Tubes électroniques hyperfréquences - Technologies et tubes à grille

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 (avec une fabrication en série de tubes au rendement électrique supérieur à 70 % en bande étroite et à 50 % en très large bande) ; l’amélioration de la fiabilité d’un facteur compris entre 10 et 100 ; ainsi, les amplificateurs spatiaux présentent des MTBF supérieurs à 5 millions d’heures et une durée de vie de presque 20 ans en fonctionnement continu !

Cet article donne un aperçu des technologies de base à tout tube électronique : fonctionnement et durée de vie des cathodes, conception de l’optique électronique, vide et haute tension... Dans un deuxième temps, les tubes à grille (triodes, tétrodes et diacrodes), puis les IOT ( Inductive Output Tubes ) sont introduits : leur principe de fonctionnement est présenté, leurs performances sont décrites. Ces dispositifs sont caractérisés par l’utilisation d’une grille pour moduler le faisceau à la fréquence du signal, comme dans un transistor à effet de champ.

L’article [E1621] est consacré aux tubes hyperfréquence de forte puissance (klystrons, tubes à champs croisés (dont les magnétrons) et gyrotrons), et l’article [E1622] aux tubes à ondes progressives....