FR2526582A1 - Procede et appareil pour produire des micro-ondes - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONSTITUE UN NOUVEAU TYPE DE DISPOSITIF COMMANDE PAR UN FLUX D'ELECTRONS OU D'AUTRES PARTICULES CHARGEES, POUR PRODUIRE DES MICRO-ONDES COHERENTES EN UTILISANT L'INTERACTION D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES AVEC UN FLUX D'ELECTRONS DANS DES DIODES NE NECESSITANT PAS DE CHAMP MAGNETIQUE EXTERIEUR. DES SURFACES D'ANODE ET DE CATHODE 14, 16 SONT ELECTRIQUEMENT CHARGEES L'UNE PAR RAPPORT A L'AUTRE PAR UN FLUX D'ELECTRONS EMIS, PAR EXEMPLE, PAR UNE SOURCE DE TENSION A BANC DE MARX 30. LE CHAMP MAGNETIQUE PRODUIT STIMULE UN FAISCEAU D'ELECTRONS EMIS DANS L'ESPACE ENTRE L'ANODE 12 ET LA CATHODE 10 ET L'ACCELERE EN LE SOUMETTANT A UNE INTERACTION AVEC LES MODES A MICRO-ONDES GEOMETRIQUEMENT PERMIS QUI ENTRAINE UN GROUPEMENT DES ELECTRONS ET UN POMPAGE D'AU MOINS UN MODE A MICRO-ONDES DOMINANT. LE RAYONNEMENT DE MICRO-ONDES PRODUIT EST EXTRAIT PAR UN MOYEN APPROPRIE 32.

Description

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La présente invention concerne de façon générale un procédé et un appareil pour produire des micro-ondes, et elle a trait plus particulièrement à un procédé et un

appareil pour produire des micro-ondes cohérentes avec -

un nouveau type de dispositif pour micro-ondes ou hyper- fréquences, commandé par un flux d'électrons ou d'autres particules chargées, en utilisant l'interaction des ondes

électromagnétiques avec le flux d'électrons dans des dio-

des en l'absence d'un champ magnétique extérieur.

Les micro-ondes occupent la région du spectre électromagnétique limitée par les ondes radioélectriques

du côté des longueurs d'onde plus longues et par les on-

des d'infrarouge du côté des longueurs d'onde plus cour-

tes Bien qu'il n'y ait pas de limites nettes entre ces régions, les microondes sont souvent considérées comme ayant des fréquences comprises entre 109 Hz et 3 x l O Hz ou, d'une manière équivalente, comme ayant des longueurs

d'onde en espace libre comprises entre 1 mm et 30 cm en-

viron Les micro-ondes sont utilisées dans de' nombreuses applications Certaines de ces applications sont: les sources de rayonnement pulsé pour une poursuite radar; les ondes porteuses dans les liaisons par relais pour la

transmission par plusieurs canaux de signaux téléphoni-

ques, télégraphiques et de télévision; la spectroscopie en hyperfréquences pour étudier la structure d'un grand nombre de molécules et de cristaux; leur utilisation dans les horloges atomiques mettant en oeuvre des interactions à résonance de micro-ondes avec des atomes de césium ou

des molécules d'ammoniaque; leur utilisation dans les ma-

sers à l'état solide qui peuvent être en pratique des am-

plificateurs sans bruit; leur utilisation en radio-astro-

nomie; leur utilisation dans la cuisson des aliments; et, leur utilisation dans les accélérateurs linéaires à haute

énergie et dans des machines semblables.

Des micro-ondes de faible puissance à plusieurs fréquences peuvent être simplement engendrées comme un rayonnement thermique à partir de corps chauds, ou comme un rayonnement direct incohérent à partir d'étincelles

électriques produites en travers d'éclateurs à haute ten-

sion Cependant, pour des applications actuelles, pres-

-5 que tous les générateurs de micro-ondes modernes sont des dispositifs électroniques qui produisent des oscillations d'ondes entretenues (OE) actordables en fréquence Ces dispositifs comprennent les magnétrons, les klystrons, et les tubes à ondes progressives Dans un magnétron, les électrons, engendrés par une cathode et se déplaçant sous l'effet de la force combinée d'un champ électrique radial et d'un champ magnétique axial extérieur, sont soumis à une interaction synchronisée avec les composantes d'ondes progressives d'un échantillon d'ondes stationnaires de micro-ondes de telle sorte que l'énergie potentielle des électrons est convertie en énergie d'hyperfréquences Des

magnétronsà alésage lisse et classiques, à faisceau élec-

tronique relativiste, sont décrits respectivement par Orzechowski et Bekefi dans la revue Phys Fluids 22, 978 ( 1979), et par Palevsky et Bekefi dans la revue Phys. Fluids 22, 986 ( 1979) Un dispositif à magnétron à champs croisés, & faisceau électronique relativiste est décrit dans le brevet des E U A no 4 200 821 délivré le 29 avril

1980 à Bekefi et Orzechowski Un inconvénient du magné-

tron, quand il est utilisé pour engendrer des micro-ondes cohérentes de haute intensité, est la nécessité d'avoir un aimant extérieur très grand, qui contribue grandement

à augmenter ses dimensions et son poids.

