EP0488852A1 - Cathode améliorée pour tubes hyperfréquence - Google Patents
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- EP0488852A1 EP0488852A1 EP91403105A EP91403105A EP0488852A1 EP 0488852 A1 EP0488852 A1 EP 0488852A1 EP 91403105 A EP91403105 A EP 91403105A EP 91403105 A EP91403105 A EP 91403105A EP 0488852 A1 EP0488852 A1 EP 0488852A1
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- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/04—Cathodes
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
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- H01J23/00—Details of transit-time tubes of the types covered by group H01J25/00
- H01J23/02—Electrodes; Magnetic control means; Screens
- H01J23/09—Electric systems for directing or deflecting the discharge along a desired path, e.g. E-type
Definitions
- the present invention relates to electronic tubes, and more particularly to microwave electronic tubes; precisely the invention relates to a construction of the cathode which supplies the electrons in these tubes.
- An electronic tube generally, comprises an electron source, the cathode, and one or more electrodes brought to different voltages from the cathode, thus creating electrostatic fields inside the tube.
- the tube is evacuated to allow the electrons to evolve under the sole influence of the electromagnetic fields which reign inside the tube, without collisions with particles of gas being in their trajectories.
- the energy acquired by the electron is substantially equal to the voltage between the cathode and the anode.
- the homogeneity of the speed imparted to the electrons during their acceleration, the homogeneity of the spatial distribution of the electrons and their final speed in the beam, the stability of the beam ... are all parameters (this list is not exhaustive) that must be mastered to extract the highest performance from the electron gun and the tube which use it.
- the fields vary rapidly in space, because the discontinuities or small radii of curvature at the ends of the different electrodes make concentrations of field lines, or, on the contrary, regions where the lines of fields are more sparse or spaced.
- the electrodes are of finite dimensions and therefore have at least one edge. In the region of the edges of the electrodes, the fields vary more quickly.
- the Wehnelt is consequently thermally insulated from the cathode, which makes it possible to maintain it at a lower temperature and avoid parasitic emission from this electrode. This thermal insulation is obtained by a small spacing between the cathode and the Wehnelt.
- the object of the invention is to provide a simple shape of the electric field lines at the edge (s) of the emissive region of the cathode, while keeping sufficient thermal insulation between the cathode and the Wehnelt.
- the invention provides a cathode construction for microwave electronic tube, said cathode having a shape and a surface, said surface having an electron emissive part, this emissive part having edges and being located inside these edges; characterized in that: outside and in the immediate vicinity of said edges, the surface of the cathode is non-emissive of electrons and conductive of electricity.
- this non-emissive and conductive refractory material is disposed in the immediate vicinity of the emissive part of the cathode, it will be brought to the same temperature.
- the thermal insulation of the Wehnelt beam forming electrode will be ensured as in the prior art, with a spacing between the Wehnelt and the neighboring refractory and non-emissive part.
- the invention does not relate to the configuration of the cathode and the training electrode or Wehnelt; nevertheless, a characteristic of the invention would make it possible to eliminate the Wehnelt without losing the advantages associated with its use.
- FIG. 6 schematically shows in axial section another embodiment of a cathode for a gyrotron according to the invention, in which the beam-forming electrode has been omitted.
- a conventional cathode which consists of a conductive and porous body 1 impregnated with an electron emissive material.
- the cathode is generally brought to a negative high voltage and heated to high temperature; it releases electrons from the surface, which are accelerated by the surrounding electrostatic fields.
- the cathode has a particular shape depending on the application; in the case of Figure 1 it has the shape of a pellet with a concave surface; it also has an axis of symmetry of revolution which is indicated in the figure.
- a cathode can have several different shapes well known to those skilled in the art: flat or gutter ribbon, braided wires, forms of revolution, spherical cap, frustoconical sector of revolution, etc.
- the electrostatic field on the surface of a conductor is always zero in the direction parallel to the surface, so the field electric is necessarily perpendicular to the surface of the cathode, and the electrons begin their trajectory along the field lines perpendicular to the surface which are shown in the figure.
- the electrons which are emitted towards the edges of the cathode are therefore accelerated in very different directions along these field lines, and are difficult to use in an electron tube of linear geometry.
- Figures 2a and 2b show an improvement well known in the prior art, which consists in placing, around the cathode 1, a beam forming electrode or "Wehnelt" 2, brought to the same high voltage as the cathode.
- a beam forming electrode or "Wehnelt” 2 brought to the same high voltage as the cathode.
