Tubes électroniques hyperfréquences - Tubes à onde progressive

Qu’il s’agisse de tubes électroniques ou d’accélérateurs de particules, il existe deux grands processus d’interaction entre un faisceau électronique et une onde électromagnétique se propageant le long d’une structure linéaire, permettant un échange d’énergie : le faisceau interagit soit avec une onde stationnaire (standing wave) comme dans un klystron, soit avec une onde en mouvement (traveling wave). Ces deux processus diffèrent par la condition de synchronisme entre le faisceau et l’onde qui permet l’échange d’énergie. Comme leur nom l’indique, les TWT (Traveling-Wave Tubes, TOP pour Tubes à Onde Progressive en français) appartiennent à la deuxième catégorie, et pour une raison qui apparaîtra dans la suite de cet article, on appelle ces dispositifs des tubes à onde lente. Les TWT se distinguent des klystrons par une bande passante plus importante (de 10% à plus de deux octaves) et ils se prêtent bien à l’amplification de signaux radar ou de communication au-delà de 1GHz. Les principes de fonctionnement sont expliqués, d’abord dans les grandes lignes, puis à l’aide de la théorie de Pierce : le fonctionnement d’un TWT n’est pas intuitif et, de l’avis de l’auteur, l’exposé de cette théorie est nécessaire. Les performances actuelles et accessibles des tubes à hélice sont déduites, et les principaux domaines d'utilisation sont introduits, en insistant particulièrement sur les télécommunications spatiales ; on s’intéressera à cette occasion aux performances en linéarité, mono- ou multi-porteuses, avec ou sans linéariseur. Dans une deuxième section, les tubes à ligne métallique sont décrits. Ces tubes permettent d’atteindre des puissances importantes (jusqu’à quelques centaines de kilowatts) en bande basse (sous 10GHz) et il en existe jusque vers 100GHz, voire au-delà ; un point sera fait sur l’état de la recherche dans les bandes millimétriques, très active depuis 2005 environ.

Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes importants de l’article, ainsi qu’un tableau des acronymes et un tableau des symboles utilisés.