Köszönjük, hogy meglátogatta a Nature.com webhelyet. Az Ön által használt böngészőverzió korlátozottan támogatja a CSS-t. A legjobb élmény érdekében javasoljuk, hogy használjon frissített böngészőt (vagy kapcsolja ki a kompatibilitási módot az Internet Explorerben). Addig is a folyamatos támogatás érdekében a webhelyet stílusok és JavaScript nélkül jelenítjük meg.
Ebben a cikkben egy 220 GHz-es szélessávú, nagy teljesítményű, interleaved, kétlapátú utazóhullámcsövet terveztek és ellenőriztek. Először is egy sík, kétnyalábú, lépcsőzetes, kétlapátos lassúhullámú struktúrát javasolnak. A kettős üzemmódú működési séma használatával az átviteli teljesítmény és sávszélesség közel kétszerese az egymódusú átviteli teljesítménynek és a sávszélességnek közel duplája az egymódusú cső teljesítményének, a kimeneti teljesítménynek és a nagy teljesítménynek a teljesítéséhez. ceruza alakú elektronikus optikai rendszert terveztek, a meghajtó feszültség 20~21 kV, az áramerősség 2 × 80 mA. Tervezési célok. A duplasugaras pisztolyban lévő maszkrész és vezérlőelektróda használatával a két ceruzanyaláb a középpontjuk mentén fókuszálható 7-es tömörítési aránnyal, a fókusztávolság egyenletesen optimalizálható, a mágneses átvitel is körülbelül 0,18 mm-es. a síkbeli kettős elektronnyaláb távolsága elérheti a 45 mm-t, a fókuszáló mágneses tér pedig 0,6 T, ami elegendő a teljes nagyfrekvenciás rendszer (HFS) lefedésére. Ezután az elektron-optikai rendszer használhatóságának és a lassúhullámú szerkezet teljesítőképességének ellenőrzésére részecskecella (PIC) szimulációkat is végeztünk a teljes HFS kimeneti teljesítményén. 20 GHz, az optimalizált nyalábfeszültség 20,6 kV, a nyaláb árama 2 × 80 mA, az erősítés 38 dB, a 3 dB sávszélesség pedig meghaladja a 35 dB-t körülbelül 70 GHz-en. Végül nagy pontosságú mikrostruktúra gyártást hajtanak végre annak ellenőrzésére, hogy az átviteli és átviteli jellemzők jó eredményeket és teljesítményt mutatnak. Ezért az ebben a dokumentumban javasolt séma várhatóan nagy teljesítményű, ultraszéles sávú terahertz-sávú sugárforrásokat fejleszt ki, amelyek jövőbeni alkalmazási lehetőségekkel rendelkeznek.
Hagyományos vákuumelektronikai eszközként a utazóhullámú cső (TWT) pótolhatatlan szerepet játszik számos alkalmazásban, például nagyfelbontású radarban, műholdas kommunikációs rendszerekben és űrkutatásban.1,2,3.A működési frekvencia azonban a terahertz sávba kerül, a hagyományos csatolt üreges TWT és spirális TWT gyártási folyamatai nem tudták kielégíteni az emberek alacsony teljesítmény- és teljesítményigényeit. A THz sáv teljesítményének átfogó javítása számos tudományos kutatóintézet számára nagyon aggályos kérdéssé vált. Az elmúlt években az új lassú hullámú struktúrák (SWS), mint például a lépcsőzetes kétlapátos (SDV) struktúrák és a hajtogatott hullámvezető (FW) struktúrák nagy figyelmet kaptak természetes síkszerkezeteik miatt, különös tekintettel az új lehetséges UCSSDV-re. 84. A síkszerkezet könnyen előállítható mikro-nano feldolgozási technikákkal, például számítógépes numerikus vezérléssel (CNC) és UV-LIGA-val, a teljesen fémből készült tokszerkezet nagyobb hőkapacitást biztosít nagyobb kimeneti teljesítménnyel és erősítéssel, a hullámvezető-szerű szerkezet pedig szélesebb működési sávszélességet is biztosít. Jelenleg az UC Davis először mutatta be, hogy 201-1T-ben nagy SD- és 17W-os túlteljesítményt tud előállítani. 14 GHz-es sávszélességű jelek a G-sávban5. Ezekben az eredményekben azonban még mindig vannak olyan hiányosságok, amelyek nem felelnek meg a nagy teljesítmény és a széles sávszélesség vonatkozó követelményeinek a terahertzes sávban. Az UC-Davis G-sávú SDV-TWT-jéhez lapelektronsugarat használtak. Bár ez a séma jelentősen javíthatja az áramátviteli távolság fenntartását, de megnehezíti az áramátviteli távolságot. am elektronoptikai rendszer (EOS), és van egy over-mode sugáralagút, ami szintén a sugár önszabályozását okozhatja.