Kiitos vierailustasi Nature.comissa. Käyttämäsi selainversio tukee rajoitetusti CSS:ää. Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan Internet Explorerissa). Tällä välin tuen jatkamisen varmistamiseksi näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Tässä artikkelissa suunnitellaan ja todetaan 220 GHz:n laajakaistainen suuritehoinen lomitettu kaksilapainen liikkuva aaltoputki. Ensinnäkin ehdotetaan tasomaista kaksisäteistä porrastettua kaksoissiipistä hidasaaltorakennetta. Käytettäessä kaksimuotoista toimintamallia lähetyksen suorituskyky ja kaistanleveys ovat lähes kaksinkertaiset yhden aallon siirtotehoon ja kaistanleveyteen verrattuna. lyijykynän muotoinen elektroninen optinen järjestelmä on suunniteltu, käyttöjännite on 20 ~ 21 kV ja virta on 2 × 80 mA. Suunnittelun tavoitteet.Käyttämällä maskiosaa ja ohjauselektrodia kaksoissädepistoolissa, kaksi kynäsädettä voidaan kohdistaa omille keskuksilleen puristussuhteella 7, tarkennusetäisyys on tasainen, siirto on optimoitu, ja järjestelmä on myös magneettinen. tasomaisen kaksoiselektronisäteen etäisyys voi olla 45 mm ja fokusoiva magneettikenttä on 0,6 T, mikä riittää kattamaan koko suurtaajuusjärjestelmän (HFS). Tämän jälkeen elektronioptisen järjestelmän käytettävyyden ja hidasaaltorakenteen suorituskyvyn varmistamiseksi tehtiin myös hiukkaskenno-simulaatioita (PIC) koko HFS-järjestelmälle. 20 GHz, optimoitu säteen jännite on 20,6 kV, säteen virta on 2 × 80 mA, vahvistus on 38 dB ja 3 dB:n kaistanleveys ylittää 35 dB noin 70 GHz. Lopuksi suoritetaan erittäin tarkka mikrorakennevalmistus, jotta varmistetaan, että kaistan lähetystulokset ja -tulokset ovat hyvät ominaisuudet, ja simulaatiot ovat ominaisuuksien yhteensopivuus. Siksi tässä asiakirjassa ehdotetun järjestelmän odotetaan kehittävän suuritehoisia, ultralaajakaistaisia ​​terahertsikaistaisia ​​säteilylähteitä, joilla on potentiaalia tuleviin sovelluksiin.
Perinteisenä tyhjiöelektroniikkalaitteena liikkuvalla aaltoputkella (TWT) on korvaamaton rooli monissa sovelluksissa, kuten korkearesoluutioisessa tutkassa, satelliittiviestintäjärjestelmissä ja avaruustutkimuksessa1,2,3.Kuitenkin kun toimintataajuus tulee terahertsikaistalle, perinteiset kapeakaistaiset tuotantoprosessit ja kierteiset TWT:t eivät ole pystyneet vastaamaan ihmisten alhaisen tehon tarpeisiin. THz-kaistan suorituskyvyn kokonaisvaltainen parantaminen on ollut monille tieteellisille tutkimuslaitoksille erittäin huolestuttava kysymys. Viime vuosina uudet hidasaaltorakenteet (SWS), kuten porrastetut kaksiteräiset (SDV) rakenteet ja taitetut aaltoputkirakenteet (FW) ovat saaneet paljon huomiota luonnollisten tasomaisten rakenteidensa vuoksi, erityisesti ehdottamalla uutta potentiaalista UCS-SDV:tä. 84. Tasorakenne voidaan valmistaa helposti mikro-nanoprosessointitekniikoilla, kuten tietokoneen numeerisella ohjauksella (CNC) ja UV-LIGA:lla, täysmetallinen pakettirakenne voi tarjota suuremman lämpökapasiteetin korkeammalla lähtöteholla ja vahvistuksella, ja aaltoputken kaltainen rakenne voi myös tarjota laajemman toimintakaistanleveyden. Tällä hetkellä UC Davis osoitti ensimmäistä kertaa, että