از اینکه از Nature.com بازدید کردید متشکریم. نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد. برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر خاموش کنید).
در این مقاله، یک لامپ موج سیار دو تیغه ای با توان پرقدرت 220 گیگاهرتز طراحی و تأیید شده است. ابتدا یک ساختار موج آهسته دو پره پلکانی دو پرتوی مسطح پیشنهاد شده است. پایداری لوله موج متحرک، یک سیستم نوری الکترونیکی دوتایی مدادی شکل طراحی شده است، ولتاژ محرک 20 ~ 21 کیلو ولت و جریان 2 × 80 میلی آمپر است. اهداف طراحی. با استفاده از قسمت ماسک و الکترود کنترل در تفنگ پرتو دوتایی، می توان دو پرتو مدادی را در امتداد فاصله کانونی 8، 1 میلی‌متر و 1 میلی‌متر متمرکز کرد. پایداری خوب است. سیستم فوکوس مغناطیسی یکنواخت نیز بهینه شده است. فاصله انتقال پایدار پرتو الکترونی دوگانه مسطح می‌تواند به 45 میلی‌متر برسد و میدان مغناطیسی تمرکز H 0.6 T است که برای پوشش کل سیستم فرکانس بالا (HFS) کافی است. سپس برای تأیید قابلیت استفاده سیستم الکترون-اپتیکی و عملکرد سیستم الکترون-اپتیکی و عملکرد کل ساختار سلول ذره‌مول را نشان می‌دهد. که سیستم برهمکنش پرتو می تواند به حداکثر توان خروجی نزدیک به 310 وات در 220 گیگاهرتز دست یابد، ولتاژ پرتو بهینه 20.6 کیلو ولت، جریان پرتو 2 × 80 میلی آمپر، بهره 38 دسی بل، و پهنای باند 3 دسی بل بیش از 370 G-prestruction ساخته شده است. بررسی عملکرد HFS، و نتایج نشان می‌دهد که پهنای باند و ویژگی‌های انتقال با نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی دارند. بنابراین، طرح پیشنهادی در این مقاله انتظار می‌رود منابع تابش باند تراهرتز با توان بالا و باند فوق‌عرض را با پتانسیل برای کاربردهای آینده توسعه دهد.
به عنوان یک دستگاه الکترونیکی خلاء سنتی، لوله موج سیار (TWT) در بسیاری از کاربردها مانند رادار با وضوح بالا، سیستم‌های ارتباطی ماهواره‌ای و اکتشافات فضایی 1، 2، 3 نقش غیر قابل جایگزینی دارد. بنابراین، چگونگی بهبود همه جانبه عملکرد باند THz به موضوعی بسیار نگران کننده برای بسیاری از موسسات تحقیقاتی علمی تبدیل شده است. در سال های اخیر، سازه های موج آهسته جدید (SWS)، مانند سازه های دو تیغه ای (SDV) و سازه های موجبر موج تاشو (FWS) با توجه به ساختارهای طبیعی بدون توجه به پلان های طبیعی SDVS مورد توجه قرار گرفته اند. پتانسیل. این ساختار توسط UC-Davis در سال 20084 پیشنهاد شد. ساختار مسطح را می توان به راحتی با تکنیک های پردازش میکرو نانو داویس مانند کنترل عددی کامپیوتری (CNC) و UV-LIGA ساخت، ساختار بسته تمام فلزی می تواند ظرفیت حرارتی بیشتری را با توان خروجی و بهره بالاتر ارائه دهد، و ساختار موجبر مانند نیز می تواند یک باند جریان مانند باند 2 را برای اولین زمان کار C10C ارائه دهد. که SDV-TWT می‌تواند خروجی‌های پرقدرت بیش از 100 وات و سیگنال‌های پهنای باند نزدیک به 14 گیگاهرتز را در G-band5 تولید کند. با این حال، این نتایج هنوز دارای شکاف‌هایی هستند که نمی‌توانند الزامات مربوط به توان بالا و پهنای باند وسیع در باند تراهرتز را برآورده کنند. این طرح می تواند ظرفیت حمل جریان پرتو را به طور قابل توجهی بهبود بخشد، حفظ فاصله انتقال طولانی به دلیل ناپایداری سیستم نوری الکترونی پرتو ورق (EOS) دشوار است، و یک تونل پرتو بیش از حالت وجود دارد که همچنین ممکن است باعث شود پرتو خود تنظیم شود.