Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Bu yazıda 220 GHz genişzolaqlı yüksək güclü interleaved iki qanadlı səyahət dalğa borusu dizayn edilmiş və yoxlanılmışdır. Birincisi, planar ikiqat şüalı pilləli iki qanadlı yavaş dalğa quruluşu təklif olunur. İkili rejimli əməliyyat sxemindən istifadə etməklə ötürmə performansı və bant genişliyi bir rejimdə hərəkətin gücünü artırmaq və dalğanın yüksək çıxış tələblərinə cavab vermək üçün təxminən iki dəfədir. boru, ikiqat karandaş formalı elektron optik sistem nəzərdə tutulmuşdur, hərəkət gərginliyi 20~21 kV və cərəyan 2 × 80 mA-dır. Dizayn məqsədləri. Qoşa şüa tapançasında maska ​​hissəsi və nəzarət elektrodundan istifadə etməklə, iki karandaş şüası sıxılma nisbəti 7 olan müvafiq mərkəzlər boyunca fokuslana bilər, fokuslanma məsafəsi təxminən 18 mm-dir. Həmçinin optimallaşdırılmışdır. Müstəvi ikiqat elektron şüasının sabit ötürmə məsafəsi 45 mm-ə çata bilər və fokuslanan maqnit sahəsi 0,6 T-dir ki, bu da bütün yüksək tezlikli sistemi (HFS) əhatə etmək üçün kifayətdir. Daha sonra elektron-optik sistemin yararlılığını və yavaş dalğa strukturunun işini yoxlamaq üçün hissəcik hüceyrəsi (PIC) sistemində H simulyasiyasının bütün nəticələrinə nail ola biləcəyini göstərir. 220 GHz-də təxminən 310 Vt pik çıxış gücü, optimallaşdırılmış şüa gərginliyi 20,6 kV, şüa cərəyanı 2 × 80 mA, qazanc 38 dB və 3 dB bant genişliyi 35 dB-dən artıq təxminən 70 GHz. Nəhayət, yüksək dəqiqlikli ötürülmə və HF diapazonunun performansını göstərən mikrostrukturun performansını və nəticələrinin ötürülməsinin nəticələrini göstərir. simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğunluq təşkil edir. Buna görə də, bu sənəddə təklif olunan sxemin gələcək tətbiqlər üçün potensialı olan yüksək güclü, ultra genişzolaqlı terahertz diapazonlu radiasiya mənbələrini inkişaf etdirməsi gözlənilir.
Ənənəvi vakuum elektron cihaz kimi səyahət dalğa borusu (TWT) yüksək ayırdetməli radar, peyk rabitə sistemləri və kosmosun tədqiqi1,2,3 kimi bir çox tətbiqlərdə əvəzolunmaz rol oynayır. Bununla belə, əməliyyat tezliyi terahertz diapazonuna daxil olduğundan, ənənəvi birləşmiş boşluqlu TWT və spiral TWT, insanların nisbi olaraq aşağı eni enerji ehtiyaclarını qarşılaya bilmirdi. proseslər. Buna görə də, THz diapazonunun performansının hərtərəfli yaxşılaşdırılması bir çox elmi tədqiqat institutları üçün çox narahat olan məsələyə çevrilmişdir. Son illərdə pilləli ikiqat qanadlı (SDV) strukturlar və bükülmüş dalğa ötürücü (FW) strukturları kimi yeni yavaş dalğa strukturları (SWS-lər) təbii planlama potensialı olmayan strukturlarına görə geniş diqqət aldılar. 20084-cü ildə UC-Davis tərəfindən hazırlanmışdır.Müstəvi struktur kompüter ədədi idarəetmə (CNC) və UV-LIGA kimi mikro-nano emal üsulları ilə asanlıqla hazırlana bilər, bütün metal paket quruluşu daha yüksək çıxış gücü və qazanc ilə daha böyük istilik tutumu təmin edə bilər və dalğa bələdçisinə bənzər struktur da daha geniş iş bant genişliyi təmin edə bilər. G-bandında 100 Vt-dan çox güc çıxışı və təxminən 14 GHz bant genişliyi siqnalları5. Bununla belə, bu nəticələrdə hələ də terahertz diapazonunda yüksək güc və geniş bant genişliyi tələblərinə cavab verə bilməyən boşluqlar var. UC-Davis-in G-zolağı SDV-TWT üçün təbəqə elektron şüalarından istifadə edilmişdir. təbəqə şüa elektron optik sisteminin (EOS) qeyri-sabitliyinə və həddindən artıq rejimli şüa tuneli var ki, bu da şüanın özünü tənzimləməsinə səbəb ola bilər.