WW:n lähes 101T tuottaa ylimääräistä tehoa 201V-01T:ssä. 14 GHz:n kaistanleveyssignaalit G-kaistalla5. Näissä tuloksissa on kuitenkin vielä aukkoja, jotka eivät täytä niihin liittyviä suuren tehon ja laajan kaistanleveyden vaatimuksia terahertsialueella. UC-Davisin G-kaistan SDV-TWT:ssä on käytetty arkkielektronisuihkuja. Vaikka tämä menetelmä voi merkittävästi parantaa virran siirtokapasiteetin pitkien etäisyyksien vuoksi. am elektronioptinen järjestelmä (EOS), ja siinä on ylimoodi-sädetunneli, joka voi myös aiheuttaa säteen itsesäätelyn.– Herätys ja oskillaatio 6,7. Täyttääkseen suuren lähtötehon, laajan kaistanleveyden ja THz TWT:n hyvän vakauden vaatimukset tässä artikkelissa ehdotetaan kaksikeilaista SDV-SWS:ää, jossa on kaksimuotoinen toiminta. Toisin sanoen käyttökaistanleveyden lisäämiseksi on ehdotettu ja otettu käyttöön kaksinkertainen toimintarakenne tehon lisäämiseksi tässä järjestyksessä. käytetään.Yksikynäkeilaradiot ovat suhteellisen pieniä pystysuuntaisten kokorajoitusten vuoksi.Jos virrantiheys on liian suuri, säteen virtaa on vähennettävä, mikä johtaa suhteellisen alhaiseen lähtötehoon.Sädevirran parantamiseksi on syntynyt tasomajautunut monikeilainen EOS, joka hyödyntää SWS:n lateraalista kokoa. Itsenäisen tasokeilan ansiosta saavutetaan korkean säteen jakamalla virtaa jakamalla tunnelointi. pieni virta sädettä kohden, jolla voidaan välttää ylimuotoinen säteen tunnelointi levysädelaitteisiin verrattuna. Siksi on hyödyllistä säilyttää liikkuvan aaltoputken vakaus. Aiemman työn8,9 perusteella tässä artikkelissa ehdotetaan G-kaistaista yhtenäistä magneettikenttää tarkentavaa kaksinkertaista kynäsädettä EOS, joka voi parantaa huomattavasti säteen vakaata lähetystehoa ja siten kasvattaa entisestään säteen vuorovaikutusta.
Tämän artikkelin rakenne on seuraava. Ensin kuvataan SWS-kennosuunnittelu parametreineen, dispersio-ominaisuuksien analyysi ja korkeataajuisten simulaatioiden tulokset. Tämän jälkeen yksikkökennon rakenteen mukaan suunnitellaan kaksikynäsäde EOS ja säteen vuorovaikutusjärjestelmä. Myös solunsisäisten hiukkasten simulaatioiden tulokset esitetään, jotta voidaan varmistaa EOS:n käytettävyys ja kylmän paperin SD-lisäyksen suorituskyky ja suorituskyky. tarkista koko HFS:n oikeellisuus. Tee lopuksi yhteenveto.
Yhtenä TWT:n tärkeimmistä komponenteista hidasaaltorakenteen dispersiiviset ominaisuudet osoittavat, vastaako elektronin nopeus SWS:n vaihenopeutta, ja sillä on siten suuri vaikutus säde-aaltovuorovaikutukseen. Koko TWT:n suorituskyvyn parantamiseksi suunnitellaan parannettu vuorovaikutusrakenne. Yksikkökennon rakenne on esitetty kuvassa 1. Yksikkökennon rakenne on esitetty kuvassa 1. kynäsäde parantaa edelleen lähtötehoa ja toiminnan vakautta.Samaan aikaan työskentelykaistanleveyden lisäämiseksi SWS:n toimintaan on ehdotettu kaksoistilaa. SDV-rakenteen symmetrian vuoksi sähkömagneettisen kentän dispersioyhtälön ratkaisu voidaan jakaa parittomiin ja parillisiin tiloihin. Samaan aikaan matalan taajuuskaistan perustavanlaatuinen pariton vuorovaikutusmuoto ja laaja parillinen toimintatila käytetään edelleen korkean taajuuskaistan toteuttamiseen. dth.
