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WO 99/41762 PCT/1< 899/00171
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GRILLE POUR TUBE ELECTRONIQUE A FAISCEAU AXIAL
La présente invention concerne le domaine des tubes
électroniques à faisceau axial à grille et notamment ceux à sortie inductive
connus sous (abréviation IOT (pour la dénomination anglaise Inductive
Output Tube). Elle concerne plus particulièrement la grille de ces tubes.
Un IOT comporte un canon à électrons qui émet un faisceau
d'électrons dirigé selon un axe longitudinal, ce faisceau traversant une
cavité résonante avec laquelle il interagit, avant d'étre recueilli dans un
collecteur qui jouxte ia cavité résonante.
Dans ces tubes le canon comporte une cathode généralement
avec une partie émissive concave, un dispositif de chauffage, une grille de
commande et une anode, la grille étant située entre la cathode et l'anode.
La grille sert à moduler (émission d'électrons de manière à~ les
grouper en paquets dès leur émission par la cathode. Le faisceau ainsi
modulé traverse l'unique cavité dans laquelle est extraite de (énergie
t 5 électromagnétique. Ces tubes ont un rendement et un gain élevé.
La figure 1 illustre très schématiquement un canon à électrons
connu pour tube de type IOT. La cathode thermoémissive porte la référence
1. Elle est pleine avec une face émissive 2 concave. Un dispositif de
chauffage 3 par conduction ou rayonnement est situé à l'opposé de la face
2o émissive de la cathode 1. La grille de commande porte la référence 4. Elle
est placée en vis-à-vis de la face émissive 2 de la cathode 1. Elle en est
très
proche, l'intervalle qui les sépare peut 8tre de l'ordre de quelques dixièmes
de millimètre.
On trowe ensuite une anode 5 munie d'une owerture centrale 6.
25 Les électrons forment un faisceau (non représenté) dirigé selon
l'axe XX'. Dans ce faisceau, les électrons sont regroupés en paquets dès
leur traversée de l'ouverture centrale 6. Au delà de l'ouverture centrale 6,
ils
pénètrent dans le corps du tube (représenté en pointillés) depuis la cavité
résonante jusqu'au collecteur.
3o La grille 4 comporte une partie ajourée 7 avec des barreaux dans
une zone centrale et une partie pleine 8 périphérique, (ensemble étant en
forme de disque sensiblement plan ou légèrement concave pour suivre la
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face émissive 2 de la cathode 1. La grille 4 est fragile et ses barreaux sont
fins. La grille 4 est destinée à étre reliée à une pièce de connexion de
grille
située à la base du canon, à l'opposé de la grille 4 par rapport au
dispositif de chauffage 3. Elle reçoit par cette pièce 10 un signal électrique
5 de modulation. Cette liaison est réalisée par l'intermédiaire d'un support 9
conducteur électriquement solidaire d'un c8té de la partie pleine 8 de grille
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et de l'autre de la pièce de connexion de grille 10. Ce support 9 est formé
par l'assemblage de plusieurs pièces sensiblement cylindriques, dont une 91
vient ceinturer la grille 4.
A la base du canon on trouve aussi, en plus de la pièce de
connexion de grille 10, une pièce de connexion de cathode, une pièce de
connexion du dispositif de chauffage et une pièce de connexion de l'anode.
Ces pièces de connexion ne sont pas représentées. Elles sont isolées les
unes des autres par des entretoises diélectriques. Ces pièces de connexion
~ s 10 sont éloignées de la cathode 1 et du dispositif de chauffage 3 et ne
sont
donc pas exposées à de hautes températures.
Le support 9 de la grille 4 est situé à proximité de la cathode et il
l'entoure. II est généralement réalisé en métal à cause de ses propriétés
électriques car il contribue à transmettre le signal de modulation vers la
grille 4.
La grille 4, dans l'état de l'art, et pour des raisons de propriétés
thermoélectriques, est réalisée en graphite pyrolytique, matériau connu pour
son très faible coefficient de dilatation dans ie plan de dép8t.
La grille 4 est soumise à des contraintes thermiques et électriques
importantes mais pour jouer son r8le et moduler le faisceau efficacement
elfe doit ëtre capable de les accepter sans se déformer.
