6.6. 5 Généralités sur les klystrons et carcinotrons

6. Electronique 6.6 Hyperfréquences
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Description

 

Principe du klystron

Un klystron est un tube électronique utilisant le principe de la modulation de vitesse des électrons (voir photo montrant son principe). Il peut être utilisé comme oscillateur ou amplificateur fonctionnant en régime continu ou pulsé.

Ce sont les frères R.H et D.F. Varian de l’Université de Stanford qui ont développé en 1937 ce composant.

 

Une cathode émissive complétée d'une optique électronique (dont une anode qui permet de moduler le faisceau) constituent le canon à électrons, dont le rôle est de créer un faisceau d'électrons denses (plusieurs centaines de mA).

On trouve ensuite un dispositif de focalisation utilisant un champ magnétique axial crée par un électroaimant ou un aimant permanent. Les effets de répulsion mutuelle des électrons s'opposent au maintien d'un long faisceau. Une vitesse radiale apparaît, la force (q.V^B) crée un mouvement de rotation autour de l'axe qui entraîne, par action du champ B sur l'électron, une force radiale qui s'oppose à la divergence du faisceau. Celui-ci, traverse une double grille qui accélère les électrons  à travers la première cavité résonante appelée entrée. Puis le faisceau traverse une deuxième cavité résonante appelée sortie. Entre les deux cavités, on trouve une chambre d’interactions ou espace de glissement. Dans la dernière cavité, les électrons cèdent partiellement leur énergie cinétique sous forme de rayonnement électromagnétique, qui est récupérée grâce à une boucle de couplage reliée à la cavité. L’onde induite varie comme l’onde initiale, mais son amplitude est plus grande, d’ou l’effet d’amplification. Le collecteur recueille le faisceau d'électrons. L'ensemble est refroidi par air ou eau selon la puissance.

Remarque:

Il existe un type de klystron appelé Reflex ne comportant qu'une seule cavité. Cette cavité est traversée deux fois, une première fois par le faisceau électronique direct puis une deuxième fois par le faisceau en sens inverse.

 
Principe du carcinotron
Tube à vide inventé par Epsztein de la société fraçaise CSF en 1951.
Le Carcinotron est appelé Backward-wave-oscillator en anglais.
Dans ce composant (voir photo montrant le principe) il n'y a pas de cavité, mais une grille de contrôle placée entre la cathode et l'anode. Le champ magnétique ne courbe pas la trajectoire des électrons mais au contraire il set à focaliser les électrons en un pinceau le plus fin possible. Le faisceau d'électrons, rectiligne, frôle une grille qui ressemble à une échelle. Cette grille, portée à une tension ajustable contrôle la vitesse des électrons au rythme de leur passage près des barreaux de l'échelle; ils sont accélérés et ralentis périodiquement. Ces électrons passant devant des obstacles périodiques créent une modulation qui tend à faire naître de proche en proche des paquets d'électrons qui grossissent et qui se traduisent par des oscillations qui remontent de l'anode vers la cathode. La longueur moyenne des barreaux de l'échelle est de l'ordre du quart de la longueur d'onde produite de façon à obtenir un effet de résonance. Cette grille en forme d'échelle agit comme une ligne à retard à obstacles périodiques où l'on a une conversion de l'énergie cinétique des électrons en ondes électromagnétique.
Cette progression à reculons de l'énergie électromagnétique à la manière d'un crabe a donné son nom au tube Carcinotron venant du mot crabe ou écrevisse en grec.