– برانگیختگی و نوسان 6،7. به منظور پاسخگویی به الزامات توان خروجی بالا، پهنای باند وسیع و پایداری خوب THz TWT، یک SDV-SWS دو پرتو با عملکرد دو حالته در این مقاله پیشنهاد شده است. یعنی به منظور افزایش پهنای باند عملیاتی، طرح توزیع دو حالته توان به منظور افزایش ساختار و عملکرد دو حالته توان به منظور افزایش ساختار پیشنهاد شده است. از پرتوهای مدادی نیز استفاده می‌شود. رادیوهای تک پرتو مدادی به دلیل محدودیت‌های اندازه عمودی نسبتاً کوچک هستند. اگر چگالی جریان خیلی زیاد باشد، جریان پرتو باید کاهش یابد و در نتیجه توان خروجی نسبتاً کم است. برای بهبود جریان پرتو، EOS چند پرتوی توزیع‌شده مسطح پدیدار شده است که از اندازه جانبی چند پرتوی SWS استفاده می‌کند. توان خروجی با حفظ جریان کل پرتو بالا و جریان کمی در هر پرتو، که می‌تواند از تونل‌سازی بیش از حد پرتو در مقایسه با دستگاه‌های پرتو ورق جلوگیری کند. بنابراین، حفظ پایداری لوله موج سیار مفید است. بر اساس کار قبلی 8،9، این مقاله یک باند G را پیشنهاد می‌کند که می‌تواند فوکوس میدان مغناطیسی یکنواخت را دو برابر افزایش دهد. منطقه، در نتیجه تا حد زیادی توان خروجی را بهبود می بخشد.
ساختار این مقاله به شرح زیر است. ابتدا طراحی سلول SWS با پارامترها، تجزیه و تحلیل مشخصه های پراکندگی و نتایج شبیه سازی فرکانس بالا تشریح شده است. سپس با توجه به ساختار سلول واحد، یک پرتو مدادی دوتایی EOS و سیستم برهمکنش پرتو در این مقاله طراحی شده است. نتایج شبیه سازی ذرات درون سلولی نیز برای بررسی و کارایی افزودن WWT در مقاله ESDVT ارائه شده است. و نتایج تست سرد برای تأیید صحت کل HFS. در نهایت یک خلاصه تهیه کنید.
به عنوان یکی از مهم ترین اجزای TWT، خواص پراکندگی ساختار موج آهسته نشان می دهد که آیا سرعت الکترون با سرعت فاز SWS مطابقت دارد یا خیر، و بنابراین تأثیر زیادی بر برهمکنش پرتو-موج دارد. برای بهبود عملکرد کل TWT، یک ساختار برهمکنش بهبود یافته طراحی شده است. ساختار کنار سلول قدرت در شکل 1 در C نشان داده شده است. پرتو تک قلمی، ساختار یک پرتو قلم دوتایی را برای بهبود بیشتر قدرت خروجی و پایداری عملیات اتخاذ می کند.در همین حال، به منظور افزایش پهنای باند کاری، یک حالت دوگانه برای عملکرد SWS پیشنهاد شده است. با توجه به تقارن ساختار SDV، حل معادله پراکندگی میدان الکترومغناطیسی را می توان به حالت های فرد و زوج تقسیم کرد. در عین حال، حالت فرد بنیادی باند فرکانس پایین باند فرکانس بالا و حالت زوج بنیادی استفاده می شود. ction، در نتیجه پهنای باند کاری را بیشتر بهبود می بخشد.