Dans un klystron, un faisceau d'électrons groupés

à vitesse modulée traverse une cavité de sortie et y trans-

fère son énergie de courant alternatif pour un couplage

suivant dans une ligne de transmission en hyperfréquences.

Un champ magnétique extérieur parallèle à l'axe du fais-

ceau électronique maintient les électrons du faisceau groupés, en évitant la répulsion électrostatique entre les électrons qui, autrement, étalerait rapidement le faisceau Un tube à ondes progressives fonctionne comme un amplificateur dans lequel un faisceau d'électrons,

maintenus tout le long du tube par des moyens de focalisa-

tion tels qu'un champ magnétique longitudinal et extérieur fixe, est soumis à une interaction continue et sur une distance appréciable avecdes micro-ondes se propageant le-

long d'un circuit à ondes lentes Il est également clas-

sique d'engendrer-une énergie de micro-ondes au moyen de différents dispositifs actifs pour micro-ondes, à l'état solide. En outre, on peut engendrer des micro-ondes au moyen de certains dispositifs moins bien connus tels que le fémitron décrit par Charbonnier, et al, dans l'article "Basic and Applied Studies of Field Emission at Microwave Frequencies", paru dans la revue Proceedings of the IEEE,

51, pp 991-1004, en Juillet 1963 Le fémitron, qui res-

semble en beaucoup de points à un klystron, fonctionne

en exploitant la forte non-linéarité de la caractéristi-

cque d'émission par champ d'une cathode froide placée dans

l'espace d'un résonateur à cavité pour accomplir le grou-

pement direct longitudinal du faisceau d'électrons émis par champ Le fémitron utilise des cathodes à plusieurs aiguilles émettant des électrons conformément à la loi

d'émission par champ de Fowler-Nordheim L'émission d'é-

lectrons ne correspondrpas à un flux limité de charge

d'espace de Child Langmuir En outre, il existe beau-

coup de variantes des dispositifs pour micro-ondes connus.

Par exemple, dans le brevet des E U A n 2 513 933 déli-

vré le 4 Juillet 1950, Gurewitsch décrit une structure nouvelle de cathodes du type à émission à froid telle qu'on peut l'utiliser pour différents dispositifs pour

micro-ondes, en particulier ceux du type magnétron.

Ainsi, il existe actuellement beaucoup de types différents de dispositif électronique capables de produire des micro-ondes à différents niveaux de puissance et

rendements Cependant, en particulier en raison de l'im-

portance et de l'extrême variété de la technologie pour micro-ondes, il persiste un besoin pour de nouveaux types de dispositif innovateurs et structurellement simples pour la production de micro-ondes cohérentes Il serait avantageux que ces nouveaux types de dispositif puissent

être commandés par un flux d'électrons ou d'autres parti-

cules chargées. Un objet de la présente invention est un nouveau

type de dispositif qui peut produire des micro-ondes co-

hérentes par l'interaction d'ondes électromagnétiques

avec un flux d'électrons dans des diodes.

Un autre objet de l'invention est un nouveau type

de dispositif, commandé par un flux d'électrons ou d'au-

tres particules chargées, pour produire des micro-ondes cohérentes. Un autre objet de l'invention est un nouveau type de dispositif qui peut produire des micro-ondes cohérentes

de haute puissance par l'interaction d'ondes électroma-

gnétiques avec un flux d'électrons dans de petites diodes

légères ne nécessitant pas de champ magnétique extérieur.

Selon l'invention, le procédé et l'appareil pour produire un rayonnement de micro-ondes cohérentes peuvent

consister à disposer d'une anode ayant une surface d'ano-

de et d'une cathode séparée ayant une surúace de cathode, les deux surfaces ayant une structure propre à supporter

un ensemble de modes à micro-ondes incluant en particu-

lier un mode à micro-ondes à la fréquence de résonance.

Un champ électrique de courant continu est imposé, sur un intervalle de temps d'au moins une période du mode à micro-ondes à la fréquence de résonance, à l'intérieur du volume spatial occupé par les modes à microondes Le champ électrique stimule un faisceau d'électrons pour le soumettre à un flux accéléré à partir de la surface de

cathode jusque dans le -volume spatial Le mouvement collec-

tif du faisceau d'électrons accélérés est en interaction avec le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance

en modifiant fondamentalement sa configuration, en pro-

duisant des champs électromagnétiques, en groupant dans l'espace longitudinalement et transversalement le faisceau d'électrons, et en pompant le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance Le rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance est transmis à l'extérieur de

l'appareil Dans certains exemples de réalisation de l'in-

vention, le faisceau peut être constitué par un faisceau d'électrons thermoioniques ou émis par champ, ces électrons étant stimulés par le champ électrique de courant continu pour se propager à partir de la surface de cathode Et, dans certains exemples de réalisation de l'invention, on peut établir le champ électrique de courant continu en chargeant l'anode positivement par rapport à la cathode avec une source de tension à banc de Marx De plus, dans certains exemples de réalisation de l'invention, on peut

établir le champ électrique de courant continu en char-

geant l'anode ou la cathode essentiellement en faisant pénétrer un faisceau de particules chargées dans l'une ou

dans l'autre.

