Les Principes du Radar

Klystron à interaction élargie (KIE)

Le klystron à interaction élargie (KIE) est une technologie qui conserve la robustesse et la puissance du klystron conventionnel mais permet un raffinement sur les klystrons à deux cavités résonnantes et les tubes à onde progressive à cavités couplées. Le KIE permet de moduler en vitesse un faisceau linéaire d’électrons à haute puissance, comme le klystron, tout en ayant une bande passante plus grande que celle d’un tube à onde progressive.

Ce résultat est obtenu dans les fréquences millimétriques grâce à l’introduction de fentes successives servant de cavités résonnantes couplées. Le nombre de fentes et leur interaction peut varier selon l’application à laquelle est destiné le KIE. Un circuit de radiofréquences de type échelle a une grande efficacité et est stable thermiquement aux fréquences submillimétriques tout en opérant avec un faisceau d’électron à tension moyenne. Les KIE opèrent couramment entre 18 to 280 GHz.

La figure 1 montre le diagramme d’un KIE. Les électrons émis par la cathode sont focalisés et accélérés par le canon à électrons à travers l’anode. L’accélération est produite par la grande différence de voltage entre la cathode et l’anode. Ils passent par de petits trous dans cette dernière. De l’autre côté, les électrons ont une vitesse initiale constante et le faisceau est confiné par le champ d’un aimant permanent pour passer au centre d’un tunnel dont les parois sont en créneaux. Chacune des fentes entre en résonnance, grâce à l’induction de courant dans ses parois, et agit comme une structure de retard comme dans le cas d’un tube à onde progressive. Le rôle de cette structure est de guider une onde électromagnétique à une vitesse de phase voisine de la vitesse des électrons du faisceau. Le nombre de créneaux est choisi pour moduler la vitesse des électrons dans le faisceau et ainsi générer une onde radiofréquence stable dans les cavités résonnantes. Après avoir ainsi transféré son énergie dans le tunnel, le faisceau termine son trajet dans un collecteur à bague.

Ce circuit de radiofréquences à multiples cavités est simple, robuste et possède une impédance élevée. Il permet une modulation efficace du faisceau et l’échange entre le champ de radiofréquences et le faisceau d’électron sur une large plage de fréquences. Il donne également un fort gain par unité de longueur et permet d’utiliser des aimants permanents pour la focalisation. Le résultat est un faisceau d’électrons très compact et un appareil très peu encombrant. Dans le cas d’un système à impulsions, une électrode de focalisation avec grille est ajoutée pour servir d’interrupteur au faisceau. Une courte série de cavités en créneaux minimise les modes parasites et afin d’obtenir un signal stable avec un faible bruit.

Oscillateur à interaction élargie

L’oscillateur à interaction élargie (OIE) est un appareil à cavité unique avec des créneaux d’interaction qui fonctionnent comme un tube à onde progressives à cavités couplées qui aurait une très fort couplage entre ses résonateurs. Avec un faisceau à fort débit d’électrons, une oscillation soutenue est obtenue. Un réglage de la fréquence de l’ordre de 0,4% peut être obtenu grâce à la variation de la tension accélérant le faisceau.