Mèsi paske ou te vizite Nature.com. Vèsyon navigatè w ap itilize a pa gen sipò limite pou CSS. Pou pi bon eksperyans lan, nou rekòmande pou w itilize yon navigatè ki ajou (oswa dezaktive mòd konpatibilite nan Internet Explorer). Antretan, pou asire sipò kontinyèl, nou pral montre sit la san estil ak JavaScript.
Nan papye sa a, yo konsevwa epi verifye yon tib vag doub lam antrelase ki gen gwo puisans bande laj 220GHz. Premyèman, yo pwopoze yon estrikti vag ralanti doub lam dekale planè. Lè l sèvi avèk yon konplo operasyon doub-mòd, pèfòmans transmisyon an ak Pleasant la prèske doub sa yo ki nan yon sèl mòd. Dezyèmman, pou satisfè egzijans gwo puisans pwodiksyon an epi amelyore estabilite tib vag k ap vwayaje a, yo konsevwa yon sistèm optik elektwonik doub ki gen fòm kreyon, vòltaj kondwi a se 20 ~ 21 kV, epi kouran an se 2 × 80 mA. Objektif konsepsyon yo. Lè l sèvi avèk pati mask la ak elektwòd kontwòl nan kanon doub-gwo bout bwa a, de bout bwa kreyon yo ka konsantre sou sant respektif yo ak yon rapò konpresyon 7, distans konsantrasyon an se apeprè 0.18mm, epi estabilite a bon. Sistèm konsantrasyon mayetik inifòm lan te optimize tou. Distans transmisyon ki estab nan doub bout bwa elektwon planè a ka rive nan 45 mm, epi chan mayetik konsantrasyon an se 0.6 T, ki sifi pou kouvri tout sistèm frekans segondè (HFS) la. Lè sa a, pou verifye... Yo te fè tou simulation itilizasyon sistèm elektwon-optik la ak pèfòmans estrikti vag dousman an, simulation selil patikil (PIC) sou tout HFS la. Rezilta yo montre ke sistèm entèraksyon gwo bout bwa a ka rive nan yon pik puisans pwodiksyon prèske 310 W a 220 GHz, vòltaj gwo bout bwa optimize a se 20.6 kV, kouran gwo bout bwa a se 2 × 80 mA, genyen an se 38 dB, epi Pleasant 3-dB a depase 35 dB anviwon 70 GHz. Finalman, yo fè fabrikasyon mikwoestrikti ak gwo presizyon pou verifye pèfòmans HFS la, epi rezilta yo montre ke Pleasant ak karakteristik transmisyon yo an bon akò ak rezilta simulation yo. Se poutèt sa, yo prevwa ke konplo ki pwopoze nan papye sa a pral devlope sous radyasyon terahertz ultra-larj ki gen gwo puisans ak potansyèl pou aplikasyon nan lavni.
Kòm yon aparèy elektwonik vakyòm tradisyonèl, tib vag vwayaj (TWT) jwe yon wòl iranplasabl nan anpil aplikasyon tankou rada wo rezolisyon, sistèm kominikasyon satelit, ak eksplorasyon espas1,2,3. Sepandan, kòm frekans fonksyònman an antre nan bann terahertz la, TWT kavite makonnen tradisyonèl la ak TWT elikoidal la pa kapab satisfè bezwen moun yo akòz pouvwa pwodiksyon relativman ba, Pleasant etwat, ak pwosesis fabrikasyon difisil. Se poutèt sa, kijan pou amelyore pèfòmans bann THz la nèt vin tounen yon pwoblèm ki trè konsène pou anpil enstitisyon rechèch syantifik. Nan dènye ane yo, nouvo estrikti vag dousman (SWS), tankou estrikti doub lam dekale (SDV) ak estrikti gid vag ki pliye (FW), te resevwa anpil atansyon akòz estrikti plan natirèl yo, espesyalman nouvo SDV-SWS yo ki gen potansyèl pwomèt. Estrikti sa a te pwopoze pa UC-Davis an 20084. Estrikti plan an ka fasil pou fabrike pa teknik pwosesis mikwo-nano tankou kontwòl nimerik òdinatè (CNC) ak UV-LIGA, estrikti pake tout metal la ka bay pi gwo kapasite tèmik ak pi wo puisans pwodiksyon ak genyen, epi estrikti ki sanble ak gid vag la kapab tou bay yon pi gwo Pleasant travay. Kounye a, UC Davis te demontre pou premye fwa an 2017 ke SDV-TWT ka jenere pwodiksyon gwo pouvwa ki depase 100 W ak prèske 14 GHz siyal