Dans certains exemples de réalisation du procédé

et de l'appareil pour produire un rayonnement de micro-

ondes cohérentes de l'invention, il est préférable que la cathode comprenne le conducteur central d'une ligne coaxiale et que l'anode comprenne le conducteur extérieur de la ligne coaxiale, la surface de cathode comprenant au moins une partie de la surface extérieure du conducteur central et la surface d'anode comprenant au moins une

partie de la surface intérieure du conducteur extérieur.

Dans certains exemples de réalisation du procédé

et de l'appareil pour produire un rayonnement de micro-

ondes cohérentes de l'invention, il est préférable que

la cathode et 1 'anode comprennent deux disques, la surfa-

ce de cathode comprenant une partie d'une surface plane du premier disque, la surface d'anode comprenant une partie d'une surface plane de l'autre disque, les deux disques étant juxtaposés avec des axes coïncidents, et les deux surfaces planes agissant comme des surfaces de

cathode et d'anode en face l'une de l'autre.

Selon un autre aspect de la présente invention,

conformément à ses objets et buts, le procédé et l'ap-

pareil pour produire un rayonnement de micro-ondes cohé-

rentes de l'invention peuvent consister à disposer d'un boltier ou d'un logement, métallique, creux, comportant une chambre de logement intérieure, et à mettre en place une plaque en forme de disque à l'intérieur du bottier de manière à ce qu'à partir de chaque emplacement sur la

plaque la distance la plus petite jusqu'à la surface in-

térieure du bottier soit à peu près constante La plaque et la surface intérieure du boitier ont une structure apte à supporter géométriquement un ensemble de modes à micro-ondes incluant en particulier un mode à micro-ondes

à la fréquence de résonance On établit une grande diffé-

rence de potentiel entre la plaque et le boîtier essen;-

tiellement en faisant pénétrer un faisceau de particules chargées dans la plaque Cette tension impose un champ électrique de courant continu, sur un intervalle de temps

d'au moins une période du mode à micro-ondes-à la fréquen-

ce de résonance, à l'intérieur du volume spatial occupé par les modes à micro-ondes Le champ électrique stimule

un faisceau d'électrons pour le soumettre à un flux accé-

léré jusque dans le volume spatial à partir de ce qui, de la

plaque ou du boîtier, a été chargé négativement Le mou-

vement collectif du faisceau d'électrons accélérés est soumis à une interaction avec le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance en modifiant fondamentalement sa configuration, en produisant des champs électromagnétiques,

en groupant dans l'espace longitudinalement et transversa-

lement le faisceau d'électrons, et en pompant le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance Le rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance est transmis

à l'extérieur du bottier.

L'intérêt et les avantages de la présente inven-

tion, tels qu'ils sont définis et largement décrits ici, sont constitués, entre autres, par le fait qu'on dispose d'un nouveau type de dispositif, commandé par un flux d'électrons ou d'autres particules chargées, pour produire un rayonnement de micro-ondes cohérentes

par l'interaction du flux d'électrons avec des ondes élec-

tromagnetiques dans de petites diodes légères ne nécessi-

tant pas de champ magnétique extérieur.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention seront mis en évidence dans la descrip-

tion suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:

La figure i est une vue en perspective, partielle-

ment schématique et partiellement en coupe, d'un premier

exemple de réalisation d'une diode pour produire un rayon-

nement de micro-ondes cohérentes selon la présente inven-

tion;

La figure 2 est une vue en perspective, partielle-

ment schématique et partiellement en coupe, d'un second

exemple de réalisation d'une diode pour produire un rayon-

nement de micro-ondes cohérentes selon l'invention; et La figure 3 est une vue en perspective, partiellement schématique et partiellement en coupe, d'un troisième

exemple de réalisation d'une diode pour produire un rayon-

nement de micro-ondes cohérentes selon l'invention.

On va se référer maintenant au mode de réalisa-

tion préféré de l'invention dont des exemples sont représentés dans les dessins annexés L'invention est d'un nouveau type de dispositif, commandé par un flux d'électrons ou

d'autres particules chargées, qui peut produire des mi-

cro-ondes cohérentes par l'interaction d'ondes électroma-

gnétiques avec un flux d'électrons dans des diodes Le

flux d'électrons peut être engendré par émission ou injec-

tion d'électrons Aucun champ magnétique extérieur n'est nécessaire On a donné à ce nouveau dispositif le nom d' "émitron" Les principaux éléments caractéristiques de la diode sont une anode ayant une surface d'anode, une cathode ayant une surface de cathode, et un espace entre

celles-ci Il est possible de donner à une certaine par-

tie des surfaces d'anode et de cathode des géométries 8-

ouvertes ou fermées pouvant supporter des modes à micro-

ondes et permettant d'y maintenir un champ électrique de

courant continu Par"mode" on entend une forme d'oscil-

lation électromagnétique naturelle caractérisée par une configuration de champ particulière Le dispositif est

commandé, ou alimenté, par un flux d'électr Ons ou d'au-.

tres particules chargées: en d'autres termes, l'anode peut être chargée par rapport à la cathode par-une source de tension classique ou par urt faisceau de particules

chargées Il résulte de cette charge qu'un faisceau d'é-

lectrons est accéléré par un champ électrique de courant continu s'étendant d'une surface d'électrode jusqu'à la

surface de l'autre Ce faisceau peut etre constitué d'é-

lectrons thermoioniques ou émis par champ) se propageant à partir de la cathode Cependant, dans certains exemples

de réalisation de l'invention, le faisceau peut être cons-

titué d'électrons provenant de tout autre, source appropriée.

