EP1364425B1 - Fenetre hyperfrequence en ceramique - Google Patents

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EP1364425B1
EP1364425B1 EP02704882A EP02704882A EP1364425B1 EP 1364425 B1 EP1364425 B1 EP 1364425B1 EP 02704882 A EP02704882 A EP 02704882A EP 02704882 A EP02704882 A EP 02704882A EP 1364425 B1 EP1364425 B1 EP 1364425B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
skirt
ring
disc
prestressing
microwave window
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02704882A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP1364425A1 (fr
Inventor
Philippe Thales Intellectual Property DENIS
Edmond Thales Intellectual Property BOGHOSSIAN
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 Electron Devices SA
Original Assignee
Thales Electron Devices SA
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Publication date
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Publication of EP1364425A1 publication Critical patent/EP1364425A1/fr
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Publication of EP1364425B1 publication Critical patent/EP1364425B1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/08—Dielectric windows

Definitions

  • the invention relates to microwave-tight windows vacuum, used in principle at the output of an electronic power tube to transmit microwave electromagnetic energy between the inside of the tube (under high vacuum) and the outside (in ambient atmospheric for example).
  • the tube can in particular be an amplifier such as a tube with progressive waves (TOP in French, TWT in English for "traveling wave tube "), or a klystron for example. It can also be an oscillator (magnetron, etc ). Typically, we want to send the amplified energy to inside the tube to a waveguide that contains air.
  • the window microwave ensures free passage, at least in a band of given frequencies, from electromagnetic energy to the waveguide all maintaining the vacuum seal inside the tube.
  • the windows include a flat disc in insulating dielectric, through which electromagnetic energy passes.
  • This disc is made of alumina or another ceramic having no only very good dielectric properties but also good thermal conductivity and good resistance to high temperatures and with strong temperature gradients. Indeed, for strong tubes power and operating with high electric fields, the passage energy generates losses in the dielectric, thus a heating important.
  • the tubes concerned here can provide powers of several tens of kilowatts.
  • the dielectric disc can typically have dimensions of ten centimeters in diameter for a thickness from 1 millimeter to a few millimeters.
  • the dielectric disc is brazed on all its periphery against the interior surface of a metallic cylindrical skirt (usually copper) that surrounds it.
  • the skirt cylindrical 10 is itself surrounded by a holding block 20, by example in stainless steel, which serves as a support for fixing the dielectric disc 30 and its skirt 10 between the power tube and a waveguide.
  • the dielectric disc 30 is brazed inside the skirt.
  • the holding block 20 can be used for radiator and transition times between the tube and the waveguide. It comprises a lower part 22 constituting the start of the waveguide, with a flange device 24 used to fix the waveguide to block 20.
  • the part upper 26 of block 20 is cylindrical and it surrounds cylindrical skirt 10. It is intended to be welded or brazed around an outlet opening of the power tube (not shown). The bottom and top of the skirt are brazed inside the holding block 20.
  • solder between the dielectric disc and the skirt, as well as the solder between the skirt and the holding block participate in the maintenance of vacuum tightness.
  • the thermal constraints in operation can be very important considering the high power dissipation that occurs in the dielectric disc. Power dissipation is usually maximum towards the center and lower at the edges.
  • the qualities of thermal conduction of the ceramic allow to dissipate the heat radially towards the edges; the copper skirt and the block stainless steel support serve as a radiator.
  • thermal stresses are very important because of the temperature difference between different areas of the ceramic. They are compounded by the fact that the distribution of power dissipation in the window is not necessarily completely radial. Constraints can cause ruptures of ceramic, or copper, or various solders which ensure vacuum tightness. Faults that may result of these thermal constraints are unacceptable for the tube as soon as they result in loss of vacuum tightness. This is why we are limited in the power level likely to pass through the window during the use of the tube.
  • An object of the invention is to produce a microwave window having higher power handling capacities than in art while retaining the advantages of existing windows.
  • the prestressing ring is constituted by a annular portion of a holding block used to fix the window on the outlet of a microwave tube, this annular portion pressing locally on an outer surface of the skirt all around the periphery of the disc dielectric.
  • the holding block is made of a much more rigid material than the metallic skirt.
  • the holding block can be made of stainless steel, the skirt being made of copper and the alumina disc.