– Həyəcan və salınım 6,7. THz TWT-nin yüksək çıxış gücü, geniş bant genişliyi və yaxşı dayanıqlığı tələblərinə cavab vermək üçün bu işdə ikili rejimli əməliyyata malik ikili şüalı SDV-SWS təklif edilmişdir. Yəni, əməliyyat bant genişliyini artırmaq üçün ikili rejimli əməliyyat təklif edilir və tətbiq edilir, bu strukturda gücün artırılması üçün ikiqat paylama planı da nəzərdə tutulur. Tək karandaş şüa radioları şaquli ölçü məhdudiyyətlərinə görə nisbətən kiçikdir. Cari sıxlıq çox yüksək olarsa, şüa cərəyanını azaltmaq lazımdır, nəticədə nisbətən aşağı çıxış gücü yaranır. Şüa cərəyanını yaxşılaşdırmaq üçün SWS-in yanal ölçüsündən istifadə edən planar paylanmış çoxşütlü EOS yaranmışdır. ümumi şüa cərəyanı və hər şüa üçün kiçik cərəyan, təbəqə-şüa cihazları ilə müqayisədə həddindən artıq rejimdə şüa tunelinin qarşısını ala bilər. Buna görə də, hərəkət edən dalğa borusunun sabitliyini qorumaq faydalıdır. Əvvəlki iş8,9 əsasında bu sənəd ikiqat karandaş şüası EOS-a fokuslanan G-zolağı vahid maqnit sahəsini təklif edir ki, bu da orada olan ərazinin ötürülməsini və ötürülməsini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər. çıxış gücü.
Bu sənədin strukturu aşağıdakı kimidir. Əvvəlcə parametrləri, dispersiya xüsusiyyətlərinin təhlili və yüksək tezlikli simulyasiya nəticələri ilə SWS hüceyrə dizaynı təsvir edilmişdir. Sonra vahid hüceyrənin strukturuna uyğun olaraq, bu yazıda ikiqat karandaş şüası EOS və şüa qarşılıqlı əlaqə sistemi nəzərdə tutulmuşdur. Hüceyrədaxili hissəciklərin simulyasiyasının nəticələri də EOS-in istifadəyə yararlılığını yoxlamaq üçün təqdim olunur. bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün nəticələr. Nəhayət, xülasə hazırlayın.
TWT-nin ən vacib komponentlərindən biri kimi, yavaş dalğa strukturunun dispersiya xüsusiyyətləri elektron sürətinin SWS-nin faza sürətinə uyğun olub-olmadığını göstərir və beləliklə, şüa-dalğa qarşılıqlı təsirinə böyük təsir göstərir. Bütün TWT-nin işini yaxşılaşdırmaq üçün təkmilləşdirilmiş qarşılıqlı təsir strukturu nəzərdə tutulmuşdur. Vahid hüceyrənin strukturu vərəq 1-də güc həddi olan bölmədə göstərilmişdir. şüa, struktur çıxış gücünü və əməliyyat sabitliyini daha da yaxşılaşdırmaq üçün ikiqat qələm şüasını qəbul edir.Eyni zamanda, işçi bant genişliyini artırmaq üçün SWS-nin işləməsi üçün ikili rejim təklif edilmişdir. SDV strukturunun simmetriyasına görə, elektromaqnit sahəsinin dispersiya tənliyinin həlli tək və cüt rejimlərə bölünə bilər. Eyni zamanda, aşağı tezlik diapazonunun əsas tək rejimi və burada yüksək tezlik diapazonunun diapazonu ilə sinxronizasiyasının əsaslı cüt rejimi istifadə olunur. iş bant genişliyi.