Des micro-ondes cohérentes sont produites par la forte interaction du faisceau d'électrons avec un ou plusieurs modes à micro-ondes permis par la gîométrie spécifique de la diode particulière Il résulte de cette synergie complexe un groupement spatial tri-dimemsionnel, à la fois longitudinal et transversal par rapport à la direction de flux du faisceau d'électrons, du faisceau d'électrons, et le pompage d'un ou de plusieurs modes à micro-ondes dominants C'est ainsi que, pendant l'interaction, les

amplitudes des modes à micro-ondes sont constamment modi-

fiées en fonction de la position et du temps En outre,

en meme temps et comme une conséquence de cela, le fais-

ceau d'électrons subit une évolution spatiale et tempo-

relle qui peut être appelée groupement Les fréquences des modes dominants sont fonction de la distance entre les électrodes et de la grandeur du champ électrique de courant continu Si on le souhaite, on peut décaler ou att 4 nuer ces fréquences par l'application d'un faible champ magnétique perpendiculaire au champ électrique de courant continu Si l'invention est ainsi mise en oeuvre, elle peut être appliquée à des circuits impliquant des boucles de réaction pour un accord de fréquence et/ou

un déclenchement logique Quand elle est utilisée, l'in-

vention simplifie grandement la construction de tubes a micro-ondes car la diode ne nécessite pas le grand champ

magnétique extérieur du tube de magnétron ni les électro-

des supplémentaires des tubes de triode et de tétrode.

L'invention résulte de certains résultats de calcul non

escomptés qui ont été effectués en utilisant le code d'or-

dinateur MASK du Laboratoire National de Lawrence Li-

vermore Le code MASK est un code de particules-en-

cellule,électromagnétique et relativiste,à 2-1/2 dimen-

sions qui a été -utilisé pour modéliser d'une manière fiable

des diodes à faisceaucélectronique et ionique classiques.

On va se référer maintenant à la Figure 1 qui re-

présente un premier exemple de réalisation d'une diode électronique pour produire un rayonnement de micro-ondes

cohérentes selon l'invention La diode coaxiale & al-

gage lisse comprend un conducteur central 10 qui cons-

titue une cathode, et un conducteur extérieur 12 qui cons-

titue une anode Une surface de cathode 14 consiste en au moins une partie de la surface extérieure du conducteur central 10, et une surface d'anode 16 consiste en au moins

une partie de la surface intérieure du conducteur exté-

rieur 12 On notera que les caractéristiques d'émission d'électrons d'une surface peuvent être modifiées par un traitement de surface, comme par rayage, pour localiser l'émission d'électrons à partir seulement d'une partie de

la surface Le conducteur central 10 et le conducteur ex-

térieur 12 forment une ligne coaxiale La surface de ca-

thode 14 peut avoir un rayon de 1,86 cm, et la surface

d'anode 16 peut avoir un rayon de 2,20 cm Une première-

plaque d'extrémité 18 et une seconde plaque d'extrémité sont fixées aux extrémités du conducteur extérieur 12, en formant avec celui-ci des joints étanches à l'air Le conducteur central 10 est fixé à l'intérieur du conducteur extérieur 12 au moyen de supports isolants 22 et 24 qui sont indiqués schématiquement Cependant, on remarquera que la présente invention n'est nullement limitée à une

structure de support spécifique et que le conducteur cen-

tral 10 peut être fixé à l'intérieur du conducteur exté-

rieur 12 par n'importe quel autre moyen approprié L'en- semble est mis sous vide au moyen d'un orifice à vide 26

et d'une pompe à vide 28 qui sont indiqués schématiquement.

Cependant, on remarquera que la présente invention n'est

nullement limitée à un système de mise sous vide spécifi-

que et que l'ensemble peut être mis sous vide par tout

autre moyen approprié Pour obtenir des conditions opti-

males de fonctionnement, il est souhaitable en premier lieu de réduire au minimum les pertes de rayonnement de micro-ondes de l'appareil Cela-peut etre réalisé au moyen des plaques d'extrémité 18 et 20, qui empêchent une fuite de rayonnement, et en prévoyant la longueur axiale de

l'espace entre anode et cathode supérieure à la circonfé-

rence du conducteur central 10 L'espace entre l'anode

et la cathode peut supporter un ensemble de modes à mi-

cro-ondes, incluant en particulier au moins un mode à mi-

cro-ondes à la fréquence de résonance Une source de hau-

te tension 30, qui est représentée schématiquement, per-

met de maintenir un champ électrique de courant continu entre le conducteur central 10 et le conducteur extérieur 12 sur un intervalle de temps d'au moins une période d'un mode à micro-ondes à la fréquence de résonance La source peut être une source de 350 k V ayant un temps de montée de 0,5 ns De préférence, la source de haute tension 30 peut être une source de tension à banc de Marx La source

de haute tension 30 peut aussi permettre de charger l'a-

node positivement par rapport à la cathode essentielle-

ment en faisant pénétrer un faisceau de particules char-

gées dans la cathode ou dans l'anode Le champ électrique de courant continu crée un courant électronique soumis à un flux accéléré en travers de l'espace entre l'anode et la cathode dans une direction radiale Le courant peut

être constitué d'électrons thermoioniques ou émis par champ.

