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EP0020218A1 - Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur - Google Patents

Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur Download PDF

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Publication number
EP0020218A1
EP0020218A1 EP19800400648 EP80400648A EP0020218A1 EP 0020218 A1 EP0020218 A1 EP 0020218A1 EP 19800400648 EP19800400648 EP 19800400648 EP 80400648 A EP80400648 A EP 80400648A EP 0020218 A1 EP0020218 A1 EP 0020218A1
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EP
European Patent Office
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enclosure
electrodes
collector according
collector
metal supports
Prior art date
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Application number
EP19800400648
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0020218B1 (fr
Inventor
Philippe Gosset
Pierre Ribout
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Filing date
Publication date
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Publication of EP0020218B1 publication Critical patent/EP0020218B1/fr
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
    • H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
    • H01J23/027—Collectors
    • H01J23/0275—Multistage collectors

Definitions

  • the present invention relates to a depressed multi-stage collector, cooled by radiation, for microwave tubes. It also relates to microwave tubes comprising such a collector.
  • microwave tubes such as klystrons or traveling wave tubes
  • the collector of these tubes therefore receives, to the fraction of energy transmitted to the microwave frequency, all the energy of the electron beam and dissipates it in the form of heat. We must try to reduce this dissipated energy, on the one hand, to reduce the difficulties associated with the evacuation of heat, and on the other hand, to increase the efficiency of the tubes.
  • a known solution for reducing the energy consists in using a depressed collector with several stages, comprising several electrodes brought to decreasing voltages and of values lower than those of the potential of the delay line, in the case of a progressive tube, or to that of the cavities, in the case of a klystron.
  • the electrons are then sorted according to their energy and the electrons are thus collected at the lowest possible potential.
  • the vacuum enclosure is made of stainless steel, blackened inside to radiate the absorbed heat well.
  • the electrodes are then on the vacuum enclosure by means of insulating supports.
  • the present invention relates to a depressed multi-stage collector, cooled by radiation, which consists of a vacuum enclosure made of insulating material, of substantially cylindrical shape, on which the electrodes are fixed by means of metal supports.
  • the collector according to the invention has the advantage of being well cooled, only by radiation, which is advantageous for space applications.
  • the temperature of the electrodes is only about 100 ° C. above the temperature of the enclosure, while it is 300 to 400 ° C above the temperature of the enclosure for the collector according to the known art which was discussed above.
  • the collector according to the invention also has the advantage of being completely electrically isolated and of being easy to assemble.
  • FIG. 1 represents an embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′, of a manifold according to the invention.
  • the vacuum enclosure 1 of the collector is a cylinder of insulating material.
  • the collector according to the invention is a depressed collector, with several stages, which therefore comprises several electrodes 2 placed on the path of an electron beam and brought to different potentials.
  • the electrodes 2 are fixed to the vacuum enclosure 1 by means of metal supports 3. In the example shown in FIG. 1, the electrodes are fixed to the supports 3 by screws 8.
  • the geometry of the electrodes 2 allows avoid, in known manner, the emission by the secondary electron electrodes to the rest of the tube and also makes it possible to protect the insulating enclosure 1, in particular against metal vaporizations.
  • the metal supports 3 are brazed to the enclosure made of insulating material by a high temperature solder 4 which improves the thermal bond between the electrodes 2 and the vacuum enclosure 1.
  • the vacuum enclosure 1 is generally made of ceramic and preferably of alumina.
  • Alumina has in fact, in the temperature range considered, good absorption and good emissivity of the order of 0.8, without requiring treatment as is the case when using a stainless steel enclosure.
  • the collector according to the invention has the advantage of being entirely electrically isolated; on the other hand, it allows good evacuation by thermal conduction of the power dissipated on the electrodes towards the enclosure, which therefore ensures both the isolation and the radiation of the power.
  • the metal supports are therefore previously brazed on the vacuum enclosure, then the electrodes 2 are put in place.
  • the placement of the electrodes which generally have the axis of revolution of the axis of the enclosure, can be done in different ways and FIGS. 2, 3 and 4 represent, in a nonlimiting manner, three possibilities for fitting the electrodes.
  • the manifold according to the invention is shown seen in cross section.
  • the metal supports 3 are constituted by bosses brazed to the vacuum enclosure 1.
  • the electrodes 2 have notches 6 corresponding to the bosses which allow them to be put in place.
  • the metal supports 3 are constituted by rings, of the same diameters and notched.
  • the electrodes 2 include notches 6 alternating with those of the rings and which allow their positioning. In Figures 2 and 3, only the external diameter of an electrode 2 having notches has been shown.
  • FIG. 4 represents an embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′, of a collector according to the invention.
  • the screws for fixing the electrodes 2 to the supports 3 are not shown.
  • the metal supports 3 consist of rings, of internal diameter increasing as a function of their distance from the bottom of the enclosure 7.
  • the external diameter of the electrodes 2 also increases as a function of this distance which allows their installation.
  • the electrodes are made of a material having a good emissivity, such as pyrolytic graphita, it is not necessary to establish a good thermal contact between the metal supports and the enclosure, and therefore, there n It is not necessary to solder the metal supports on the enclosure. The metal supports can then simply be mechanically fixed on the enclosure.
  • FIG. 5 represents a nonlimiting embodiment, seen in longitudinal section along the axis of revolution 00 ′ of a collector according to the invention in the case where the metal supports 3 are mechanically fixed on the enclosure 1.
  • the electrodes are first fixed on the metal supports, then, the supports are mechanically fixed on the enclosure whose internal diameter increases discontinuously depending on the distance to the bottom of the enclosure, for example by means of elastic metal rods 5, as shown in FIG. 5. The mounting of the electrodes is thus carried out very simply.
  • the bottom 7 of the vacuum enclosure 1 can be made of a material different from the insulation constituting the rest of the enclosure.
  • the bottom 7 of the enclosure can be metallic, it can also be connected to a tank or include orifices allowing the supply of voltage to the tube.
  • the metal supports are constituted by the extension of the electrodes which are therefore metallic in this case and the electrodes can therefore be fixed directly mechanically on the vacuum chamber.