Güc tələblərinə uyğun olaraq, bütün boru 20 kV sürücülük gərginliyi və 2 × 80 mA ikiqat şüa cərəyanı ilə nəzərdə tutulmuşdur. Gərginliyi SDV-SWS-nin iş bant genişliyinə mümkün qədər yaxınlaşdırmaq üçün p dövrünün uzunluğunu hesablamalıyıq. Şüa gərginliyi ilə dövr arasındakı əlaqə (1) 10 tənliyində göstərilmişdir:
220 GHz mərkəz tezliyində faza sürüşməsini 2,5π-ə təyin etməklə, p müddətini 0,46 mm olaraq hesablamaq olar. Şəkil 2a SWS vahid hüceyrəsinin dispersiya xassələrini göstərir. 20 kV-lik şüa xətti bimodal əyriyə çox yaxşı uyğun gəlir. Uyğun tezlik diapazonları təxminən 70 GHz-ə çata bilər - 0,2-24 GHz-də 3-0,5-200 GHz. 280 GHz (cüt rejim) diapazonları. Şəkil 2b, 210-dan 290 GHz-ə qədər 0,6 Ω-dən çox olan orta birləşmə empedansını göstərir və bu, əməliyyat bant genişliyində güclü qarşılıqlı təsirlərin baş verə biləcəyini göstərir.
(a) 20 kV elektron şüa xətti ilə ikili rejimli SDV-SWS-nin dispersiya xüsusiyyətləri. (b) SDV yavaş dalğa dövrəsinin qarşılıqlı təsir empedansı.
Bununla belə, qeyd etmək vacibdir ki, tək və cüt rejimlər arasında bir zolaq boşluğu var və biz adətən bu zolaq boşluğunu Şəkil 2a-da göstərildiyi kimi dayandırma zolağı kimi adlandırırıq. Əgər TWT bu tezlik diapazonunun yaxınlığında işlədilirsə, güclü şüa birləşmə gücü yarana bilər ki, bu da arzuolunmaz rəqslərə səbəb olacaq. Praktik tətbiqlərdə biz ümumiyyətlə TWT-dən istifadə etməkdən çəkinirik ki, dayanma zolağının yaxınlığında bu boşluq görünür. GHz. Bu kiçik diapazon boşluğunun rəqslərə səbəb olub-olmadığını müəyyən etmək çətindir. Buna görə də, dayanma zolağı ətrafında əməliyyatın sabitliyi arzuolunmaz rəqslərin baş verib-verməyəcəyini təhlil etmək üçün aşağıdakı PIC simulyasiya bölməsində araşdırılacaq.
Bütün HFS-nin modeli Şəkil 3-də göstərilmişdir. Bragg reflektorları ilə birləşdirilmiş SDV-SWS-in iki mərhələsindən ibarətdir. Reflektorun funksiyası iki mərhələ arasında siqnal ötürülməsini kəsmək, yuxarı və aşağı arasında yaranan yüksək nizamlı rejimlər kimi işləməyən rejimlərin salınımını və əksini boğmaqdan ibarətdir, burada boru kəmərinin xarici mühitə sabitliyini gücləndirir. pered birləşdiricisi həmçinin SWS-ni WR-4 standart dalğa qurğusuna qoşmaq üçün istifadə olunur. İkisəviyyəli strukturun ötürmə əmsalı 3D simulyasiya proqramında zaman domeninin həlledicisi ilə ölçülür. Terahertz diapazonunun materiala faktiki təsirini nəzərə alaraq, vakuum zərfinin materialı əvvəlcə misə qoyulur və keçiricilik S27x12 m-ə qədər azalır.
Şəkil 4 xətti konik bağlayıcılar olan və olmayan HFS üçün ötürmə nəticələrini göstərir. Nəticələr göstərir ki, birləşdirici bütün HFS-nin ötürülmə performansına az təsir göstərir. 207~280 GHz-də bütün sistemin geri qaytarma itkisi (S11 < − 10 dB) və daxiletmə itkisi (S21 > − 5 dB) HFS genişzolaqlı ötürülmə xüsusiyyətlərinin yaxşı olduğunu göstərir.