Tehovaatimusten mukaan koko putki suunnitellaan 20 kV:n käyttöjännitteellä ja 2 × 80 mA kaksoissädevirralla. Jotta jännite sovitettaisiin mahdollisimman tarkasti SDV-SWS:n käyttökaistanleveyteen, on laskettava jakson pituus p. Säteen jännitteen ja jakson välinen suhde on esitetty yhtälössä (1)10:
Asettamalla vaihesiirron arvoon 2,5π 220 GHz:n keskitaajuudella, jaksoksi p voidaan laskea 0,46 mm. Kuvassa 2a on esitetty SWS-yksikkökennon dispersio-ominaisuudet. 20 kV:n keilalinja sopii hyvin bimodaaliseen käyrään. Sopivat taajuuskaistat voivat saavuttaa noin 70 GHz:n (21 GHz) ja 5,6 dd:n tilassa. 4–280 GHz (parillinen tila). Kuvassa 2b näkyy keskimääräinen kytkentäimpedanssi, joka on suurempi kuin 0,6 Ω 210–290 GHz, mikä osoittaa, että toimintakaistanleveydellä voi esiintyä voimakkaita vuorovaikutuksia.
(a) Kaksimuotoisen SDV-SWS:n dispersio-ominaisuudet 20 kV elektronisuihkulinjalla. (b) SDV-hidasaaltopiirin vuorovaikutusimpedanssi.
On kuitenkin tärkeää huomata, että parittoman ja parillisen tilan välillä on kaistaväli, ja tätä kaistaväliä kutsutaan yleensä pysäytyskaistaksi, kuten kuvassa 2a. Jos TWT:tä käytetään lähellä tätä taajuuskaistaa, voi esiintyä voimakasta säteen kytkentävoimakkuutta, mikä johtaa ei-toivottuihin värähtelyihin. Käytännön sovelluksissa vältämme yleensä TWT:n käyttämistä lähellä tätä pysäytyskaistaa. on vain 0,1 GHz.On vaikea määrittää, aiheuttaako tämä pieni kaistaväli värähtelyjä.Siksi toiminnan vakautta pysäytyskaistan ympärillä tutkitaan seuraavassa PIC-simulaatioosassa analysoidakseen, voiko ei-toivottuja värähtelyjä esiintyä.
Koko HFS:n malli on esitetty kuvassa 3. Se koostuu kahdesta SDV-SWS-vaiheesta, jotka on yhdistetty Bragg-heijastimilla. Heijastimen tehtävänä on katkaista signaalin siirto kahden vaiheen välillä, vaimentaa ei-toimivien tilojen värähtelyä ja heijastusta, kuten ylemmän ja alemman siiven välillä generoituja korkealuokkaisia ​​tiloja, mikä parantaa merkittävästi myös ulkoisen linjan vakautta. SWS:n liittämiseksi WR-4-standardin aaltoputkeen.Kaksitasoisen rakenteen lähetyskerroin mitataan 3D-simulointiohjelmiston aikatason ratkaisijalla.Kun otetaan huomioon terahertsikaistan todellinen vaikutus materiaaliin, alipainevaipan materiaaliksi asetetaan aluksi kupari ja johtavuus pienenee arvoon 2,25m×1207.
Kuvassa 4 on lähetystulokset HFS:lle lineaarisilla kartioliittimillä ja ilman. Tulokset osoittavat, että kytkimellä on vain vähän vaikutusta koko HFS:n lähetyssuorituskykyyn. Koko järjestelmän paluuhäviö (S11 < − 10 dB) ja lisäyshäviö (S21 > − 5 dB) 207~280 GHz:n laajakaistalla osoittavat, että HFS:llä on hyvät lähetysominaisuudet.
