شكرًا لك على زيارة Nature.com ، إصدار المتصفح الذي تستخدمه يحتوي على دعم محدود لـ CSS ، وللحصول على أفضل تجربة ، نوصيك باستخدام متصفح محدث (أو إيقاف تشغيل وضع التوافق في Internet Explorer) ، وفي غضون ذلك ، لضمان استمرار الدعم ، سنعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
في هذا البحث ، تم تصميم والتحقق من أنبوب موجة السفر ذات الشفرة المزدوجة ذات النطاق العريض بقوة 220 جيجاهرتز والتحقق منها ، أولاً ، تم اقتراح هيكل موجة بطيئة مزدوجة النصل ذات شعاع مزدوج متداخلة. والتيار هو 2 × 80 مللي أمبير ، أهداف التصميم.باستخدام جزء القناع وقطب التحكم في مسدس الشعاع المزدوج ، يمكن تركيز شعاعي القلم الرصاص على طول مركز كل منهما بنسبة ضغط 7 ، ومسافة التركيز حوالي 0.18 مم ، والثبات جيد ، كما تم تحسين نظام التركيز المغناطيسي الموحد ، ويمكن أن تصل مسافة النقل المستقرة لشعاع الإلكترون المزدوج المستوي إلى 45 مم ، ويكون نطاق التركيز المغناطيسي العالي كافياً إلى 45 مم ، ويكون مجال التركيز المغناطيسي العالي كافياً. النظام الإلكتروني البصري وأداء بنية الموجة البطيئة ومحاكاة خلية الجسيمات (PIC) تم إجراؤها أيضًا على HFS بالكامل. أظهرت النتائج أن نظام تفاعل الحزمة يمكن أن يحقق طاقة خرج قصوى تبلغ حوالي 310 واط عند 220 جيجا هرتز ، والجهد الأمثل للحزمة هو 20.6 كيلو فولت ، وتيار الحزمة 2 × 80 مللي أمبير ، والكسب هو 38 ديسيبل ، ودقة عرض النطاق الترددي العالي 35 جيجا هرتز ، ويتحقق من عرض النطاق الترددي النسيجي البالغ 35 جيجا هرتز ، ويتجاوز 70 جيجا هرتز. أداء نظام HFS ، وأظهرت النتائج أن عرض النطاق الترددي وخصائص الإرسال متوافقة بشكل جيد مع نتائج المحاكاة ، لذلك ، من المتوقع أن يطور المخطط المقترح في هذه الورقة مصادر إشعاع نطاق تيراهيرتز عالية الطاقة وعريضة النطاق مع إمكانات للتطبيقات المستقبلية.
كجهاز إلكتروني تقليدي للفراغ ، يلعب أنبوب الموجة المتنقلة (TWT) دورًا لا يمكن الاستغناء عنه في العديد من التطبيقات مثل الرادار عالي الدقة وأنظمة الاتصالات عبر الأقمار الصناعية واستكشاف الفضاء 1،2،3 ومع ذلك ، مع دخول تردد التشغيل إلى نطاق تيراهيرتز ، لم يتمكن التجويف التقليدي المقترن TWT و TWT الحلزوني من تلبية احتياجات الناس بسبب انخفاض قدرة الإنتاج نسبيًا وصعوبة نطاق عمليات التصنيع. قضية مقلقة للغاية بالنسبة للعديد من مؤسسات البحث العلمي. في السنوات الأخيرة ، حظيت هياكل الموجة البطيئة الجديدة (SWS) ، مثل الهياكل المتداخلة ثنائية الشفرة (SDV) وهياكل الدليل الموجي المطوي (FW) ، باهتمام واسع بسبب هياكلها المستوية الطبيعية ، وخاصة SDV-SWSs الجديدة ذات الإمكانات الواعدة ، وقد تم اقتراح هذا الهيكل من قبل UC-Davis في عام 2008. يمكن أن توفر بنية الحزمة المعدنية بالكامل سعة حرارية أكبر مع طاقة إخراج أعلى وكسب ، كما يمكن للهيكل الشبيه بالدليل الموجي أن يوفر نطاقًا تردديًا أوسع للعمل. حاليًا ، أثبتت UC Davis لأول مرة في عام 2017 أن SDV-TWT يمكن أن تولد مخرجات عالية الطاقة تزيد عن 100 واط وما يقرب من 14 جيجا هرتز إشارات عرض النطاق الترددي في G-band5. - تم استخدام حزم الإلكترون الورقية SDV-TWT من Davis's. على الرغم من أن هذا المخطط يمكن أن يحسن بشكل كبير من قدرة الحمل الحالية للحزمة ، إلا أنه من الصعب الحفاظ على مسافة إرسال طويلة بسبب عدم استقرار نظام حزمة الإلكترون البصري (EOS) ، وهناك نفق شعاع فوق الوضع ، والذي قد يتسبب أيضًا في تنظيم الحزمة ذاتيًا.