Vakuum elektron cihazların enerji təchizatı kimi, cihazın II hissədəki HF-lərin hfs analizi ilə kifayət qədər güc təmin edə biləcəyini müəyyənləşdirən, İkiqat şüa eOS-un W-Band8,9-dakı əvvəlki işlərə əsaslanaraq, bir planar maska ​​hissəsi və nəzarət elektrodları istifadə edərək hazırlanmışdır.2, elektron şüalarının hərəkət gərginliyi Ua ilkin olaraq 20 kV, iki elektron şüasının cərəyanları I həm 80 mA, həm də elektron şüalarının şüa diametri dw 0,13 mm-dir. elektron şüasının cari sıxlığı 603 A/sm2, katodun cari sıxlığı isə 86 A/sm2-dir ki, buna nail olmaq olar. Bu, yeni katod materiallarından istifadə etməklə əldə edilir. 14, 15, 16, 17 dizayn nəzəriyyəsinə əsasən, tipik Pirs elektron silahı unikal şəkildə müəyyən edilə bilər.
Şəkil 5, müvafiq olaraq, silahın üfüqi və şaquli sxematik diaqramlarını göstərir. Görünür ki, x istiqamətində elektron tapançanın profili adi vərəqəbənzər elektron silahın profili ilə demək olar ki, eynidir, y istiqamətində isə iki elektron şüası maska ​​ilə qismən ayrılır. və müvafiq olaraq x = 0,155 mm, y = 0 mm. Sıxılma nisbəti və elektron inyeksiya ölçüsünün dizayn tələblərinə uyğun olaraq, iki katod səthinin ölçüləri 0,91 mm × 0,13 mm olaraq müəyyən edilir.
X istiqamətində hər bir elektron şüasının aldığı fokuslanmış elektrik sahəsini öz mərkəzinə nisbətən simmetrik etmək üçün bu kağız elektron silaha nəzarət elektrodu tətbiq edir. Fokuslama elektrodunun və idarəetmə elektrodunun gərginliyini -20 kV-ə, anodun gərginliyini isə 0 V-a təyin etməklə, göründüyü kimi, trayektoriyanın paylanmasının göründüyü kimi əldə edə bilərik. ted elektronlar y-istiqamətində yaxşı sıxılma qabiliyyətinə malikdir və hər bir elektron şüası öz simmetriya mərkəzi boyunca x istiqamətinə doğru birləşir ki, bu da nəzarət elektrodunun fokuslama elektrodunun yaratdığı qeyri-bərabər elektrik sahəsini tarazlaşdırdığını göstərir.
Şəkil 7 x və y istiqamətlərində şüa zərfini göstərir. Nəticələr göstərir ki, elektron şüasının x istiqamətindəki proyeksiya məsafəsi y istiqamətindəki məsafədən fərqlidir. X istiqamətində atma məsafəsi təxminən 4 mm, y istiqamətində atma məsafəsi isə 7 mm-ə yaxındır. Buna görə də, faktiki olaraq seçilən atma məsafəsi mm-47 arasında olmalıdır. katod səthindən 4,6 mm məsafədə şüa. Biz kəsiyinin formasının standart dairəvi elektron şüasına ən yaxın olduğunu görə bilərik. İki elektron şüası arasındakı məsafə nəzərdə tutulmuş 0,31 mm-ə yaxındır və radius təxminən 0,13 mm-dir ki, bu da dizayn tələblərinə cavab verir. Şəkil 9 şüa cərəyanının simulyasiya nəticələrini göstərir. dizayn 80mA.
Praktik tətbiqlərdə sürmə gərginliyinin dəyişməsini nəzərə alaraq, bu modelin gərginlik həssaslığını öyrənmək lazımdır. Şəkil 1 və Şəkil 1.10 və 11-də göstərildiyi kimi 19.8 ~ 20.6 kV gərginlik diapazonunda cərəyan və şüa cərəyan zərfləri əldə edilir. Nəticələrdən görünür ki, hərəkət gərginliyinin dəyişməsi elektrik cərəyanının dəyişməsinə təsir göstərmir, yalnız elektrik cərəyanına təsir etmir. 4-dən 0.78 A. Buna görə də, bu məqalədə nəzərdə tutulmuş elektron silahın gərginliyə yaxşı həssaslıq göstərdiyini hesab etmək olar.
X və y istiqamətli şüa zərflərində hərəkət gərginliyinin dəyişməsinin təsiri.