L'intervalle grille-cathode doit rester sensiblement constant
pendant le fonctionnement du tube, c'est un paramètre important dans
l'efficacité de la modulation et la stabilité du signal.
3o La grille 4 chauffe d'une part à cause de sa proximité avec la
cathode 1 thermoémissive et d'autre part à cause des éiectrons émis qui la
percutent de manière inévitable.
A la mise en route du tube, il se produit une dilatation
différentielle entre la grille 4 et son support 9 car ils n'ont pas le même
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coefficient de dilatation. La grille est généralement en graphite pyrolitique
et
le support 9 en métal.
Cette dilatation différentielle entraîne des contraintes sur la grille
4 qui peuvent déformer la zone ajourée 7, si la grille est fixée serrée au
. 5 support 9 et provoquer une mise en contact de la grille 4 et de la cathode
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ou, au minimum, une modification de la modulation du faisceau d'électrons.
II a été proposé comme sur la figure 1, de monter de manière
élastique la grille 4 sur son support 9 à l'aide d'un joint 11 élastique et
conducteur de l'électricité. Ce joint absorbe les différences de dilatation.
Un
1 o mouvement de glissement relatif entre la grille 4 et le support 9 est
possible
lors de la dilatation ce qui évite l'apparition de trop importantes
contraintes
mécaniques dans la grille 4. Mais la coaxialité de la cathode et de la grille
est difficile à assurer. L'intervalle entre la grille et la cathode risque de
varier. Un autre inconvénient de cette structure est qu'elle est chère à
~ 5 réaliser. Le joint élastique 11 doit laisser un jeu mécanique entre la
grille 4
et le support 9 sans pour autant interrompre la continuité électrique entre
les
deux. La mise en place du joint est délicate et nécessite un support 9
compliqué avec plusieurs pièces assemblées les unes aux autres.
La présente invention cherche à pallier ces inconvénients et dans
2o ce but propose une grille pour tube électronique à _ faisceau axial à
performances améliorées qui est particulièrement simple à réaliser. Elle
conduit à un canon bon marché qui permet, en fonctionnement de
conserver une distance cathode-grille définie avec précision, indépendante
du temps de stabilisation en température des différentes électrodes. Elle
25 permet la suppression du support de grille métallique.
Plus particulièrement, pour y parvenir la grille selon l'invention a
la forme d'une cloche et est mono-matériau, cette cloche possédant une
partie ajourée à son sommet, cette partie étant sensiblement transversale à
Taxe du faisceau.
30 La grille sera de préférence en graphite pyrolitique à cause de
ses propriétés thermiques, électriques et mécaniques adaptées à ce typé
d'application. De préférence la grille est monobloc.
Pour améliorer la focalisation des électrons qui traversent la grille
à la périphérie de la partie ajourée, il est possible de configurer le sommet
35 de la cloche en creux, de placer la partie ajourée au fond du creux et de
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border la partie ajourée avec une paroi tubulaire solidaire de la jupe par une
partie annulaire qui l'espace de la jupe.
La grille est destinée à être fixée à la base de la cloche à une
pièce de connexion de grille.
Cette pièce de connexion de grille peut comporter un manchon
autour duquel est emmanchée la grille.
La fixation entre la grille et la pièce de connexion de grille peut
être réalisée par exemple par brasage, vissage. Pour améliorer encore les
performances de la grille, il est avantageux de prévoir une série de fentes
~ o dirigées sensiblement selon l'axe du faisceau d'électrons à la base de la
grille. Cette série de fente permettant une compensation élastique des
différences de dilatation susceptible d'intervenir entre la grille et la pièce
de
connexion de grille.
La présente invention concerne aussi un tube électronique à
~ 5 faisceau axial équipé d'une telle grille.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront
à la lecture de la description suivante d'exemples de grille illustrée, par
les
figures qui représentent schématiquement
- la figure 1 (déjà dëcrite) un tube électronique à faisceau axial
2o dont le canon comporte une grille connue ;
- la figure 2-un tube électronique à faisceau axial selon l'invention
'dont le canon comporte une grille selon l'invention ;
- la figure 3a une vue en perspective d'une grille selon l'invention
avec une série de fentes et les figures 3b, 3c différentes variantes pour les
25 fentes.