- this is arranged a short distance from the cathode to provide thermal insulation.
- these elements are vacuum in operation, so even a small space is thermally insulating; nevertheless, a short distance from the emissive surface of the cathode, the Wehnelt is shaped so as to move it further away from the cathode to minimize heat transfer.
- Wehnelt 2 near the cathode 1 has the effect of smoothing the electric field in the region of the edges of the emissive cathode, and it can be seen in FIG. 2a that the field lines are much more regular at the edges of the cathode 1 as in the previous figure.
- Figures 3a and 3b show two embodiments of a cathode according to the invention.
- a ring 3 of refractory, conductive and non-emissive material is placed in direct contact with the edges of the cathode.
- the Wehnelt 2 beam-forming electrode 2 is placed around this ring 3 as in the prior art it was placed around the cathode.
- the ring 3 can be made for example of carbon, or of a refractory carbide such as tungsten carbide or tantalum; or pyrolytic graphite, or pyrolytic graphite covered with a refractory carbide formed locally or deposited by a process known to those skilled in the art.
- Figures 3a and 3b differ only in the geometry of this non-emissive refractory ring: in Figure 3a the ring is arranged around the emissive body of cylindrical shape; and in FIG. 3b the non-emissive ring is of the same external diameter as the body of the cathode, projecting from the emissive face of the latter.
- This latter arrangement can be carried out in several ways, either by placing an annular part in a projection designed for this purpose; or by locally creating a carbide of this geometry on the surface of the porous tungsten cathode.
- Those skilled in the art will easily imagine other embodiments capable of obtaining the advantages of the invention according to the description given here.
- Figure 4 shows another example of a particular embodiment according to the invention; it is a cathode intended to operate under a current regime limited by the space charge. Indeed, in the case of cathode operating with strong pervéances or strong emission currents, the presence of a large quantity of electrons in the space around the emissive surface of the cathode, the charge of space, modifies the electrostatic fields present in the absence of electrons.
- FIG. 4 therefore, it can be seen that the geometry of the non-emissive part 3 has been slightly modified, since the equipotential surface of the non-emissive ring is brought to an angle A relative to the normal to the emissive surface of the cathode 1. According to theory, the optimal value of this angle A is 67.5 °.
- the beam-forming electrode 2 is, as in the previous cases, separated by a small space from the heated parts to ensure thermal insulation.
- FIGS. 5a and 5b an exemplary embodiment of a cathode according to the invention is seen for application in an electronic tube of the gyrotron type.
- a gyrotron one seeks to manufacture a hollow electron beam, with a very high transverse speed and having a very precise energy. This is why we seek to avoid any anomaly of trajectory or energy of electrons coming from the edges of the emissive region. of the cathode.
- the cathode of a gyrotron has a shape of convex revolution having the shape of a spherical cap extended by a frustoconical sector of revolution. Since we are looking for a hollow beam, when viewed from a point on the axis of revolution, the emissive part 1 of the cathode in the form of an emissive tape having the shape of a ring as shown in the figure 5b.
- This emissive tape of constant width and of circular and parallel edges is a part of the surface defined between two planes perpendicular to the axis of revolution, these two planes cutting the surface at the circular edges thus defining said emissive tape, with two non-emissive parts 3 respectively inside and outside of, and in electrical and thermal contact with this tape.
- the Wehnelt 2 beam-forming electrode has the same functions as in the previous figures, and is kept spaced from the heated part for thermal insulation.
- the emissive and non-emissive parts of the cathode are produced either in separate pieces assembled subsequently; either by treatment of a tungsten body, part of which is carburetted locally, and the other part is impregnated, the two operations carried out according to methods known to those skilled in the art.
- FIG. 6 shows another embodiment of a cathode according to the invention for application in an electronic tube of the gyrotron type, with elimination of the beam-forming electrode. Similar to the cathode shown in Figure 5, this cathode is designed to minimize the mass that must be brought to high temperature, to minimize the electrical heating power required.
- the cathode is of a form of revolution as in figure 5, but hollow.
- the non-emissive parts 3 are arranged on either side of the emissive part 1, which has a recess 5 for the location of a filament of heater.
- the non-emissive parts 3 refractory and electrically conductive are connected by thin parts 4, also refractory and electrically conductive. These thin parts reduce the thermal conduction from the heated emissive part 1 to the unheated non-emissive parts 3, thereby reducing the heating power required to maintain the operating temperature of the emissive part 1.
- This construction could be carried out advantageously by soldering, for example, elements 4 of thin non-emissive sheet between the more solid parts of the non-emissive parts 3 and the emissive part 1.