با توجه به نیاز برق، کل لوله با ولتاژ محرک 20 کیلو ولت و جریان پرتو دوگانه 2 × 80 میلی آمپر طراحی شده است. برای تطبیق ولتاژ تا حد امکان با پهنای باند عملیاتی SDV-SWS، باید طول دوره p را محاسبه کنیم. رابطه بین ولتاژ پرتو در 10:10 و دوره نشان داده شده است
با تنظیم شیفت فاز بر روی 2.5π در فرکانس مرکزی 220 گیگاهرتز، دوره p را می توان 0.46 میلی متر محاسبه کرد. شکل 2a ویژگی های پراکندگی سلول واحد SWS را نشان می دهد. خط پرتو 20 کیلوولت به خوبی با منحنی دووجهی مطابقت دارد. باندهای فرکانس منطبق می توانند در حالت G23-652Hz در حدود 70.2Hz و G23Hz 65od1 برسند. محدوده 5.4-280 گیگاهرتز (حالت زوج). شکل 2b امپدانس کوپلینگ متوسط ​​را نشان می دهد که بیشتر از 0.6 Ω از 210 تا 290 گیگاهرتز است، که نشان می دهد ممکن است برهمکنش های قوی در پهنای باند عملیاتی رخ دهد.
(الف) مشخصات پراکندگی یک SDV-SWS دو حالته با یک پرتو الکترونی 20 کیلوولت. (ب) امپدانس برهمکنش مدار موج آهسته SDV.
با این حال، توجه به این نکته مهم است که بین حالت‌های فرد و زوج یک شکاف باند وجود دارد و ما معمولاً به این شکاف باند به عنوان باند توقف اشاره می‌کنیم، همانطور که در شکل 2a نشان داده شده است. اگر TWT در نزدیکی این باند فرکانسی کار کند، ممکن است قدرت جفت پرتو قوی رخ دهد که منجر به نوسانات ناخواسته می‌شود. این ساختار موج آهسته تنها 0.1 گیگاهرتز است. تعیین اینکه آیا این شکاف باند کوچک باعث نوسان می شود یا خیر دشوار است. بنابراین، پایداری عملکرد در اطراف باند توقف در بخش شبیه سازی PIC زیر بررسی خواهد شد تا اینکه آیا ممکن است نوسانات ناخواسته رخ دهد یا خیر.
مدل کل HFS در شکل 3 نشان داده شده است. شامل دو مرحله SDV-SWS است که توسط بازتابنده های براگ به هم وصل شده اند. عملکرد بازتابنده قطع انتقال سیگنال بین دو مرحله، سرکوب نوسان و انعکاس حالت های غیر کاری مانند حالت های مرتبه بالا است که قابلیت اتصال خارجی به کل تیغه های بالا و پایین ایجاد می شود. در محیط، یک جفت مخروطی خطی نیز برای اتصال SWS به یک موجبر استاندارد WR-4 استفاده می‌شود. ضریب انتقال ساختار دو سطحی توسط یک حل‌کننده حوزه زمان در نرم‌افزار شبیه‌سازی سه بعدی اندازه‌گیری می‌شود. با در نظر گرفتن تأثیر واقعی باند تراهرتز بر روی ماده، ماده رسانایی خلاء 20×1 به مقدار 2/1 کاهش می‌یابد. 2.
شکل 4 نتایج انتقال را برای HFS با و بدون جفت‌کننده‌های مخروطی خطی نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که کوپلر تأثیر کمی بر عملکرد انتقال کل HFS دارد. تلفات برگشتی (S11 <-10 دسی‌بل) و تلفات درج (S21 > - 5 دسی‌بل) کل سیستم در باند 207 تا 280 Hz Hz دارای ویژگی‌های خوبی است.
به عنوان منبع تغذیه دستگاه های الکترونیکی خلاء ، اسلحه الکترون به طور مستقیم تعیین می کند که آیا دستگاه می تواند به اندازه کافی توان خروجی تولید کند.2، ولتاژ محرک Ua پرتوهای الکترونی در ابتدا روی 20 کیلو ولت تنظیم شده است، جریان I دو پرتو الکترونی هر دو 80 میلی آمپر است، و قطر پرتو dw پرتوهای الکترونی 0.13 میلی متر است. در عین حال، به منظور اطمینان از اینکه چگالی جریان پرتو الکترونی نسبت به باریکه الکترونی تنظیم می شود و می توان به آن رسید. 7، بنابراین چگالی جریان پرتو الکترونی 603 ​​A/cm2 و چگالی جریان کاتد 86 A/cm2 است که با استفاده از مواد جدید کاتدی به دست می‌آید. بر اساس تئوری طراحی 14، 15، 16، 17، یک تفنگ الکترونی معمولی Pierce با هویت منحصربه‌فرد قابل دستیابی است.
