212 decommutation comporte plusieurs composants 2910699 15 électriques, par exemple des résistances, des condensateurs, des diodes et des transistors à effet de champ à structure MOS, MOSFET 244. En fonctionnement, lorsqu'un potentiel électrique 5 est établi entre la cathode et l'anode du système de tube à ondes progressives, l'étage 204 à haute tension fournit un courant de fonctionnement à la cathode pour générer le faisceau d'électrons. Dans ce mode, le module de commutation 212 est configuré de façon que la cathode 10 fournisse un courant de polarisation au module de commutation 212 par l'intermédiaire d'une connexion 252. Le courant de polarisation établit un trajet de courant entre la cathode, reliée à la connexion 216, et l'alimentation 208 de polarisation de l'électrode de focalisation, reliée 15 à la connexion 220. Lorsque l'alimentation régulée 200 est coupée, le transformateur 224 à haute tension cesse de travailler et la sortie 256 commence à se décharger du fait de courants passant dans le tube à ondes progressives (par exemple, 20 entre la cathode et les collecteurs ainsi que la cathode et la structure à ondes lentes). La tension de la cathode se déplace dans le sens positif. En l'absence de la fonctionnalité procurée par le module de commutation 212, de l'énergie stockée dans l'étage 204 à haute tension 25 affluerait dans le tube à ondes progressives où elle peut endommager, par exemple, le conducteur hélicoïdal du tube à ondes progressives. En conséquence, la technologie fonctionne de façon à limiter ou invalider le flux d'énergie passant de 30 l'alimentation régulée 200 et/ou de la cathode dans le tube à ondes progressives. Dans cette forme de réalisation, lorsque le courant de cathode (par exemple, un courant circulant dans le circuit primaire 236 du troisième transformateur 232) dépasse un seuil, le MOSFET 244 situé 35 dans le module de commutation 212 est mis en conduction. Dans cette forme de réalisation, le seuil est déterminé sur 2910699 16 la base du rapport des spires du troisième transformateur 232 et des valeurs des composants électriques situés dans le module de commutation 212. En fonctionnement, lorsque le courant de cathode chute en dessous du seuil, le module de 5 commutation 212 bloque le MOSFET 244. Dans une forme de réalisation, le seuil (le seuil d'activation/désactivation du module de commutation 212) est établi à une valeur d'environ 50 du courant nominal de fonctionnement de la cathode. Le courant nominal de 10 fonctionnement de la cathode est déterminé sur la base, par exemple de la conception de la cathode, de l'anode, du tube à ondes progressives, de l'alimentation régulée et des caractéristiques souhaitées de propagation et d'amplification de signal du système de tube à ondes 15 progressives et de l'application dans laquelle il est utilisé (par exemple un système de satellites de télécommunications). En la présence du module 212 de commutation, lorsque l'alimentation régulée est coupée, le MOSFET 244 se 20 bloque (similairement à ce qui est décrit ici). Dans cette condition ou cet état, toute capacité présente sur la connexion 220 (reliée à la sortie de l'électrode de focalisation) par rapport à la masse agit de façon à tenter de maintenir la connexion 220 à sa tension nominale de 25 fonctionnement. Si l'impédance du commutateur 244 est suffisamment élevée et si la capacité est suffisamment élevée, l'électrode de focalisation de faisceau se décharge plus lentement que l'alimentation régulée 200 et la cathode. Des exemples d'impédances sont compris entre 30 environ 50 MÇà et 10 ou plus de 10 GS2 suivant le choix du dispositif. Des exemples de capacités sont compris entre environ 50 pF et 3 000 pF ou plus. Cette condition ou cet état permet à la tension de la cathode de se déplacer du côté positif par rapport à 35 l'électrode de focalisation du faisceau, ce qui réduit le flux de courant dans le faisceau d'électrons du tube à 2910699 17 ondes progressives. Lorsque la tension de la cathode continue sa décharge positive, la tension devient finalement, entre la cathode et l'électrode de focalisation, suffisamment grande pour faire cesser 5 complètement le courant du faisceau d'électrons. Après que ceci a eu lieu, l'énergie restante emmagasinée dans la cathode et l'alimentation régulée 200 se déchargent alors lentement, par exemple dans des composants électriques (par exemple, une résistance) située dans l'alimentation régulée 10 200. De cette manière, la dissipation d'énergie dans le tube à ondes