Elektronipistooli tyhjiöelektroniikkalaitteiden virtalähteenä määrittää suoraan, pystyykö laite tuottamaan tarpeeksi lähtötehoa. Yhdessä II jaksossa olevan HFS-analyysin kanssa kaksisäteinen EOS on suunniteltava tuottamaan riittävästi tehoa. Tässä osassa on W-kaistan 8,9 aiemman työn perusteella suunniteltu kaksoiskynäelektronipistooli käyttämällä elektrodeja. .Kuviossa 2 elektronisuihkujen käyttöjännite Ua on alun perin asetettu arvoon 20 kV, kahden elektronisuihkun virrat I ovat molemmat 80 mA ja elektronisuihkun säteen halkaisija dw on 0,13 mm. Samalla, jotta voidaan varmistaa, että elektronisuihkun virrantiheys ja elektronisuihkun suhde voidaan saavuttaa virran tiheydellä7. elektronisuihku on 603 A/cm2 ja katodin virrantiheys on 86 A/cm2, mikä voidaan saavuttaa Tämä saavutetaan käyttämällä uusia katodimateriaaleja. Suunnitteluteorian 14, 15, 16, 17 mukaan tyypillinen Pierce-elektronitykki voidaan yksilöidä.
Kuvassa 5 on aseen vaaka- ja pystysuunnassa kaaviokuvat. Voidaan nähdä, että elektronitykin profiili x-suunnassa on lähes identtinen tyypillisen levymäisen elektronitykin profiilin kanssa, kun taas y-suunnassa maski erottaa kaksi elektronisuihkua osittain toisistaan.Kahden katodin paikat ovat kohdissa 5 mm, y1 = 5 mm, y1 = 0 mm, y1 = 0 mm, y1 = 0 mm, y1 = 0, . = 0 mm, vastaavasti. Puristussuhteen ja elektronin injektiokoon mitoitusvaatimusten mukaan kahden katodipinnan mitat ovat 0,91 mm × 0,13 mm.
Jotta kunkin elektronisuihkun x-suunnassa vastaanottamasta fokusoidusta sähkökentästä saadaan symmetrinen oman keskipisteensä suhteen, tässä artikkelissa käytetään elektronipistooliin ohjauselektrodia. Asettamalla fokusointielektrodin ja ohjauselektrodin jännitteeksi −20 kV ja anodin jännitteeksi 0 V, saadaan kaksoissäteen sähköaseen liikeratajakauma, joka näkyy hyvin painetussa säteessä. y-suunnassa, ja jokainen elektronisuihku suppenee kohti x-suuntaa omaa symmetriakeskustaan ​​pitkin, mikä osoittaa, että ohjauselektrodi tasapainottaa tarkennuselektrodin synnyttämää epätasaista sähkökenttää.
Kuvassa 7 on säteen verhokäyrä x- ja y-suunnassa.Tulokset osoittavat, että elektronisäteen projektioetäisyys x-suunnassa on erilainen kuin y-suunnassa. Heittoetäisyys x-suunnassa on noin 4 mm ja heittoetäisyys y-suunnassa on noin 7 mm. Siksi todellinen heittoetäisyys tulee valita 4-7 mm:n välillä. 6 mm katodin pinnasta. Näemme, että poikkileikkauksen muoto on lähinnä tavallista pyöreää elektronisuihkua.Kahden elektronisuihkun välinen etäisyys on lähellä suunniteltua 0,31 mm ja säde on noin 0,13 mm, mikä täyttää suunnitteluvaatimukset. Kuvassa 9 on esitetty säteen virran simulointitulokset.Voidaan nähdä, että suunnitellut virrat ovat 7 mm A:n kanssa.
Ottaen huomioon käyttöjännitteen vaihtelut käytännön sovelluksissa, on tarpeen tutkia tämän mallin jänniteherkkyyttä. Jännitealueella 19,8 ~ 20,6 kV saadaan virran ja säteen virran verhokäyrät, kuten on esitetty kuvassa 1 ja kuvassa 1.10 ja 11. Tuloksista voidaan nähdä, että virran ja jännitteen muutoksilla ei ole vaikutusta vain sähkövoimaan. 0,74 - 0,78 A. Tästä syystä voidaan katsoa, ​​että tässä paperissa suunnitellulla elektronitykillä on hyvä jänniteherkkyys.
Käyttöjännitteen vaihteluiden vaikutus x- ja y-suunnan säteen verhokäyriin.