شکل 5 نمودارهای شماتیک افقی و عمودی تفنگ را به ترتیب نشان می دهد. می توان دید که مشخصات تفنگ الکترونی در جهت x تقریباً مشابه با یک تفنگ الکترونی ورقه ای معمولی است، در حالی که در جهت y دو پرتو الکترونی تا حدی توسط ماسک از هم جدا شده اند. موقعیت های mmy = 1 - 5 = mmy 2 = 5 x 0 است. به ترتیب 0.155 mm، y = 0 mm. با توجه به الزامات طراحی نسبت تراکم و اندازه تزریق الکترون، ابعاد دو سطح کاتد 0.91 میلی متر × 0.13 میلی متر تعیین می شود.
برای اینکه میدان الکتریکی متمرکز دریافت شده توسط هر پرتو الکترونی در جهت x نسبت به مرکز خودش متقارن شود، این مقاله یک الکترود کنترلی را روی تفنگ الکترونی اعمال می‌کند. با تنظیم ولتاژ الکترود متمرکز و الکترود کنترل بر روی 20- کیلو ولت و ولتاژ آند روی 0 ولت، می‌توانیم مسیر را به صورت دو طرفه نشان دهیم. که الکترون‌های گسیل‌شده دارای تراکم‌پذیری خوبی در جهت y هستند و هر پرتو الکترونی در امتداد مرکز تقارن خود به سمت جهت x همگرا می‌شود، که نشان می‌دهد الکترود کنترل، میدان الکتریکی نابرابر تولید شده توسط الکترود متمرکز را متعادل می‌کند.
شکل 7 پوشش پرتو را در جهت x و y نشان می‌دهد. نتایج نشان می‌دهد که فاصله پرتاب پرتو الکترونی در جهت x با جهت y متفاوت است. فاصله پرتاب در جهت x حدود 4 میلی‌متر است و فاصله پرتاب در جهت y نزدیک به 7 میلی‌متر است. بنابراین، فاصله پرتاب واقعی mm4 و mm4 باید فاصله پرتابی 4 میلی‌متر انتخاب شود. 0.6 میلی متر از سطح کاتد. می بینیم که شکل مقطع به یک پرتو الکترونی دایره ای استاندارد نزدیک است. فاصله بین دو پرتو الکترونی نزدیک به 0.31 میلی متر طراحی شده و شعاع حدود 0.13 میلی متر است که الزامات طراحی را برآورده می کند. شکل 9 نتایج شبیه سازی پرتو را نشان می دهد. شکل 9 نتایج شبیه سازی پرتو را نشان می دهد. .
با توجه به نوسانات ولتاژ محرک در کاربردهای عملی، بررسی حساسیت ولتاژ این مدل ضروری است. در محدوده ولتاژ 19.8 ~ 20.6 کیلو ولت، پوشش جریان و جریان پرتو به دست می آید، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است و شکل 1.10 نشان داده شده است که اثر ولتاژ را نمی توان بر روی ولتاژ 11 مشاهده کرد. am، و جریان پرتو الکترونی فقط از 0.74 به 0.78 A تغییر می کند. بنابراین می توان در نظر گرفت که تفنگ الکترونی طراحی شده در این مقاله حساسیت خوبی به ولتاژ دارد.
تأثیر نوسانات ولتاژ محرک بر روی پوشش پرتو جهت x و y.
