Canon à électrons pour tube électronique

Description

[0001] La présente invention concerne les canons à électrons pour tubes électroniques.

[0002] La description suivante va être faite dans le cas de canons destinés à des tubes à onde progressive, mais l'invention s'applique aussi à des canons destinés à d'autres sortes de tubes électroniques, tels que par exemple les klystrons.

[0003] Certaines applications des tubes à onde progressive nécessitent une modulation en puissance du faisceau d'électrons. On utilise alors une cathode dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, qui est suivie par une grille de modulation, également en forme de calotte sphérique, et dont la distance à la cathode est en tous points constante. Cette grille de modulation peut être successivement soumise à deux tensions:

- une tension de blocage du faisceau, qui est négative par rapport à la cathode. Il n'y a plus émission d'électrons;

- une tension de déblocage du faisceau, qui est positive par rapport à la cathode.

[0004] On peut par exemple utiliser une tension de blocage de -100 V et une tension de déblocage de + 100 V.

[0005] Le problème qui se pose dans ce mode d'utilisation est que la grille s'échauffe fortement lorsqu'elle reçoit une tension de déblocage positive, de + 100 V par exemple.

[0006] Pour résoudre ce problème d'échauffement de la grille, on utilise une tension de déblocage nulle et une tension de blocage un peu plus élevée en valeur absolue, égale par exemple à -300 V.

[0007] Le problème qui se pose alors est que la grille de modulation vibre fortement sous l'effet du champ électrique.

[0008] En effet, la grille de modulation est soumise à des forces F proportionnelles au carré du champ électrique, et que l'on peut exprimer de la façon suivante:

[0009] F = k - (V2/d2) où k est un facteur de proportionnalité, où V est la tension de blocage ou de déblocage reçue par la grille et où d est la distance entre la cathode et la grille.

[0010] L'utilisation d'une tension de déblocage nulle entraîne à la fois une diminution de la distance d entre la grille et la cathode, qui est alors de l'ordre par exemple de quelques centièmes de millimètre, et une augmentation en valeur absolue de la tension de blocage. La force F appliquée à la grille pendant le blocage du faisceau est alors très élevée. Les vibrations qui en résultent ont notamment pour inconvénient de provoquer une modulation de la puissance du faisceau pendant le palier de conduction. Dans certaines applications des tubes à onde progressive, leur fréquence de modulation couvre une très large bande et il peut arriver qu'elle soit justement égale à une fréquence de résonance mécanique de la grille. Les amplitudes des vibrations sont alors très fortes, ce qui peut provoquer des court-circuits entre la grille et la cathode en les mettant en contact. Ces vibrations peuvent provoquer aussi la destruction de la grille par dépassement de la limite élastique du matériau qui la constitue.

[0011] La présente invention propose une solution simple et efficace aux problèmes énoncés précédemment.

[0012] La présente invention concerne un canon à électrons pour tube électronique, du type des tubes à onde progressive et des klystrons, comportant notamment une cathode dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, avec au voisinage de cette cathode, une grille également en forme de calotte sphérique pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, la cathode et la grille présentant vers l'intérieur du tube des surfaces concaves, caractérisé en ce que la distance entre la cathode et la grille de modulation augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube.

[0013] On peut utiliser la solution de l'invention quelle que soit la valeur de la tension de déblocage, qu'elle soit nulle ou positive, et quelle que soit l'utilisation des tubes à onde progressive, ou des autres tubes munis de tels canons.

[0014] L'invention permet donc, tout en conservant le même encombrement pour le canon à électrons, de diminuer la valeur des forces qui s'exercent sur la grille sur l'axe du tube et au voisinage de cet axe, par augmentation de la distance entre la cathode et la grille à cet endroit. Comme à sa périphérie, la grille est maintenue par une fixation mécanique, il ny' a donc pas de problème de vibrations.

[0015] L'invention permet de rendre au moins dix fois plus faible la force d'excitation s'exerçant au centre de la grille lorsque la tension de déblocage est nulle.

[0016] L'expérience a montré que cette modification de la géométrie du canon n'entraînait pas de problème pour la focalisation du faisceau, ce qui n'était pas évident à priori.