Vahid maqnit fokuslama sahəsi ümumi daimi maqnit fokuslama sistemidir. Şüa kanalı boyunca vahid maqnit sahəsi paylanması səbəbindən o, ox-simmetrik elektron şüaları üçün çox uyğundur. Bu bölmədə ikiqat karandaş şüalarının uzun məsafələrə ötürülməsini təmin etmək üçün vahid maqnit fokuslama sistemi təklif olunur. və həssaslıq problemi öyrənilir. Tək karandaş şüasının stabil ötürülməsi nəzəriyyəsinə əsasən18,19 Brillouin maqnit sahəsinin dəyəri tənlik (2) ilə hesablana bilər. Bu yazıda biz həmçinin yanal paylanmış ikiqat karandaş şüasının maqnit sahəsini qiymətləndirmək üçün bu ekvivalentdən istifadə edirik. .İstifadəyə əsasən.20, 1,5-2 dəfə hesablanmış dəyər adətən praktik dizaynlarda seçilir.
Şəkil 12 vahid maqnit sahəsinin fokuslanma sahəsi sisteminin strukturunu göstərir. Mavi hissə eksenel istiqamətdə maqnitləşdirilmiş daimi maqnitdir. Material seçimi NdFeB və ya FeCoNi-dir. Simulyasiya modelində təyin edilmiş remanens Br 1,3 T və keçiricilik 1,05-dir. x istiqamətində maqnitin ölçüsü şüa kanalındakı eninə maqnit sahəsinin vahid olub olmadığını müəyyən edir, bu da x istiqamətindəki ölçüsün çox kiçik olmamasını tələb edir.Eyni zamanda, bütün borunun dəyərini və çəkisini nəzərə alaraq, maqnitin ölçüsü çox böyük olmamalıdır. Buna görə də, maqnitlər əvvəlcə 150 ​​mm × 70 mm-ə qədər maqnitlə təmin edilir. fokuslama sisteminə yerləşdiriləcək, maqnitlər arasındakı məsafə 20 mm olaraq təyin edilmişdir.
2015-ci ildə Purna Chandra Panda21 vahid maqnit fokuslama sistemində yeni pilləli çuxurlu qütb parçası təklif etdi ki, bu da katoda axının miqyasını və qütb parçası dəliyində yaranan eninə maqnit sahəsini daha da azalda bilər. , Şəkil 13-də göstərildiyi kimi üç pillənin hündürlüyü və eni 0,5 mm, dirək parçasının deşikləri arasındakı məsafə isə 2 mm-dir.
Şəkil 14a iki elektron şüasının mərkəz xətləri boyunca eksenel maqnit sahəsinin paylanmasını göstərir. İki elektron şüası boyunca maqnit sahəsi qüvvələrinin bərabər olduğunu görmək olar. Maqnit sahəsinin dəyəri təqribən 6000 Gs-dir ki, bu da ötürülmə və fokuslanma performansını artırmaq üçün nəzəri Brillouin sahəsindən 1,5 dəfə çoxdur. parça maqnit axınının sızmasının qarşısını almağa yaxşı təsir göstərir. Şəkil 14b iki elektron şüasının yuxarı kənarında z istiqamətində eninə maqnit sahəsinin paylanmasını göstərir. Görünür ki, eninə maqnit sahəsi yalnız qütb parça dəliyində 200 Gs-dən azdır, yavaş dalğada isə transvers maqnit sahəsinə demək olar ki, transvers maqnit təsir göstərir. elektron şüasındakı sahə əhəmiyyətsizdir. Qütb parçalarının maqnitlə doymasının qarşısını almaq üçün qütb parçalarının daxilindəki maqnit sahəsinin gücünü öyrənmək lazımdır. Şəkil 14c qütb parçasının daxilində maqnit sahəsinin paylanmasının mütləq qiymətini göstərir. Maqnit sahəsinin mütləq dəyərinin 1,2T-dən az olduğunu görmək olar, maqnit sahəsinin doymasının baş verməyəcəyini göstərir.
Br = 1.3 T üçün maqnit sahəsinin gücünün paylanması.(a) Eksenel sahə paylanması.(b) Yan sahənin paylanması z istiqamətində By.(c) Qütb parçası daxilində sahə paylanmasının mütləq dəyəri.
