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Auteur(s)
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Thierry LEMOINE : Directeur technique, THALES Composants et Sous-systèmes
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le premier article sur les tubes électroniques a proposé un aperçu des technologies de base à tout tube électronique : cathodes, optique électronique, vide et haute tension... Les tubes à grille, les klystrons et les IOT (« Inductive Output Tube ») ont également fait l'objet d'une introduction. Cette seconde partie se focalise sur les familles de tubes absents de la première partie : TWT (« Traveling-Wave Tube », ou tube à ondes progressives, TOP en français), magnétrons, gyrotrons. Les principes de fonctionnement sont expliqués, ainsi que les performances actuelles et accessibles, et les principaux domaines d'utilisation sont introduits. Un paragraphe est ensuite dédié aux éléments de comparaison entre solutions « à tube » et solutions « état solide ». Enfin, une brève revue des acteurs industriels et académiques est proposée dans la fiche documentaire « Pour en savoir plus » .
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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- Version courante de mai 2017 par Thierry LEMOINE
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Autres familles de tubes électroniques4. Gyrotrons
Nota : le lecteur pourra consulter la référence .
4.1 Principe de fonctionnement du gyrotron
Comme les magnétrons, les gyrotrons sont des oscillateurs (ils accrochent sur du bruit), sauf qu'ils sont utilisés à des fréquences beaucoup plus élevées (entre 50 et 200 GHz, voire au-delà). Ils fournissent des puissances fantastiques (jusqu'à 2 MW CW) et sont réservés à des applications très particulières, dont certaines sont suffisamment importantes pour qu'ils soient présentés ici.
Exemple : c'est le cas de la fusion thermonucléaire ; il y aura une vingtaine de gyrotrons pour alimenter le réacteur ITER.
Imaginés dans les années 1950, leur fonctionnement est plus complexe que celui d’un tube traditionnel, et nous n’en donnerons qu’un aperçu simplifié. Les électrons sont générés par une cathode imprégnée et accélérés par un canon. Ils traversent un guide d’onde cylindrique orienté selon l’axe z (calé sur une fréquence f = ω/2π), où a lieu la mise en paquets et le rayonnement de l’énergie. Ils sont ensuite récupérés par un collecteur, généralement déprimé (figure 22).
Lorsqu’ils traversent le guide d’onde, les électrons sont plongés dans un champ magnétostatique longitudinal B, qui leur imprime une trajectoire hélicoïdale avec une pulsation gyromagnétique : ωB = eB/m. Le canon est conçu de telle sorte que leur vitesse transverse vt soit 30 % supérieure à leur vitesse longitudinale vz. La mise en paquet s’effectue le long de ces hélices virtuelles, sous l’effet du champ RF (pulsation ω) qui se propage dans le guide dans la même direction que les électrons (figure 23). À la différence d’un TWT ou d’un klystron, le champ électrique RF est transverse (mode TE) avec une amplitude nulle au centre et maximale environ à la moitié du rayon de la cavité cylindrique. Pour optimiser l’interaction, le faisceau doit donc avoir une forme annulaire, d’où l’utilisation d’un canon « MIG » (Magnetron Injection Gun) :...
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Gyrotrons
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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