  • the thickness of the compression preload ring can be about 2 or 3 millimeters. For example, if the holding block is in metal about 1 millimeter thick, the prestressing ring can be made up of an extra thickness (in total about 3 millimeters) of metal.
  • the temperature rise of the dielectric disc does not change compared to the prior art, but the breaking strength is considerably improved.
  • the prestressing is preferably of the order of several tens bars, or more. It is exercised at rest, when the tube is cold; in operation, the window becomes hotter the more the power transmitted through the window is high.
  • the preload ring expands and relieves internal thermal stresses that appear in the window due to the strong temperature gradients in the window; but, because the cold ring exerts a radial compression stress, its expansion at hot does not exert an unacceptable constraint on the solder between the ring and the window.
  • the invention also relates to a method for producing a window. microwave.
  • the method involves placing a dielectric disc at the inside of a metallic skirt, with a brazing material, and with a small clearance between the periphery of the disc and the skirt, to place the entire disc and skirt inside a holding block comprising a ring prestress around the skirt around the entire periphery of the disc, a slight clearance being provided between the ring and the skirt, to place a brazing hoop around this ring with a slight clearance between the hoop and the ring, the hoop material having a lower coefficient of expansion than that of the ring, to bring the hoop, ring, skirt and disc assembly to a temperature sufficient to ensure the brazing of the disc in the skirt, and to leave cool, the cooling ensuring a compression preload radial of the ring on the skirt and on the disc.
  • the brazing band is then removed.
  • the top and the bottom of the skirt are brazed to the holding block.
  • a solder bead is therefore placed in the appropriate places before passing the assembly through the brazing furnace.
  • a lubricating substance preferably graphite, preventing sintering between the ring and the skirt in case of elevation of ring temperature, for example during steaming cycles of the tube microwave with window.
  • These baking cycles are intended for degassing the different parts of the tube while making a high vacuum inside the tube. Sintering between the ring and the skirt, due to the pressure, friction and temperature, would lead to a stiffening of the ring / skirt connection and the risk of subsequent leakage.
  • the invention will be described with reference to FIG. 2, in a example corresponding to an improvement of the window of FIG. 1, that is to say in a case where a metal skirt is interposed between a block holding and the dielectric disc, without this example being limiting.
  • the holding block is made of more rigid metal than the skirt metallic and ensures the rigidity of the entire window.
  • the prestressing ring according to the invention is in this case part integral with the retaining block 20 which surrounds the skirt 10.
  • This ring is designated by the reference 40. It is constituted for simplicity by local reinforcement of the thickness of the retaining block. She could also be independent of the block.
  • the holding block has a central part cylindrical generally surrounding the metal skirt 10, and the ring is constituted by a localized zone of this cylindrical part, this zone having a greater thickness and being located around the periphery of the dielectric disc 30.
  • the ring prestress 40 can have a radial thickness of around 3 millimeters over a height of a few millimeters.
  • the holding block is made of stainless steel with a thickness generally around 1 millimeter around the skirt 10, and it locally includes an extra thickness (2 millimeters thicker all around the disc 30)
  • the inside diameter of the holding block, in its central part cylindrical, is greater than the outside diameter of the metal skirt, except at the location of the preload ring 40; at this point, the inside diameter of the ring is equal to that of the metallic skirt, the ring exerting permanently a compressive stress on the skirt 10 and, through the skirt, on the periphery of the dielectric disc 30.
  • the internal diameter of the cylindrical central part of the holding block 20 is about 1 millimeter greater than the outside diameter skirt 10.
  • the metal skirt is preferably welded or brazed to the block of maintained by its upper part on the one hand, by its lower part on the other part, the dielectric disc being located in a central part of the skirt 10.
  • the upper part 26 of the holding block is shaped so that it can be welded tightly to the power tube, around an electromagnetic energy outlet opening.
  • the tube and its outlet opening is not shown.
  • the part bottom of block 20 is shaped so that it can be fixed (but in a manner not necessarily sealed) to an element of use of the output power of the tube, for example a waveguide not shown.
  • a lower fixing flange 24 can be provided for this purpose.
  • the part lower 22 of the holding block 20 can be machined internally to constitute a waveguide of dimensions corresponding to the waveguide on which it should be fixed.
  • the preload ring 40 exerts strong compression on the periphery of the skirt and the dielectric disc and preferably interposed between the ring and the skirt a thin layer of a lubricating substance, preferably a thin layer of graphite, to avoid any joining by sintering in case of temperature rise.