[0017] Un autre mode de réalisation de l'invention concerne le cas de canons à électrons, comportant notamment une cathode, avec au voisinage de cette cathode, une première et une deuxième grilles, en forme de calotte sphérique, la première grille étant portée au potentiel de la cathode et la deuxième grille pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, la cathode et les grilles présentant vers l'intérieur du tube des surfaces concaves. Selon l'invention, la distance entre ces deux grilles augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube.

[0018] D'autres objets, caractéristiques et résultats de l'invention ressortiront de la description suivante, donné à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les figures annexées qui représentent:

[0019] les figures 1 et 3, les schémas de deux modes de réalisation de canons à électrons selon l'art antérieur;

[0020] les figures 2 et 4, les schémas de deux modes de réalisation de canons à électrons selon l'invention.

[0021] Sur les différentes figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments, mais, pour des raisons de clarté, les côtes et proportions de divers éléments ne sont pas respectées.

[0022] La figure 1 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un canon à électrons selon l'art antérieur.

[0023] Il s'agit d'un canon pour tube à onde progressive, fonctionnant avec modulation en puissance du faisceau d'électrons.

[0024] La figure 1 est une coupe schématique longitudinale de ce canon. A gauche sur la figure, on a représenté la cathode 1, dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique. Au voisinage du la cathode se trouve la grille de modulation 2 qui peut être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau. Cette grille est également en forme de calotte sphérique. Le rayon de courbure R_G de cette grille est centré sur l'axe du tube XX' au même point C que celui où est centré le rayon de courbure R_K de la cathode. La distance entre la cathode et la grille est donc en tous points constante. Après la grille de modulation, on a représenté, schématiquement sur la droite de la figure l'électrode d'accélération 3.

[0025] On a expliqué dans l'introduction à la description les inconvénients de cette structure, en particulier dans certaines utilisations des tubes à onde progressive et lorsque la tension de déblocage est nulle.

[0026] La figure 2 représente le schéma d'un mode de réalisation d'un canon à électrons selon l'invention.

[0027] Par rapport à la figure 1, on constate que la grille 2 est toujours en forme de calotte sphérique, mais le rayon de courbure R_G de la grille de modulation 2 est centré sur l'axe du tube XX' en un point Ci qui est situé après, si l'on considère le sens de déplacement des électrons, le point C où est centré le rayon de courbure R_K de la cathode.

[0028] On constate donc que la distance entre la cathode 1 et la grille de modulation 2 augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube. Cette distance est plus grande sur l'axe du tube ― dimension a - qu'à la périphérie du tube - dimension b.

[0029] On a expliqué dans l'introduction à la description que cette modification de structure permet de résoudre les problèmes posés par les canons à électrons de l'art antérieur.

[0030] Le rapport a/b varie selon les caractéristiques du canon telles que la densité d'émission, la distance entre la grille de modulation et la cathode, la convergence de surface du faisceau d'électrons... Ce rapport est sensiblement compris entre 1,5 et 3 : 1,5 < a/b < 3.

[0031] La figure 3 est le schéma d'un autre mode de réalisation d'un canon selon l'art antérieur. Il s'agit d'un canon qui se distingue de celui de la figure 1, car la cathode est suivie par une première grille G, et une deuxième grille G₂, en forme de calotte sphérique. La première grille G, est portée au potentiel de la cathode 1. Il s'agit d'une grille du type «shadow grid». C'est la deuxième grille G₂ qui peut être soumise à deux potentiels différents permettant la modulation en puissance du faisceau.

[0032] Dans le cas de la figure 3, la cathode et les deux grilles G, et G₂ ont leurs rayons de courbure centrés au-même point C₂ sur l'axe XX'.

[0033] La distance entre les deux grilles G, et G₂ et entre la cathode et la première grille G₁ est en tous points constante.

[0034] La figure 4 représente une modification selon l'invention du canon de la figure 3. La distance entre les deux grilles G, et G₂ augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe XX' du tube. Il suffit de comparer sur la figure la distance c à la distance d. Le centre de courbure de la deuxième grille G₂ est un point C₃ situé sur l'axe XX' au delà du centre de courbure C₂ de la grille G, et de la surface émissive.