Pleasant nan G-band5 la. Sepandan, rezilta sa yo toujou gen twou ki pa ka satisfè egzijans ki gen rapò ak gwo pouvwa ak laj Pleasant nan band terahertz la. Pou G-band SDV-TWT UC-Davis la, yo te itilize gwo bout bwa elektwon fèy. Malgre ke konplo sa a ka amelyore anpil kapasite aktyèl pote gwo bout bwa a, li difisil pou kenbe yon distans transmisyon long akòz enstabilite sistèm optik elektwon gwo bout bwa fèy (EOS) la, epi gen yon tinèl gwo bout bwa ki twò wo, ki ka lakòz tou gwo bout bwa a oto-reglemante. – Eksitasyon ak osilasyon 6,7. Pou satisfè egzijans gwo puisans pwodiksyon, laj Pleasant ak bon estabilite THz TWT, yo pwopoze yon SDV-SWS doub-gwo bout bwa ak operasyon doub-mòd nan atik sa a. Sa vle di, pou ogmante Pleasant operasyon an, yo pwopoze epi prezante operasyon doub-mòd nan estrikti sa a. Epi, pou ogmante puisans pwodiksyon an, yo itilize tou yon distribisyon planè nan doub gwo bout bwa kreyon. Radyo gwo bout bwa kreyon sèl yo relativman piti akòz kontrent gwosè vètikal yo. Si dansite kouran an twò wo, yo dwe redwi kouran gwo bout bwa a, sa ki lakòz yon puisans pwodiksyon relativman ba. Pou amelyore kouran gwo bout bwa a, EOS milti-gwo bout bwa distribye planè te parèt, ki eksplwate gwosè lateral SWS la. Akòz tinèl gwo bout bwa endepandan an, milti-gwo bout bwa distribye planè a ka reyalize gwo puisans pwodiksyon lè li kenbe yon kouran gwo bout bwa total ki wo ak yon ti kouran pou chak gwo bout bwa, sa ki ka evite tinèl gwo bout bwa overmode konpare ak aparèy gwo bout bwa fèy yo. Se poutèt sa, li benefik pou kenbe estabilite tib vag k ap vwayaje a. Sou baz travay anvan yo8,9, atik sa a pwopoze yon chan mayetik inifòm G-band. Konsantrasyon doub gwo bout bwa kreyon EOS, ki ka amelyore anpil distans transmisyon ki estab nan gwo bout bwa a epi ogmante plis zòn entèraksyon gwo bout bwa a, kidonk amelyore anpil pouvwa pwodiksyon an.
Estrikti atik sa a se jan sa a. Premyèman, yo dekri konsepsyon selil SWS la ak paramèt yo, analiz karakteristik dispèsyon an ak rezilta simulation frekans segondè yo. Apre sa, dapre estrikti selil inite a, yo desine yon EOS doub gwo bout bwa kreyon ak yon sistèm entèraksyon gwo bout bwa nan atik sa a. Yo prezante tou rezilta simulation patikil entraselulè pou verifye itilite EOS la ak pèfòmans SDV-TWT la. Anplis de sa, atik la prezante yon ti tan rezilta fabrikasyon ak tès frèt yo pou verifye koreksyon tout HFS la. Finalman, fè yon rezime.
Kòm youn nan konpozan ki pi enpòtan nan TWT a, pwopriyete dispèsyon estrikti vag dousman an endike si vitès elektwon an koresponn ak vitès faz SWS la, e konsa li gen yon gwo enfliyans sou entèraksyon vag-gwo bout bwa a. Pou amelyore pèfòmans tout TWT a, yo te konsepsyone yon estrikti entèraksyon amelyore. Estrikti selil inite a montre nan Figi 1. Lè nou konsidere enstabilite gwo bout bwa fèy la ak limitasyon pouvwa gwo bout bwa plim sèl la, estrikti a adopte yon gwo bout bwa plim doub pou amelyore pouvwa pwodiksyon an ak estabilite operasyon an plis toujou. Pandansetan, pou ogmante Pleasant travay la, yo te pwopoze yon mòd doub pou SWS opere. Akòz simetri estrikti SDV a, solisyon ekwasyon dispèsyon chan elektwomayetik la ka divize an mòd enpè ak pè. An menm tan, mòd enpè fondamantal nan bann frekans ki ba a ak mòd pè fondamantal nan bann frekans ki wo a yo itilize pou reyalize senkronizasyon bande laj entèraksyon gwo bout bwa a, kidonk amelyore Pleasant travay la plis toujou.