- the presence of a non-emissive and conductive part adjacent to the edges of the emissive part makes it possible to obtain trajectories of electrons coming from the emissive part which are not at all disturbed by the edges of the latter.
- the advantage thus obtained is particularly appreciated in tubes of very high power, very high efficiency, very high frequency, or any combination of high performance required.
- the regularity and predictability of the trajectories allow easy calculation, and therefore computer-aided design can be used with good results. This is particularly important for obtaining performances which are at the limit, or beyond the state of the art.
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Abstract
Une cathode pour tube électronique hyperfréquence ayant une surface, cette surface ayant une partie émissive (1) ayant des bords et située à l'intérieur de ces bords, ladite surface ayant aussi au moins une partie non émissive (3) conductrice d'électricité, situé à l'extérieur et au voisinage immédiat desdits bords. La partie non émissive (3) adjacente à la partie émissive (1) assure la continuité des champs électriques sur la surface de la cathode au voisinage des bords de la partie émissive (1), ainsi les trajectoires électroniques ne sont pas perturbées par des champs inhomogènes pouvant exister aux bords des cathodes de l'art antérieur. Application aux tubes hyperfréquence, et particulièrement aux gyrotrons. <IMAGE>
Description
- La présente invention concerne des tubes électroniques, et plus particulièrement des tubes électroniques hyperfréquence ; précisément l'invention concerne une construction de la cathode qui fournit les électrons dans ces tubes.
- Un tube électronique, de façon générale, comprend une source d'électrons, la cathode, et une ou plusieurs électrodes portées à des tensions différentes de la cathode, créant ainsi des champs électrostatiques à l'intérieur du tube. Le tube est évacué pour permettre aux électrons d'évoluer sous la seule influence des champs électromagnétiques qui règnent à l'intérieur du tube, sans collisions avec des particules de gaz se trouvant sur leurs trajectoires.
- En général, une première électrode, l'anode, placée à proximité de la cathode et tenue à une tension positive par rapport à cette dernière accélère les électrons provenant de la surface de la cathode et leur donne une énergie cinétique Ec = MeV²/2, où Me est la masse de l'électron, V est la vitesse de l'électron.
- Exprimée en électron-volts l'énergie acquise par l'électron est sensiblement égale à la tension entre la cathode et l'anode.
- Dans les tubes hyperfréquence conçus pour fonctionner à de hautes fréquences, de hautes puissances, des hauts rendements ou en d'autres situations où l'on souhaite obtenir de très hautes performances, les caractéristiques du faisceau d'électrons ainsi formé revêt une importance particulière.
- L'homogénéité de la vitesse impartie aux électrons lors de leur accélération, l'homogénéité de la distribution spatiale des électrons et de leur vitesse finale dans le faisceau, la stabilité du faisceau... sont autant de paramètres (cette liste n'est pas exhaustive) qu'il faut maîtriser pour extraire les plus hautes performances du canon à électrons et du tube qui l'utilise.
- Puisque l'homogénéité spatiale et temporelle de plusieurs paramètres du faisceau est recherchée, il importe de réaliser des champs électrostatiques d'accélération qui soient aussi homogènes et symétriques que possible. Pour ce faire, un grand soin sera apporté à la précision de la réalisation des pièces du canon à électrons, ainsi qu'à leur assemblage avec une précision de positionnement relatif aussi grande que possible.
- Il reste néanmoins au moins un endroit où les champs varient rapidement dans l'espace, car les discontinuités ou les petits rayons de courbure aux extrémités des différentes électrodes font des concentrations de lignes de champ, ou, au contraire, des régions où les lignes de champs sont plus éparses ou espacées. Ceci, car de toute façon, les électrodes sont de dimensions finies et donc ont au moins un bord. Dans la région des bords des électrodes, les champs varient plus rapidement.
- Il en résulte que les électrons empruntant une trajectoire dans ces régions n'ont pas le même comportement que les électrons qui ne sont pas près des bords. Ces électrons on peut les appeler marginaux à deux titres : leurs trajectoires sont éloignées de la moyenne de l'ensemble, donc elles sont physiquement un peu en marge ; d'autre part leur comportement est marginal en ce que ce n'est pas un comportement moyen de l'ensemble d'électrons.
- Dans l'art antérieur, pour pallier cet effet aux bords de la cathode, on peut placer une autre électrode non émissive au voisinage de ces bords. Cette électrode de formation de faisceau, ou "Wehnelt", est généralement tenue à la tension de la cathode pour obtenir une homogénéité du champ électrique dans la région de la cathode, même au voisinage des bords de celle-ci.