Revendications

1. Canon à électrons pour tube électronique du type des tubes à onde progressive et des klystrons, comportant notamment une cathode (1 ) dont la surface émissive est en forme de calotte sphérique, avec au voisinage de cette cathode, une grille (2) également en forme de calotte sphérique pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, la cathode (1 ) et la grille (2) présentant vers l'intérieur du tube des surfaces concaves, caractérisé en ce que la distance entre la cathode et la grille de modulation augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube (XX').

2. Canon à électrons pour tube électronique du type des tubes à onde progressive et des klystrons, comportant notamment une cathode (1), avec au voisinage de cette cathode, une première et une deuxième grilles (G₁, G₂) en forme de calotté sphérique, la première grille (G₁) étant portée au potentiel de la cathode et la deuxième grille (G₂) pouvant être soumise à deux potentiels différents pour moduler en puissance le faisceau d'électrons émis par la cathode, la cathode (1) et les grilles (G_i, G₂) présentant vers l'intérieur du tube des surfaces concaves, caractérisé en ce que la distance entre ces deux grilles augmente lorsqu'on se rapproche de l'axe du tube (XX').

3. Canon selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des distances entre la cathode (1) et la grille de modulation (2) mesurées selon l'axe du tube (XX') et à la périphérie de la cathode et de la grille est sensiblement compris entre 1,5 et 3.

Ansprüche

1. Elektronenkanone für eine Elektronenröhre vom Typ der Wanderwellenröhren und Klystrons, insbesondere mit einer Kathode (1), deren emittierende Oberfläche die Form einer Kugelschale aufweist, mit einem in der Nähe dieser Kathode angeordneten Gitter (2), das ebenfalls die Form einer Kugelschale aufweist und auf zwei verschiedene Potentiale gelegt werden kann, um die Leistung des von der Kathode emittierten Elektronenbündels zu modulieren, wobei die Kathode (1) und das Gitter (2) zur Innenseite der Röhre konkave Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Kathode und dem Modulationsgitter mit zunehmender Annäherung an die Achse der Röhre (XX') zunimmt.

2. Elektronenkanone für Elektronenröhren vom Typ der Wanderwellenröhren und Klystrons, insbesondere mit einer Kathode (1), wobei in der Nähe dieser Kathode ein erstes und ein zweites Gitter (G₁, G₂) in Form von Kugeischalen angeordnet sind, wobei das erste Gitter (G_i) auf das Potential der Kathode gelegt ist und das zweite Gitter (G₂) auf zwei verschiedene Potentiale gelegt werden kann, um die Leistung des von der Kathode emittierten Elektronenbündels zu modulieren, wobei ferner die Kathode (1) und die Gitter (G₁, G₂) zur Innenseite der Röhre konkave Oberflächen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen diesen beiden Gittern mit zunehmender Annäherung an die Achse der Röhre (XX') zunimmt.

3. Kanone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Abstände zwischen der Kathode (1) und dem Modulationsgitter (2) entlang der Achse der Röhre (XX') und am Umfang der Kathode des Gitters gemessen, im wesentlichen zwischen 1,5 und 3 beträgt.

Claims

1. Electron gun for an electronic tube of travelling wave tube- and klystron-type comprising, in particular, a cathode (1) the emissive surface of which is spherical dome-shaped, a grid (2) having likewise the shape of a spherical dome being provided in the neighbourhood of this cathode and being susceptible of being connected to two different potentials to modulate the power of the electron beam emitted by the cathode, the cathode (1) and the grid (2) having concave surfaces towards the inside of the tube, characterized in that the distance between the cathode and the modulation grid increases as one approaches the axis of the tube (XX').

2. Electron gun for an electronic tube of travelling wave tube and klystron-type comprising, in particular, a cathode (1) and in the neighbourhood of this cathode first and second grids (G_i, G₂) of spherical dome-shape, the first grid (G_i) being connected to the cathode potential and the second grid (G₂) being susceptible of being connected to two different potentials to modulate the power of the electron beam emitted by the cathode, the cathode (1) and the grids (Gi, G₂) having concave surfaces towards the inside of the tube, characterized in that the distance between these two grids increases as one approaches the axis of the tube (XX').

3. Gun according to claim 1, characterized in that the ratio of the distances between the cathode (1) and the modulation grid (2) measured along the axis of the tube (XX'), and at the periphery of the cathode, and of the grid is substantially comprised between 1.5 and 3.

Dessins