میدان فوکوس مغناطیسی یکنواخت یک سیستم فوکوس مغناطیسی دائمی رایج است. با توجه به توزیع یکنواخت میدان مغناطیسی در سراسر کانال پرتو، برای پرتوهای الکترونی متقارن محوری بسیار مناسب است. در این بخش، یک سیستم فوکوس مغناطیسی یکنواخت برای حفظ انتقال از فواصل دور پرتوهای مدادی دوطرفه پیشنهاد شده است. بر اساس تئوری انتقال پایدار یک پرتو مدادی منفرد18،19، مقدار میدان مغناطیسی بریلو را می توان با رابطه (2) محاسبه کرد. در این مقاله، ما همچنین از این معادل برای تخمین میدان مغناطیسی پرتو مدادی دوتایی توزیع شده جانبی استفاده می کنیم. در ترکیب با تفنگ الکترونی طراحی شده در این مقاله، مقدار میدان مغناطیسی Re00f محاسبه شده است.20، 1.5-2 برابر مقدار محاسبه شده معمولا در طرح های عملی انتخاب می شود.
شکل 12 ساختار یک سیستم میدان مغناطیسی متمرکز میدان مغناطیسی یکنواخت را نشان می‌دهد. قسمت آبی، آهنربای دائمی است که در جهت محوری مغناطیسی شده است. انتخاب ماده NdFeB یا FeCoNi است. مقدار باقیمانده Br در مدل شبیه‌سازی 1.3 T و نفوذپذیری 1.05 است. برای اطمینان از انتقال پایدار طول پرتو به اندازه 0 میلی‌متر، تنظیم شده است. آهنربا در جهت x تعیین می کند که آیا میدان مغناطیسی عرضی در کانال پرتو یکنواخت است یا خیر، که مستلزم آن است که اندازه در جهت x نمی تواند خیلی کوچک باشد. در عین حال، با توجه به هزینه و وزن کل لوله، اندازه آهنربا نباید خیلی بزرگ باشد. بنابراین، آهنرباها در ابتدا روی 150 میلی متر × 150 میلی متر تا 70 میلی متر تنظیم می شوند که می تواند کل مدار را کند کند. ، فاصله بین آهنرباها 20 میلی متر تنظیم شده است.
در سال 2015، پورنا چاندرا پاندا 21 یک قطعه قطب با یک سوراخ پلکانی جدید در یک سیستم فوکوس مغناطیسی یکنواخت را پیشنهاد کرد، که می تواند بزرگی نشتی شار به کاتد و میدان مغناطیسی عرضی ایجاد شده در سوراخ قطعه قطب را کاهش دهد. در این مقاله، ما یک قطعه پلکانی ضخیم قطعه 1 را به سیستم فوکوس 5 اضافه می کنیم. میلی متر، ارتفاع و عرض سه پله 0.5 میلی متر و فاصله بین سوراخ های قطعه قطب 2 میلی متر است، همانطور که در شکل 13 نشان داده شده است.
شکل 14a توزیع میدان مغناطیسی محوری را در امتداد خطوط مرکزی دو پرتو الکترونی نشان می‌دهد. می‌توان مشاهده کرد که نیروهای میدان مغناطیسی در امتداد دو پرتو الکترونی تقریباً برابر هستند. مقدار میدان مغناطیسی حدود 6000 Gs است که 1.5 برابر میدان بریلوین نظری برای افزایش انتقال و عملکرد قطعه مغناطیسی است. یک اثر خوب در جلوگیری از نشت شار مغناطیسی. شکل 14b توزیع میدان مغناطیسی عرضی را در جهت z در لبه بالایی دو پرتو الکترونی نشان می‌دهد. می‌توان دید که میدان مغناطیسی عرضی فقط در سوراخ قطعه قطب کمتر از 200 Gs است، در حالی که در مدار موج آهسته، ثابت می‌کند که تأثیر عرضی میدان مغناطیسی صفر بر روی میدان مغناطیسی تقریباً منفی است. برای جلوگیری از اشباع مغناطیسی قطعات قطب، لازم است که شدت میدان مغناطیسی داخل قطعات قطب مورد مطالعه قرار گیرد. شکل 14c قدر مطلق توزیع میدان مغناطیسی در داخل قطعه قطب را نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که قدر مطلق شدت میدان مغناطیسی کمتر از 1.2T است که نشان می دهد اشباع مغناطیسی قطعه قطب رخ نخواهد داد.
توزیع قدرت میدان مغناطیسی برای Br = 1.3 T. (الف) توزیع میدان محوری. (ب) توزیع میدان جانبی در جهت z. (ج) مقدار مطلق توزیع میدان در قطعه قطب.