– Gerjesztés és oszcilláció 6,7. A nagy kimeneti teljesítmény, a széles sávszélesség és a THz TWT jó stabilitása követelményeinek való megfelelés érdekében ebben a cikkben egy kétsugaras SDV-SWS-t javasolunk kétmódusú működéssel. Vagyis a működési sávszélesség növelése érdekében a kétmódusú működést javasoljuk és vezetjük be a kimenő teljesítmény kétszeres elosztására is, ennek érdekében. használt.Az egyceruzású rádiók viszonylag kicsik a függőleges méretkorlátok miatt.Ha az áramsűrűség túl nagy, akkor a sugáráramot csökkenteni kell, ami viszonylag alacsony kimeneti teljesítményt eredményez.A nyalábáram javítása érdekében megjelent a síkbeli eloszlású többsugaras EOS, amely kihasználja az SWS oldalsó méretét.A független síksugár nagy teljesítményű áramelosztásnak köszönhetően nagy teljesítményű áramelosztással és alagútvezetéssel érhető el. kis áramerősség sugáronként, amivel elkerülhető a túlmódosított sugáralagút a lapnyalábos eszközökhöz képest. Ezért előnyös a haladó hullámcső stabilitásának megőrzése. A korábbi munkák8,9 alapján ez a cikk egy G-sávos egyenletes mágneses mezőt fókuszáló kettős ceruzanyaláb EOS-t javasol, amely nagymértékben javíthatja a sugár stabil átviteli távolságát, és ezáltal tovább növelheti a nyaláb teljesítményének kölcsönhatási területét.
A cikk felépítése a következő.Először az SWS cellatervezés paraméterekkel, a diszperziós jellemzők elemzésével és a nagyfrekvenciás szimulációs eredményekkel kerül ismertetésre. Ezután az egységcella szerkezetének megfelelően kettős ceruzanyaláb EOS-t és nyaláb interakciós rendszert tervezünk ebben a cikkben. Bemutatjuk az intracelluláris részecske-szimulációs teszteket is az EOS használhatóságának és a szövet kiegészítésének rövid bemutatására, valamint a szövet teljesítményének igazolására. ellenőrizze a teljes HFS helyességét.Végül készítsen egy összegzést.
A TWT egyik legfontosabb összetevőjeként a lassúhullámú szerkezet diszperzív tulajdonságai jelzik, hogy az elektronsebesség egyezik-e az SWS fázissebességével, és így nagy hatással van a nyaláb-hullám kölcsönhatásra. A teljes TWT teljesítményének javítása érdekében egy továbbfejlesztett interakciós struktúrát terveztek. Az egységcella szerkezetét az 1. ábra mutatja. tollsugár a kimeneti teljesítmény és a működési stabilitás további javítása érdekében.Mindeközben a munkasávszélesség növelése érdekében az SWS működéséhez kettős üzemmódot javasoltak. Az SDV struktúra szimmetriája miatt az elektromágneses téreloszlási egyenlet megoldása páratlan és páros módokra osztható. Ugyanakkor az alacsony frekvenciasáv alapvető páratlan kölcsönhatási módja és a széles frekvenciasáv működési sávjavító alapvető páros üzemmódja a nagyfrekvenciás sáv megvalósítására szolgál tovább. dth.
A teljesítményigényeknek megfelelően a teljes cső 20 kV-os hajtófeszültséggel és 2 × 80 mA duplanyaláb árammal van megtervezve. Annak érdekében, hogy a feszültséget a lehető legjobban igazítsuk az SDV-SWS üzemi sávszélességéhez, ki kell számítanunk a p periódus hosszát. A nyaláb feszültsége és periódusa közötti összefüggést az (1)10 egyenlet mutatja:
A 220 GHz-es középfrekvencián a fáziseltolódást 2,5π-re állítva a p periódus 0,46 mm-re számítható. A 2a ábra az SWS egységcella diszperziós tulajdonságait mutatja. A 20 kV-os nyalábvonal nagyon jól illeszkedik a bimodális görbéhez. Az illeszkedő frekvenciasávok a 70 GHz-es (2130,6 GHz) és 5 GHz-es üzemmódban kb. 4–280 GHz (egyenletes módú) tartományok. A 2b. ábra az átlagos csatolási impedanciát mutatja, amely 210 és 290 GHz között nagyobb, mint 0,6 Ω, jelezve, hogy a működési sávszélességben erős kölcsönhatások léphetnek fel.
