Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Thierry LEMOINE : Directeur technique, THALES Composants et Sous-systèmes
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Lire l’articleINTRODUCTION
Si notre connaissance théorique sur les tubes radioélectriques doit beaucoup aux travaux de recherche menés entre 1940 et 1970, notre capacité à réaliser des composants de plus en plus performants a été décuplée grâce à la maîtrise d'outils de simulation puissants et sophistiqués. Jusque dans les années 1970, nous devions nous fier à des expressions analytiques limitées aux régimes linéaires. Il était difficile d'optimiser un tube au voisinage du point de saturation. Les choses ont changé à partir des années 1980, et des progrès fantastiques ont été enregistrés : une multiplication par 40 de la puissance délivrée par des tubes fonctionnant au-delà de 30 GHz, une bande passante des tubes de contre-mesure multipliée par trois (on dépasse aujourd'hui les 3 octaves), un rendement électrique multiplié par deux (on fabrique en série des tubes au rendement électrique supérieur à 70 % en bande étroite, et à 50 % en large bande), et la fiabilité a été améliorée d'un facteur compris entre 10 et 100 : les amplificateurs spatiaux présentent des MTBF supérieurs à 5 millions d'heures !
Cet article reflète cette évolution. Il explique quelles sont les performances aujourd'hui accessibles. Il consacre quelques paragraphes aux tubes à grille. Par contre, la place manquant pour un rappel des principales lois d'électromagnétisme, le lecteur pourra se reporter aux articles « Circuits passifs hyperfréquences » et « Structures de guidage HF » .
Ce premier article donne d'un aperçu des technologies de base à tout tube électronique : cathodes, optique électronique, vide et haute tension... Dans un deuxième temps, les tubes à grille, les klystrons et les IOT (Inductive Output Tube) sont introduits. Les autres familles de tubes (TWT : Traveling-Wave Tube (en français TOP : tube à ondes progressives), magnétrons...) seront décrits dans un deuxième article qui fait suite .
L'auteur tient à exprimer sa reconnaissance envers les experts techniques de Thales qui l'ont assisté dans la relecture de ce document, en particulier MM. Alain Durand, Christian Robert et Philippe Thouvenin.
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VERSIONS
- Version courante de févr. 2017 par Thierry LEMOINE
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Présentation
Contexte et classification6. IOT
6.1 Principe de fonctionnement
Imaginés par Andrew Haeff chez RCA en 1939 et autrefois appelés « klystrodes » par Don Priest qui en assura les premières réalisations pratiques chez EIMAC en 1980, les IOT (Inductive Output Tubes), empruntent à la fois aux triodes et aux klystrons. Des triodes, elles héritent de la technologie de modulation directe du faisceau par une grille. Des klystrons, elles adoptent le canon de Pierce (l'ensemble cathode imprégnée – anode), la cavité de sortie et le collecteur. Le canon et la cavité de sortie sont reliés par un tunnel sous coupure, dont la principale fonction est d'isoler ces deux parties d'un point de vue radioélectrique (figure ). Par contre, et contrairement au klystron, il ne joue pas le rôle d'un tunnel de glissement, car la modulation en vitesse est très faible par rapport à la vitesse induite par la tension d'accélération, et son effet sur la mise en paquets est négligeable, comme dans une tétrode.
Par rapport aux tétrodes, les IOT ignorent la contrainte que font peser les pertes RF sur la grille, et la limite en puissance en UHF et bande L s'en trouve repoussée.
Compte tenu de la géométrie du faisceau, qui doit converger dans l'axe du tube (comme dans un klystron), et non pas s'étendre radialement (comme dans une tétrode), il est nécessaire d'adopter une cathode imprégnée hémisphérique, dont la grille épouse la forme (figure ). La réalisation technologique de l'ensemble cathode-grille, séparées l'une de l'autre de quelques centaines de micromètres, est une des difficultés que le concepteur d'un IOT doit prendre en compte.
Les IOT ont été développés pour adresser le marché des émetteurs TV UHF de forte puissance (20 à 80 kW), jusqu'alors chasse gardée des klystrons. Par rapport à ces derniers, ils souffrent d'un gain modeste (20 à 25 dB typiquement), dont les utilisateurs s'accommodent depuis que des préamplificateurs état solide de puissance suffisante sont disponibles. En revanche, ils proposent un rendement hors saturation nettement supérieur à celui d'un klystron, et cet avantage a été déterminant.
HAUT DE PAGE6.2 Gammes d'utilisation et limitations
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IOT
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GILMOUR (A.S.Jr.) - Microwave Tubes - Artech House, 1986.
-
(2) - GEWARTOWSKI (J.W.) et al - Principles of Electron Tubes - D. van Nostrand, 1965.
-
(3) - PIERCE (J.R.) - Theory and Design of Electron Beams - D. van Nostrand, 1954.
-
(4) - SPANGENBERG (K.R.) - Vacuum Tubes - McGraw-Hill, 1948.
-
(5) - WARNECKE (R.) et al - Tubes à modulation de vitesse - Gauthier-Villars, 1951.
-
(6) - BARKER (R.J.) et al - Modern Microwave and Millimeter-Wave Power Electronics - Wiley, 2005.
-
(7) - PIERCE (J.R.) - Traveling-wave Tubes - D. van Nostrand...
ANNEXES
Cette liste est aussi complète que possible, mais il y a forcément quelques omissions, dont l'auteur espère qu'il ne lui en sera pas tenu rigueur. Elle est classée par pays. Les différences de taille entre ces acteurs ne sont pas indiquées, mais elles peuvent être importantes.
Les acteurs industriels (tableau ) ont (presque) tous un site Internet sur lequel leurs produits sont présentés. Les acteurs académiques retenus (tableau ) sont ceux qui ont présenté récemment le résultat de leurs travaux à la conférence annuelle IVEC.
Aux États-Unis, CPI est la nouvelle identité de l'activité tubes électroniques autrefois propriété de Varian, qui regroupe également des activités cédées par les sociétés Eimac, Bomac, SFD, Econco et GE (TWT). L3-ED est la nouvelle identité de l'activité tubes électroniques autrefois propriété de Litton, et qui regroupe des activités cédées par les sociétés Raytheon, RCA, Sylvania, Northrop-Grumman (anciennement Hallicrafters) et GE (klystrons). L3-ETI est la nouvelle identité de l'ancienne activité tubes de Hughes Aircraft (HEDD, propriété pendant quelques années de Boeing (BEDD)). L3-ED et L3-ETI font toutes deux partie du groupe américain L3-COM. Enfin, Teledyne a repris d'anciennes activités de MEC et de Sylvania.
En Europe, Thales regroupe les activités tubes autrefois propriété des groupes Thomson, CSF, Telefunken (AEG), Siemens et ABB. e2V hérite des activités tubes de EEV et de GEC/MOV.
Si l'industrie occidentale des tubes électroniques a fait l'objet de nombreuses opérations de rationalisation, elle n'a pas subi de délocalisation de sa production (ni de sa R&D) vers des pays à bas coût de main-d'œuvre (LCC). Par contre, des concurrents sont apparus en Asie, très souvent soutenus par des autorités locales soucieuses d'indépendance nationale sur des composants jugés critiques.
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