Tasainen magneettinen fokusointikenttä on yleinen kestomagneettitarkennusjärjestelmä. Tasaisen magneettikentän jakautumisen ansiosta koko sädekanavassa se soveltuu erittäin hyvin akselisymmetrisille elektronisäteille. Tässä osiossa ehdotetaan yhtenäistä magneettista fokusointijärjestelmää kaksoiskynäsäteiden pitkän matkan läpäisyn ylläpitämiseksi. Analysoimalla syntyvää magneettikenttää ja säteen suunnitteluongelmaa ehdotetaan järjestelmän herkkyyteen ja verhokäyrän herkkyyteen. Yhden kynäsäteen stabiilin läpäisyteorian18,19, Brillouinin magneettikentän arvo voidaan laskea yhtälöllä (2). Tässä artikkelissa käytämme tätä ekvivalenssia myös arvioidaksemme sivuttain jakautuneen kaksoiskynäsäteen magneettikenttää. Yhdessä tässä artikkelissa suunniteltuun elektronipistooliin laskettu magneettikentän arvo on Gs,0,00,0.Käytännössä valitaan yleensä 20, 1,5-2 kertaa laskettu arvo.
Kuvassa 12 on esitetty tasaisen magneettikentän fokusointikenttäjärjestelmän rakenne. Sininen osa on aksiaalisuunnassa magnetoitu kestomagneetti. Materiaalivalinta on NdFeB tai FeCoNi. Simulaatiomallissa asetettu remananssi Br on 1,3 T ja läpäisevyys 1,05. Jotta varmistetaan, että säteen vakaa läpäisy magneetissa koko piirissä, magneetin alkupituus on 70 mm. x-suunta määrittää, onko sädekanavan poikittaismagneettikenttä tasainen, mikä edellyttää, että koko x-suunnassa ei voi olla liian pieni. Samanaikaisesti magneetin koko ei saisi olla liian suuri koko putken kustannukset ja paino huomioon ottaen. Siksi magneetit on asetettu aluksi 150 mm × 150 mm × 70 mm:iin. 20 mm asti.
Purna Chandra Panda21 ehdotti vuonna 2015 napakappaletta, jossa on uusi porrastettu reikä yhtenäisessä magneettisessa fokusointijärjestelmässä, joka voi edelleen vähentää vuovuodon suuruutta katodille ja napakappaleen reiässä syntyvää poikittaista magneettikenttää. Tässä artikkelissa lisäämme tarkennusjärjestelmän napakappaleeseen porrastetun rakenteen. Napakappaleen korkeus on 5 mm ja napakappaleen alkupaksuus on 5 mm. napakappaleen reikien välinen etäisyys on 2 mm, kuten kuvassa 13.
Kuvassa 14a on esitetty aksiaalinen magneettikentän jakautuminen kahden elektronisuihkun keskilinjoja pitkin.Voidaan nähdä, että magneettikentän voimat kahta elektronisuihkua pitkin ovat yhtä suuret. Magneettikentän arvo on noin 6000 Gs, mikä on 1,5 kertaa teoreettinen Brillouin-kenttä, joka lisää siirto- ja tarkennustehoa. ic flux leakage.Kuva 14b esittää poikittaismagneettikentän jakauman By z-suunnassa kahden elektronisuihkun yläreunassa.Voidaan nähdä, että poikittaismagneettikenttä on alle 200 Gs vain napakappaleen reiässä, kun taas hidasaaltopiirissä poikittaismagneettikenttä on lähes nolla magneettikentän sähkömagneettikentän vaikutus on negatiivinen. s, on tarpeen tutkia napakappaleiden sisällä olevaa magneettikentän voimakkuutta. Kuvassa 14c on esitetty napakappaleen sisällä olevan magneettikentän jakauman itseisarvo.Voidaan nähdä, että magneettikentän voimakkuuden absoluuttinen arvo on alle 1,2T, mikä tarkoittaa, että napakappaleen magneettista kyllästymistä ei tapahdu.
Magneettikentän voimakkuuden jakauma Br = 1,3 T.(a) Aksiaalinen kenttäjakauma.(b) Lateraalinen kenttäjakauma By z-suunnassa.(c) Kenttäjakauman absoluuttinen arvo napakappaleen sisällä.