  • a lubricating substance preferably a thin layer of graphite
  • the brazing band is a circular ring 50 whose cold internal diameter is equal to a small clearance, to the cold outside diameter of the holding block at the location of the prestressing ring 40.
  • the hoop 50 is made of a rigid material of lower expansion coefficient than that of the holding block (and the skirt).
  • the dielectric disc also has a higher coefficient of expansion weaker than that of the holding block and the skirt.
  • the skirt is made of copper
  • the holding block is made of stainless steel
  • the hoop is made of molybdenum, or tungsten, or even of alumina.
  • the coefficient of expansion of molybdenum is about 3 times lower than that stainless steel and copper.
  • the coefficient of expansion of alumina is also much lower than that of the holding block (about 3 times).
  • the dielectric disc is placed in the skirt with a peripheral brazing bead 60.
  • a clearance exists between the disc and the skirt.
  • the molten solder will penetrate by wetting into the gap between the disc and the skirt at the periphery of the disc.
  • the cold play is such that by the afterwards, when hot, during the soldering operation, the clearance becomes very weak (from on the order of 0.1 millimeters, however allowing the solder material to penetrate the gap between disc and skirt.
  • the skirt is placed in the block holding with little cold play between the block and the skirt at the place of the preload ring 40.
  • the interior of the ring 40 has been previously coated with a lubricating substance mentioned above (graphite in principle).
  • Solder cords 62 and 64 are placed at the top and bottom of skirt 10.
  • the molybdenum hoop 50 is slid cold around the holding block containing the metal skirt.
  • the fret could also be heated before being placed around the cold holding block. She is placed at the level of the prestressing ring 40.
  • the clearance between the hoop and the holding block is weak during the introduction (normally cold) of the hoop around the block. This play becomes zero during the soldering operation.
  • the whole is heated to the temperature necessary for the soldering operation.
  • the solder cords melt.
  • the disc, the skirt, the retaining block, and the hoop expand.
  • hoop 50 expands much less than the holding block (and the skirt). It therefore prevents partially the expansion of the preload ring 40.
  • the preload ring 40 contracts, the block support 20 contracts, as does skirt 10 at the disc dielectric (the stainless steel ring is made of a much stiffer material than the skirt).
  • the ring 40 exerts compression on the dielectric disc 30 which contracts less. This compression is permanent: it is present at rest, but it remains in operation. It is radial. She depends clearances between parts, materials used, diameters of elements, and the thickness of the preload ring. She can reach 100 bars. It is therefore a strong compression preload. Fret 50 is removed after cooling.
  • the structure overall will be much more resistant to breakage when the window will undergo thermal stresses, either in steaming or in operation.
  • the exit window according to the invention can be used in particular out of TOP, or klystrons.

Landscapes

  • Waveguide Connection Structure (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

L'invention concerne les fenêtres hyperfréquence étanches au vide, utilisées en principe à la sortie d'un tube électronique de puissance pour transmettre une énergie électromagnétique hyperfréquence entre l'intérieur du tube (sous vide poussé) et l'extérieur (en ambiance atmosphérique par exemple).
Le tube peut être notamment un amplificateur tel qu'un tube à ondes progressives (TOP en français, TWT en anglais pour "travelling wave tube"), ou un klystron par exemple. Ce peut être aussi un oscillateur (magnétron, etc... ). Typiquement, on souhaite envoyer l'énergie amplifiée à l'intérieur du tube vers un guide d'onde qui contient de l'air. La fenêtre hyperfréquence assure le passage libre, au moins dans une bande de fréquences donnée, de l'énergie électromagnétique vers le guide d'onde tout en maintenant l'étanchéité du vide à l'intérieur du tube.
Classiquement, les fenêtres comprennent un disque plat en diélectrique isolant, à travers lequel passe l'énergie électromagnétique. Le plus souvent, ce disque est en alumine ou une autre céramique ayant non seulement de très bonnes propriétés diélectriques mais aussi une bonne conductivité thermique et une bonne résistance aux hautes températures et aux forts gradients de température. En effet, pour des tubes de forte puissance et fonctionnant avec des champs électriques élevés, le passage de l'énergie engendre des pertes dans le diélectrique, donc un échauffement important. Les tubes concernés ici peuvent fournir des puissances de plusieurs dizaines de kilowatts. Le disque diélectrique peut avoir typiquement des dimensions d'une dizaine de centimètres de diamètre pour une épaisseur de 1 millimètre à quelques millimètres.