CST PS moduluna əsasən, ikili şüa silahının və fokuslama sisteminin ox nisbi mövqeyi optimallaşdırılıb. Ref.9 və simulyasiyalarda optimal yer anod parçasının maqnitdən uzaqda qütb parçası ilə üst-üstə düşdüyü yerdir.Lakin müəyyən edilmişdir ki, remanens 1.3T-ə təyin edilsəydi, elektron şüasının keçiriciliyi 99%-ə çata bilməz. Remanentliyi 1.4 T-ə qədər artırmaqla fokuslanan maqnit sahəsinin maqnit sahəsinin maqnit sahəsinə yönəldilməsi artırılacaqdır. Şəkil 15-də göstərilmişdir. Görünür ki, şüa yaxşı ötürmə, kiçik dalğalanma və 45 mm-dən çox ötürmə məsafəsinə malikdir.
Br = 1.4 T.(a) xoz müstəvisi.(b) yoz təyyarəsi olan bircinsli maqnit sistemi altında qoşa karandaş şüalarının traektoriyaları.
Şəkil 16 katoddan uzaqda olan müxtəlif mövqelərdə şüanın en kəsiyini göstərir. Fokuslama sistemində şüa hissəsinin formasının yaxşı saxlandığını və kəsiyinin diametrinin çox dəyişmədiyini görmək olar. Şəkil 17 müvafiq olaraq x və y istiqamətlərində şüa zərflərini göstərir. Görünür ki, hər iki istiqamətdə dalğalanma çox kiçikdir. am cari. Nəticələr göstərir ki, cərəyan təxminən 2 × 80 mA təşkil edir ki, bu da elektron silah dizaynında hesablanmış dəyərə uyğundur.
Elektron şüasının kəsişməsi (fokuslama sistemi ilə) katoddan fərqli mövqelərdə.
Praktik emal tətbiqlərində montaj səhvləri, gərginlik dalğalanmaları və maqnit sahəsinin gücündə dəyişikliklər kimi bir sıra problemləri nəzərə alaraq, fokuslama sisteminin həssaslığını təhlil etmək lazımdır. Faktiki emalda anod parçası ilə dirək parçası arasında boşluq olduğundan, bu boşluq simulyasiyada təyin edilməlidir. Boşluğun dəyəri təyin edildi və Şəkil 0,2 mm-lik cərəyanı göstərir. nəticə göstərir ki, şüa zərfində dəyişiklik əhəmiyyətli deyil və şüa cərəyanı çətin ki, dəyişmir. Buna görə də sistem montaj xətalarına həssas deyildir. Hərəkət gərginliyinin dəyişməsi üçün xəta diapazonu ±0,5 kV-a təyin edilir. Şəkil 19b müqayisə nəticələrini göstərir. Görülə bilər ki, gərginlik dəyişikliyi T +0.0-da xəta diapazonunda az təsir göstərir. maqnit sahəsinin gücü. Müqayisə nəticələri Şəkil 20-də göstərilmişdir. Şüa zərfinin çətin ki dəyişdiyini görmək olar, bu o deməkdir ki, bütün EOS maqnit sahəsinin gücündə dəyişikliklərə həssasdır.
Şüa zərfi və cərəyan vahid maqnit fokuslama sistemi ilə nəticələnir.(a) Montajın dözümlülüyü 0,2 mm-dir.(b) Hərəkət gərginliyinin dəyişməsi ±0,5 kV-dir.
0,63 ilə 0,68 T arasında dəyişən eksenel maqnit sahəsinin gücü dalğalanmaları ilə vahid maqnit fokuslama sistemi altında şüa zərfi.
Bu yazıda nəzərdə tutulmuş fokuslama sisteminin HFS ilə uyğunlaşa bilməsini təmin etmək üçün tədqiqat üçün fokuslama sistemi və HFS-ni birləşdirmək lazımdır. Şəkil 21-də HFS yüklü və yüklü olmayan şüa zərflərinin müqayisəsi göstərilir. Nəticələr göstərir ki, bütün HFS yükləndikdə şüa zərfləri çox dəyişmir. Buna görə də yuxarıdakı fokuslama sistemi HF dalğasının dizaynı üçün uyğundur.