* la

Le courant électronique est d'abord distribué uniformé-

ment dans la direction azimutale conformément à la loi de Child-Langmuir en V 3/2 relative & un flux limité

de charges d'espace dans une géométrie cylindrique.

La valeur de la tension appliquée par la source de haute tension 30 doit être telle qu'elle fasse en sorte que les électrons traversent l'espace entre l'anode et la cathode en une période environ, ou un multiple entier de cette période, du mode à, micro-ondes à la fréquence de

résonance supporté à l'intérieur de l'espace entre l'ano-

de et la cathode Ensuite, le flux de charges d'espace excite de fortes oscillations de micro-ondes et le flux

de charges d'espace devient groupé dans l'espace longitu-

dinalement et transversalement par rapport à la direction du flux d'électrons L'énergie de champ de micro-ondes

augmente et oscille d'une manière cohérente Ainsi, le mou-

vement collectif des électrons accélérés est soumis à une

interaction avec les modes à micro-ondes permis en modi-

fiant fondamentalement leur configuration, en produisant des champs électromagnétiques, en groupant les électrons dans l'espace longitudinalement et transversalement, et en pompant au moins un mode à micro-ondes dominant Le rayonnement de micro-ondes de mode à micro-ondes dominant, qui peut avoir une valeur de 35 G Hz dans cet exemple de réalisation, est transmis à l'extérieur de la diode par un moyen a cornet et ouverture pour micro-ondes 32 qui est indiqué schématiquement Cependant, on remarquera que la présente invention n'est nullement limitée à un système

de couplage de rayonnement spécifique et que le rayonne-

ment de micro-ondes peut être transmis à l'extérieur de

la diode par tout moyen approprié.

On va se référer maintenant à la Figure 2 qui re-

présente un second exemple de réalisation d'une diode électronique pour produire un rayonnement de micro-ondes

cohérentes selon la présente invention Un premier dis-

que 40 forme une cathode et un second disque 42 forme une

anode Par disque on entend un élément circulaire mince.

Une surface de cathode 44 consiste en au moins une partie d'une surface plane du disque 40 et une surface d'anode 46 consiste en au moins une partie d'une surface plane du disque 42 On notera que les caractéristiques d'émission d'électrons d'une surface peuvent être modifiées par un traitement de surface, comme par rayage, pour localiser l'émission des électrons à partir seulement d'une partie

de la surface Les disques 40 et 42 sont disposés à l'in-

térieur d'un logement ou boîtier 48 Le disque 40 est fixé à l'intérieur du boîtier 48 au moyen d'un premier support

isolant 50, et le disque 42 est fixé à l'intérieur du bot-

tier 48 au moyen d'un second support isolant 52 Le boi-

tier 48 et les supports 50 et 52 sont tous indiqués sché-

matiquement On remarquera que la présente invention n'est

nullement limitée à un logement et une structure de sup-

port spécifiques et que les disques 40 et 42 peuvent être

disposés et fixés par tout autre moyen approprié L'ensem-

ble est mis sous vide au moyen d'un orifice à vide 54 et

d'une pompe à vide 56 qui sont indiqués schématiquement.

Cependant, on remarquera que la présente invention n'est

nullement limitée à un système de mise sous vide spécifi-

que et que l'ensemble peut être mis sous vide par tout

autre moyen approprié Les disques 40 et 42 sont juxtapo-

sés avec des axes coïncidents, et la surface de cathode 44

et la surface d'anode 46 sont en face l'une de l'autre.

Un ensemble de modes à micro-ondes, incluant en particu-

lier au moins un mode à micro-ondes à la fréquence de ré-

sonance, peuvent être supportés à l'intérieur de l'espace entre l'anode et la cathode Pour réduire au minimum les pertes de rayonnement de microondes à partir de la diode en premier lieu, le rayon de chacun des disques 40 et 42

doit être supérieur à l'étendue de l'espace entre les dis-

ques Une source de haute tension 58, qui est représentée schématiquement, permet de maintenir un champ électrique

de courant continu entre le premier disque 40 et le se-

cond disque 42 sur un intervalle de temps d'au moins une

période du mode à micro-ondes à la fréquence de résonance.

* De préférence, la source de haute tension 58 peut être une source de tension à banc de Marx La source de haute

tension 58 peut aussi permettre de charger l'anode posi-

tivement par rapport à la cathode essentiellement en fai-

sant pénétrer un faisceau de particules chargées dans la- cathode ou dans l'anode Le champ électrique de courant continu crée un courant électronique pour le soumettre à un flux accéléré en travers de l'espace entre l'anode et la cathode en provoquant l'extraction d'électrons de

la surface de cathode 44 Bien que cela ne soit pas né-

cessaire, on peut utiliser un petit champ magnétique de guidage pour éviter que le courant ne s'étale Le courant peut être constitué par des électrons thermoioniques ou

émis par champ Le courant électronique est d'abord uni-

formément distribué et conforme & la théorie classique.