Selon egzijans pouvwa a, tout tib la fèt ak yon vòltaj kondwi 20 kV ak yon kouran doub gwo bout bwa 2 × 80 mA. Pou nou ka matche vòltaj la otank posib ak Pleasant fonksyònman SDV-SWS la, nou bezwen kalkile longè peryòd p la. Relasyon ki genyen ant vòltaj gwo bout bwa a ak peryòd la montre nan ekwasyon (1)10:
Lè w mete chanjman faz la a 2.5π nan frekans santral 220 GHz la, peryòd p a ka kalkile pou l rive 0.46 mm. Figi 2a montre pwopriyete dispèsyon selil inite SWS la. Liy gwo bout bwa 20 kV a byen matche ak koub bimodal la. Bann frekans ki matche yo ka rive nan anviwon 70 GHz nan ranje 210–265.3 GHz (mòd enpè) ak 265.4–280 GHz (mòd pè). Figi 2b montre enpedans kouplaj mwayèn nan, ki pi gran pase 0.6 Ω soti nan 210 rive nan 290 GHz, sa ki endike ke entèraksyon fò ka rive nan bandwidth fonksyònman an.
(a) Karakteristik dispèsyon yon SDV-SWS doub-mòd ak yon liy gwo bout bwa elektwon 20 kV. (b) Enpedans entèraksyon sikwi ond dousman SDV a.
Sepandan, li enpòtan pou nou sonje ke gen yon espas bann ant mòd enpè ak pè yo, epi nou anjeneral refere a espas bann sa a kòm bann arè a, jan yo montre nan Figi 2a. Si TWT a opere toupre bann frekans sa a, yon gwo fòs kouplaj gwo bout bwa ka rive, sa ki pral mennen nan osilasyon endezirab. Nan aplikasyon pratik, nou jeneralman evite itilize TWT toupre bann arè a. Sepandan, nou ka wè ke espas bann estrikti vag dousman sa a se sèlman 0.1 GHz. Li difisil pou detèmine si ti espas bann sa a lakòz osilasyon. Se poutèt sa, estabilite operasyon an ozalantou bann arè a pral envestige nan seksyon simulation PIC ki anba la a pou analize si osilasyon endezirab ka rive.
Modèl HFS konplè a montre nan Figi 3. Li konsiste de de etap SDV-SWS, konekte pa reflektè Bragg. Fonksyon reflektè a se koupe transmisyon siyal ant de etap yo, siprime osilasyon ak refleksyon mòd ki pa fonksyone tankou mòd lòd segondè ki pwodui ant lam anwo ak anba yo, kidonk amelyore anpil estabilite tib la an antye. Pou koneksyon ak anviwònman ekstèn lan, yo itilize tou yon koupleur konik lineyè pou konekte SWS la ak yon gid vag estanda WR-4. Yo mezire koyefisyan transmisyon estrikti de nivo a pa yon rezolvè domèn tan nan lojisyèl simulation 3D a. Lè nou konsidere efè reyèl bann terahertz la sou materyèl la, yo mete materyèl anvlòp vakyòm nan okòmansman sou kwiv, epi yo redwi konduktivite a a 2.25 × 107 S/m12.
Figi 4 la montre rezilta transmisyon pou HFS avèk ak san kouplè lineyè konik. Rezilta yo montre ke kouplè a gen ti efè sou pèfòmans transmisyon tout HFS la. Pèt retou a (S11 < − 10 dB) ak pèt ensèsyon an (S21 > − 5 dB) nan tout sistèm nan nan bande laj 207~280 GHz la montre ke HFS gen bon karakteristik transmisyon.