Pour réaliser l'étanchéité, le disque diélectrique est brasé sur toute sa périphérie contre la surface intérieure d'une jupe cylindrique métallique (généralement en cuivre) qui l'entoure.
Dans une réalisation précédente, visible à la figure 1, la jupe cylindrique 10 est elle-même entourée par un bloc de maintien 20, par exemple en inox, qui sert de support pour fixer le disque diélectrique 30 et sa jupe 10 entre le tube de puissance et un guide d'onde. Le disque diélectrique 30 est brasé à l'intérieur de la jupe. Le bloc de maintien 20 peut servir à la fois de radiateur et de transition entre le tube et le guide d'onde. Il comporte une partie inférieure 22 constituant le début du guide d'onde, avec une bride périphérique 24 servant à fixer le guide d'onde sur le bloc 20. La partie supérieure 26 du bloc 20 est cylindrique et elle entoure la jupe cylindrique 10. Elle est destinée à être soudée ou brasée autour d'une ouverture de sortie du tube de puissance (non représentée). Le bas et le haut de la jupe sont brasés à l'intérieur du bloc de maintien 20.
Les brasures entre le disque diélectrique et la jupe, ainsi que les brasures entre la jupe et le bloc de maintien participent au maintien de l'étanchéité au vide.
Les contraintes thermiques en fonctionnement peuvent être très importantes compte tenu de la dissipation de puissance élevée qui se produit dans le disque diélectrique. La dissipation de puissance est généralement maximale vers le centre et plus faible sur les bords. Les qualités de conduction thermique de la céramique (l'alumine notamment) permettent d'évacuer la chaleur radialement vers les bords ; la jupe de cuivre et le bloc de maintien en inox servent de radiateur. Malgré cette évacuation radiale de la chaleur, les contraintes thermiques sont très importantes à cause de la différence de température entre différentes zones de la céramique. Elles sont aggravées par le fait que la répartition de la dissipation de puissance dans la fenêtre n'est pas forcément complètement radiale. Les contraintes peuvent engendrer des ruptures de la céramique, ou du cuivre, ou des diverses brasures qui assurent l'étanchéité au vide. Les défauts qui peuvent résulter de ces contraintes thermiques sont rédhibitoires pour le tube dès lors qu'ils entrainent une perte d'étanchéité au vide. C'est pourquoi on est limité dans le niveau de puissance susceptible de passer à travers la fenêtre au cours de l'utilisation du tube.
Un but de l'invention est de réaliser une fenêtre hyperfréquence ayant des capacités de tenue en puissance plus élevées que dans l'art antérieur, tout en conservant les avantages des fenêtres existantes.
Pour y parvenir on propose une fenêtre hyperfréquence comportant un disque diélectrique telle que définie dans la revendication 1.
De préférence, la bague de précontrainte est constituée par une portion annulaire d'un bloc de maintien servant à fixer la fenêtre sur la sortie d'un tube hyperfréquence, cette portion annulaire appuyant localement sur une surface extérieure de la jupe tout autour de la périphérie du disque diélectrique. Le bloc de maintien est en un matériau beaucoup plus rigide que la jupe métallique.
Le bloc de maintien peut être en inox, la jupe étant en cuivre et le disque en alumine. L'épaisseur de la bague de précontrainte de compression peut être d'environ 2 ou 3 millimètres. Par exemple, si la bloc de maintien est en métal d'épaisseur 1 millilmètre environ, la bague de précontrainte peut être constituée par une surépaisseur (au total environ 3 millimètres) de métal.
L'élévation de température du disque diélectrique ne change pas par rapport à l'art antérieur, mais la résistance à la rupture est considérablement améliorée.
La précontrainte est de préférence de l'ordre de plusieurs dizaines de bars, ou plus. Elle s'exerce au repos, lorsque le tube est froid; en fonctionnement, la fenêtre chauffe d'autant plus que la puissance transmise à travers la fenêtre est élevée. La bague de précontrainte se dilate et soulage les contraintes thermiques intemes qui apparaissent dans la fenêtre du fait des forts gradients de température dans la fenêtre ; mais, du fait que la bague exerce à froid une contrainte de compression radiale, sa dilatation à chaud n'exerce pas une contrainte rédhibitoire sur la brasure entre la bague et la fenêtre.