- Puisque la cathode est très souvent portée à haute température pour en améliorer l'émission électronique, le Wehnelt est en conséquence isolé thermiquement de la cathode, ce qui permet de le maintenir à une température plus basse et d'éviter l'émission parasite provenant de cette électrode. Cette isolation thermique est obtenue par un petit espacement entre la cathode et le Wehnelt.
- Seulement, aux bords de la cathode et du Wehnelt qui sont séparés par ce petit espacement, il reste forcément des angles ou des arrondis avec des petits rayons de courbure, et on retrouve les mêmes problèmes cités ci-dessus. Dans le voisinage de cet espace, le champ électrique varie rapidement, ce qui rend difficile son calcul, et le rend susceptible d'être irrégulier et donc de perturber fortement les trajectoires des électrons marginaux.
- Cet effet est particulièrement sensible dans les tubes du type gyrotron, dont le canon à électrons produit un faisceau d'électrons évoluant sur des trajectoires hélicoïdales dans un fort champ magnétique parallèle à l'axe du tube. En effet, le rapport de la vitesse transverse Vt à la vitesse axiale Va doit avoir une valeur bien déterminée pour le bon fonctionnement du tube.
- Or, si l'on peut facilement déterminer la vitesse totale V = (Vt² + V²a)1/2 d'électrons par les tensions électriques appliquées entre les différentes électrodes, et si cette valeur est peu sensible aux conditions d'émission d'électrons tel n'est pas le cas pour le rapport Vt/Va qui est au contraire très sensible à ces mêmes conditions.
- Le but de l'invention est d'assurer une forme simple des lignes de champ électrique au(x) bord(s) de la région émissive de la cathode, tout en gardant urne isolation thermique suffisante entre la cathode et le Wehnelt.
- A ces fins, l'invention propose une construction de cathode pour tube électronique hyperfréquence, ladite cathode ayant une forme et une surface, ladite surface ayant une partie émissive d'électrons, cette partie émissive ayant des bords et étant située à l'intérieur de ces bords ; caractérisée en ce que :
à l'extérieur et au voisinage immédiat desdits bords, la surface de la cathode est non émissive d'électrons et conductrice d'électricité. - Ceci peut être réalisé par exemple en mettant une matière réfractaire non émissive à la température de fonctionnement de la cathode, et conductrice d'électricité, dans le voisinage immédiat des bords de la partie émissive. De cette façon le champ électrique aux bords de la partie émissive de la cathode reste homogène et uniforme, et varie peu, tandis que l'émissivité varie brutalement de façon discontinue.
- Du fait que cette matière réfractaire non émissive et conductrice est disposée en voisinage immédiat de la partie émissive de la cathode, elle sera portée à la même température. L'isolement thermique de l'électrode de formation de faisceau Wehnelt sera assuré comme dans l'art antérieur, avec un espacement entre le Wehnelt et la partie réfractaire et non émissive avoisinante.
- L'invention ne concerne pas la configuration de la cathode et l'électrode de formation ou Wehnelt ; néanmoins, une caractéristique de l'invention permettrait de supprimer le Wehnelt sans perdre les avantages associés à son utilisation.
- Les caractéristiques et les avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui suit, avec les dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs, dont :
- la figure 1 représente schématiquement et en coupe axiale un exemple d'une cathode selon l'art antérieur, sans électrode de formation de faisceau :
- la figure 2a représente schématiquement et en coupe axiale un exemple typique de réalisation d'une cathode selon l'art antérieur, avec son électrode de formation de faisceau ;
- la figure 2b représente un détail de la figure 2a ;
- les figures 3a et 3b représentent schématiquement et en coupe axiale deux exemples typiques de réalisation d'une cathode selon l'invention, avec une électrode de formation de faisceau ;
- la figure 4 représente schématiquement et en coupe axiale un autre exemple de réalisation d'une cathode selon l'invention, conçue spécifiquement pour fournir un faisceau sous l'effet de limitation par la charge d'espace, avec son électrode de formation de faisceau ; l'existence de la charge d'espace demande que la partie non émissive forme un angle A inférieur à 90° avec le bord du faisceau.
- les figures 5a et 5b représentent schématiquement en coupe axial et en plan, respectivement, un exemple typique de réalisation d'une cathode pour gyrotron selon l'invention, avec son électrode de formation de faisceau dans un cas de faible charge d'espace.
