Compréhension des mécanismes régissant le fonctionnement d'un tube hyperfréquence de type MILO (Magnetically Insulated Line Oscillator).

Overview & Synopsis

Le MILO (Magnetically Insulated Line Oscillator) est une source micro-onde de forte puissance capable de produire des puissances crêtes supérieures au gigawatt à des fréquences de quelques gigahertz. Ce tube hyperfréquence est un oscillateur à champs électrique et magnétique croisés qui ne requiert pas de structure externe pour produire le champ magnétique nécessaire au guidage du faisceau d'électrons. Ceux-ci sont produits par émission explosive à partir d'une cathode de type velours et sont accélérés par la différence de potentiel dans l'espace anode – cathode. L'anode constitue une cavité hyperfréquence capable d'emmagasiner de l'énergie électromagnétique, transférée depuis le faisceau d'électrons. Ainsi, la géométrie du tube fixe les conditions de propagation des électrons dans le vide (isolement magnétique) et les conditions de synchronisme permettant les échanges d'énergie dans la structure hyperfréquence. Cette thèse vise à détailler les caractéristiques de fonctionnement d'un MILO compact, c'est-à-dire à l'échelle ½ en comparaison des dispositifs existants, en vue d'un développement expérimental. Pour cela nous avons démontré la faisabilité d'un modèle réduit en redimensionnant tous les paramètres géométriques. Des simulations en géométrie 2D et 3D sous code PIC – Electromagnétique MAGIC ont permis de caractériser, d'une part, la structure hyperfréquence afin d'optimiser les couplages cavité – guide d'onde de sortie pour l'extraction du rayonnement et de démontrer, d'autre part, les contraintes physiques limitant la puissance micro-onde de sortie. Le prototype ainsi optimisé a conduit à la conception d'un dispositif expérimental où les tests préliminaires à froid (sans faisceau) ont montré une bonne concordance avec les prévisions théoriques. Cette thèse ouvre la voie à l'expérimentation et au développement d'une source micro-onde de puissance compacte.