progressives ou dans ses constituants est minimisée et représente une petite fraction de l'énergie totale emmagasinée dans l'alimentation régulée 200. D'autres systèmes et procédés peuvent être 15 utilisés pour minimiser la décharge d'énergie dans des constituants d'un tube à ondes progressives, selon d'autres formes de réalisation de l'invention. Par exemple, on pourrait utiliser une variante du module de commutation qui réagit à des tensions ou à des différences de tensions dans 20 le système du tube à ondes progressives. En outre, dans certaines formes de réalisation, on peut utiliser plus d'un MOSFET 244 dans l'alimentation régulée 200. Par exemple, dans certaines formes de réalisation, deux MOSFET 244 sont incorporés en série dans le module de commutation 212 pour 25 abaisser la tension qui serait autrement appliquée à travers un seul MOSFET. En référence à la figure 1, dans une autre forme de réalisation, l'alimentation régulée 156 fournit une première tension à la cathode 128 par l'intermédiaire d'une 30 connexion 180 et une seconde tension à l'électrode 190 de focalisation. Lorsque le système 100 de tube à ondes progressives est en fonctionnement, le faisceau d'électrons 152 s'écoule et les amplitudes des première et seconde tensions sont généralement stables. Lorsque le système 100 35 de tube à ondes progressives est arrêté, les amplitudes des première et seconde tensions peuvent changer. De cette 2910699 18 manière, un module de commutation peut être configuré pour invalider le trajet de courant entre la cathode 128 et l'alimentation de polarisation de l'électrode de focalisation (par exemple, l'alimentation 208 de 5 polarisation de l'électrode de focalisation de la figure 2) connectée à l'électrode de focalisation 190 conformément au changement d'amplitude des première et seconde tensions (par exemple, lorsque la première tension dépasse un premier seuil et que la seconde tension dépasse un second 10 seuil). Les niveaux de seuil peuvent être basés sur une ou plusieurs caractéristiques du tube à ondes progressives (par exemple, une capacité de transport de tension ou de courant de la structure à ondes lentes). A titre d'exemple, le module de commutation peut être, par exemple, constitué 15 de MOSFET et d'autres composants électriques qui sont placés, par exemple, dans l'alimentation régulée 156. Dans certaines formes de réalisation, le module de commutation peut être configuré pour invalider le trajet de courant entre l'électrode et l'alimentation 208 de 20 polarisation de l'électrode de focalisation sur la base de l'amplitude (ou de la variation d'amplitude) de la première tension, de la seconde tension ou d'une différence entre les première et seconde tensions. Dans une forme de réalisation, en invalidant le trajet de courant entre la 25 cathode et l'alimentation 208 de polarisation de l'électrode de focalisation, le module de commutation empêche la seconde tension de dépasser la première tension de plus d'une grandeur prédéterminée lorsque le trajet de courant est invalidé au moment de la coupure du système de 30 tube à ondes progressives. A titre illustratif, on a procédé à une expérience pour mesurer la quantité d'énergie déchargée dans un tube à ondes progressives au moment où le système de tube à ondes progressives était désactivé. La figure 3A 35 est une représentation graphique d'un tracé 300 des résultats de décharge d'énergie obtenus en utilisant 2910699 19 l'alimentation régulée 200 de la figure 2 sans le module de commutation 212 dans un système de tube à ondes progressives (par exemple, le système 100 de tube à ondes progressives de la figure 1). L'axe Y 304 du côté de gauche 5 du graphique 300 indique la tension sur la cathode (également la tension sur la connexion 216 de la figure 2). L'axe Y 308 du côté de droite du graphique 300 indique l'énergie (en unités de joules) déchargée dans le tube à ondes progressives. Le courant passant dans le corps du 10 tube à ondes progressives (courant traversant le corps du tube 124 à ondes progressives) a été contrôlé à l'aide d'une sonde de courant connectée à un oscilloscope. La forme d'onde de la tension de la cathode a été captée en même temps que le courant du corps au moment de la coupure 15 de l'alimentation régulée 200. Les traces d'oscilloscope résultantes ont été sauvegardées dans un fichier de données. L'énergie du corps a été ensuite calculée à partir de ces traces par intégration par rapport au temps de la tension de la cathode multipliée par le courant du corps.