- La figure 6 représente schématiquement en coupe axiale un autre exemple de réalisation d'une cathode pour gyrotron selon l'invention, dans lequel l'électrode de formation de faisceau a été supprimée.
- Les figures représentent des exemples non limitatifs de réalisations, sur lesquelles les mêmes repères désignent les mêmes éléments sur les différentes figures. D'autres réalisations selon l'invention ou ses principales caractéristiques seront facilement imaginées par l'homme de l'art, par exemple avec des formes différentes des cathodes ou des électrodes environnantes.
- Sur la figure 1, on voit une cathode classique qui consiste en un corps conducteur et poreux 1 imprégné d'une matière émissive d'électrons. La cathode est généralement portée à une haute tension négative et chauffée à haute température ; elle libère des électrons de la surface, qui sont accélérés par les champs électrostatiques environnants. La cathode a une forme particulière suivant l'application ; dans le cas de la figure 1 elle a la forme d'une pastille avec une surface concave ; elle a aussi un axe de symétrie de révolution qui est indiqué sur la figure. Une cathode peut avoir plusieurs formes différentes bien connues de l'homme de l'art : ruban plan ou en gouttière, fils tressés, formes de révolution, calotte sphérique, secteur tronconique de révolution, etc...
- Le champ électrostatique à la surface d'un conducteur est toujours nul dans le sens parallèle à la surface, donc le champ électrique est forcément perpendiculaire à la surface de la cathode, et les électrons commencent leur trajectoire suivant les lignes de champ perpendiculaires à la surface qui sont montrées sur la figure.
- On voit sur la figure que les lignes de champ qui étaient bien régulières vers le centre de la cathode le sont beaucoup moins vers les bords ; en effet, les arrondis de faible rayon de courbure ou les pointes donnent lieu à un champ électrique de forte amplitude mais d'orientation quasi omnidirectionnel car toujours perpendiculaire à une surface qui change rapidement d'orientation.
- Les électrons qui sont émis vers les bords de la cathode sont donc accélérés dans des directions très différentes suivant ces lignes de champs, et sont difficilement utilisables dans un tube électronique de géométrie linéaire.
- Les figures 2a et 2b montrent un perfectionnement bien connu de l'art antérieur, qui consiste à placer, autour de la cathode 1, une électrode de formation de faisceau ou "Wehnelt" 2, portée à la même haute tension que la cathode. En général, pour éviter l'émission parasite d'électrons à partir du Wehnelt, ceci est disposé à une petite distance de la cathode pour fournir une isolation thermique. On se rappelle que ces éléments sont sous vide en fonctionnement, donc même un petit espace est isolant thermiquement ; néanmoins, à une courte distance de la surface émissive de la cathode, le Wehnelt est profilé de façon à l'éloigner d'avantage de la cathode pour minimiser le transfert thermique.
- La présence du Wehnelt 2 à proximité de la cathode 1 a pour effet de lisser le champ électrique dans la région des bords de la cathode émissive, et on voit sur la figure 2a que les lignes de champ sont beaucoup plus régulières aux bords de la cathode 1 que sur la figure précédente.
- Néanmoins, il subsiste un problème de la continuité de l'orientation du champ comme montré sur le détail de la figure 2b. En effet, dans l'espace entre la cathode et le Wehnelt, les lignes de champ ne sont pas parallèles, mais sont courbées dans les régions d'arrondis ou de pointes et on retrouve, dans un degré moindre, le même problème que précédemment. L'invention va remédier à ce problème, tel que montré sur la figure 3.
- Les figures 3a et 3b montrent deux exemples de réalisation d'une cathode selon l'invention. Autour de la partie émissive de la cathode 1, un anneau 3 de matière réfractaire, conductrice et non émissive est placée en contact direct avec les bords de la cathode. L'électrode de formation de faisceau au Wehnelt 2 est disposée autour de cet anneau 3 comme dans l'art antérieur il était disposé autour de la cathode. L'anneau 3 peut être réalisé par exemple en carbone, ou d'un carbure réfractaire tel que de carbure de tungstène ou de tantale ; ou encore du graphite pyrolytique, ou du graphite pyrolytique recouvert d'un carbure réfractaire formé localement ou déposé par un procédé connu de l'homme de l'art.