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Abstract

Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, dans lequel, les électrodes (2) sont fixées sur l'enceinte à vide (1), en matériau isolant, par l'intermédiaire de supports métalliques (3). Les supports métalliques (3) sont brasés sur l'enceinte.

Description

  • La présente invention concerne un collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence. Elle concerne également les tubes hyperfréquences comportant un tel collecteur.
  • Le fonctionnement des tubes hyperfréquences, tels que les klystrons ou les tubes à onde progressive, est basé sur un échange d'énergie entre un faisceau électronique et une onde électromagnétique hyperfréquence. Le collecteur de ces tubes reçoit donc, à la fraction d'énergie transmise à l'onde hyperfréquence près, toute l'énergie du faisceau électronique et la dissipe sous forme de chaleur. Il faut essayer de diminuer cette énergie dissipée, d'une part, pour réduire les difficultés associées à l'évacuation de la chaleur, et d'autre part, pour augmenter le rendement des tubes.
  • Une solution connue pour diminuer l'énergie consiste à utiliser un collecteur déprimé à plusieurs étages, comportant plusieurs électrodes portées à des tensions décroissantes et de valeurs inférieures à celles du potentiel de la ligne à retard, dans le cas d'un tube progressive, ou à celle des cavités, dans le cas d'un klystron. Il s'effectue alors un tri des électrons en fonction de leur énergie et les électrons sont ainsi collectés au potentiel le plus bas possible.
  • On connaît dans l'art antérieur des collecteurs déprimés à plusieurs étages dont l'enceinte à vide est en acier inoxydable, noirci à l'intérieur pour bien rayonner la chaleur absorbée. Les électrodes sont alors sur l'enceinte à vide par l'intermédiaire de supports isolants.
  • La présente invention concerne un collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, qui est constitué par une enceinte à vide en matériau isolant, de forme sensiblement cylindrique, sur laquelle sont fixées les électrodes par l'intermédiaire de supports métalliques.
  • Le collecteur selon l'invention présente l'avantage d'être bien refroidi, uniquement par rayonnement, ce qui est intéressant pour les applications spatiales. Ainsi dans un mode de réalisation préféré où les supports des électrodes sont brasés sur l'enceinte à vide, la température des.électrodes n'est que d'environ 1000 C au-dessus de la température de l'enceinte, alors qu'elle est de 300 à 400° C au-dessus de la température de l'enceinte pour le collecteur selon l'art connu dont il a été question précédemment.
  • Le collecteur selon l'invention présente également l'avantage d'être complètement isolé électriquement et d'être de montage facile.
  • D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante; donnée à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent :
    • - les figures 1, 4 et 5, des modes de réalisation, vus en coupe longitudinale, d'un collecteur selon l'invention ;
    • - lës figures 2 et 3, deux modes de réalisation, vus en coupe transversale, d'un collecteur selon l'invention.
  • Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les cotes et proportions des différents éléments ne sont pas respectées.
  • La figure 1 représente un mode de réalisation, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00', d'un collecteur selon l'invention. Sur les figures 1, 4 et 5, on n'a représenté que la moitié de la coupe longitudinale selon l'axe 00' du collecteur selon l'invention. L'enceinte à vide 1 du collecteur est un cylindre en matériau isolant. Le collecteur selon l'invention est un collecteur déprimé, à plusieurs étages, qui comporte donc plusieurs électrodes 2 placées sur le trajet d'un faisceau électronique et portées à des potentiels différents. Les électrodes 2 sont fixées sur l'enceinte à vide 1 par l'intermédiaire de supports métalliques 3. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, les électrodes sont fixées sur les supports 3 par des vis 8. La géométrie des électrodes 2 permet d'éviter, de façon connue, l'émission par les électrodes d'électrons secondaires vers le reste du tube et permet aussi de protéger l'enceinte isolante 1, notamment contre les vaporisations métalliques.