Kòm sous pouvwa aparèy elektwonik vakyòm yo, kanon elektwon an detèmine dirèkteman si aparèy la ka jenere ase pouvwa pwodiksyon. Ansanm ak analiz HFS nan Seksyon II a, yon EOS doub-gwo bout bwa bezwen fèt pou bay ase pouvwa. Nan pati sa a, ki baze sou travay anvan nan W-band8,9, yo fèt yon kanon elektwon doub kreyon lè l sèvi avèk yon pati mask planè ak elektwòd kontwòl. Premyèman, dapre egzijans konsepsyon SWS nan Seksyon. Jan yo montre nan FIG. 2, vòltaj kondwi Ua gwo bout elektwon yo okòmansman fikse a 20 kV, kouran I nan de gwo bout elektwon yo tou de se 80 mA, epi dyamèt gwo bout elektwon dw gwo bout elektwon yo se 0.13 mm. An menm tan, pou asire ke dansite kouran gwo bout elektwon an ak katod la ka reyalize, rapò konpresyon gwo bout elektwon an fikse a 7, kidonk dansite kouran gwo bout elektwon an se 603 A/cm2, epi dansite kouran katod la se 86 A/cm2, ki ka reyalize lè l sèvi avèk nouvo materyèl katod. Dapre teyori konsepsyon 14, 15, 16, 17, yon kanon elektwon Pierce tipik ka idantifye inikman.
Figi 5 montre dyagram eskematik orizontal ak vètikal kanon an, respektivman. Nou ka wè ke pwofil kanon elektwon an nan direksyon x la prèske idantik ak pwofil yon kanon elektwon tipik ki sanble ak yon fèy, alòske nan direksyon y la, de gwo bout elektwon yo separe pasyèlman pa mask la. Pozisyon de katod yo se nan x = – 0.155 mm, y = 0 mm ak x = 0.155 mm, y = 0 mm, respektivman. Selon egzijans konsepsyon rapò konpresyon ak gwosè enjeksyon elektwon an, dimansyon de sifas katod yo detèmine a 0.91 mm × 0.13 mm.
Pou fè chan elektrik konsantre ke chak gwo bout elektwon resevwa nan direksyon x la simetrik alantou pwòp sant li, atik sa a aplike yon elektwòd kontwòl sou kanon elektwon an. Lè nou mete vòltaj elektwòd konsantre a ak elektwòd kontwòl la sou -20 kV, epi vòltaj anod la sou 0 V, nou ka jwenn distribisyon trajektwa kanon doub gwo bout la, jan yo montre nan Fig. 6. Nou ka wè ke elektwon ki emèt yo gen bon konpresibilite nan direksyon y la, epi chak gwo bout elektwon konvèje nan direksyon x la sou pwòp sant simetri li, ki endike ke elektwòd kontwòl la balanse chan elektrik inegal ki pwodui pa elektwòd konsantre a.
Figi 7 montre anvlòp gwo bout bwa a nan direksyon x ak y yo. Rezilta yo montre ke distans pwojeksyon gwo bout bwa elektwon an nan direksyon x la diferan de sa ki nan direksyon y la. Distans pwojeksyon an nan direksyon x la se anviwon 4mm, epi distans pwojeksyon an nan direksyon y la pre 7mm. Se poutèt sa, distans pwojeksyon reyèl la ta dwe chwazi ant 4 ak 7 mm. Figi 8 montre seksyon kwa gwo bout bwa elektwon an a 4.6 mm soti nan sifas katod la. Nou ka wè ke fòm seksyon kwa a pi pre yon gwo bout bwa elektwon sikilè estanda. Distans ki genyen ant de gwo bout bwa elektwon yo pre 0.31 mm ki te fèt la, epi reyon an se anviwon 0.13 mm, ki satisfè egzijans konsepsyon yo. Figi 9 montre rezilta simulation kouran gwo bout bwa a. Nou ka wè ke de kouran gwo bout bwa yo se 76mA, ki an bon akò ak 80mA ki te fèt la.
Lè nou konsidere varyasyon vòltaj kondwi a nan aplikasyon pratik yo, li nesesè pou etidye sansiblite vòltaj modèl sa a. Nan seri vòltaj 19.8 ~ 20.6 kV, anvlòp kouran ak kouran gwo bout bwa yo jwenn, jan yo montre nan Figi 1 ak Figi 1.10 ak 11. Apati rezilta yo, nou ka wè ke chanjman vòltaj kondwi a pa gen okenn efè sou anvlòp gwo bout bwa elektwon an, epi kouran gwo bout bwa elektwon an chanje sèlman soti nan 0.74 a 0.78 A. Se poutèt sa, nou ka konsidere ke kanon elektwon ki fèt nan papye sa a gen yon bon sansiblite pou vòltaj.
Efè fluktuasyon vòltaj kondwi sou anvlòp gwo bout bwa yo nan direksyon x ak y.