- Les figures 3a et 3b différent seulement par la géométrie de cet anneau réfractaire non émissive : dans la figure 3a l'anneau est disposé autour du corps émissif de forme cylindrique ; et dans la figure 3b l'anneau non émissif est du même diamètre externe que le corps de la cathode, rapporte en saillie sur la face émissive de celui-ci. Cette dernière disposition peut être réalisée de plusieurs façons, soit en plaçant une pièce annulaire dans une saillie dessinée à cet effet ; soit en créant localement un carbure de cette géométrie sur la surface de la cathode en tungstène poreux. L'homme de l'art imaginera facilement d'autres modes de réalisation capables d'obtenir les avantages de l'invention suivant la description faite ici.
- On constate sur ces deux figures 3a et 3b que les lignes de champ ne sont absolument pas perturbées dans le voisinage des bords de la partie émissive de la cathode ; et ceci est exactement l'effet recherché par l'invention.
- La figure 4 montre un autre exemple d'une réalisation particulière selon l'invention ; il s'agit d'une cathode destinée à fonctionner en régime de courant limité par la charge d'espace. En effet, dans le cas de cathode fonctionnant avec des fortes pervéances ou des forts courants d'émission, la présence dune grande quantité d'électrons dans l'espace autour de la surface émissive de la cathode, la charge d'espace, modifie les champs électrostatiques présents en l'absence d'électrons.
- Quand la quantité d'électrons est assez grande, il arrive un point ou les champs électriques d'extraction d'électrons à la surface de la cathode sont annulés par le champ de la charge de l'espace, et le courant est limité par cet effet de charge d'espace. Le nombre d'électrons nécessaire pour atteindre cet équilibre peut être calculé, ainsi que les champs correspondants. Les trajectoires d'électrons sont bien entendu modifiées dans le cas d'une charge d'espace, mais l'on peut aussi calculer cet effet. La répulsion électrostatique entre les électrons du faisceau est calculée et ensuite corrigée par l'optique électrostatique, c'est-à-dire que l'on positionne les électrodes différemment pour fonctionner dans ce "régime de charge d'espace", de façon à annuler la divergence de faisceau résultant.
- Sur la figure 4 donc, on voit que la géométrie de la partie non émissive 3 a été légèrement modifiée, car la surface équipotentielle de l'anneau non émissive est portée à une angle A par rapport à la normale à la surface émissive de la cathode 1. D'après la théorie, la valeur optimale de cet angle A est de 67,5°. L'électrode de formation de faisceau 2 est comme dans les cas précédents, séparée par un petit espace des parties chauffées pour assurer une isolation thermique.
- Sur les figures 5a et 5b, on voit un exemple de réalisation d'une cathode selon l'invention pour application dans un tube électronique de type gyrotron. Dans un gyrotron, on cherche à fabriquer un faisceau électronique creux, avec une très grande vitesse transversale et ayant une énergie bien précise. C'est pourquoi on cherche à éviter toute anomalie de trajectoire ou d'énergie d'électrons provenant des bords de la région émissive de la cathode.
- Sur la figure 5a, l'on voit que la cathode d'un gyrotron a une forme de révolution convexe ayant la forme d'une calotte sphérique rallongée par un secteur tronconique de révolution. Puisque l'on recherche un faisceau creux, quand vue d'un point sur l'axe de révolution, la partie émissive 1 de la cathode à la forme d'un ruban émissif ayant la forme d'un anneau tel que montré sur la figure 5b. Ce ruban émissif de largeur constante et de bords circulaires et parallèles est une partie de la surface définie entre deux plans perpendiculaires à l'axe de révolution, ces deux plans coupant la surface aux bords circulaires définissant ainsi ledit ruban émissif, avec deux parties non émissives 3 respectivement à l'intérieur et à l'extérieur de, et en contact électrique et thermique avec ce ruban. L'électrode de formation de faisceau Wehnelt 2 a les mêmes fonctions que sur les figures précédentes, et elle est tenue espacée de la partie chauffée pour l'isolation thermique.
- Comme dans les autres exemples de réalisation d'une cathode selon l'invention, les parties émissives et non émissives de la cathode sont réalisées soit en pièces séparées assemblées par la suite ; soit par traitement d'un corps en tungstène, dont une partie est carburée localement, et l'autre partie est imprégnée, les deux opérations réalisées selon les méthodes connues de l'homme de l'art.
- La figure 6 montre un autre exemple de réalisation d'une cathode selon l'invention pour application dans un tube électronique de type gyrotron, avec suppression de l'électrode de formation de faisceau. Similaire à la cathode montrée sur la figure 5, cette cathode est conçue pour minimiser la masse qui doit être portée à haute température, pour minimiser d'autant la puissance électrique de chauffage requise. La cathode est d'une forme de révolution comme dans la figure 5, mais creuse. Comme dans l'exemple de la figure 5, les parties non émissives 3 sont disposées de part et d'autre de la partie émissive 1, qui comporte un creux 5 pour l'emplacement d'un filament de chauffage.