- الإثارة والتذبذب 6،7 من أجل تلبية متطلبات طاقة الخرج العالية وعرض النطاق الترددي الواسع والاستقرار الجيد لـ THz TWT ، تم اقتراح SDV-SWS ثنائي الشعاع مع تشغيل الوضع المزدوج في هذا البحث ، أي من أجل زيادة عرض النطاق الترددي التشغيلي ، تم اقتراح تشغيل الوضع المزدوج وإدخاله في هذا الهيكل. كثافة التيار عالية جدًا ، يجب تقليل تيار الحزمة ، مما ينتج عنه طاقة خرج منخفضة نسبيًا ، ولتحسين تيار الحزمة ، ظهرت EOS متعددة الحزم الموزعة المستوية ، والتي تستغل الحجم الجانبي لحزمة SWS ، وبسبب نفق الحزمة المستقل ، يمكن أن يحقق الحزمة المتعددة الموزعة المستوية طاقة خرج عالية عن طريق الحفاظ على تيار شعاع إجمالي مرتفع وتيار صغير لكل حزمة ، مما قد يؤدي إلى تجنب تجاوز حزمة الحزمة ، مما يؤدي إلى تجنب تجاوز حزمة الحزمة ، مما يساعد على تجنب تجاوز الحزمة ، أساس العمل السابق ، 8،9 ، تقترح هذه الورقة مجالًا مغناطيسيًا موحدًا على نطاق G-band يركز على شعاع قلم رصاص مزدوج EOS ، والذي يمكن أن يحسن بشكل كبير مسافة الإرسال المستقرة للحزمة ويزيد من منطقة تفاعل الحزمة ، وبالتالي يحسن بشكل كبير طاقة الإخراج.
هيكل هذه الورقة على النحو التالي: أولاً ، تم وصف تصميم خلية SWS مع المعلمات وتحليل خصائص التشتت ونتائج محاكاة التردد العالي ، وبعد ذلك ، وفقًا لهيكل خلية الوحدة ، تم تصميم شعاع قلم رصاص مزدوج EOS ونظام تفاعل الحزمة في هذا البحث ، كما يتم تقديم نتائج محاكاة الجسيمات داخل الخلايا للتحقق من قابلية استخدام EOS وأداء SDV-TWT بشكل موجز. ملخص.
كواحد من أهم مكونات TWT ، تشير الخصائص التشتتية لهيكل الموجة البطيئة إلى ما إذا كانت سرعة الإلكترون تتطابق مع سرعة الطور في SWS ، وبالتالي يكون لها تأثير كبير على تفاعل الحزمة مع الموجة. .وفي الوقت نفسه ، من أجل زيادة عرض النطاق الترددي للعمل ، تم اقتراح وضع مزدوج لتشغيل SWS. نظرًا لتماثل بنية SDV ، يمكن تقسيم حل معادلة تشتت المجال الكهرومغناطيسي إلى أوضاع فردية وزوجية ، وفي الوقت نفسه ، يتم استخدام الوضع الفردي الأساسي لنطاق التردد المنخفض والوضع الأساسي المتساوي لحزمة التردد العالي لتحقيق مزيد من تزامن النطاق العريض للنطاق الترددي العالي.
وفقًا لمتطلبات الطاقة ، تم تصميم الأنبوب بأكمله بجهد قيادة 20 كيلو فولت وتيار شعاع مزدوج 2 × 80 مللي أمبير من أجل مطابقة الجهد قدر الإمكان مع عرض النطاق الترددي التشغيلي لـ SDV-SWS ، نحتاج إلى حساب طول الفترة p وتظهر العلاقة بين جهد الحزمة والفترة في المعادلة (1) 10:
من خلال ضبط تحول الطور إلى 2.5 درجة عند التردد المركزي 220 جيجاهرتز ، يمكن حساب الفترة p لتكون 0.46 مم ، ويوضح الشكل 2 أ خصائص التشتت لخلية وحدة SWS ، ويتطابق خط الحزمة 20 كيلو فولت مع المنحنى الثنائي بشكل جيد للغاية ، ويمكن أن تصل نطاقات التردد المطابقة إلى حوالي 70 جيجاهرتز في النطاق 210-265.3 جيجاهرتز (الوضع الفردي) ويظهر النطاق 265.4-280 جيجاهرتز. من 210 إلى 290 جيجاهرتز ، مما يشير إلى احتمال حدوث تفاعلات قوية في عرض نطاق التشغيل.