Yon chan mayetik inifòm se yon sistèm konsantrasyon leman pèmanan komen. Akòz distribisyon inifòm chan mayetik la nan tout kanal gwo bout bwa a, li trè apwopriye pou gwo bout bwa elektwon aksisimetrik. Nan seksyon sa a, yo pwopoze yon sistèm konsantrasyon mayetik inifòm pou kenbe transmisyon long distans gwo bout bwa kreyon doub. Lè nou analize chan mayetik ki pwodui a ak anvlòp gwo bout bwa a, yo pwopoze yon plan konsepsyon sistèm konsantrasyon an, epi yo etidye pwoblèm sansiblite a. Dapre teyori transmisyon ki estab yon sèl gwo bout bwa kreyon18,19, yo ka kalkile valè chan mayetik Brillouin nan pa ekwasyon (2). Nan atik sa a, nou itilize ekivalans sa a tou pou estime chan mayetik yon gwo bout bwa kreyon doub distribye lateralman. Lè nou konbine avèk kanon elektwon ki fèt nan atik sa a, valè chan mayetik ki kalkile a se anviwon 4000 Gs. Dapre Ref. 20, yo anjeneral chwazi 1.5-2 fwa valè ki kalkile a nan konsepsyon pratik yo.
Figi 12 la montre estrikti yon sistèm chan mayetik inifòm. Pati ble a se leman pèmanan ki mayetize nan direksyon aksyal la. Seleksyon materyèl la se NdFeB oswa FeCoNi. Remanans Br ki fikse nan modèl simulation an se 1.3 T epi pèmeyabilite a se 1.05. Pou asire transmisyon ki estab nan gwo bout bwa a nan tout sikwi a, longè leman an fikse okòmansman a 70 mm. Anplis de sa, gwosè leman an nan direksyon x la detèmine si chan mayetik transvèsal la nan kanal gwo bout bwa a inifòm, sa ki egzije pou gwosè a nan direksyon x la pa ka twò piti. An menm tan, lè w konsidere pri a ak pwa tout tib la, gwosè leman an pa ta dwe twò gwo. Se poutèt sa, leman yo fikse okòmansman a 150 mm × 150 mm × 70 mm. Pandansetan, pou asire ke tout sikwi vag dousman an ka mete nan sistèm konsantrasyon an, distans ki genyen ant leman yo fikse a 20 mm.
An 2015, Purna Chandra Panda21 te pwopoze yon moso pol ak yon nouvo twou gradyèl nan yon sistèm konsantrasyon mayetik inifòm, ki ka plis diminye mayitid flit flux nan katod la ak chan mayetik transvèsal ki pwodui nan twou moso pol la. Nan atik sa a, nou ajoute yon estrikti gradyèl nan moso pol sistèm konsantrasyon an. Epesè moso pol la okòmansman fikse a 1.5mm, wotè ak lajè twa etap yo se 0.5mm, epi distans ki genyen ant twou moso pol yo se 2mm, jan yo montre nan Figi 13.
Figi 14a montre distribisyon chan mayetik aksyèl la sou liy sant de gwo bout bwa elektwon yo. Nou ka wè ke fòs chan mayetik yo sou de gwo bout bwa elektwon yo egal. Valè chan mayetik la se anviwon 6000 Gs, ki se 1.5 fwa chan Brillouin teorik la pou ogmante pèfòmans transmisyon ak konsantrasyon. An menm tan, chan mayetik la nan katod la prèske 0, sa ki endike ke moso pol la gen yon bon efè sou anpeche flit mayetik. Figi 14b montre distribisyon chan mayetik transvèsal By nan direksyon z nan kwen anwo de gwo bout bwa elektwon yo. Nou ka wè ke chan mayetik transvèsal la mwens pase 200 Gs sèlman nan twou moso pol la, alòske nan sikwi vag ralanti a, chan mayetik transvèsal la prèske zewo, sa ki pwouve ke enfliyans chan mayetik transvèsal la sou gwo bout bwa elektwon an neglijab. Pou anpeche saturation mayetik moso pol yo, li nesesè pou etidye fòs chan mayetik andedan moso pol yo. Figi 14c montre valè absoli distribisyon chan mayetik la andedan moso pol la. Nou ka wè ke valè absoli fòs chan mayetik la se mwens pase 1.2T, sa ki endike ke saturation mayetik moso pol la p ap rive.
Distribisyon fòs chan mayetik pou Br = 1.3 T.(a) Distribisyon chan axial.(b) Distribisyon chan lateral By nan direksyon z.(c) Valè absoli distribisyon chan mayetik la nan moso pol la.