- De chaque côté de la partie émissive 1, les parties non émissives 3 réfractaires et conductrices d'électricité sont reliées par des parties minces 4, également réfractaires et conductrices d'électricité. Ces parties minces réduisent la conduction thermique de la partie émissive 1 chauffée vers les parties non émissives 3 non chauffées, réduisant ainsi la puissance de chauffage requise pour entretenir la température de fonctionnement de la partie émissive 1.
- Cette construction pourrait être réalisée de façon avantageuse par assemblage par brasure, par exemple, des éléments 4 en tôle mince non émissive entre les pièces plus massives des parties 3 non émissives et la partie émissive 1.
- D'autres méthodes de réalisation seront facilement imaginées par l'homme de l'art.
- Dans tous les exemples de réalisation de cathodes présentés sur les figures, la présence d'une partie non émissive et conductrice adjacente aux bords de la partie émissive permet d'obtenir des trajectoires d'électrons provenant de la partie émissive qui ne sont pas du tout perturbées par les bords de cette dernière. L'avantage ainsi procuré est particulièrement apprécié dans les tubes de très forte puissance, de très haut rendement, de très haute fréquence, ou toute combinaison de hautes performances requises. La régularité et prévisibilité des trajectoires permettent le calcul aisé, et donc la conception assistée par ordinateur peut être utilisée avec des bons résultats. Ceci est particulièrement important pour obtenir des performances qui se situent à la limite, ou au-delà de l'état de l'art.
Claims (20)
- Cathode pour tube électronique, cette cathode destinée à fournir un faisceau d'électrons suivant une direction z, ladite cathode ayant une forme et une surface, ladite surface ayant au moins une partie émissive d'électrons, cette partie ayant des bords et étant situé à l'intérieur de ces bords, caractérisée en ce que : à l'extérieur et au voisinage immédiat desdits bords, la surface de la cathode comprend une partie non émissive d'électrons et conductrice d'électricité.
- Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite partie non émissive d'électrons et conductrice d'électricité est mince au voisinage immédiat desdits bords de la partie émissive, de façon à réduire la conduction thermique à travers cette partie non émissive amincie.
- Cathode selon l'une des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que ladite partie non émissive d'électrons est d'un matériau réfractaire et conducteur d'électricité.
- Cathode selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite partie non émissive d'électrons est du carbone.
- Cathode selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite partie non émissive d'électrons est du graphite pyrolytique.
- Cathode selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite partie non émissive d'électrons est d'un carbure réfractaire.
- Cathode selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite partie non émissive est du graphite pyrolytique recouvert d'un carbure réfractaire.
- Cathode selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que ledit carbure réfractaire est du carbure de tungstène.
- Cathode selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce que ledit carbure réfractaire est du carbure de tantale.
- Cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ladite forme de ladite cathode est une forme de révolution autour d'un axe parallèle à ladite direction z.
- Cathode selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite forme de révolution est concave vers la direction z.
- Cathode selon la revendication 10, caractérisée en ce que ladite forme de révolution est convexe vers la direction z.
- Cathode selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite partie non émissive de la surface est orientée à un angle A par rapport à la normale à la partie émissive au bord de cette dernière.
- Cathode selon la revendication 13, caractérisée en ce que ledit angle A est d'une valeur voisine de 67,5 degrés.
- Cathode selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite forme de révolution convexe a la forme d'un calotte sphérique rallongée par un secteur tronconique de révolution.
- Cathode selon la revendication 15, caractérisée en ce que ladite partie émissive a la forme d'un ruban émissif de largeur constante et de bords circulaires et parallèles, ce ruban étant une partie de la surface définie entre deux plans perpendiculaires à l'axe de révolution, ces deux plans coupant la surface aux bords circulaires définissant ainsi ledit ruban émissif.
- Cathode selon la revendication 16, caractérisée en ce que ladite partie non émissive de la surface comprend deux parties, de part et d'autre dudit ruban émissif.
- Cathode selon la revendication 17, caractérisée en ce que lesdites parties non émissives sont amincies au voisinage immédiat desdits bords dudit ruban émissif, de façon à réduire la conduction thermique à travers ces parties non émissives amincies.
- Canon à électrons pour tube électronique hyperfréquence comprenant une cathode selon l'une quelconque des revendications 1 à 18.