20 L'axe X 312 du graphique 300 indique le temps (en unités de secondes). Le système de tube à ondes progressives a été coupé à environ -0,001 seconde. La figure 3A montre que la tension sur la cathode (courbe 320) change d'environ -12 000 25 volts, à - 0,001 seconde, à environ -700 volts à environ 0,015 seconde. La figure 3A montre aussi que l'énergie déchargée dans le tube à ondes progressives (la courbe 316) augmente d'environ 0 joule à -0,001 seconde à environ 550 mJoules à environ 0,015 seconde.

30 La figure 3B est une représentation graphique d'un tracé 340 des résultats de décharge d'énergie en utilisant l'alimentation régulée 200 de la figure 2 avec le module de commutation 212. Le module de commutation 212 était configuré de façon à bloquer les MOSFET lorsque le 35 courant de la cathode chute en dessous de 50 % du courant nominal (similairement à ce qui est décrit plus haut). Le 2910699 20 courant nominal dans cette forme de réalisation était d'environ X mA. L'axe Y 304 du côté de gauche du graphique 300 indique la tension sur la cathode (et aussi la tension sur la connexion 216 de la figure 2). L'axe Y 308 du côté 5 de droite du graphique 300 indique l'énergie (en unités de Joules) déchargée dans le tube à ondes progressives. L'axe X 312 du graphique 300 indique le temps (en unités de secondes). Le système de tube à ondes progressives a été 10 coupé à environ -0,001 seconde. La figure 3B montre que la tension sur la cathode (la courbe 354) passe d'environ -12 000 volts à -0,001 seconde, à environ -10 000 volts à 0,005 seconde. La figure 3B montre aussi que l'énergie déchargée dans le tube à ondes progressives (la courbe 350) augmente 15 d'environ 18 mJoules à -0,001 seconde, à environ 100 mJoules à 0,005 seconde. A titre de comparaison, l'énergie dissipée dans le tube à ondes progressives était environ 5,5 fois moindres dans le système utilisant un module de commutation 20 212, selon une forme de réalisation illustrative de l'invention (environ 550 mJoules sur la figure 3A au lieu d'environ 100 mJoules sur la figure 3B). Les exigences de dissipation d'énergie pour des systèmes de tubes à ondes progressives croissent, par 25 exemple, lorsque les tensions appliquées à la cathode et à l'électrode de focalisation de faisceau augmentent. Les exigences de dissipation deviennent plus grandes car l'énergie passant dans le système du tube à ondes progressives augmente conformément au carré de la tension 30 du système. 11 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Appareil, caractérisé en ce qu'il comporte : - un tube (124) à ondes progressives comprenant un canon (104) à électrons ayant une cathode (128) ; - une première alimentation en énergie destinée à établir un premier potentiel électrique entre la cathode et une anode (132) et à fournir un courant de fonctionnement à la cathode pour générer un faisceau d'électrons (152) ; une structure (108) à ondes lentes ayant un passage dans lequel le faisceau d'électrons passe ; - une seconde alimentation en énergie destinée à fournir une tension à une électrode (190) de focalisation de faisceau pour établir un potentiel électrique entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau ; et - un module de commutation (212) relié à la première alimentation en énergie et à la seconde alimentation en énergie, le module de commutation établissant un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau, ce trajet de courant étant invalidé lorsque le courant de fonctionnement ou un courant de polarisation entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau est en dessous d'un niveau prédéterminé.

2. Procédé caractérisé en ce qu'il comprend : a) la connexion d'un module de commutation à au moins une alimentation en énergie qui fournit une première tension à une cathode (128) et une seconde tension à une électrode (190) de focalisation de faisceau, un courant de fonctionnement circulant vers la cathode procurant un courant de polarisation au module de commutation qui établit un trajet de courant entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau, et b) l'invalidation du trajet de courant lorsque le courant de polarisation est abaissé en dessous d'un niveau 35 prédéterminé. 2910699 22

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la, au moins une, alimentation en énergie comporte une première alimentation en énergie destinée à fournir la première tension à la cathode et une seconde alimentation 5 en énergie destinée à fournir la seconde tension à l'électrode de focalisation de faisceau.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le trajet de courant devient invalidé en réponse à la coupure de l'alimentation en énergie. 10

5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le module de commutation empêche de l'énergie stockée à la cathode d'être déchargée dans la structure à ondes lentes lorsque le trajet du courant est invalidé.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce 15 que le module de commutation redirige de l'énergie emmagasinée dans la cathode d'une décharge dans le tube à ondes progressives vers une décharge dans au moins une résistance placée dans l'alimentation en énergie lorsque le trajet du courant est invalidé. 20

7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'établissement d'une différence de potentiel entre la première tension et la seconde tension lorsque le trajet du courant est invalidé.

8. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce 25 qu'il comprend en outre la cessation d'un courant circulant vers la cathode lorsqu'une différence entre la première tension et la seconde tension dépasse un niveau de tension de seuil caractéristique du tube à ondes progressives.

9. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce 30 qu'il comprend en outre la cessation d'un courant circulant vers la cathode lorsque la première tension dépasse un premier niveau de tension de seuil et lorsque la seconde tension dépasse un second niveau de tension de seuil.

10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre la régulation de la seconde tension avec un élément de circuit dans le module de 2910699 23 commutation afin d'empêcher la seconde tension de dépasser la première tension de plus d'une grandeur prédéterminée lorsque le trajet de courant est invalidé.

11. Circuit, caractérisé en ce qu'il comporte : 5 - un module de commutation {212) relié à au moins une alimentation en énergie destinée à fournir un courant de fonctionnement à une cathode (128), le courant de fonctionnement comprenant un courant de polarisation pour établir un trajet de courant entre la cathode et une 10 électrode (190) de focalisation de faisceau, le trajet de courant étant invalidé lorsque le courant de polarisation est en dessous d'un niveau prédéterminé.

12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on empêche de l'énergie emmagasinée à la cathode 15 d'être déchargée dans une structure (108) à ondes lentes d'un tube (124) à ondes progressives lorsque le trajet de courant est invalidé.

13. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que la, au moins une, alimentation en énergie comporte 20 une première alimentation en énergie destinée à établir un premier potentiel électrique entre la cathode et une anode (132) ; et une seconde alimentation en énergie destinée à établir un second potentiel électrique entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau. 25

14. Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que la seconde alimentation en énergie cesse de fournir du courant à l'électrode de focalisation de faisceau en réponse à l'invalidation du trajet du courant.

15. Circuit selon la revendication 14, caractérisé en 30 ce que le courant de fonctionnement de la cathode cesse en réponse à l'invalidation du trajet du courant.

16. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que le courant de fonctionnement de la cathode cesse lorsqu'une différence entre la première tension et la 35 seconde tension dépasse un niveau de tension de seuil. 2910699 24

17. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que le courant de cathode du tube à ondes progressives cesse lorsque la première tension dépasse un premier niveau de tension de seuil et lorsque la seconde tension dépasse 5 un second niveau de tension de seuil.

18. Circuit selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'alimentation en énergie est une alimentation en énergie à mode de commutation à haute fréquence ou à résonance. 10

19. Système de tube à ondes progressives, caractérisé en ce qu'il comporte : un tube {124) à ondes progressives comprenant un canon (104) à électrons ayant une cathode (128) ; et - un module de commutation (212) possédant : 15 a) un premier état qui permet à un courant de circuler entre la cathode et une électrode (190) de focalisation de faisceau lorsqu'une alimentation en énergie fournit une première tension à l'électrode de focalisation de faisceau, et 20 b) un second état qui empêche un courant de circuler entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau lorsque l'alimentation en énergie ne fournit plus la première tension à la cathode.

20. Système selon la revendication 19, caractérisé en 25 ce que, dans le second état, une tension entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau est limitée par un élément de circuit ou un élément de limitation de niveau de tension.

21. Système selon la revendication 20, caractérisé en 30 ce que, dans le second état, une tension entre la cathode et l'électrode de focalisation de faisceau est limitée par un élément de limitation de niveau de tension qui permet à un certain courant de contourner le module de commutation.

22. Système de tube à ondes progressives caractérisé 35 en ce qu'il comporte : 2910699 25 un tube (124) à ondes progressives comportant un canon (104) à électrons ayant une cathode (128) destinée à générer un faisceau d'électrons (152) ; et - un moyen (212) destiné à commander un trajet de 5 courant entre la cathode et une électrode (190) de focalisation de faisceau afin que le trajet de courant soit établi lorsqu'un courant de fonctionnement fourni par une alimentation en énergie comprend un courant de polarisation au-dessus d'un niveau prédéterminé et que le trajet de 10 courant soit invalidé lorsque le courant de polarisation est en dessous d'un niveau prédéterminé.