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Jan 26, 2024

Traveling Wave Tubes : une précision intemporelle qui va loin

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Savez-vous ce qu'est un tube à ondes progressives, ce qu'il fait et comment il est fabriqué ? Une nouvelle vidéo met en lumière l'innovation, l'artisanat et la précision nécessaires à cette merveille technologique, raffinée par le leader mondial Thales pendant de nombreuses décennies.

À une époque soutenue par des quintillions d'appareils à semi-conducteurs - les semi-conducteurs et les puces de microprocesseur de tous nos appareils électroniques grand public - devriez-vous même vous soucier des tubes à vide ? Oui est la réponse courte, car sans ces objets complexes amplifiant les signaux provenant des satellites et des radars, de nombreux outils sur lesquels nous comptons aujourd'hui pour voyager, travailler et pour nos loisirs ne seraient pas possibles.

En termes simples, le tube fait partie intégrante de ces émetteurs, où le signal d'entrée est souvent très faible et la sortie doit être de haute puissance. Les dispositifs à semi-conducteurs - qui ont besoin de grandes quantités d'énergie pour fonctionner et se refroidir - ne peuvent pas remplir ce rôle, en particulier compte tenu des immenses distances que les signaux doivent parcourir, de la durée de fonctionnement des émetteurs et de la quantité d'énergie disponible. .

L'histoire de ces tubes - connus sous le nom de tubes à ondes progressives (TOP) - remonte à près de 80 ans, aux recherches effectuées par Rudolf Kompfner dans un laboratoire radar de l'Amirauté britannique pendant la Seconde Guerre mondiale. Son invention était centrée sur un tube électronique à vide capable d'amplifier les signaux micro-ondes à large bande pour augmenter considérablement la portée des communications sans fil.

Peu de temps après la fin de la guerre, Thales - alors connu sous le nom de CSF - avait créé ses propres centres de R&D et de production spécialisés dans les TOP, produisant des radars et des systèmes de communication qui contribueront au lancement de l'industrie spatiale dans les années 1970. Aujourd'hui, Thales est le premier fournisseur mondial de tubes à ondes progressives pour les marchés de l'espace, de la défense et des satcoms.

La plupart des données envoyées par les satellites utilisent aujourd'hui un amplificateur Thales. Plusieurs milliers de TOP Thales ont été lancés en orbite depuis 1974, fournissant plus de 900 millions d'heures de fonctionnement. Ils aident même à transmettre les données de la mission Exo Mars et à comprendre les mondes à la périphérie de notre système solaire grâce à la mission New Horizons. Vous pouvez voir les détails de toutes les missions auxquelles nos TWT participent ici.

Depuis plus de 70 ans, les femmes et les hommes de Thales repoussent les limites de la physique pour connecter les gens grâce à des produits d'exception conçus pour durer même dans les environnements les plus sévères. Sur nos sites de Vélizy, Thonon et Ulm, ingénieurs, techniciens et opérateurs partagent un savoir-faire inégalé réparti sur plus de 60 métiers. Chaque composant est construit et testé avec une extrême précision car le succès de chaque mission spatiale – et les communications sur lesquelles nous comptons tous – dépendent de nos tubes.

Voyez comment tous les éléments sont assemblés et comment le tube fonctionne dans la vidéo ci-dessous.

Un tube à ondes progressives amplifie une onde électromagnétique modulée afin de transmettre des données. A l'intérieur de l'enveloppe sous vide, l'onde électromagnétique interagit avec un faisceau d'électrons. Parce que les deux se déplacent à peu près à la même vitesse, les électrons transmettent leur énergie cinétique à l'onde, un effet connu sous le nom d'effet Cherenkov. L'analogie la plus simple que nous pouvons fournir est un avion voyageant légèrement au-dessus du mur du son et rayonnant son énergie cinétique sous la forme d'une onde sonore.

L'amplification des ondes électromagnétiques est ce qui rend possible un grand nombre d'applications, des fours à micro-ondes aux radars et satellites.

Thales est largement reconnu comme un pionnier et un innovateur dans le domaine des TOP. Nous avons constamment développé cette technologie pour atteindre des améliorations décisives en matière d'efficacité électrique et de performances thermiques. Dans les fréquences micro-ondes, le TOP offre une efficacité électrique qui sera inaccessible par les technologies à semi-conducteurs compétitives dans un avenir prévisible. Cela les rend très attrayants pour les applications spatiales où le refroidissement des appareils électriques peut être difficile.

Comment ça marche?

Un faisceau d'électrons est extrait d'une cathode chauffée et accéléré par un champ électrique statique à l'intérieur du canon TWT. Le faisceau d'électrons interagit alors avec une onde électromagnétique injectée dans une structure à ondes lentes, généralement une hélice, où le faisceau libère environ 30 % de son énergie. En bout de ligne, les électrons finissent leur parcours dans un collecteur déprimé où une grande partie de leur énergie cinétique restante est récupérée et réinjectée dans le système. Le fait que l'électron voyage dans le vide sans subir de pertes de résistance ohmique explique pourquoi le rendement total est si élevé, supérieur à 70% même à plus de 10 GHz.