(a) 20 kV-os elektronnyalábú kétmódusú SDV-SWS diszperziós jellemzői. (b) Az SDV lassúhullámú áramkör kölcsönhatási impedanciája.
Fontos azonban megjegyezni, hogy a páratlan és a páros mód között van egy sávrés, és ezt a sávhézagot általában stopsávnak nevezzük, amint az a 2a. ábrán látható. Ha a TWT ennek a frekvenciasávnak a közelében működik, erős nyalábcsatolási erősség léphet fel, ami nemkívánatos oszcillációhoz vezet. A gyakorlati alkalmazásokban általában elkerüljük, hogy a TWT ilyen sáv közelébe kerüljön. Csak 0,1 GHz. Nehéz meghatározni, hogy ez a kis sávrés okoz-e oszcillációt. Ezért a leállítási sáv körüli működés stabilitását a következő PIC szimulációs részben vizsgáljuk annak elemzésére, hogy előfordulhatnak-e nem kívánt oszcillációk.
A teljes HFS modellje a 3. ábrán látható. Az SDV-SWS két fokozatából áll, amelyeket Bragg reflektorok kapcsolnak össze. A reflektor feladata, hogy megszakítsa a jelátvitelt a két fokozat között, elnyomja a nem működő üzemmódok rezgését és visszaverődését, mint például a felső és alsó lapátok között generált magasrendű módok, ezzel is jelentősen javítva a külső cső csatlakozásának stabilitását. az SWS-t WR-4 szabványos hullámvezetőhöz csatlakoztatni.A kétszintű szerkezet átviteli együtthatóját időtartomány-megoldó méri a 3D szimulációs szoftverben.A terahertz sáv anyagra gyakorolt ​​tényleges hatását figyelembe véve a vákuumburok anyagát kezdetben rézre állítjuk, a vezetőképességet pedig 2.25m×1207-re csökkentjük.
A 4. ábra mutatja a HFS átviteli eredményeit lineáris kúpos csatolóval és anélkül. Az eredmények azt mutatják, hogy a csatoló csekély hatással van a teljes HFS átviteli teljesítményére. A teljes rendszer visszatérési vesztesége (S11 < – 10 dB) és beillesztési vesztesége (S21 > – 5 dB) a 207–280 GHz-es szélessávú hálózatban azt mutatja, hogy a HFS jó átviteli karakterisztikával rendelkezik.
Vákuumos elektronikai eszközök tápegységeként az elektronpisztoly közvetlenül meghatározza, hogy az eszköz elegendő kimeneti teljesítményt tud-e előállítani. A II. szakaszban szereplő HFS elemzésével kombinálva egy kétsugaras EOS-t kell megtervezni, hogy elegendő teljesítményt biztosítson. Ebben a részben a W-sáv8,9 korábbi munkái alapján egy dupla ceruzaelektronfegyvert terveztek az SW elektródák segítségével. .2, az elektronsugarak Ua hajtófeszültsége kezdetben 20 kV-ra van állítva, a két elektronnyaláb I árama egyaránt 80 mA, és az elektronnyaláb nyalábátmérője dw 0,13 mm. Ugyanakkor, annak érdekében, hogy az elektronnyaláb áramsűrűsége és a katód kompressziós aránya az áram sűrűségéhez legyen beállítva. Az elektronnyaláb 603 A/cm2, a katód áramsűrűsége pedig 86 A/cm2, ami úgy érhető el Ezt új katódanyagok felhasználásával érik el.A 14, 15, 16, 17 tervezési elmélet szerint egy tipikus Pierce elektronágyú egyedileg azonosítható.
Az 5. ábrán a pisztoly vízszintes, illetve függőleges sematikus diagramja látható. Látható, hogy az elektronágyú profilja x-irányban majdnem megegyezik egy tipikus lapszerű elektronágyúéval, míg y-irányban a két elektronsugarat részben elválasztja a maszk. A két katód helyzete a következő helyen van: 5 mm, y1 =5 mm = 0, y1 =5 mm, y =5 mm = 0, y. = 0 mm, ill.. A kompressziós arány és az elektroninjektálás méretének tervezési követelményei szerint a két katódfelület mérete 0,91 mm × 0,13 mm.
Annak érdekében, hogy az egyes elektronnyalábok által x-irányban kapott fókuszált elektromos tér a saját középpontjára szimmetrikus legyen, jelen dolgozatban vezérlőelektródát helyezünk az elektronágyúra. A fókuszáló elektróda és a vezérlőelektróda feszültségének -20 kV-ra, az anód feszültségének 0 V-ra állításával megkaphatjuk a kettős sugárnyaláb pályájának eloszlását, amint az összenyomott sugárnyaláb jól látható. y irányban, és minden elektronsugár a saját szimmetriaközéppontja mentén konvergál az x-irány felé, ami azt jelzi, hogy a vezérlőelektróda kiegyenlíti a fókuszáló elektróda által generált egyenlőtlen elektromos teret.