La valeur de la tension appliquée par la source de haute tension 58 doit être telle qu'elle fasse en sorte que

les électrons traversent l'espace entre l 'anode et la ca-

thode en une période environ, ou un multiple entier de cette période, du mode à micro-ondes à la fréquence d B

résonance supporté à l'intérieur de l'espace entre l'ano-

de et la cathode Ensuite, le flux de charges d'espace excite de fortes oscillations de micro-ondes et le flux

de charges d'espace devient groupé dans l'espace longitu-

dinalement et transversalement par rapport à la direction du flux d'électrons L'énergie de champ de micro-ondes augmente et oscille d'une manière cohérente Ainsi, le mouvement collectif des électrons accélérésest soumis à une interaction avec les modes à micro-ondes permis en

modifiant fondamentalement leur configuration, en produi-

sant des champs électromagnétiques, en groupant les élec-

trons dans l'espace longitudinalement et transversalement,

et en pompant au moins un mode à micro-ondes dominant.

Le rayonnement de micro-ondes de mode à micro-ondes domi-

nant est transmis à l'extérieur de la diodepar un moyen à cornet et ouverture pour micro-ondes 60 qui est indiqué schématiquement Cependant, on remarquera que la présente

invention n'est nullement limitée à un système de coupla-

ge de rayonnement spécifique et que le rayonnement peut être transmis à l'extérieur de la diode par tout moyen approprié. On va se référer maintenant à la Figure 3 qui re- présente un troisième exemple de réalisation d'une diode pour produire un rayonnement de micro-ondes cohérentes selon la présente invention La diode comprend un bottier creux 70 et une plaque en forme de disque 72 Par disque on entend un élément circulaire mince Le boltier 70 est, tout à fait simplement, un logement comportant une chambre

de logement intérieure La plaque 72 est fixée à l'inté-

rieur du bottier 70 au moyen d'un support isolant 74 qui est indiqué schématiquement Cependant, on remarquera que

la présente invention n'est nullement limitée à une struc-

ture de support spécifique et que la plaque 72 peut être

fixée à l'intérieur du boitier 70 par tout autre moyen ap-

proprié L'ensemble est mis sous vide au moyen d'un orifi-

ce à vide 76 et d'une pompe-à vide 78 qui sont indiqués schématiquement Cependant, on remarquera que la présente invention n'est nullement limitée-à un système de mise s Q Us vide spécifique et que l'ensemble peut être mis sous

vide par tout autre moyen approprié La plaque 72 est pla-

cée de manière à ce qu'il y ait un espace entre la plaque 72 et le bottier 70 et que la distance la plus petite de

chaque emplacementsur la plaque 72 jusqu'à la surface in-

térieure du boîtier creux 70 soit à peu près constante.

La plaque 72 et le boîtier 70 peuvent supporter un ensem-

ble de modes à micro-ondes, incluant en particulier au moins un mode à micro-ondes à la fréquence de résonance,

à l'intérieur de l'espace séparant la plaque 72 et le bo S-

tier 70 Pour réduire au minimum les pertes de rayonnement de micro-ondes à partir de la diode en premier lieu, le

rayon de la plaque 72 est supérieur à la distance en tra-

vers de l'espace séparant le boî tier 70 de la plaque 72.

Un faisceau de particules chargées de haute énergie 80, qui est représenté schématiquement, permet d'imposer un

champ électrique de courant continu à l'intérieur de l'es-

pace séparant la plaque 72 du bottier 70 sur un interval-

le de temps d'au moins une période du mode à micro-ondes à la fréquence de résonance Le faisceau 80 est injecté à travers une surface du bottier 70 et il est essentiel- lement introduit dans la plaque 72, ce qui permet d'établir une différence de potentiel élevée entre la plaque 72 et le bottier 70 Certains exemples de particules chargées

dont le faisceau 80 peut être constitué sont les él ec-

trons, les positons, les protons, les antiprotons, les

particules alpha, tous les ions, les quarks et diffé-

rentes particules à courte durée de vie telles que les

mésons i T et les mésons mu La portion de la paroi du bot-

tier 70 à travers laquelle le faisceau 80 est injecté doit être suffisamment mince pour permettre que la plus

grande partie du faisceau 80 la traverse sans s'y enfouir.

La polarité de la différence de potentiel, et le sens du

champ électrique de courant continu résultant, est fonc-

tion du signe, positif ou négatif, des particules consti-

tuant le faisceau 80 Un courant d'électrons *thermoioniques ou émis par champ est émis du boîtier 70 ou de la plaque 72, selon le sens du champ électrique de courant continu,

et il est stimulé pour être soumis à un flux accéléré jus-

que dans l'espace séparant la plaque 72 et le bottier 70.