- la figure 4 un tube électronique à faisceau axial selon l'invention
avec une grille dont le sommet présente un creux.
Sur ces figures les échelles ne sont pas respectées dans un souci
de clarté.
3o La figure 2 montre schématiquement une grille 20 selon
l'invention montée dans un tube électronique à faisceau 50 axial dirigé selon
l'axe XX'. On suppose que le tube est à sortie inductive (IOT). Seule une
partie du canon du tube est représentée, le reste est schématisé par des
pointillés. La grille 20 a la forme d'une cloche 22 et est mono-matériau.
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Cette cloche 22 possède un sommet 21 et se prolonge par une
jupe sensiblement cylindrique jusqu'à une base 27.
La partie ajourée 23 de la grille 20, sensiblement transversale à
l'axe XX' du faisceau est située au sommet 21 de la cloche. Cette partie
5 ajourée 23 est destinée à étre placée en vis-à-vis à la face active 41 de la
cathode 40 lorsqu'elle est montée dans le canon du tube électronique. La
partie ajourée 23 suit la surface de la partie active 41 de la cathode 40 et à
cet effet, elle peut être concave, en cuvette, par exemple sensiblement
sphérique.
t o D'autres configurations sont possibles telles qu'une partie ajourée
23 plane comme le montre la figure 3a.
La grille 20 est mono-matériau depuis le sommet 21 de la cloche
jusqu'à sa base 27. Cette caractéristique contribue à résoudre le problème
de déformation engendré par les dilatations différentielles rencontrées dans
t 5 l'art antérieur. Avec une telle structure en cloche mono-matériau, il
n'est plus
nécessaire de prévoir un support métallique à proximité de la cathode 40
entre la partie ajourée 23 et la pièce de connexion de la grille 24. w
La base 27 de la cloche 22 est fixée à la pièce de connexion de
grille 24, cette pièce 24 servant à l'amenée du signal électrique de
2ti modulation appliqué à la grille 20.
La pièce de connexion de grille 24 est éloignée de la cathode 40
et est située à proximité de la pièce de connexion de cathode 42. Dans la
région des pièces de connexion, la température ne devient jamais aussi
intense qu'au niveau de la partie ajourée 23 en vis-à-vis de la face active 41
25 de la cathode. Les méfaits de la dilatation différentielle entre la grille
20 et la
pièce de connexion de la grille 24 ne sont pas significatifs sur la partie
ajourée 23.
La pièce de connexion de grille 24, conductrice de l'électricité,
peut comporter un manchon 25 autour duquel vient s'emboiter la base 27 de
30 la cloche 22. La solidarisation de la grille 20 et du manchon 25 peut se
faire
à l'aide de vis 26 qui passent à travers du manchon 25 et de la jupe de la
cloche 22. A cet effet des trous 28 dans la jupe de la cloche 22 et des
taraudages dans le manchon 25 sont prévus pour accueillir les vis 26.
La figure 3a montre une vue en perspective d'une grille 20 selon
35 l'invention avec des trous 28 dans la jupe de la cloche 22. La partie
ajourée
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23 est dessinée hachurée dans un but de clarté. Cette structure n'est pas
limitative.
Un autre type de fixation peut consister en une brasure de la base
27 de la cloche 22 sur la pièce de connexion de grille 24.
Pour diminuer encore les méfaits de la dilatation différentielle
entre la grille 20 et la pièce de connexion de grille 24, il est possible de
prévoir sur le pourtour de la base 27 de la cloche une série de fentes 30
longitudinales, ces fentes 30 amenant une certaine souplesse au niveau des
inévitables déformations qui surviennent lors du chauffage. Ces fentes 30
~ o apportent une compensation élastique à la dilatation différentielle et
suppriment les contraintes mécaniques dans la grille.
Ces fentes 30 peuvent ne pas déboucher sur le bord inférieur de
la jupe de la cloche 22 mais s'arrëtent avant de manière à délimiter une cale
31 entre la base de la cloche 22 et l'extrémité des fentes 30.