CST PS -moduulin perusteella kaksoissädepistoolin ja tarkennusjärjestelmän aksiaalinen suhteellinen sijainti on optimoitu. Viitteen mukaan.Kuvassa 9 ja simulaatioissa optimaalinen sijainti on se, missä anodikappale menee päällekkäin napakappaleen kanssa poispäin magneetista. Kuitenkin havaittiin, että jos remananssiksi asetettiin 1,3T, elektronisäteen läpäisykyky ei voinut nousta 99:ään. Nostamalla remananssi 1,4 T:iin, fokusoiva magneettikenttä kasvaa 6500 x ozsy in 6500 x ozsctors. Voidaan nähdä, että säteen läpäisy on hyvä, heilahtelu on pieni ja lähetysetäisyys on suurempi kuin 45 mm.
Kaksinkertaisten kynäsäteiden liikeradat homogeenisessa magneettijärjestelmässä Br = 1,4 T.(a) xoz-taso.(b) yoz-lentokone.
Kuvassa 16 on esitetty säteen poikkileikkaus eri kohdissa katodista poispäin.Voidaan havaita, että säteen osan muoto tarkennusjärjestelmässä on säilynyt hyvin, eikä poikkileikkauksen halkaisija juurikaan muutu. Kuvassa 17 on esitetty säteen verhokäyrät vastaavasti x- ja y-suunnassa.Voidaan nähdä, että vaihtelu osoittaa molempien virransuunnan vaihtelujen olevan hyvin pieni. .Tulokset osoittavat, että virta on noin 2 × 80 mA, mikä on yhdenmukainen elektronipistoolin suunnittelussa lasketun arvon kanssa.
Elektronisäteen poikkileikkaus (tarkennusjärjestelmällä) eri kohdissa katodista poispäin.
Ottaen huomioon useita ongelmia, kuten kokoonpanovirheet, jännitteen vaihtelut ja magneettikentän voimakkuuden muutokset käytännön prosessointisovelluksissa, on tarpeen analysoida tarkennusjärjestelmän herkkyys.Koska anodin ja napakappaleen välillä on rako varsinaisessa käsittelyssä, tämä rako on asetettava simulaatiossa. Raon arvoksi asetettiin 0,19 mm virtaa. tulos osoittaa, että säteen verhokäyrän muutos ei ole merkittävä ja säteen virta tuskin muuttuu.Siksi järjestelmä ei ole herkkä kokoonpanovirheille.Ajojännitteen vaihtelulle virhealueeksi on asetettu ±0,5 kV. Kuvassa 19b on esitetty vertailutulokset.Voidaan nähdä, että jännitteen muutoksella on vähän vaikutusta arvoon T.0.0 virhealueelta +0.0 arvoon +0. magneettikentän voimakkuudessa. Vertailutulokset on esitetty kuvassa 20. On nähtävissä, että säteen verhokäyrä ei juuri muutu, mikä tarkoittaa, että koko EOS on herkkä magneettikentän voimakkuuden muutoksille.
Säteen verhokäyrä ja virta saavat aikaan tasaisen magneettisen tarkennusjärjestelmän.(a) Kokoonpanotoleranssi on 0,2 mm.(b) Käyttöjännitteen vaihtelu on ±0,5 kV.
Säteen verhokäyrä tasaisen magneettisen tarkennusjärjestelmän alla, jonka aksiaaliset magneettikentän voimakkuuden vaihtelut vaihtelevat välillä 0,63 - 0,68 T.
Jotta varmistetaan, että tässä artikkelissa suunniteltu tarkennusjärjestelmä sopii yhteen HFS:n kanssa, on tarpeen yhdistää tarkennusjärjestelmä ja HFS tutkimusta varten. Kuvassa 21 on vertailu säteen verhokäyristä kuormitettuna ja ilman HFS:ää. Tulokset osoittavat, että säteen verhokäyrä ei juurikaan muutu, kun koko HFS on ladattu. Siksi yllä oleva tarkennusjärjestelmä sopii matka-aaltoputken matka-aaltoputkeen.