(أ) خصائص التشتت لنظام SDV-SWS مزدوج النمط بخط إشعاع إلكتروني 20 كيلو فولت. (ب) مقاومة التفاعل لدائرة الموجة البطيئة SDV.
ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن هناك فجوة في النطاق بين الوضعين الفردي والزوجي ، وعادة ما نشير إلى فجوة النطاق هذه على أنها نطاق التوقف ، كما هو موضح في الشكل 2 أ ، إذا تم تشغيل TWT بالقرب من هذا النطاق الترددي ، فقد تحدث قوة اقتران حزمة قوية ، مما يؤدي إلى تذبذبات غير مرغوب فيها ، وفي التطبيقات العملية ، نتجنب عمومًا استخدام TWT بالقرب من النطاق الموقوف ، ومع ذلك ، يمكن ملاحظة ما إذا كان هذا النطاق بطيئًا هو 0.1 GHz. التذبذبات. لذلك ، سيتم التحقق من استقرار العملية حول نطاق التوقف في قسم محاكاة الموافقة المسبقة عن علم التالي لتحليل ما إذا كانت التذبذبات غير المرغوب فيها قد تحدث أم لا.
يظهر نموذج HFS بالكامل في الشكل 3 ، ويتكون من مرحلتين من SDV-SWS ، متصلة بواسطة عاكسات Bragg ، وتتمثل وظيفة العاكس في قطع إرسال الإشارة بين المرحلتين ، وقمع التذبذب وانعكاس أوضاع عدم العمل مثل أوضاع الترتيب العالي المتولدة بين الشفرات العلوية والسفلية ، مما يؤدي إلى تحسين استقرار الأنبوب الخطي بشكل كبير. الدليل الموجي: يُقاس معامل النقل للهيكل ذي المستويين بواسطة محلل مجال زمني في برنامج المحاكاة ثلاثية الأبعاد ، وبالنظر إلى التأثير الفعلي لنطاق تيراهيرتز على المادة ، يتم ضبط مادة غلاف الفراغ مبدئيًا على النحاس ، ويتم تقليل الموصلية إلى 2.25 × 107 S / m12.
يوضح الشكل 4 نتائج الإرسال لنظام HFS مع أو بدون المقرنات المستدقة الخطية ، وتظهر النتائج أن للمقرن تأثير ضئيل على أداء الإرسال لنظام HFS بأكمله ، وخسارة العودة (S11 <- 10 ديسيبل) وخسارة الإدراج (S21> - 5 ديسيبل) للنظام بأكمله في النطاق العريض 207 ~ 280 جيجاهرتز تبين أن HFS لها خصائص نقل جيدة.
كمصدر للطاقة للأجهزة الإلكترونية الفراغية ، يحدد مسدس الإلكترون بشكل مباشر ما إذا كان يمكن للجهاز توليد طاقة خرج كافية أم لا ، بالاقتران مع تحليل HFS في القسم الثاني ، يجب تصميم EOS ثنائي الحزمة لتوفير طاقة كافية ، في هذا الجزء ، استنادًا إلى العمل السابق في W-band8 ، 9 ، تم تصميم مسدس إلكترون بقلم رصاص مزدوج باستخدام جزء قناع مستوٍ وأقطاب تحكم.في الشكل 2 ، يتم ضبط الجهد الدافع Ua لحزم الإلكترون مبدئيًا على 20 كيلو فولت ، وتكون التيارات I لحزم الإلكترون كلاهما 80 مللي أمبير ، وقطر الحزمة dw لحزم الإلكترون 0.13 مم ، وفي نفس الوقت ، من أجل ضمان إمكانية تحقيق الكثافة الحالية لشعاع الإلكترون والكاثود ، يتم ضبط نسبة ضغط شعاع الإلكترون على كثافة 60 سم ، وبالتالي يتم ضبط كثافة تيار الإلكترون على 7 سم. القصيدة هي 86 أمبير / سم 2 ، ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مواد كاثود جديدة ، ووفقًا لنظرية التصميم 14 ، 15 ، 16 ، 17 ، يمكن التعرف على مدفع إلكترون بيرس النموذجي بشكل فريد.