On notera que les caractéristiques d'émission d'électrons d'une surface peuvent être modifiées par un traitement de surface, comme par rayage, pour localiser l'émission

des électrons à partir seulement d'une partie de la sur-

face La valeur de la tension établie en travers de l'es-

pace séparant la plaque 72 et le bottier 70 doit être tel-

le qu'elle fasse en sorte que les électrons traversent cet espace en une période environ, ou un multiple entier de cette période, du mode à microondes à la fréquence de résonance supporté dans cet espace Bien que cela ne soit pas nécessaire, on peut utiliser un petit champ magnétique de guidage pour éviter que le courant ne s'étale Le courant électronique dont la plus grande partie se produit dans

l'espace séparant la plaque 72 et le boîtier 70 est d'a-

bord uniformément distribué et conforme à la théorie classique Ensuite, le flux de charges d'espace excite

de fortes oscillations de micro-ondes et le flux de char-

ges d'espace devient groupé dans l'espace longitudinale- ment et transversalement par rapport à la direction du

flux d'électrons L'énergie de champ de micro-ondes aug-

mente et oscille d'une manière cohérente Ainsi, le mou-

vement collectif des électrons accélérés est soumis à une

interaction avec les modes à micro-ondes permis en modi-

fiant fondamentalement leur configuration, en produisant des champs électromagnétiques, en groupant dans l'espace longitudinalement et transversalement les électrons, et en pompant au moins un mode à microondes dominant Le rayonnement de micro-ondesde mode à micro-ondes dominant est transmis à l'extérieur de la diode par un moyen à cornet et ouverture pourmicro-ondes 82 qui est indiqué

schématiquement Cependant, on remarquera que la présente -

invention n'est nullement limitée à un système de coupla-

ge de rayonnement spécifique et que le rayonnem E t de mi-

cro-ondes peut être transmis à l'extérieur de la diode

par tout moyen approprié.

Les trois exemples de réalisation de l'invention représentes sur les Figures 1 à 3 font chacun partie d'un

nouveau type de dispositif, commandé par un flux d'élec-

trons ou d'autres particules chargées, qui peut produire

des micro-ondes cohérentes par l'interaction d'ondes élec-

tromagnétiques avec le flux d'électrons dans de petites

diodes légères ne nécessitant pas de champ magnétique ex-

térieur.

La description qui précède d'un mode de réalisa-

tion préféré de l'invention a été faite dans un but d'il-

lustration explicative Il est évident que cette descrip-

tion est relative à des exemples de réalisation nullement limitatifs de la présente invention qui en comprend toutes les variantes et modifications sans que l'on sorte pour autant du cadre de 1 '2 invention telle que définie dans

les revendications annexées.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour produire un rayonnement de micro-

ondes à la fréquence de résonance cohérentes, caractéri-

sé en ce qu'il consiste à: imposer un champ électrique de courant continu à l'intérieur d'un volume spatial défini par une anode ( 12, 42) ayant une surface d'anode ( 16, 46) et une cathode ( 10, 40) ayant une surface de cathode ( 14, 44) espacées l'une par rapport a l'autre,

ladite surface de cathode et ladite surface d'anode cons-

tituant une structure apte a supporter un mode à micro-

ondes à la fréquence de résonance à l'intérieur du volu-

me spatial, sur un intervalle de temps d'au moins une

période dudit mode à micro-ondes à la fréquence de réso-

nance, ledit champ électrique agissant pour stimuler un faisceau d'électrons pour qu'il subissee un flux accéléré à partir de la surface de cathode jusque dans le volume spatial, le mouvement collectif du faisceau d'électrons accélérés servant à une interaction avec le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance en modifiant fondamentalement

sa configuration, en produisant des champs électromagné-

tiques, en groupant dans l'espace longitudinalement et transversalement le faisceau d'électrons, et en pompant ledit mode' à micro-ondes à la fréquence de résonance; et

transmettre à l'extérieur ledit rayonnement de mi-

cro-ondes à la fréquence de résonance à partir du volume

spatial.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'imposition consiste à charger l'anode positivement par rapport à la cathode avec une

source de tension à banc de Marx.

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'opération d'imposition consiste à charger

l'anode positivement par rapport à la cathode essentiel-

lement en faisant pénétrer un faisceau de particules char-

gées dans la cathode ou dans l'anode.

4 Procédé pour produire un rayonnement de micro-

ondes à la fréquence de résonance cohérentes, caractéri-

sé en ce qu'il consiste à:

-placer une plaque en forme de disque ( 72) à l'inté-

rieur d'un boîtier ( 70) ayant une chambre de boîtier intérieu-

re, la plus petite distance de chaque emplacement sur la plaque jusqu'à la surface de la chambre de bottier inté-

rieure étant a peu près constante, la plaque et le bol-

tier constituant une structure apte à supporter un mode à micro-ondes à la fréquence de résonance à l'intérieur d'un volume spatial disposé à l'intérieur de la chambre de bottier,dans l'espace séparant la plaque du bottier, et le rayon de la plaque étant supérieur à la distance en travers-de l'espace séparant la plaque du bottier;

faire pénétrer essentiellement un faisceau ( 80) de par-

ticules chargées dans la plaque, le faisceau introduit agis-

sant pour établir une grande différence de potentiel en-

tre la plaque et le bottier et imposant ainsi un champ

électrique de courant continu à l'intérieur du volume spa-

tial sur un intervalle de temps d'au moins une période dudit mode à microondes à la fréquence de résonance, le

champ électrique agissant pour stimuler un faisceau d'é-

lectrons en le soumettant à un flux accéléré dans le vo-

lume spatial, le mouvement collectif du faisceau d'élec-

trons accélérés servant à une interaction avec le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance en modifiant fondamentalement sa configuration, en produisant des

champs électromagnétiques, en groupant dans l'espace lon-

gitudinalement et transversalement le faisceau d'électrons,

et en pompant le mode à micro-ondes à la fréquence de ré-

sonance; et

transmettre à l'extérieur le rayonnement de micro-

ondes à la fréquence de résonance à partir du bottier.