Baze sou modil CST PS la, pozisyon relatif aksyal kanon doub gwo bout bwa a ak sistèm konsantrasyon an optimize. Dapre Ref. 9 ak similasyon yo, kote optimal la se kote moso anod la sipèpoze moso pol la lwen leman an. Sepandan, yo te jwenn ke si remanans lan te fikse a 1.3T, transmisyon gwo bout bwa elektwon an pa t ap ka rive nan 99%. Lè yo ogmante remanans lan a 1.4 T, chan mayetik konsantrasyon an ap ogmante a 6500 Gs. Trajektwa gwo bout bwa yo sou plan xoz ak yoz yo montre nan Figi 15. Nou ka wè ke gwo bout bwa a gen bon transmisyon, ti fliksyonasyon, ak yon distans transmisyon ki pi gran pase 45mm.
Trajektwa doub gwo bout bwa kreyon anba yon sistèm mayetik omojèn ak Br = 1.4 T.(a) plan xoz.(b) avyon yoz.
Figi 16 la montre seksyon travès la nan diferan pozisyon lwen katod la. Nou ka wè ke fòm seksyon travès la nan sistèm fokalizasyon an byen konsève, epi dyamèt seksyon an pa chanje anpil. Figi 17 la montre anvlòp travès yo nan direksyon x ak y yo, respektivman. Nou ka wè ke varyasyon travès la nan tou de direksyon yo piti anpil. Figi 18 la montre rezilta simulation kouran travès la. Rezilta yo montre ke kouran an se anviwon 2 × 80 mA, ki konsistan avèk valè kalkile nan konsepsyon kanon elektwon an.
Seksyon kwa gwo bout bwa elektwon (avèk sistèm fokalizasyon) nan diferan pozisyon lwen katod la.
Lè nou konsidere yon seri pwoblèm tankou erè asanblaj, varyasyon vòltaj, ak chanjman nan fòs chan mayetik nan aplikasyon pratik pou pwosesis, li nesesè pou analize sansiblite sistèm konsantrasyon an. Paske gen yon espas ant moso anod la ak moso pol la nan pwosesis aktyèl la, espas sa a bezwen fikse nan simulation an. Valè espas la te fikse a 0.2 mm epi Figi 19a montre anvlòp gwo bout bwa a ak kouran gwo bout bwa a nan direksyon y la. Rezilta sa a montre ke chanjman nan anvlòp gwo bout bwa a pa siyifikatif epi kouran gwo bout bwa a prèske pa chanje. Se poutèt sa, sistèm nan ensansib a erè asanblaj. Pou varyasyon vòltaj kondwi a, seri erè a fikse a ±0.5 kV. Figi 19b montre rezilta konparezon an. Nou ka wè ke chanjman vòltaj la gen ti efè sou anvlòp gwo bout bwa a. Seri erè a fikse soti nan -0.02 a +0.03 T pou chanjman nan fòs chan mayetik la. Rezilta konparezon yo montre nan Figi 20. Nou ka wè ke anvlòp gwo bout bwa a prèske pa chanje, sa vle di ke tout EOS la ensansib a chanjman nan fòs chan mayetik la.
Anvlòp gwo bout bwa a ak rezilta kouran anba yon sistèm fokalizasyon mayetik inifòm. (a) Tolerans asanblaj la se 0.2 mm. (b) Fluktuasyon vòltaj kondwi a se ±0.5 kV.
Anvlòp gwo bout bwa anba yon sistèm fokalizasyon mayetik inifòm ak fluktuasyon fòs chan mayetik axial ki varye ant 0.63 ak 0.68 T.
Pou asire ke sistèm fokalizasyon ki fèt nan papye sa a ka koresponn ak HFS, li nesesè pou konbine sistèm fokalizasyon an ak HFS pou rechèch. Figi 21 montre yon konparezon anvlòp gwo bout bwa avèk ak san HFS chaje. Rezilta yo montre ke anvlòp gwo bout bwa a pa chanje anpil lè tout HFS la chaje. Se poutèt sa, sistèm fokalizasyon an apwopriye pou tib vag k ap deplase HFS nan konsepsyon ki anwo a.