يوضح الشكل 5 المخططات التخطيطية الأفقية والرأسية للمسدس ، على التوالي ، ويمكن ملاحظة أن ملف تعريف المدفع الإلكتروني في الاتجاه السيني مطابق تقريبًا لمدفع إلكترون نموذجي يشبه الصفيحة ، بينما في الاتجاه y يتم فصل حزامي الإلكترون جزئيًا بواسطة القناع. تم تحديد أبعاد سطحي الكاثود لتكون 0.91 مم × 0.13 مم.
من أجل جعل المجال الكهربائي المركّز الذي يستقبله كل شعاع إلكتروني في الاتجاه السيني متماثلًا حول مركزه ، تطبق هذه الورقة قطب تحكم على مسدس الإلكترون ، عن طريق ضبط جهد القطب المركّز وإلكترود التحكم على −20 كيلو فولت ، والجهد الموجي للأنود إلى 0 فولت ، يمكننا الحصول على توزيع مسار مسدس الشعاع المزدوج ، كما هو مبين في الشكل 6 ، يمكن رؤية الانضغاط في اتجاه التيار الكهربائي الجيد نحو y. الاتجاه السيني على طول مركز التناظر الخاص به ، مما يشير إلى أن قطب التحكم يوازن المجال الكهربائي غير المتكافئ الناتج عن قطب التركيز.
يوضح الشكل 7 مغلف الحزمة في الاتجاهين x و y ، وتظهر النتائج أن مسافة الإسقاط لحزمة الإلكترون في الاتجاه x تختلف عن تلك الموجودة في الاتجاه y ، ومسافة الإسقاط في الاتجاه x حوالي 4 مم ، ومسافة الإسقاط في الاتجاه y قريبة من 7 مم ، لذلك يجب اختيار مسافة الإسقاط الفعلية بين 4 و 7 مم ، ويظهر الشكل 8 المقطع العرضي للشكل القياسي للشكل الذي يمكن رؤيته في الشكل 8. شعاع الإلكترون الأولي ، المسافة بين شعاعي الإلكترون قريبة من التصميم المصمم 0.31 مم ، ونصف القطر حوالي 0.13 مم ، وهو ما يلبي متطلبات التصميم ، ويوضح الشكل 9 نتائج محاكاة تيار الحزمة ، ويمكن ملاحظة أن تيارات الشعاعين تبلغ 76 مللي أمبير ، وهو ما يتوافق جيدًا مع 80 مللي أمبير المصممة.
بالنظر إلى تذبذب جهد القيادة في التطبيقات العملية ، من الضروري دراسة حساسية الجهد لهذا النموذج ، ففي نطاق الجهد من 19.8 ~ 20.6 كيلو فولت ، يتم الحصول على مغلفات التيار والحزمة الحالية ، كما هو موضح في الشكل 1 والشكل 1.10 و 11 ، من النتائج ، يمكن ملاحظة أن تغيير جهد القيادة ليس له أي تأثير على غلاف شعاع الإلكترون ، لذلك فإن شعاع الإلكترون هذا يمكن أن يتغير من 0.78 إلى شعاع الإلكترون فقط. حساسية جيدة للجهد.
تأثير تقلبات الجهد الدافع على مغلفات شعاع الاتجاه x و y.
مجال التركيز المغناطيسي المنتظم هو نظام تركيز مغناطيسي دائم شائع ، نظرًا لتوزيع المجال المغناطيسي المنتظم في جميع أنحاء قناة الحزمة ، فهو مناسب جدًا لحزم الإلكترون المتناظرة المحور ، وفي هذا القسم ، يُقترح نظام تركيز مغناطيسي موحد للحفاظ على النقل لمسافات طويلة لحزم القلم المزدوج ، من خلال تحليل المجال المغناطيسي المتولد ومغلف الحزمة ، يتم اقتراح مخطط تصميم نظام التركيز ، ويمكن دراسة مشكلة الإرسال بالقلم الرصاص. محسوبة بالمعادلة (2) ، في هذا البحث ، نستخدم أيضًا هذا التكافؤ لتقدير المجال المغناطيسي لحزمة قلم رصاص مزدوجة موزعة أفقيًا ، جنبًا إلى جنب مع مدفع الإلكترون المصمم في هذا البحث ، تبلغ قيمة المجال المغناطيسي المحسوبة حوالي 4000 جيجا ، وفقًا للمرجع.20 ، 1.5-2 مرة يتم اختيار القيمة المحسوبة في التصميمات العملية.