Diode électronique pour produire un rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes, caractérisée en ce qu'elle comprend: une anode ( 12 ou 42) ayant une surface d'anode ( 16 ou 46);

une cathode ( 10 ou 40) ayant une surface de ca-

thode ( 14 ou 44), ladite cathode étant espacée de l'anode, la surface de cathode et la surface d'anode constituant une structure apte à supporter un mode à micro-ondes à

la fréquence de résonance à l'intérieur d'un volume spa-

tial;

un moyen ( 30 ou 58), relié électriquement à la ca-

thode et à l'anode, pour imposer un champ électrique de courant continu à l'intérieur du volume spatial sur un intervalle de temps d'au moins une période dudit mode à

micro-ondes à la fréquence de résonance, ledit champ élec-

trique agissant pour stimuler un faisceau d'électrons en le soumettant à un flux accéléré à partir de la surface de cathode jusque dans le volume spatial, le mouvement collectif du faisceau d'électrons accélérés servant à une interaction avec ledit mode à micro-ondes à la fréquence

de résonance en modifiant fondamentalement sa configura-

tion, en produisant des champs électromagnétiques, en

groupant dans l'espace longitudinalement et transversale-

ment le faisceau d'électrons, et en pompant le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance; et un moyen ( 32 ou 60) pour transmettre à l'extérieur le rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance

à partir du volume spatial.

6 Diode électronique pour produire un rayonnement

de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes se-

lon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit moyen pour imposer un champ électrique de courant continu

comprend une source de tension à banc de Marx utili-

sée pour charger l'anode positivement par rapport à la

cathode.

7 Diode électronique pour produire un rayonnement

de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes se-

lon la revendication 5, caractérisée en ce que ledit moyen pour imposer un champ électrique de courant continu est prévu pour charger l'anode positivement par rapport à la cathode essentiellement en faisant pénétrer un faisceau de particules chargées dans la cathode ou

dans l'anode.

8 Diode électronique pour produire un rayonnement

de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes se-

lon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractéri-

sée en ce que la cathode comprend le conducteur central ( 10) d'une ligne coaxiale, la surface de cathode

( 14) comprenant au moins une partie-de la surface exté-

rieure de ce conducteur, et en-ce que l'anode comprend le conducteur extérieur ( 12) de la ligne coaxiale, la surface d'anode ( 16) comprenant au: moins une partie de la surface intérieure de ce conducteur, et la longueur

axiale de l'espace entre l'anode et la cathode étant beau-

coup plus grande que la circonférence du conducteur cen-

tral. 9 Diode électronique pour produire un rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes

selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caracté-

risée en ce que la cathode comprend un premier disque ( 40), la surface de cathode ( 44) comprenant au

moins une partie d'une première surface plane de ce dis-

que, en ce que l'anode comprend un second dis-

que ( 42), la surface d&anode ( 46) comprenant au moins une partie d'une seconde surface plane de ce disque, en ce que les deux disques sont juxtaposés avec des axes coïncidents, la première surface plane étant en face de

la seconde surface plane, et en ce que le rayon du pre-

mier disque et le rayon du second disque sont chacun supé-

rieurs à l'étendue de l'espace entre le premier disque et

le second disque.

Diode électronique pour produire un rayonnement

de micro-ondes à la fréquence de résonance cohérentes, ca-

ractérisée en ce qu'elle comprend: un bottier ( 70) comportant une chambre de boîtier intérieure;

une plaque en forme de disque ( 72) placé à l'inté-

rieur de la chambre de bottier, la distance la plus petite de chaque emplacement sur la plaque jusqu'à la surface de

la chambre de boîtier intérieure étant à peu près cons-

tante, la plaque et le boîtier constituant une structure apte à supporter'un mode à micro-ondes à la fréquence de résonance à l'intérieur d'un volume spatial disposé à

l'intérieur de la chambre de bottier,dans l'espace sépa-

rant la plaque du bottier, et le rayon de la plaque étant supérieur à la distance en travers de l'espace séparant la plaque du boîtier; un moyen pour faire pénétrer essentiellement un faisceau ( 80) de particules chargées dans la plaque, le

faisceau introduit agissant pour établir une grande différen-

ce de potentiel entre la plaque et le boîtier et imposant ainsi un champ électrique de courant continu à l'intérieur du volume spatial sur un intervalle de temps d'au moins

une période du mode à micro-ondes à la fréquence de réso-

nance, le champ électrique agissant pour stimuler un fais-

ceau d'électrons en le soumettant à un flux accéléré dans

le volume spatial, le mouvement collectif du faisceau d'é-

lectrons accélérés servant à une interaction avec le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance en modifiant fondamentalement sa configuration, en produisant des champs

électromagnétiques, en groupant dans l'espace longitudina-

lement et transversalement le faisceau d'électrons, et en pompant le mode à micro-ondes à la fréquence de résonance; et un moyen ( 82) pour transmettre à l'extérieur le rayonnement de micro-ondes à la fréquence de résonance à

partir du bottier.