بر اساس ماژول CST PS، موقعیت نسبی محوری تفنگ پرتو دوگانه و سیستم فوکوس بهینه شده است.9 و شبیه سازی ها، مکان بهینه جایی است که قطعه آند روی قطعه قطب دور از آهنربا همپوشانی داشته باشد. با این حال، مشخص شد که اگر پسماند روی 1.3T تنظیم شود، عبور پرتو الکترونی نمی تواند به 99٪ برسد. با افزایش پسماند به 1.4 T، میدان مغناطیسی تمرکز بر روی تراشه 00je به 65 افزایش می یابد. شکل 15. مشاهده می شود که تیر دارای انتقال خوب، نوسانات کوچک و فاصله انتقال بیشتر از 45 میلی متر است.
مسیر پرتوهای مداد دوتایی تحت یک سیستم مغناطیسی همگن با Br = 1.4 T. (a) هواپیما xoz. (b) yoz.
شکل 16 سطح مقطع تیر را در موقعیت های مختلف دور از کاتد نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که شکل مقطع تیر در سیستم فوکوس به خوبی حفظ شده است و قطر مقطع تغییر چندانی نمی کند. شکل 17 پوشش های تیر را به ترتیب در جهت x و y نشان می دهد. می توان مشاهده کرد که نوسان 8 در هر دو جهت بسیار کوچک است. جریان پرتو. نتایج نشان می دهد که جریان حدود 2×80 میلی آمپر است که با مقدار محاسبه شده در طراحی تفنگ الکترونی مطابقت دارد.
مقطع پرتو الکترونی (با سیستم فوکوس) در موقعیت های مختلف دور از کاتد.
با در نظر گرفتن یک سری مشکلات مانند خطاهای مونتاژ، نوسانات ولتاژ و تغییرات در قدرت میدان مغناطیسی در کاربردهای پردازش عملی، لازم است حساسیت سیستم فوکوس مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. از آنجایی که بین قطعه آند و قطعه قطب در پردازش واقعی فاصله وجود دارد، این شکاف باید در شبیه سازی mma9am تنظیم شود. و جریان پرتو در جهت y. این نتیجه نشان می دهد که تغییر در پوشش پرتو قابل توجه نیست و جریان پرتو به سختی تغییر می کند. بنابراین، سیستم نسبت به خطاهای مونتاژ حساس نیست. برای نوسان ولتاژ محرک، محدوده خطا روی 0.5 ± کیلو ولت تنظیم شده است. محدوده از -0.02 تا +0.03 T برای تغییرات در قدرت میدان مغناطیسی تنظیم شده است. نتایج مقایسه در شکل 20 نشان داده شده است. می توان دید که پوشش پرتو به سختی تغییر می کند، به این معنی که کل EOS نسبت به تغییرات در قدرت میدان مغناطیسی حساس نیست.
پوشش پرتو و جریان تحت یک سیستم فوکوس مغناطیسی یکنواخت حاصل می شود. (الف) تحمل مونتاژ 0.2 میلی متر است. (ب) نوسانات ولتاژ محرک 0.5 ± کیلو ولت است.
پوشش پرتو تحت یک سیستم فوکوس مغناطیسی یکنواخت با نوسانات قدرت میدان مغناطیسی محوری از 0.63 تا 0.68 T.
به منظور اطمینان از اینکه سیستم فوکوس طراحی شده در این مقاله می تواند با HFS مطابقت داشته باشد، لازم است سیستم فوکوس و HFS برای تحقیق ترکیب شود. شکل 21 مقایسه ای از پاکت های پرتو با و بدون بارگذاری HFS را نشان می دهد. نتایج نشان می دهد که پوشش پرتو زمانی که کل HFS بارگذاری می شود تغییر زیادی نمی کند.