L'invention concerne aussi un procédé de réalisation d'une fenêtre hyperfréquence. Le procédé consiste à placer un disque diélectrique à l'intérieur d'une jupe métallique, avec une matière de brasage, et avec un faible jeu entre la périphérie du disque et la jupe, à placer l'ensemble du disque et de la jupe à l'intérieur d'un bloc de maintien comportant une bague de précontrainte entourant la jupe sur toute la périphérie du disque, un faible jeu étant ménagé entre la bague et la jupe, à placer une frette de brasage autour de cette bague avec un faible jeu entre la frette et la bague, le matériau de la frette ayant un coefficient de dilatation plus faible que celui de la bague, à porter l'ensemble frette, bague, jupe et disque à une température suffisante pour assurer le brasage du disque dans la jupe, et à laisser refroidir, le refroidissement assurant une précontrainte en compression radiale de la bague sur la jupe et sur le disque.
La frette de brasage est ensuite retirée.
Au cours de la même opération de brasage, de préférence, le haut et le bas de la jupe sont brasés au bloc de maintien. Un cordon de brasure est donc placé aux endroits appropriés avant de passer l'ensemble dans le four de brasage.
De préférence, on interpose entre la bague de contrainte et la jupe métallique une substance de lubrification, de préférence du graphite, empêchant un frittage entre la bague et la jupe en cas d'élévation de température de la bague, par exemple lors des cycles d'étuvage du tube hyperfréquence comportant la fenêtre. Ces cycles d'étuvage sont destinés à assurer le dégazage des différentes pièces du tube pendant qu'on fait un vide poussé à l'intérieur du tube. Un frittage entre la bague et la jupe, dû à la pression, au frottement et à la température, aboutirait à une rigidification de la liaison bague/jupe et à des risques de rupture d'étanchéité ultérieurs.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1, déjà décrite, représente une fenêtre de l'art antérieur ;
  • la figure 2 représente une fenêtre selon l'invention ;
  • la figure 3 représente l'opération de brasage nécessaire à la réalisation de la fenêtre selon l'invention.
L'invention va être décrite à propos de la figure 2, dans un exemple correspondant à un perfectionnement de la fenêtre de la figure 1, c'est-à-dire dans un cas où une jupe métallique est interposée entre un bloc de maintien et le disque diélectrique, sans que cet exemple soit limitatif. Dans ce cas, le bloc de maintien est en métal plus rigide que la jupe métallique et assure la rigidité de l'ensemble de la fenêtre.
Sur la figure 2, on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1. La bague de précontrainte selon l'invention fait dans ce cas partie intégrante du bloc de maintien 20 qui entoure la jupe 10. Cette bague est désignée par la référence 40. Elle est constituée pour plus de simplicité par un renforcement local de l'épaisseur du bloc de maintien. Elle pourrait aussi être indépendante du bloc.
Par exemple, le bloc de maintien comporte une partie centrale cylindrique entourant généralement la jupe métallique 10, et la bague est constituée par une zone localisée de cette partie cylindrique, cette zone ayant une épaisseur plus grande et étant située autour de la périphérie du disque diélectrique 30. Typiquement, pour un disque diélectrique de diamètre environ 8 à 10 centimètres et d'épaisseur 1 millimètre, la bague de précontrainte 40 peut avoir une épaisseur radiale d'environ 3 millimètres sur une hauteur de quelques millimètres. Par exemple, le bloc de maintien est réalisé en inox d'épaisseur généralement environ 1 millimètre autour de la jupe 10, et il comporte localement une surépaisseur (2 millimètres d'épaisseur en plus tout autour du disque 30)
Le diamètre intérieur du bloc de maintien, dans sa partie centrale cylindrique, est supérieur au diamètre extérieur de la jupe métallique, sauf à l'endroit de la bague de précontrainte 40 ; à cet endroit, le diamètre intérieur de la bague est égal à celui de la jupe métallique, la bague exerçant en permanence une contrainte de compression sur la jupe 10 et, à travers la jupe, sur la périphérie du disque diélectrique 30. Dans l'exemple numérique indiqué ci-dessus, le diamètre intérieur de la partie centrale cylindrique du bloc de maintien 20 est d'environ 1 millimètre supérieur au diamètre extérieur de la jupe 10.