III Bölmədə təklif olunan EOS-un düzgünlüyünü yoxlamaq və 220 GHz SDV-TWT-nin performansını araşdırmaq üçün şüa-dalğa qarşılıqlı təsirinin 3D-PIC simulyasiyası həyata keçirilir. Simulyasiya proqramının məhdudiyyətlərinə görə biz bütün EOS-u HFS-ə əlavə edə bilmədik. Buna görə də elektron tapança diametri 01 mm diametrə bərabər olan səthlə əvəz olundu. 0,31 mm-lik iki səth, yuxarıda nəzərdə tutulmuş elektron tapança ilə eyni parametrlərdir. EOS-un həssaslığı və yaxşı dayanıqlığı sayəsində, sürücülük gərginliyi PIC simulyasiyasında ən yaxşı çıxış gücünə nail olmaq üçün lazımi şəkildə optimallaşdırıla bilər. Simulyasiya nəticələri göstərir ki, doymuş çıxış gücü və qazanc 20,6 kV, a2A/m2 cərəyan gücündə əldə edilə bilər. 0,05 Vt.
Ən yaxşı çıxış siqnalını əldə etmək üçün dövrlərin sayı da optimallaşdırılmalıdır. Ən yaxşı çıxış gücü Şəkil 22a-da göstərildiyi kimi iki mərhələnin sayı 42 + 48 dövr olduqda əldə edilir. 0.05 Vt giriş siqnalı 38 dB qazancla 314 Vt-a gücləndirildikdə. .Şəkil 22b elektronların əksəriyyətinin enerji itirməsi ilə SWS-də elektron enerjisinin eksenel mövqe paylanmasını göstərir. Bu nəticə onu göstərir ki, SDV-SWS elektronların kinetik enerjisini RF siqnallarına çevirə bilir və bununla da siqnal gücləndirilməsini həyata keçirir.
220 GHz-də SDV-SWS çıxış siqnalı.(a) Daxil edilmiş spektrlə çıxış gücü.(b) SWS daxiletməsinin sonunda elektron şüası ilə elektronların enerji paylanması.
Şəkil 23 ikili rejimli ikili şüa SDV-TWT-nin çıxış gücünün bant genişliyini və qazancını göstərir. Çıxış performansı 200-dən 275 GHz-ə qədər tezlikləri silməklə və sürücünün gərginliyini optimallaşdırmaqla daha da yaxşılaşdırıla bilər. Bu nəticə göstərir ki, 3 dB bant genişliyi 205-dən 275 GHz-ə qədər diapazonu əhatə edə bilər ki, bu da əməliyyat zolağının genişliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.
Bununla belə, Şəkil 2a-ya əsasən, biz bilirik ki, tək və cüt rejimlər arasında istənməyən salınımlara səbəb ola biləcək dayanma zolağı var. Buna görə də dayanacaqlar ətrafında iş stabilliyi öyrənilməlidir. Şəkillər 24a-c 265.3 GHz-də 20 ns simulyasiya nəticələridir, 265.325 GHz-də görünsə də. simulyasiya nəticələrində bəzi dalğalanmalar var, çıxış gücü nisbətən sabitdir. Spektr müvafiq olaraq Şəkil 24-də də göstərilmişdir, spektr təmizdir. Bu nəticələr dayanma zolağına yaxın öz-özünə salınmanın olmadığını göstərir.
İstehsal və ölçmə bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün lazımdır. Bu hissədə HFS 0,1 mm alət diametri və 10 μm emal dəqiqliyi ilə kompüter ədədi idarəetmə (CNC) texnologiyasından istifadə edərək hazırlanır. Yüksək tezlikli struktur üçün material oksigensiz yüksək keçiricilik ilə təmin edilir. 66.00 mm, eni 20.00 mm və hündürlüyü 8.66 mm. Quruluşun ətrafında səkkiz sancaqlı deşik paylanmışdır. Şəkil 25b skan edilmiş elektron mikroskopiya (SEM) ilə strukturu göstərir. Bu strukturun bıçaqları vahid şəkildə istehsal olunur və yaxşı səth pürüzlülüyünə malikdir. Dəqiq ölçmədən sonra səthi pürüzlülük təxminən 5% təşkil edir. .Emal strukturu dizayn və dəqiqlik tələblərinə cavab verir.