~ 5 Aprés montage, la base de la cloche se trouve divisée en un
certain nombre de lames espacées de la largeur des fentes. Ces fentes 30
ne détériorent pas le contact électrique avec la pièce de connexion de grille
24. La cale 31 assure une rigidité de la base 27 de la cloche avant montage
sur le manchon 25 mais après serrage elle peut se briser. Les trous 28 sont
20 situés entre les fentes 30 dans l'exemple représenté.
Les fentes 30 peuvent être de largeur constante mais on peut
envisager qu'elles possèdent une partie supérieure 30.1 et une partie
inférieure 30.2 de largeurs différentes, ces deux parties étant raccordées
l'une à l'autre.
25 Les figures 3a, 3b, 3c montrent plusieurs configurations de fentes
30. Sur la figure 3a, les fentes 30 ont une largueur constante. Sur la figure
3b, la partie supérieure 30.1 est plus large que la partie inférieure 30.2 et
sur la figure 3c, c'est l'inverse.
Ces fentes 30 et ces trous 28 peuvent étre réalisés par tous
3o moyens connus tels que le sciage ou l'usinage au jet de sable par exemple.
La grille 20 est avantageusement réalisée en graphite pyrolitique
qui possède des propriétés thermiques, mécaniques, électriques
particulièrement bien adaptées à cette application. Les techniques de
réalisation de grilles en graphite pyrolitique monobloc sont bien maîtrisées.
35 D'autres matériaux sont toutefois utilisables.
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La pièce de connexion de grille 24 peut étre réalisée dans un
matériau conducteur électriquement et thermiquement, typiquement du
cuivre, du molybdène, un alliage fer-nickel-cobalt ou similaire.
Le manchon 25 pourra aussi étre réalisé dans les mêmes
5 matériaux s'il n'est pas monobloc avec le reste de la pièce de connexion
d'anode 24 qui elle est en forme de collet.
De part et d'autre de la pièce de connexion de grille 24 et de la
pièce de connexion de cathode 42 sont représentées des entretoises
diélectriques 43 qui servent à l'isolation électrique _ et au maintien
o mécanique entre les pièces de connexion et donc les différentes électrodes
concernées.
Certains électrons qui traversent la grille 20, à la périphérie de la
partie ajourée 23 risquent de diverger au lieu de converger vers l'axe XX'.
Ils
vont ensuite percuter l'anode ce qui diminue les performances du tube et
~ 5 n'est pas souhaitable.
Pour éviter cet inconvénient et mieux focaliser les électrons sur
Taxe XX', il est possible de contigurer le sommet 21 de la cloche 22 en creux
de manière que la partie ajourée 23 se trouve au fond du créux. Sa
périphérie est bordée par une paroi 51 tubulaire sensiblement cylindrique
2o qui est solidaire de la jupe 53 de la cloche 22 par l'intermédiaire d'une
partie
annulaire 52. Sur la figure 4 qui illustre cette variante er coupe, la paroi
de
la grille, depuis la base 27 est une paroi montante dirigée selon l'axe XX' au
niveau de la jupe 53, puis elle revient vers l'axe XX' au niveau de fa partie
annulaire 52, puis elle rentre dans la cloche au niveau de la paroi tubulaire
25 51 et se termine par la partie ajourée 23 sensiblement transversale à l'axe
XX'. La jupe 53, la partie annulaire 52 et la paroi tubulaire 51 rentrante ont
sensiblement fa méme épaisseur. La longueur de la paroi tubulaire 51 est
ajustée pour obtenir faction de focalisation. La paroi tubulaire 51 et la jupe
53 sont espacées l'une de l'autre gràce à la partie annulaire 52. La paroi 51
3o tubulaire rentrante par rapport à la partie annulaire est représentée
sensiblement verticale. La jupe 53 et la paroi tubulaire 51 sont deux
cylindres creux sensiblement coaxiaux montés fun dans (autre, la paroi
tubulaire 51 étant à l'intérieur de la jupe 53.
Cette paroi 51 tubulaire sensiblement cylindrique joue le r8le d'un
35 wehnelt ; elle repousse vers l'axe XX' les électrons ayant traversé la
grille à
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la périphérie de la partie ajourée elle crée donc un effet de focalisation
supplémentaire. Une telle configuration de grille en graphite pyrolitique
n'apporte pas de difficulté de réalisation.