La jupe métallique est de préférence soudée ou brasée au bloc de maintien par sa partie supérieure d'une part, par sa partie inférieure d'autre part, le disque diélectrique étant situé dans une partie centrale de la jupe 10.
La partie supérieure 26 du bloc de maintien est conformée de manière à pouvoir être soudée de manière étanche sur le tube de puissance, autour d'une ouverture de sortie de l'énergie électromagnétique. Le tube et son ouverture de sortie ne sont pas représentés. De même, la partie inférieure du bloc 20 est conformée de manière à pouvoir être fixée (mais d'une manière pas forcément étanche) à un élément d'utilisation de la puissance de sortie du tube, par exemple un guide d'onde non représenté. Une bride de fixation inférieure 24 peut être prévue à cet effet. La partie inférieure 22 du bloc de maintien 20 peut être usinée intérieurement pour constituer un guide d'onde de dimensions correspondant au guide d'onde sur lequel elle doit être fixée.
La bague de précontrainte 40 exerce une compression forte sur la périphérie de la jupe et du disque diélectrique et on interpose de préférence entre la bague et la jupe une fine couche d'une substance de lubrification, de préférence une fine couche de graphite, pour éviter toute solidarisation par frittage en cas d'élévation de température. On rappelle que le frittage est une interpénétration moléculaire de deux matériaux en présence de température et de pression suffisamment élevées. Ici, la présence d'une contrainte de compression assez forte (typiquement 100 bars) rend le risque de frittage non négligeable lors des échauffements. On rappelle aussi que les échauffements sont inévitables, soit pendant la fabrication (étuvage à plusieurs centaines de degrés du tube sur lequel est montée la fenêtre de sortie), soit en cours de fonctionnement à puissance élevée.
Pour la réalisation de la fenêtre selon l'invention, au lieu de procéder d'abord à une opération de brasage du disque diélectrique dans la jupe métallique avant de monter la jupe dans le bloc de maintien, on procède au montage du disque dans la jupe et au montage de la jupe dans le bloc de maintien, puis on passe l'ensemble dans un four de brasage en présence d'une frette de brasage serrée autour du bloc de maintien au niveau de la bague de précontrainte.
La figure 3 représente cette opération. La frette de brasage est une bague circulaire 50 dont le diamètre intérieur à froid est égal, à un faible jeu près, au diamètre extérieur à froid du bloc de maintien à l'endroit de la bague de précontrainte 40. La frette 50 est en un matériau rigide de coefficient de dilatation plus faible que celui du bloc de maintien (et de la jupe). Le disque diélectrique a également un coefficient de dilatation plus faible que celui du bloc de maintien et de la jupe.
Typiquement, la jupe est en cuivre, le bloc de maintien est en inox, et la frette est en molybdène, ou tungstène, ou même en alumine. Le coefficient de dilatation du molybdène est environ 3 fois plus faible que celui de l'inox et du cuivre. Le coefficient de dilatation de l'alumine est également beaucoup plus faible que celui du bloc de maintien (environ 3 fois).
Le disque diélectrique est mis en place dans la jupe avec un cordon de brasure périphérique 60. Un jeu existe entre entre le disque et la jupe. La brasure fondue pénètrera par mouillage dans l'interstice entre le disque et la jupe à la périphérie du disque. Le jeu à froid est tel que par la suite, à chaud, pendant l'opération de brasage, le jeu devienne très faible (de l'ordre de 0,1 millimètre, permettant cependant au matériau de brasure de pénétrer dans l'interstice entre disque et jupe. La jupe est placée dans le bloc de maintien avec un faible jeu à froid entre le bloc et la jupe à l'endroit de la bague 40 de précontrainte. L'intérieur de la bague 40 a été préalablement revêtu d'une substance de lubrification mentionnée ci-dessus (graphite en principe). Des cordons de brasure 62 et 64 sont mis en place en haut et en bas de la jupe 10. La frette en molybdène 50 est glissée à froid autour du bloc de maintien contenant la jupe métallique. La frette pourrait aussi être chauffée avant d'être mise en place autour du bloc de maintien froid. Elle est placée au niveau de la bague de précontrainte 40. Le jeu entre la frette et le bloc de maintien est faible pendant l'introduction (en principe à froid) de la frette autour du bloc. Ce jeu devient nul pendant l'opération de brasage.