يوضح الشكل 12 بنية نظام المجال المغناطيسي الموحد الذي يركز على المجال ، والجزء الأزرق هو المغناطيس الدائم الممغنط في الاتجاه المحوري ، واختيار المواد هو NdFeB أو FeCoNi ، أما القيمة المتبقية Br التي تم تعيينها في نموذج المحاكاة فهي 1.3 T والنفاذية هي 1.05 ، ومن أجل ضمان انتقال ثابت للشعاع في الدائرة بأكملها ، يتم ضبط طول المغناطيس في البداية على الحجم 70 مم. القناة موحدة ، الأمر الذي يتطلب ألا يكون الحجم في الاتجاه x صغيرًا جدًا ، وفي الوقت نفسه ، نظرًا للتكلفة ووزن الأنبوب بالكامل ، يجب ألا يكون حجم المغناطيس كبيرًا جدًا ، لذلك يتم ضبط المغناطيس مبدئيًا على 150 مم × 150 مم × 70 مم ، وفي الوقت نفسه ، لضمان إمكانية وضع دائرة الموجة البطيئة بالكامل في نظام التركيز ، يتم ضبط المسافة بين المغناطيس على 20 مم.
في عام 2015 ، اقترح Purna Chandra Panda21 قطعة قطب مع ثقب متدرج جديد في نظام تركيز مغناطيسي موحد ، والذي يمكن أن يقلل بشكل أكبر من حجم تسرب التدفق إلى القطب السالب والمجال المغناطيسي المستعرض المتولد عند ثقب قطعة القطب ، في هذا الورق ، نضيف هيكلًا متدرجًا إلى قطعة القطب في نظام التركيز ، ويتم ضبط سمك قطعة القطب مبدئيًا على 1.5 مم ، والمسافة والخطوات هي 0.5 مم ، والمسافة بين القطعة المقطوعة هي 0.5 مم الشكل 13.
يوضح الشكل 14 أ توزيع المجال المغناطيسي المحوري على طول الخطوط المركزية لحزمتين من الإلكترون ، ويمكن ملاحظة أن قوى المجال المغناطيسي على طول شعاعي الإلكترونين متساويتان ، وتبلغ قيمة المجال المغناطيسي حوالي 6000 Gs ، وهو 1.5 مرة من مجال Brillouin النظري لزيادة الإرسال والتركيز في الأداء ، وفي نفس الوقت ، فإن المجال المغناطيسي في القطب السالب يساوي 0 تقريبًا ، مما يشير إلى أن التأثير العكسي للقطب الذي يمنع التسرب يحتوي على تدفق مغناطيسي جيد. اتجاه z عند الحافة العلوية لحزمة الإلكترون ، ويمكن ملاحظة أن المجال المغناطيسي المستعرض أقل من 200 Gs فقط عند ثقب قطعة القطب ، بينما في دائرة الموجة البطيئة ، يكون المجال المغناطيسي المستعرض صفرًا تقريبًا ، مما يثبت أن تأثير المجال المغناطيسي المستعرض على حزمة الإلكترون لا يكاد يذكر. يمكن ملاحظة أن القيمة المطلقة لشدة المجال المغناطيسي أقل من 1.2T ، مما يشير إلى أن التشبع المغناطيسي لقطعة القطب لن يحدث.
توزيع شدة المجال المغناطيسي لـ Br = 1.3 T. (أ) توزيع المجال المحوري (ب) توزيع المجال الجانبي في الاتجاه z (ج) القيمة المطلقة لتوزيع المجال داخل القطعة القطبية.
استنادًا إلى وحدة CST PS ، تم تحسين الوضع النسبي المحوري لمسدس الشعاع المزدوج ونظام التركيز.9 والمحاكاة ، الموقع الأمثل هو المكان الذي تتداخل فيه قطعة الأنود مع قطعة القطب بعيدًا عن المغناطيس ، ومع ذلك ، فقد وجد أنه إذا تم ضبط البقية على 1.3T ، فإن نفاذية شعاع الإلكترون لا يمكن أن تصل إلى 99 ٪ ، وبزيادة البقية إلى 1.4 T ، سيتم زيادة المجال المغناطيسي البؤري إلى 6500 Gs ، ويمكن رؤية مسارات الحزمة على xoz و yoz في مخطط الإرسال. مسافة أكبر من 45 ملم.