Osassa III ehdotetun EOS:n oikeellisuuden tarkistamiseksi ja 220 GHz SDV-TWT:n suorituskyvyn tutkimiseksi suoritetaan 3D-PIC-simulointi säde-aaltovuorovaikutuksesta. Simulointiohjelmiston rajoitusten vuoksi emme pystyneet lisäämään koko EOS:ää HFS:ään. Siksi elektronipistooli korvattiin halkaisijaltaan 10 mm:n vastaavalla pinnalla.30 mm. 1 mm, samat parametrit kuin yllä suunnitellulla elektronipistoolilla.EOS:n herkkyyden ja hyvän vakauden ansiosta käyttöjännite voidaan optimoida oikein parhaan lähtötehon saavuttamiseksi PIC-simulaatiossa. Simulaatiotulokset osoittavat, että kyllästetty lähtöteho ja vahvistus voidaan saada käyttöjännitteellä 20,6 kV, sädevirran teholla 2 × 60.0 m/A (2 × 60.0 A/5 A).
Parhaan lähtösignaalin saamiseksi on myös optimoitava jaksojen lukumäärä.Paras lähtöteho saadaan, kun kahden portaan lukumäärä on 42 + 48 jaksoa, kuten kuvassa 22a on esitetty. 0,05 W:n tulosignaali vahvistetaan 314 W:iin 38 dB:n vahvistuksella. Lähtötehospektri saadaan muunnoksena (Fasturie,Foturiz.) Kuva 22b esittää elektronienergian aksiaalisen sijaintijakauman SWS:ssä, kun useimmat elektronit menettävät energiaa. Tämä tulos osoittaa, että SDV-SWS voi muuntaa elektronien kineettisen energian RF-signaaleiksi, mikä toteuttaa signaalin vahvistuksen.
SDV-SWS-lähtösignaali 220 GHz:llä.(a) Lähtöteho mukana spektrillä.(b) Elektronien energian jakautuminen elektronisuihkun ollessa SWS-sisäkkeen lopussa.
Kuvassa 23 on esitetty kaksimuotoisen kaksikeilaisen SDV-TWT:n lähtötehon kaistanleveys ja vahvistus. Lähtötehoa voidaan edelleen parantaa pyyhkäisemällä taajuuksia 200 GHz:stä 275 GHz:iin ja optimoimalla taajuusmuuttajan jännite. Tämä tulos osoittaa, että 3 dB:n kaistanleveys voi kattaa 205 GHz - 2 modet taajuuden. th.
Kuvan 2a mukaan tiedämme kuitenkin, että parittoman ja parillisen tilan välillä on pysäytyskaista, mikä voi johtaa ei-toivottuihin värähtelyihin. Siksi työskentelyn vakautta pysäytysten ympärillä on tutkittava. Kuvat 24a-c ovat 20 ns:n simulaatiotuloksia taajuudella 265,3 GHz, 265,32 GHz, 265,35 GHz ja GHz. Tuloksissa on jonkin verran vaihtelua, lähtöteho on suhteellisen vakaa. Spektri näkyy myös vastaavasti kuvassa 24, spektri on puhdas. Nämä tulokset osoittavat, että pysäytyskaistan lähellä ei ole itsevärähtelyä.
Valmistus ja mittaus ovat välttämättömiä koko HFS:n oikeellisuuden varmistamiseksi.Tässä osassa HFS on valmistettu tietokonenumeerisen ohjaustekniikan (CNC) avulla, jonka työkalun halkaisija on 0,1 mm ja työstötarkkuus 10 μm. Korkeataajuisen rakenteen materiaalina on koko happivapaa korkean johtavuuden (OFHC) rakenne. 00 mm, leveys 20,00 mm ja korkeus 8,66 mm.Kahdeksan nastan reikää on jaettu rakenteen ympärille.Kuva 25b esittää rakenteen pyyhkäisyelektronimikroskoopilla (SEM).Tämän rakenteen terät ovat tasaisesti valmistettuja ja niillä on hyvä pinnan karheus.Tarkan mittauksen jälkeen kokonaistyöstörakenne on pienempi kuin..4 μm. ja tarkkuusvaatimukset.