  • Sur la figure 1, les supports métalliques 3 sont brasés sur l'enceinte en matériau isolant par une brasure à haute température 4 qui permet d'améliorer la liaison thermique entre les électrodes 2 et l'enceinte à vide 1.
  • L'enceinte à vide 1 est généralement en céramique et de préférence en alumine. L'alumine présente en effet, dans le domaine de température considéré, une bonne absorption et une bonne émissivité de l'ordre de 0,8, sans nécessiter de traitement comme c'est le cas lorsqu'on utilise une enceinte en acier inoxydable.
  • Le collecteur selon l'invention présente l'avantage d'être entièrement isolé électriquement ; d'autre part, il permet une bonne évacuation par conduction thermique de la puissance dissipée sur les électrodes vers l'enceinte, qui assure donc à la fois l'isolement et le rayonnement de la puissance.
  • Dans le mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 1, les supports métalliques sont donc préalablement brasés sur l'enceinte à vide, puis, les électrodes 2 sont mises en place. La mise en place des électrodes, qui ont généralement pour axe de révolution l'axe de l'enceinte, peut se faire de différentes façons et les figures 2, 3 et 4 représentent de façon non limitative trois possibilités de mise en place des électrodes.
  • Sur les figures 2 et 3, le collecteur selon l'invention est représenté vu en coupe transversale. Sur la figure 2, les supports métalliques 3 sont constitués par des bossages brasés sur l'enceinte à vide 1. Les électrodes 2 comportent des échancrures 6 correspondant aux bossages qui permettent leur mise en place. Sur la figure 3, les supports métalliques 3 sont constitués par des anneaux, de mêmes diamètres et échancrée. Comme dans le cas de la figure 2, les électrodes 2 comportent des échancrures 6 alternant avec celles des anneaux et qui permettent leur mise en place. Sur les figures 2 et 3, on a seulement représenté le diamètre externe d'une électrode 2 présentant des échancrures.
  • La figure 4 représente un mode de réalisation, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00', d'un collecteur selon l'invention. Les vis de fixation des électrodes 2 sur les supports 3 ne sont pas représentées. Sur la figure 4, les supports métalliques 3 sont constitués par des anneaux, de diamètre interne croissant en fonction de leur distance au fond de l'enceinte 7. Le diamètre externe des électrodes 2 croît également en fonction de cette distance ce qui permet leur mise en place.
  • Les trois modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures 2, 3 et 4 peuvent être utilisés lorsque les supports métalliques 3 sont brasés sur l'enceinte 1, comme c'est le cas sur la figure 1, ou lorsque les supnorts métalliques 3 sont fixés mécaniquement sur l'enceinte 1.
  • En effet, lorsque les électrodes sont constituées d'un matériau ayant une bonne émissivité, tel que le graphita pyrolytique, il n'est pas nécessaire d'établir un bon contact thermique entre les supports métalliques et l'enceinte, et donc, il n'est pas nécessaire de braser les supports métalliques sur l'enceinte. Les supports métalliques peuvent être alors simplement fixés mécaniquement sur l'enceinte.
  • La figure 5 représente un mode de réalisation non limitatif, vu en coupe longitudinale selon l'axe de révolution 00' d'un collecteur selon l'invention dans le cas où les supports métalliques 3 sont fixés mécaniquement sur l'enceinte 1. Dance ce cas, puisqu'il n'y a pas de brasure haute température, les électrodes sont d'abord fixées sur les supports métalliques, puis, les supports sont fixés mécaniquement sur l'enceinte dont le diamètre interne augmente de façon discontinue en fonction de la distance au fond de l'enceinte, au moyen par exemple de joncs métalliques élastiques 5, comme représenté sur la figure 5. Le montage des électrodes est ainsi réalisé très simplement.
  • Le fond 7 de l'enceinte à vide 1 peut être réalisé en un matériau différent de l'isolant constituant le reste de l'enceinte.. Le fond 7 de l'enceinte peut être métallique, il peut aussi être relié à.un queusot ou comporter des orifices permettant l'alimentation en tension du tube.
  • Dans un autre mode de réalisation de l'invention qui n'est pas représenté sur les figures, les supports métalliques sont constitués par le prolongement des électrodes qui sont donc métalliques dans ce cas et les électrodes peuvent donc être fixées directement de façon mécanique sur l'enceinte à vide.