Pou verifye koreksyon EOS ki pwopoze nan Seksyon III a epi pou envestige pèfòmans SDV-TWT 220 GHz la, yo fè yon simulation 3D-PIC sou entèraksyon vag-gwo bout bwa. Akòz limitasyon lojisyèl simulation an, nou pa t kapab ajoute tout EOS la nan HFS. Se poutèt sa, yo ranplase kanon elektwon an ak yon sifas emisyon ekivalan ak yon dyamèt 0.13mm ak yon distans ant de sifas yo 0.31mm, menm paramèt ak kanon elektwon ki fèt pi wo a. Akòz ensansibilite ak bon estabilite EOS la, yo ka byen optimize vòltaj kondwi a pou reyalize pi bon puisans pwodiksyon nan simulation PIC la. Rezilta simulation yo montre ke yo ka jwenn puisans pwodiksyon satire a ak genyen an nan yon vòltaj kondwi 20.6 kV, yon kouran gwo bout bwa 2 × 80 mA (603 A/cm2), ak yon puisans antre 0.05 W.
Pou jwenn pi bon siyal pwodiksyon an, li nesesè pou optimize kantite sik yo tou. Pi bon puisans pwodiksyon an jwenn lè kantite de etap yo se 42 + 48 sik, jan yo montre nan Figi 22a. Yon siyal antre 0.05 W anplifye a 314 W ak yon genyen 38 dB. Espèk puisans pwodiksyon ki jwenn pa Transfòmasyon Fourier Rapid (FFT) la pi, li rive nan pik li a 220 GHz. Figi 22b montre distribisyon pozisyon aksyal enèji elektwon nan SWS la, ak pifò elektwon yo pèdi enèji. Rezilta sa a endike ke SDV-SWS la ka konvèti enèji sinetik elektwon yo an siyal RF, kidonk reyalize anplifikasyon siyal la.
Siyal sòti SDV-SWS a 220 GHz. (a) Puisans sòti ak spectre enkli a. (b) Distribisyon enèji elektwon yo ak gwo bout elektwon an nan fen reyon SWS ki anndan an.
Figi 23 la montre Pleasant pouvwa pwodiksyon an ak genyen yon SDV-TWT doub-mòd doub-gwo bout bwa. Pèfòmans pwodiksyon an ka amelyore plis toujou lè yo bale frekans yo soti nan 200 a 275 GHz epi optimize vòltaj kondwi a. Rezilta sa a montre ke Pleasant 3-dB a ka kouvri 205 a 275 GHz, ki vle di ke operasyon doub-mòd ka elaji Pleasant fonksyònman an anpil.
Sepandan, dapre Fig. 2a, nou konnen gen yon bann arè ant mòd pè ak enpè yo, sa ki ka mennen nan osilasyon endezirab. Se poutèt sa, estabilite travay alantou arè yo bezwen etidye. Figi 24a-c yo se rezilta simulation 20 ns nan 265.3 GHz, 265.35 GHz, ak 265.4 GHz, respektivman. Nou ka wè ke byenke rezilta simulation yo gen kèk fluktuasyon, pouvwa pwodiksyon an relativman estab. Espèk la montre tou nan Figi 24 respektivman, espèk la pi. Rezilta sa yo endike ke pa gen okenn oto-osilasyon toupre bann arè a.
Fabrikasyon ak mezi nesesè pou verifye koreksyon tout HFS la. Nan pati sa a, HFS la fabrike lè l sèvi avèk teknoloji kontwòl nimerik òdinatè (CNC) ak yon dyamèt zouti 0.1 mm ak yon presizyon machinasyon 10 μm. Materyèl pou estrikti wo-frekans lan se kwiv san oksijèn ak gwo konduktivite (OFHC). Figi 25a montre estrikti fabrike a. Estrikti a an antye gen yon longè 66.00 mm, yon lajè 20.00 mm ak yon wotè 8.66 mm. Uit twou peny yo distribye toutotou estrikti a. Figi 25b montre estrikti a pa mikwoskòp elektwonik optik (SEM). Lam estrikti sa a pwodui inifòmman epi yo gen yon bon aspè sifas. Apre mezi presi, erè machinasyon jeneral la mwens pase 5%, epi aspè sifas la se anviwon 0.4 μm. Estrikti machinasyon an satisfè egzijans konsepsyon ak presizyon yo.