Kuvassa 26 on esitetty vertailu todellisten testitulosten ja lähetyssuorituskyvyn simulaatioiden välillä. Kuvan 26a portti 1 ja portti 2 vastaavat HFS:n tulo- ja lähtöportteja ja vastaavat kuvan 3 porttia 1 ja porttia 4. S11:n todelliset mittaustulokset ovat hieman parempia kuin simulointitulokset. Samalla S21:n mitatut tulokset voivat olla liian korkeat, että pinnan johtavuus on liian korkea. sen jälkeen, kun varsinainen koneistus on huono. Kokonaisuutena mitatut tulokset ovat hyvin sopusoinnussa simulaatiotulosten kanssa ja lähetyskaistanleveys täyttää 70 GHz:n vaatimuksen, mikä varmistaa ehdotetun kaksimuotoisen SDV-TWT:n toteutettavuuden ja oikeellisuuden. Näin ollen yhdessä varsinaisen valmistusprosessin ja testitulosten kanssa voidaan ehdottaa tätä ultra-laajaa paperinvalmistusta ja SD-suunnittelua. sovelluksia.
Tässä artikkelissa esitetään yksityiskohtainen suunnittelu tasomajakoisesta 220 GHz kaksikeilaisesta SDV-TWT:stä.Kaksimooditoiminnan ja kaksisäteisen herätteen yhdistelmä kasvattaa entisestään toimintakaistanleveyttä ja lähtötehoa. Valmistus ja kylmätesti suoritetaan myös koko HFS:n oikeellisuuden varmistamiseksi.Todelliset mittaustulokset ovat hyvin sopusoinnussa simulaatiotulosten kanssa. Suunnitellun kaksisäteisen EOS:n kohdalla maskiosaa ja ohjauselektrodeja on käytetty yhdessä tuottamaan kaksikynäsäde. Suunnitellun yhtenäisen fokusoivan magneettikentän alla elektronisäde voidaan siirtää vakaasti pitkiä matkoja hyvässä kunnossa. paperissa yhdistyy täysin nykyinen kypsä tasokäsittelyteknologia, ja siinä on suuri potentiaali suorituskykyindikaattoreissa sekä prosessoinnissa ja kokoonpanossa. Tämän vuoksi tässä artikkelissa uskotaan, että tasomaisesta rakenteesta tulee todennäköisimmin terahertsitaajuusalueen tyhjiöelektroniikkalaitteiden kehitystrendi.
Suurin osa tämän tutkimuksen raakatiedoista ja analyyttisista malleista on sisällytetty tähän julkaisuun. Lisätietoa voidaan saada vastaavalta kirjoittajalta kohtuullisesta pyynnöstä.
Gamzina, D. et al. Nanoscale CNC-työstö aliterahertsin tyhjiöelektroniikkaan. IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. ja Paoloni, C. UV-LIGA-mikrovalmistus sub-terahertsiaaltoputkien avulla monikerroksisella SU-8-valoresistillä.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz-teknologian tiekartta.J.Physics.D sovelletaan.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Vahva plasmonisen aallon etenemisen rajoittaminen ultralaajakaistaisten porrastettujen kaksoishilaisten waveguides.application.physics.Wright.93, 221504 kautta.
Baig, A. et al.Performance of a Nano CNC Machined 220-GHz Traveling Wave Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Tutkitaan äärettömän leveiden levyelektronisuihkujen diokotronin epävakautta käyttämällä makroskooppista kylmäfluidimalliteoriaa. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/1204111.
Galdetskiy, AV mahdollisuudesta lisätä kaistanleveyttä säteen tasomaisella asettelulla monikeilassa klystronissa. 12. IEEE International Conference on Vacuum Electronics, Bangalore, Intia, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.5047.
Nguyen, CJ et al. Kolmisäteisten elektronitykkien suunnittelu kapealla säteen jakotason jakautumisella W-kaistaisessa porrastetussa kaksilapaisessa liikkuvassa aaltoputkessa[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 Tasomainen kolmisäteinen optinen järjestelmä kapealla säteen erotuksella W-kaistan perusmoodille TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Tutkimus lomitetuista kaksiteräisistä liikkuvista aaltoputkista, joissa on millimetriaaltolevypalkit 20-22 (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Study on beam-wave interaction stability of a beam-wave interaction stability of a G-band interleaved dual-blade travelling wave tube.2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.5.1.8/THz/0MMW1.1org. 263 (2018).