Claims (10)

1. Collecteur déprimé à plusieurs étages, re- froisi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, comportant plusieurs électrodes placées sur le trajet du faisceau électronique du tube et portées à des potentiels différents, caractérisé en ce qu'il est constitué par une enceinte à vide (1) en matériau isolant, de forme sensiblement cylindrique, sur laquelle sont fixées les électrodes (2) par l'intermédiaire de supports métalliques (3).
2. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports métalliques (3) sont brasés sur l'enceinte (1) en matériau isolant.
3. Collecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les supports métalliques (3) sont fixés mécaniquement sur l'enceinte (1) en matériau isolant.
4. Collecteur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les supports métalliques (3) sont des anneaux, de diamètre interne croissant en fonction de leur distance au fond de l'enceinte et en ce que le diamètre externe des électrodes (2), qui ont pour axe de révolution l'axe de l'enceinte, croît également en fonction de cette distance.
5. Collecteur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les supports métalliques (3) sont des anneaux échancrés, de mêmes diamètres, et en ce que les électrodes (2), qui ont pour axe de révolution l'axe de l'enceinte, comportent des échancrures alternant avec celles des anneaux.
6. Collecteur selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les supports métalliques (3) sont constitués par des bossages fixés sur l'enceinte à vide (1) et en ce que les électrodes (2) qui ont pour axe de révolution l'axe de l'enceinte, comportent des échancrures correspondant aux bossages.
7. Collecteur selon la revendication 3, caractérise en ce que les supports métalliques (3) sont fixés mécaniquement sur l'enceinte (1), dont le diamètre interne augmente de façon discontinue en fonction de la distance au fond de l'enceinte, par des joncs métalliques élastiques (5).
8. Collecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les supports métalliques sont constitués par le prolongement des électrodes.
9. Collecteur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'enceinte à vide (1) est en céramique.
10. Tube hyperfréquence, caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur selon l'une des revendications 1 à 9.
EP19800400648 1979-05-23 1980-05-12 Collecteur déprimé à plusieurs étages, refroidi par rayonnement, pour tube hyperfréquence, et tube hyperfréquence comportant un tel collecteur Expired EP0020218B1 (fr)

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