مسارات حزم قلم رصاص مزدوجة تحت نظام مغناطيسي متجانس مع مستوى Br = 1.4 T. (a) xoz. (ب) طائرة yoz.
يوضح الشكل 16 المقطع العرضي للحزمة في مواضع مختلفة بعيدًا عن الكاثود ، ويمكن ملاحظة أن شكل قسم الحزمة في نظام التركيز يتم صيانته جيدًا ، وقطر المقطع لا يتغير كثيرًا ، ويظهر الشكل 17 مغلفات الحزمة في الاتجاهين x و y على التوالي ، ويمكن ملاحظة أن تذبذب الحزمة في كلا الاتجاهين صغير جدًا ، ويظهر الشكل 18 نتائج المحاكاة للتيار الكهربي في الاتجاهين × 80 ، ويظهر الشكل 18 نتائج المحاكاة للتيار الكهربائي × 80 م. .
المقطع العرضي لشعاع الإلكترون (مع نظام التركيز) في مواضع مختلفة بعيدًا عن الكاثود.
بالنظر إلى سلسلة من المشكلات مثل أخطاء التجميع وتقلبات الجهد والتغيرات في شدة المجال المغناطيسي في تطبيقات المعالجة العملية ، فمن الضروري تحليل حساسية نظام التركيز ، نظرًا لوجود فجوة بين قطعة القطب الموجب وقطعة القطب في المعالجة الفعلية ، يجب ضبط هذه الفجوة في المحاكاة ، تم ضبط قيمة الفجوة على 0.2 مم ويظهر الشكل 19 أ مغلف الحزمة والنتيجة الحالية في الاتجاه الصعب. النظام غير حساس لأخطاء التجميع ، بالنسبة لتقلب جهد القيادة ، يتم ضبط نطاق الخطأ على ± 0.5 كيلو فولت ، يوضح الشكل 19 ب نتائج المقارنة ، ويمكن ملاحظة أن تغيير الجهد له تأثير ضئيل على غلاف الحزمة ، يتم تعيين نطاق الخطأ من -0.02 إلى +0.03 T للتغيرات في قوة المجال المغناطيسي ، وتظهر نتائج المقارنة في الشكل 20 ، ويمكن ملاحظة أن قوة المغلف هي تغيرات المجال المغناطيسي بالكامل.
غلاف الحزمة والنتائج الحالية في ظل نظام تركيز مغناطيسي موحد (أ) تحمل التجميع 0.2 مم (ب) تذبذب جهد القيادة ± 0.5 كيلو فولت.
غلاف شعاع تحت نظام تركيز مغناطيسي موحد مع تقلبات شدة المجال المغناطيسي المحوري تتراوح من 0.63 إلى 0.68 T.
من أجل التأكد من أن نظام التركيز المصمم في هذه الورقة يمكن أن يتطابق مع HFS ، من الضروري الجمع بين نظام التركيز و HFS للبحث. يوضح الشكل 21 مقارنة بين مغلفات الحزمة مع وبدون تحميل HFS ، وتظهر النتائج أن مظروف الحزمة لا يتغير كثيرًا عند تحميل HFS بالكامل ، وبالتالي ، فإن نظام التركيز مناسب لأنبوب الموجة المتنقلة HFS من التصميم أعلاه.
للتحقق من صحة EOS المقترحة في القسم الثالث والتحقيق في أداء 220 جيجاهرتز SDV-TWT ، يتم إجراء محاكاة 3D-PIC لتفاعل الموجة الشعاعية ، نظرًا لقيود برامج المحاكاة ، لم نتمكن من إضافة EOS بالكامل إلى HFS ، لذلك تم استبدال مسدس الإلكترون بسطح انبعاث مكافئ بقطر 0.13 مم ومسافة أعلى بين السطوح الإلكترونية التي تبلغ 0.31 مم ، كما تم تصميم المسافة بين السطوح الإلكترونية نفسها من 0.31 مم. OS ، يمكن تحسين جهد القيادة بشكل صحيح لتحقيق أفضل طاقة خرج في محاكاة PIC. تُظهر نتائج المحاكاة أنه يمكن الحصول على طاقة الإخراج المشبعة والكسب عند جهد قيادة يبلغ 20.6 كيلو فولت ، وتيار شعاع 2 × 80 مللي أمبير (603 أمبير / سم 2) ، وقوة دخل قدرها 0.05 وات.
