Tubes électroniques hyperfréquences - Tubes de très forte puissance

Les tubes à grille présentés dans l’article [E 1 620] souffrent de la même limitation que les dispositifs état-solide : le temps mis par un électron pour parcourir les structures d’interaction (la distance cathode – grille dans ce cas) doit être petit par rapport à 1/f, où f est la fréquence du signal. Cependant, à la différence d’un transistor où ces structures peuvent atteindre des tailles sub-microniques, dans un tube à grille il est impossible de descendre sous des distances de l’ordre de la centaine de microns.

Les klystrons souffrent d’un problème analogue (les premiers klystrons disposaient de grilles en entrée/sortie des tunnels de glissement), mais leur principe de fonctionnement très différent (modulation de vitesse plutôt que modulation de densité) engendre des performances en fréquence supérieures.

Toutefois, la plupart des tubes hyperfréquences exploitent une idée totalement différente, basée sur le synchronisme entre un faisceau d’électrons et une onde électromagnétique suivant le même chemin. L’idée est la suivante : si un électron est placé dans un champ électromagnétique RF de telle façon qu’il subisse pendant une durée « relativement longue » ce qui signifie sur une durée supérieure à 1/f, l’influence d’un champ décélérateur (E>0), alors il rayonnera son énergie. Mais, comment un électron accéléré dans le vide peut-il aller à une vitesse proche de la vitesse de la lumière dans le vide ? C’est l’objet de cet article et de l’article [E 1 622] portant sur les TWT. Si l’électron est animé d’un mouvement parfaitement rectiligne à la vitesse v_e, cette condition de synchronisme implique que v_e est égal à v_ϕ la vitesse de phase de l’onde, sachant que v_ϕ est égal à ω/β où β le vecteur d’onde et ω la pulsation. Si au mouvement rectiligne de l’électron se superpose un mouvement oscillant transversal (à la pulsation Ω), la...