- Tube électronique hyperfréquence comprenant un canon à électrons selon la revendication 19.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2726121A1 (fr) * | 1994-10-21 | 1996-04-26 | Thomson Tubes Electroniques | Dispositif de chauffage par rayonnement pour cathode a chauffage indirect |
DE10013634A1 (de) * | 2000-03-18 | 2001-09-27 | Thomson Tubes Electroniques Gm | Kathodenstrahlröhre |
FR3007192A1 (fr) * | 2013-06-14 | 2014-12-19 | Thales Sa | Canon electronique a optique amelioree |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1392755A (en) * | 1972-04-24 | 1975-04-30 | Air Liquide | Cathodes for electron guns |
EP0122182A1 (fr) * | 1983-04-07 | 1984-10-17 | Commissariat à l'Energie Atomique | Cathode pour canon à électrons |
US4495442A (en) * | 1981-09-17 | 1985-01-22 | Tokyo Institute Of Technology | Cold-cathode magnetron injection gun |
EP0363055A2 (fr) * | 1988-10-05 | 1990-04-11 | Fujitsu Limited | Canon à électrons et son procédé de fabrication |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU786677A1 (ru) * | 1979-07-25 | 1989-02-23 | Институт прикладной физики АН СССР | Мазер на циклотронном резонансе |
SU897039A1 (ru) * | 1980-07-28 | 1989-09-30 | Институт прикладной физики АН СССР | Двухлучева электронна пушка мазера на циклотронном резонансе (ее варианты) |
JPH081786B2 (ja) * | 1984-10-01 | 1996-01-10 | 日本電気株式会社 | 電子管用電子銃 |
JPS61138430A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Toshiba Corp | ジヤイロトロン用電子銃 |
JPH0221540A (ja) * | 1988-07-11 | 1990-01-24 | Nec Corp | マイクロ波管用電子銃 |
-
1990
- 1990-11-27 FR FR9014786A patent/FR2669771A1/fr not_active Withdrawn
-
1991
- 1991-11-19 EP EP91403105A patent/EP0488852A1/fr not_active Withdrawn
- 1991-11-27 JP JP3337598A patent/JPH04286837A/ja not_active Withdrawn
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1392755A (en) * | 1972-04-24 | 1975-04-30 | Air Liquide | Cathodes for electron guns |
US4495442A (en) * | 1981-09-17 | 1985-01-22 | Tokyo Institute Of Technology | Cold-cathode magnetron injection gun |
EP0122182A1 (fr) * | 1983-04-07 | 1984-10-17 | Commissariat à l'Energie Atomique | Cathode pour canon à électrons |
EP0363055A2 (fr) * | 1988-10-05 | 1990-04-11 | Fujitsu Limited | Canon à électrons et son procédé de fabrication |
Non-Patent Citations (6)
Title |
---|
JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS vol. 20, no. 11, Novembre 1990, TOKYO pages 789 - 792; K.MINAMI ET AL.: 'Cold cathode magnetron injection gun for relativistic electron beams with a long pulse width' * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 259 (E-434)(2315) 4 Septembre 1986 & JP-A-61 085 754 ( NEC CORPORATION ) 1 Mai 1986 * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 10, no. 332 (E-453)(2388) 12 Novembre 1986 & JP-A-61 138 430 ( TOSHIBA CORPORATION ) 25 Juin 1986 * |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 14, no. 163 (E-910)(4106) 29 Mars 1990 & JP-A-2 021 540 ( NEC CORPORATION ) 24 Janvier 1990 * |
SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED Week 9004, 7 Mars 1990 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 90-028499/04 & SU-A-786 677 (V.E.ZAPELOV) 23 Février 1989 * |
SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED Week 9004, 8 Août 1990 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 90-199237/26 & SU-A-897 039 (AS USSR APPLIED PHYSICS, GORKY UNIVERSITY) 30 Septembre 1989 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2726121A1 (fr) * | 1994-10-21 | 1996-04-26 | Thomson Tubes Electroniques | Dispositif de chauffage par rayonnement pour cathode a chauffage indirect |
DE10013634A1 (de) * | 2000-03-18 | 2001-09-27 | Thomson Tubes Electroniques Gm | Kathodenstrahlröhre |
FR3007192A1 (fr) * | 2013-06-14 | 2014-12-19 | Thales Sa | Canon electronique a optique amelioree |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2669771A1 (fr) | 1992-05-29 |
JPH04286837A (ja) | 1992-10-12 |
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