من أجل الحصول على أفضل إشارة خرج ، يجب أيضًا تحسين عدد الدورات ، حيث يتم الحصول على أفضل قدرة خرج عندما يكون عدد المرحلتين 42 + 48 دورة ، كما هو موضح في الشكل 22 أ ، يتم تضخيم إشارة إدخال 0.05 واط إلى 314 واط مع كسب 38 ديسيبل ، ويكون طيف الطاقة الناتج الذي تم الحصول عليه بواسطة تحويل فورييه السريع (FFT) نقيًا ، ويظهر هذا التوزيع الكهربائي في الذروة عند 220 جيجاهرتز ، ويظهر الشكل F في معظم الطاقة الكهربية. يشير إلى أن SDV-SWS يمكنه تحويل الطاقة الحركية للإلكترونات إلى إشارات RF ، وبالتالي تحقيق تضخيم الإشارة.
إشارة خرج SDV-SWS عند 220 جيجاهرتز (أ) طاقة الإخراج مع الطيف المتضمن (ب) توزيع طاقة الإلكترونات مع حزمة الإلكترون في نهاية SWS أقحم.
يوضح الشكل 23 عرض النطاق الترددي لطاقة الخرج واكتساب SDV-TWT ثنائي الشعاع ثنائي الوضع ، ويمكن تحسين أداء الإخراج بشكل أكبر عن طريق كنس الترددات من 200 إلى 275 جيجاهرتز وتحسين جهد المحرك ، وتوضح هذه النتيجة أن عرض النطاق الترددي 3 ديسيبل يمكن أن يغطي 205 إلى 275 جيجاهرتز ، مما يعني أن التشغيل ثنائي الوضع يمكن أن يوسع عرض النطاق الترددي التشغيلي بشكل كبير.
ومع ذلك ، وفقًا للشكل 2 أ ، نعلم أن هناك نطاق توقف بين الوضعين الفردي والزوجي ، مما قد يؤدي إلى تذبذبات غير مرغوب فيها ، لذلك يجب دراسة استقرار العمل حول نقاط التوقف ، والأشكال 24 أ-ج هي نتائج محاكاة 20 نانوثانية عند 265.3 جيجاهرتز و 265.35 جيجاهرتز و 265.4 جيجاهرتز على التوالي ، ويمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن نتائج المحاكاة ثابتة ، إلا أن بعض الطيف الناتج على التوالي هو الشكل 24 أ-ج. تشير هذه النتائج إلى عدم وجود تذبذب ذاتي بالقرب من نطاق التوقف.
التصنيع والقياس ضروريان للتحقق من صحة نظام HFS بالكامل. في هذا الجزء ، يتم تصنيع HFS باستخدام تقنية التحكم العددي بالكمبيوتر (CNC) بقطر أداة يبلغ 0.1 مم ودقة تشغيل تصل إلى 10 ميكرومتر ، ويتم توفير مادة الهيكل عالي التردد من خلال هيكل نحاسي عالي التوصيل خالٍ من الأكسجين (OFHC) ، ويظهر الشكل 25 أ الهيكل المُصنَّع ، ويبلغ طول الهيكل بأكمله حوالي 8.66 مم وطول يبلغ 8.66 مم. يوضح الشكل 25 ب الهيكل عن طريق المسح المجهري الإلكتروني (SEM). يتم إنتاج شفرات هذا الهيكل بشكل موحد ولها خشونة سطح جيدة. بعد القياس الدقيق ، يكون خطأ المعالجة الكلي أقل من 5 ٪ ، وخشونة السطح حوالي 0.4 ميكرومتر ، هيكل الماكينة يلبي متطلبات التصميم والدقة.
يوضح الشكل 26 المقارنة بين نتائج الاختبار الفعلية ومحاكاة أداء الإرسال ، ويتوافق المنفذ 1 والمنفذ 2 في الشكل 26 أ مع منافذ الإدخال والإخراج الخاصة بـ HFS ، على التوالي ، وهما مكافئتان للمنفذ 1 والمنفذ 4 في الشكل 3 ، ونتائج القياس الفعلية لـ S11 أفضل قليلاً من نتائج المحاكاة ، وفي نفس الوقت ، تكون النتائج المقاسة لـ S21 أسوأ قليلاً ، وقد يكون السبب هو أن الموصلية المادية للسطح تم ضبطها بشكل كبير في النتيجة ، توافق جيد مع نتائج المحاكاة ، وعرض النطاق الترددي للإرسال يلبي متطلبات 70 جيجاهرتز ، والتي تتحقق من جدوى وصحة الوضع المزدوج المقترح SDV-TWT ، لذلك ، جنبًا إلى جنب مع عملية التصنيع الفعلية ونتائج الاختبار ، يمكن استخدام تصميم SDV-TWT ثنائي الحزمة واسع النطاق المقترح في هذه الورقة للتصنيع والتطبيقات اللاحقة.