L'ensemble est chauffé jusqu'à la température nécessaire à l'opération de brasage. Les cordons de brasure fondent. Le disque, la jupe, le bloc de maintien, et la frette se dilatent. Cependant, la frette 50 se dilate beaucoup moins que le bloc de maintien (et que la jupe). Elle empêche donc partiellement la dilatation de la bague de précontrainte 40. Lors du refroidissement, la bague de précontrainte 40 se contracte, le bloc de maintien 20 se contracte, de même que la jupe 10 au niveau du disque diélectrique (la bague en inox est en matériau beaucoup plus rigide que la jupe). La bague 40 exerce une compression sur le disque diélectrique 30 qui se contracte moins. Cette compression est permanente : elle est présente au repos, mais elle se maintient en fonctionnement. Elle est radiale. Elle dépend des jeux entre les pièces, des matériaux utilisés, des diamètres des éléments, et de l'épaisseur de la bague de précontrainte. Elle peut atteindre 100 bars. Il s'agit donc d'une forte précontrainte de compression. La frette 50 est retirée après refroidissement.
En présence de cette précontrainte permanente, la structure d'ensemble sera beaucoup plus résistante à la rupture lorsque la fenêtre subira des contraintes thermiques, soit en étuvage, soit en fonctionnement.
La fenêtre de sortie selon l'invention peut être utilisée notamment en sortie des TOP, ou des klystrons.

Claims (11)

  1. Fenêtre hyperfréquence comportant un disque diélectrique (30), caractérisée par le fait qu'elle comporte une jupe métallique (10) brasée tout autour de la périphérie du disque et une bague de précontrainte (40) entourant la jupe métallique autour de la périphérie du disque et exerçant au repos, sur toute la périphérie du disque, une contrainte de compression radiale dirigée vers le centre du disque.
  2. Fenêtre hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague de précontrainte (40) est constituée par une zone annulaire d'un bloc de maintien (20) servant à fixer la fenêtre sur la sortie d'un tube hyperfréquence, cette zone annulaire appuyant sur une surface extérieure de la jupe métallique (10) tout autour de la périphérie du disque diélectrique.
  3. Fenêtre hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisé en ce que le bloc de maintien est en métal plus rigide que la jupe.
  4. Fenêtre hyperfréquence selon la revendication 3, caractérisé en ce que la jupe est en cuivre, le bloc de maintien en inox, et le disque diélectrique en alumine.
  5. Fenêtre hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la jupe métallique est brasée en haut et en bas sur le bloc de maintien.
  6. Fenêtre hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'épaisseur de la bague de précontrainte de compression (40) est d'environ 3 millimètres.
  7. Fenêtre hyperfréquence selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une substance de lubrification, de préférence du graphite, est interposée entre la bague de précontrainte (40) et la jupe métallique (10), pour empêcher un frittage entre la bague et la jupe en cas d'élévation de température de la bague.
  8. Fenêtre hyperfréquence selon la revendication 7, caractérisée en ce que la contrainte de compression est de plusieurs dizaines de bars ou plus.
  9. Procédé de fabrication d'une fenêtre hyperfréquence consistant à placer un disque diélectrique (30) à l'intérieur d'une jupe métallique (10), avec une matière de brasage (60), et avec un faible jeu entre la périphérie du disque et la jupe, à placer le disque et la jupe à l'intérieur d'un bloc de maintien (20) comportant une bague de précontrainte (40) entourant la jupe sur toute la périphérie du disque, un faible jeu étant ménagé entre la bague et la jupe, à placer une frette de brasage (50) autour de cette bague avec un faible jeu entre la frette et la bague, le matériau de la frette ayant un coefficient de dilatation plus faible que celui de la bague, à porter l'ensemble frette, bague, jupe et disque à une température suffisante pour assurer le brasage du disque dans la jupe, et à laisser refroidir, le refroidissement assurant une précontrainte en compression radiale de la bague sur la jupe et sur le disque.
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, au cours de la même opération de brasage, on brase les extrémités supérieure et inférieure de la jupe sur le bloc de maintien, des cordons de brasure (62, 64) ayant été mis en place préalablement à l'introduction de l'ensemble dans le four de brasage.
  11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'avant la mise en place de la bague de précontrainte (40) autour de la jupe, on interpose entre la bague de contrainte et la jupe métallique une substance de lubrification, de préférence du graphite, empêchant un frittage entre la bague et la jupe en cas d'élévation de température de la bague.
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