Şəkil 26 faktiki sınaq nəticələri ilə ötürmə performansının simulyasiyaları arasında müqayisəni göstərir. Şəkil 26a-dakı Port 1 və Port 2 müvafiq olaraq HFS-nin giriş və çıxış portlarına uyğundur və Şəkil 3-dəki Port 1 və Port 4-ə ekvivalentdir. S11-in faktiki ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələrindən bir qədər yaxşıdır. simulyasiyada müəyyən edilmiş qabiliyyət çox yüksəkdir və faktiki emaldan sonra səthi pürüzlülük zəifdir. Ümumilikdə, ölçülmüş nəticələr simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğun gəlir və ötürmə bant genişliyi təklif olunan ikili rejimli SDV-TWT-nin mümkünlüyünü və düzgünlüyünü yoxlayan 70 GHz tələbinə cavab verir. Bu yazıda təklif olunan T dizaynı sonrakı istehsal və tətbiqlər üçün istifadə edilə bilər.
Bu yazıda 220 GHz ikili şüalı SDV-TWT planar paylanmasının təfərrüatlı dizaynı təqdim olunur. İkili rejimli əməliyyat və ikili şüa həyəcanının birləşməsi əməliyyat bant genişliyini və çıxış gücünü daha da artırır. Bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün istehsal və soyuq sınaq da aparılır.Həqiqi ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğunlaşır. Layihələndirilmiş iki şüalı EOS üçün iki qələm şüası yaratmaq üçün maska ​​bölməsi və nəzarət elektrodları birlikdə istifadə edilmişdir. Layihələndirilmiş vahid fokuslu maqnit sahəsi altında elektron şüası yaxşı forma ilə uzun məsafələrə sabit şəkildə ötürülə bilər. Gələcəkdə EOS-un istehsalı və sınağı da aparılacaq, onun bütün SDVT sınağı aparılacaq. Bu yazıda təklif olunan WT dizayn sxemi hazırkı yetkin təyyarə emal texnologiyasını tam birləşdirir və performans göstəriciləri və emal və montajda böyük potensial göstərir. Buna görə də, bu sənəd planar strukturun terahertz diapazonunda vakuum elektron cihazlarının inkişaf tendensiyasına çevriləcəyinə inanır.
Bu tədqiqatdakı xammal məlumatların və analitik modellərin əksəriyyəti bu sənədə daxil edilmişdir. Əlavə müvafiq məlumat əsaslı sorğu əsasında müvafiq müəllifdən əldə edilə bilər.
Gamzina, D. et al. Sub-terahertz vakuum elektronikasının nanoölçülü CNC emalı.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. və Paoloni, C. UV-LIGA çox qatlı SU-8 fotorezistindən istifadə edərək sub-terahertz dalğa ötürücülərinin mikrofabrikasiyası.Mikromexanika.Mikroelektronika.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz texnologiya yol xəritəsi.J.Fizika.D tətbiq etmək.fizika.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC. Ultra genişzolaqlı pilləli ikiqat ızgara dalğa kılavuzları vasitəsilə plazmon dalğasının yayılmasının güclü məhdudlaşdırılması.
Baig, A. et al. Nano CNC ilə işlənmiş 220-GHz Səyahət Dalğa Boru Gücləndiricisinin Performansı.IEEE Trans.elektronik cihazları.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Makroskopik soyuq maye modeli nəzəriyyəsindən istifadə edərək sonsuz geniş təbəqə elektron şüalarının diokotron qeyri-sabitliyinin araşdırılması.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/12011 (12010).
Galdetskiy, AV çox şüalı klystronda şüanın planar düzülüşü ilə bant genişliyini artırmaq imkanı haqqında. 12-ci IEEE Beynəlxalq Vakuum Elektronikası Konfransında, Banqalor, Hindistan, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.3 (IVEC.2010).
Nguyen, CJ et al. W-bandlı pilləli ikiqat qanadlı dalğa borusunda dar şüa parçalayıcı müstəvi paylanması ilə üç şüalı elektron silahların dizaynı[J].Science.Rep.11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar W-band əsas rejimi TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) üçün dar şüa ayrılması ilə paylanmış üç şüa elektron optik sistemi.
Zhan, M. Millimetr dalğalı təbəqə şüaları 20-22 ilə interleaved Double-Blade Səyahət Dalğa Borusu üzrə Tədqiqat (PhD, Beihang Universiteti, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved dual-blade səyahət dalğa borusunun şüa-dalğa qarşılıqlı sabitliyi üzrə öyrənilməsi.2018 43-cü İnfraqırmızı Millimetr və Terahertz Dalğaları üzrə Beynəlxalq Konfrans, Nagoya.8510263, https://doi.10263, https://doi.12010.org/doi.12010. 263 (2018).