Figi 26 la montre konparezon ant rezilta tès reyèl yo ak similasyon pèfòmans transmisyon an. Pò ​​1 ak Pò 2 nan Figi 26a koresponn ak pò antre ak sòti HFS la, respektivman, epi yo ekivalan a Pò 1 ak Pò 4 nan Figi 3. Rezilta mezi reyèl S11 yo yon ti kras pi bon pase rezilta similasyon yo. An menm tan, rezilta mezi S21 yo yon ti kras pi mal. Rezon an ka ke konduktivite materyèl ki mete nan similasyon an twò wo epi aspè sifas la apre machinasyon reyèl la pòv. An jeneral, rezilta mezi yo an bon akò ak rezilta similasyon yo, epi Pleasant transmisyon an satisfè egzijans 70 GHz la, ki verifye posibilite ak koreksyon SDV-TWT doub-mòd ki pwopoze a. Se poutèt sa, konbine avèk pwosesis fabrikasyon reyèl la ak rezilta tès yo, konsepsyon SDV-TWT doub-gwo bout bwa ultra-laj ki pwopoze nan papye sa a ka itilize pou fabrikasyon ak aplikasyon ki vin apre yo.
Nan atik sa a, yo prezante yon konsepsyon detaye sou yon SDV-TWT doub-gwo bout bwa distribisyon planè 220 GHz. Konbinezon operasyon doub-mòd ak eksitasyon doub-gwo bout bwa ogmante plis Pleasant fonksyònman an ak puisans pwodiksyon an. Yo fè fabrikasyon an ak tès frèt la tou pou verifye koreksyon tout HFS la. Rezilta mezi aktyèl yo an bon akò ak rezilta simulation yo. Pou EOS de-gwo bout bwa ki fèt la, yo te itilize yon seksyon mask ak elektwòd kontwòl ansanm pou pwodui yon gwo bout bwa de kreyon. Anba chan mayetik inifòm ki fèt la, gwo bout bwa elektwon an ka transmèt yon fason ki estab sou long distans ak bon fòm. Nan lavni, yo pral fè pwodiksyon ak tès EOS la, epi yo pral fè tès tèmik tout TWT a tou. Konplo konsepsyon SDV-TWT sa a ki pwopoze nan atik sa a konbine nèt teknoloji pwosesis plan matirite aktyèl la, epi li montre gwo potansyèl nan endikatè pèfòmans ak pwosesis ak asanblaj. Se poutèt sa, atik sa a kwè ke estrikti planè a gen plis chans pou l vin tandans devlopman aparèy elektwonik vakyòm nan bann terahertz la.
Pifò nan done brit yo ak modèl analiz ki nan etid sa a te enkli nan papye sa a. Ou ka jwenn plis enfòmasyon enpòtan nan men otè korespondan an sou yon demann rezonab.
Gamzina, D. et al. Machinasyon CNC nanoechèl nan elektwonik vakyòm sub-terahertz. IEEE Trans.electronic devices. 63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. ak Paoloni, C. Mikwofabrikasyon UV-LIGA gid ond sub-terahertz lè l sèvi avèk fotorezist SU-8 miltikouch. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al. 2017 Plan wout teknoloji THz. J. Fizik. D pou aplike. fizik. 50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR ak Luhmann, NC Konfinman fò nan pwopagasyon ond plasmonik atravè gid ond doub griyaj dekale ultra-laj bande.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al. Pèfòmans yon anplifikatè tib vag vwayaj 220-GHz ki fèt ak machin CNC Nano. IEEE Trans. aparèy elektwonik. 64, 590–592 (2017).
Han, Y. ak Ruan, CJ Envestige enstabilite dyokotron nan gwo bout bwa elektwon fèy enfini laj lè l sèvi avèk teyori modèl likid frèt makroskopik. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV sou opòtinite pou ogmante Pleasant pa layout planar gwo bout bwa a nan yon klystron milti-gwo bout bwa. Nan 12yèm Konferans Entènasyonal IEEE sou Elektwonik Vakyòm, Bangalore, peyi Zend, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al. Konsepsyon kanon elektwon twa gwo bout bwa ak distribisyon plan divizyon gwo bout bwa etwat nan tib vag doub lam dekale W-band [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 Sistèm optik elektwon twa gwo bout bwa distribye planar ak separasyon gwo bout bwa etwat pou TWT mòd fondamantal W-band. IEEE Trans.electronic devices. 68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Rechèch sou Tib Vag Voyajan Doub Lam Antrekale ak Gwo Travès Fèy Vag Milimèt 20-22 (Doktora, Inivèsite Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. ak He, Y. Etid sou estabilite entèraksyon gwo bout bwa-onn nan yon tib ond vwayaj doub lam antrelase G-band. 43yèm Konferans Entènasyonal 2018 sou Ond Milimèt Enfrawouj ak Terahertz, Nagoya. 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).