في هذا البحث ، تم تقديم تصميم تفصيلي لتوزيع مستوي 220 جيجاهرتز SDV-TWT مزدوج الشعاع. الجمع بين التشغيل ثنائي الوضع وإثارة الحزمة المزدوجة يزيد من عرض النطاق الترددي التشغيلي وطاقة الخرج ، كما يتم إجراء اختبار التصنيع والباردة للتحقق من صحة نظام HFS بالكامل.تتوافق نتائج القياس الفعلية بشكل جيد مع نتائج المحاكاة ، بالنسبة إلى EOS المصمم ثنائي الشعاع ، تم استخدام قسم قناع وأقطاب تحكم معًا لإنتاج شعاع من قلمين ، وتحت المجال المغناطيسي للتركيز الموحد المصمم ، يمكن نقل شعاع الإلكترون بثبات عبر مسافات طويلة مع شكل جيد ، وفي المستقبل ، سيتم تنفيذ إنتاج واختبار EOS ، وسيتم تنفيذ الاختبار الحراري لمخطط TWT الحالي بالكامل. ويظهر إمكانات كبيرة في مؤشرات الأداء والمعالجة والتجميع. لذلك ، تعتقد هذه الورقة أن الهيكل المستوي من المرجح أن يصبح اتجاه تطوير الأجهزة الإلكترونية الفراغية في نطاق تيراهيرتز.
تم تضمين معظم البيانات الأولية والنماذج التحليلية في هذه الدراسة في هذه الورقة ، ويمكن الحصول على مزيد من المعلومات ذات الصلة من المؤلف المقابل بناءً على طلب معقول.
Gamzina ، D. وآخرون ، التصنيع باستخدام الحاسب الآلي النانوي للإلكترونيات الفراغية دون تيراهيرتز. IEEE Trans.electronic devices 63، 4067-4073 (2016).
مالك أبادي ، أ. وباولوني ، ج.الميكانيكا الدقيقة. الإلكترونيات الدقيقة 26 ، 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
ديلون ، إس إس وآخرون 2017 خارطة طريق تقنية THz.Physics.D to application.physics.50، 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin، YM، Barnett، LR & Luhmann، NC حبس قوي لانتشار الموجة البلازمية عبر أدلة موجية مزدوجة الشبكة متداخلة فائقة السرعة .application.physics.Wright.93، 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig ، A. وآخرون ، أداء مكبرات الصوت النانوية باستخدام الحاسب الآلي 220 جيجا هرتز.
Han ، Y. & Ruan ، CJ التحقيق في عدم استقرار ديوكوترون لأشعة الإلكترون ذات الألواح العريضة اللامتناهية باستخدام نظرية نموذج السائل البارد العياني. تشين فيز ب 20 ، 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy ، AV حول فرصة زيادة عرض النطاق الترددي من خلال التخطيط المستوي للحزمة في klystron متعدد الحزم. في المؤتمر الدولي الثاني عشر IEEE للإلكترونيات الفراغية ، بنغالور ، الهند ، 5747003 ، 317-318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
نجوين ، سي جيه وآخرون ، تصميم مدافع إلكترونية ثلاثية الحزم مع توزيع شعاع ضيق لتقسيم الطائرة في أنبوب موجة متحرك مزدوج الشفرة متداخلة على نطاق W [J]. العلوم.11 ، 940. https: //doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
قام Wang، PP، Su، YY، Zhang، Z.، Wang، WB & Ruan، CJ Planar بتوزيع نظام إلكتروني ضوئي ثلاثي الشعاع مع فصل شعاع ضيق للوضع الأساسي للنطاق W TWT.IEEE Trans.electronic للأجهزة الإلكترونية 68 ، 5215-5219 (2021).
Zhan ، M. بحث حول أنبوب الموجة المتنقلة ذو الشفرة المزدوجة المتشابكة مع حزم صفائح الموجة المليمترية 20-22 (دكتوراه ، جامعة Beihang ، 2018).
Ruan، CJ، Zhang، HF، Tao، J. & He، Y.