برای تأیید صحت EOS پیشنهادی در بخش III و بررسی عملکرد SDV-TWT 220 گیگاهرتز، یک شبیه‌سازی 3D-PIC تعامل پرتو-موج انجام می‌شود. به دلیل محدودیت‌های نرم‌افزار شبیه‌سازی، ما نتوانستیم کل EOS را به HFS اضافه کنیم. بنابراین، یک تفنگ الکترونی با قطر 10 میلی‌متر با یک تفنگ با قطر 3 میلی‌متر جایگزین شد. دو سطح 0.31 میلی متری، پارامترهای مشابه تفنگ الکترونی طراحی شده در بالا. به دلیل عدم حساسیت و پایداری خوب EOS، ولتاژ محرک را می توان به درستی بهینه کرد تا بهترین توان خروجی در شبیه سازی PIC به دست آید. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که توان خروجی اشباع شده و بهره را می توان در جریان حرکتی 8 m20 × ولت 6 × m2 به دست آورد. 3 A/cm2) و توان ورودی 0.05 وات.
برای به دست آوردن بهترین سیگنال خروجی، تعداد سیکل ها نیز باید بهینه شود. بهترین توان خروجی زمانی به دست می آید که تعداد دو مرحله 42 + 48 سیکل باشد، همانطور که در شکل 22a نشان داده شده است. در 220 گیگاهرتز. شکل 22b توزیع موقعیت محوری انرژی الکترون را در SWS نشان می‌دهد، که اکثر الکترون‌ها انرژی خود را از دست می‌دهند.
سیگنال خروجی SDV-SWS در 220 گیگاهرتز. (الف) توان خروجی با طیف شامل. (ب) توزیع انرژی الکترون ها با پرتو الکترونی در انتهای ورودی SWS.
شکل 23 پهنای باند توان خروجی و بهره یک SDV-TWT دو پرتوی دو حالته را نشان می‌دهد. عملکرد خروجی را می‌توان با افزایش فرکانس‌ها از 200 تا 275 گیگاهرتز و بهینه‌سازی ولتاژ درایو بهبود داد. پهنای باند عملیاتی را گسترش می دهد.
با این حال، مطابق شکل 2a، می دانیم که یک باند توقف بین حالت های فرد و زوج وجود دارد که ممکن است منجر به نوسانات ناخواسته شود. بنابراین، پایداری کار در اطراف توقف ها باید مورد مطالعه قرار گیرد. اگرچه نتایج شبیه‌سازی دارای نوسان‌هایی است، توان خروجی نسبتاً پایدار است. این طیف نیز به ترتیب در شکل 24 نشان داده شده است، طیف خالص است. این نتایج نشان می‌دهد که هیچ نوسانی در نزدیکی باند توقف وجود ندارد.
ساخت و اندازه‌گیری برای تأیید صحت کل HFS ضروری است. در این قسمت، HFS با استفاده از فناوری کنترل عددی کامپیوتری (CNC) با قطر ابزار 0.1 میلی‌متر و دقت ماشین‌کاری 10 میکرومتر ساخته می‌شود. مواد برای ساختار فرکانس بالا توسط ساختار بدون اکسیژن ساخته شده است. 66.00 میلی متر، عرض 20.00 میلی متر و ارتفاع 8.66 میلی متر. هشت سوراخ پین در اطراف سازه توزیع شده است. شکل 25b ساختار را با میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) نشان می دهد. تیغه های این سازه به طور یکنواخت تولید می شوند و زبری سطح خوبی دارند. پس از اندازه گیری دقیق، خطای سطح کلی در حدود 0مچی ماچی است. ساختار ning نیازهای طراحی و دقت را برآورده می کند.
شکل 26 مقایسه بین نتایج آزمایش واقعی و شبیه‌سازی عملکرد انتقال را نشان می‌دهد. پورت 1 و پورت 2 در شکل 26a به ترتیب با پورت‌های ورودی و خروجی HFS مطابقت دارند و معادل پورت 1 و پورت 4 در شکل 3 هستند. نتایج اندازه‌گیری واقعی S11 ممکن است کمی بهتر از نتایج اندازه‌گیری S2 باشد. رسانایی مواد تنظیم شده در شبیه‌سازی خیلی زیاد است و زبری سطح پس از ماشین‌کاری واقعی ضعیف است. در مجموع، نتایج اندازه‌گیری شده با نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی دارد، و پهنای باند انتقال نیاز 70 گیگاهرتز را برآورده می‌کند، که امکان‌سنجی و صحت فرآیند پیشنهادی باند دوگانه پیشنهادی را تأیید می‌کند. طراحی SDV-TWT دو پرتوی ارائه شده در این مقاله می تواند برای ساخت و کاربردهای بعدی مورد استفاده قرار گیرد.
در این مقاله، یک طرح دقیق از توزیع مسطح 220 گیگاهرتز پرتو دوگانه SDV-TWT ارائه شده است. ترکیب عملکرد دو حالته و تحریک پرتوی دوگانه، پهنای باند عملیاتی و توان خروجی را بیشتر می‌کند. آزمایش ساخت و سرد نیز برای تأیید صحت کل HFS انجام می‌شود.نتایج اندازه‌گیری واقعی با نتایج شبیه‌سازی تطابق خوبی دارد. برای EOS دو پرتو طراحی‌شده، یک بخش ماسک و الکترودهای کنترل با هم برای تولید یک پرتو دو مدادی استفاده شده‌اند. تحت میدان مغناطیسی متمرکز یکنواخت طراحی‌شده، پرتو الکترونی را می‌توان به طور پایدار در فواصل طولانی با شکل خوب منتقل کرد. در آینده، تولید و آزمایش EOST و آزمایش T-WT نیز کل طراحی SDV انجام خواهد شد. طرح پیشنهادی در این مقاله کاملاً ترکیبی از فناوری پردازش سطح بالغ فعلی است، و پتانسیل زیادی در شاخص‌های عملکرد و پردازش و مونتاژ نشان می‌دهد. بنابراین، این مقاله معتقد است که ساختار مسطح به احتمال زیاد به روند توسعه دستگاه‌های الکترونیکی خلاء در باند تراهرتز تبدیل می‌شود.
بیشتر داده‌های خام و مدل‌های تحلیلی در این مطالعه در این مقاله گنجانده شده‌اند. اطلاعات مرتبط بیشتر را می‌توان در صورت درخواست معقول از نویسنده مربوطه دریافت کرد.
Gamzina, D. et al. Nanoscale CNC machining of sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067-4073 (2016).
Malekabadi, A. and Paoloni, C. UV-LIGA ریزساخت موجبرهای زیر تراهرتز با استفاده از نور مقاوم چندلایه SU-8.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 نقشه راه فناوری THz.J.Physics.D to application.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC محصور شدن قوی انتشار موج پلاسمونیک از طریق امواج باند فوق العاده پهن دو گریتینگ.
Baig, A. et al. Performance of a Nano CNC Machined 220 GHz Wave Wave Amplifier. دستگاه های الکترونیکی Trans.IEEE.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ بررسی ناپایداری دیوکترون پرتوهای الکترونی ورقه بی‌نهایت با استفاده از نظریه مدل سیال سرد ماکروسکوپی.Chin Phys B. 20, 104101.
Galdetskiy، AV در مورد فرصتی برای افزایش پهنای باند توسط طرح مسطح پرتو در یک klystron چند پرتوی. در دوازدهمین کنفرانس بین المللی IEEE در زمینه الکترونیک خلاء، بنگلور، هند، 5747003، 317–318 https://doi.org/10.12101/10.12101.
نگوین، سی جی و همکاران. طراحی تفنگ های الکترونی سه پرتو با توزیع صفحه تقسیم کننده پرتو باریک در لوله موج سیار دو تیغه ای باند W.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 سیستم نوری الکترونی سه پرتوی با جداسازی پرتو باریک برای دستگاه‌های الکترونیکی با حالت بنیادی باند W TWT.IEEE Trans.68، 5215–5219 (2021) توزیع کردند.
Zhan, M. تحقیق در مورد لوله موج مسافرتی دو تیغه ای با پرتوهای ورق موج میلیمتری 20-22 (دکترا، دانشگاه بیهانگ، 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. مطالعه پایداری برهمکنش پرتو-موج یک لوله موج سیار دو تیغه ای باند G. چهل و سومین کنفرانس بین المللی در مورد امواج میلیمتری فروسرخ و تراهرتز، Nagoya.85102110.85102110.85102110. 510263 (2018).