A 7. ábra a nyaláb burkológörbéjét mutatja x és y irányban. Az eredmények azt mutatják, hogy az elektronsugár x irányú vetítési távolsága eltér az y irányútól. Az x irányú vetítési távolság kb. 4 mm, az y irányú vetítési távolság pedig közel 7 mm. Ezért a tényleges vetítési távolságot a 4 és 7 mm között kell megválasztani. 6 mm-re van a katód felületétől.Látható, hogy a keresztmetszet alakja a legközelebb van egy szabványos kör alakú elektronnyalábhoz.A két elektronnyaláb távolsága közel van a tervezett 0,31 mm-hez, a sugár pedig körülbelül 0,13 mm, ami megfelel a tervezési követelményeknek. A 9. ábra a nyalábáram szimulációs eredményeit mutatja. Látható, hogy a tervezett két áram 7 mm A 8 mm A jó.
Tekintettel a hajtófeszültség ingadozására a gyakorlati alkalmazásokban, szükséges ennek a modellnek a feszültségérzékenységének tanulmányozása. A 19,8 ~ 20,6 kV feszültségtartományban az 1. és 1.10. és 11. ábrákon látható áram- és nyalábáram burkológörbe jut. 0,74-től 0,78 A-ig. Ezért tekinthető úgy, hogy az ebben a cikkben tervezett elektronágyú jó feszültségérzékenységgel rendelkezik.
A hajtófeszültség-ingadozások hatása az x- és y-irányú nyalábburkolókra.
Az egységes mágneses fókuszáló mező egy közös állandó mágneses fókuszrendszer. A sugárcsatornában egyenletes mágneses téreloszlás miatt nagyon alkalmas tengelyszimmetrikus elektronsugarakra. Ebben a részben egy egységes mágneses fókuszrendszert javasolunk a kettős ceruzanyalábok nagy távolságra történő átvitelének fenntartásához. A generált mágneses tér és a nyaláb elemzésével a vizsgált séma, a burkológörbe fókuszálási és érzékenységi rendszerének tervezési problémája. Az egyetlen ceruzanyaláb stabil átviteli elmélete18,19, a Brillouin mágneses mező értéke a (2) egyenlettel számítható ki. Ebben a cikkben ezt az ekvivalenciát használjuk egy oldalirányban elosztott kettős ceruzanyaláb mágneses terének becslésére is. Az ebben a cikkben tervezett elektronpisztollyal kombinálva a számított mágneses mező értéke kb. 400 A.A 20, a számított érték 1,5-2-szeresét szokták a gyakorlati kiviteleknél választani.
A 12. ábra egy egységes mágneses tér fókuszáló térrendszer felépítését mutatja. A kék rész az axiális irányban mágnesezett állandó mágnes. Az anyagválasztás NdFeB vagy FeCoNi. A szimulációs modellben beállított Br remanencia 1,3 T, a permeabilitás pedig 1,05. A mágnes sugár stabil átvitelének biztosítása érdekében az egész áramkörben a mágnes nyalábának kezdeti készlete 70 mm. Az x irány meghatározza, hogy a keresztirányú mágneses tér egyenletes-e a nyalábcsatornában, ami megköveteli, hogy az x irányú méret ne legyen túl kicsi. Ugyanakkor, figyelembe véve a költségeket és a teljes cső súlyát, a mágnes mérete ne legyen túl nagy. Ezért a mágneseket kezdetben 150 mm × 150 mm × 70 mm-re állítják 20 mm-re.
2015-ben a Purna Chandra Panda21 új lépcsős furattal ellátott pólusdarabot javasolt egy egységes mágneses fókuszrendszerben, amely tovább csökkentheti a katódra irányuló fluxusszivárgás nagyságát és a pólusdarab furatánál keletkező keresztirányú mágneses teret. Ebben a cikkben lépcsőzetes szerkezetet adunk a fókuszáló rendszer pólusrészéhez. a rúddarab furatok közötti távolság 2 mm, a 13. ábra szerint.
A 14a. ábra a tengelyirányú mágneses tér eloszlását mutatja a két elektronnyaláb középvonala mentén. Látható, hogy a mágneses erők a két elektronnyaláb mentén egyenlőek. A mágneses tér értéke körülbelül 6000 Gs, ami az elméleti Brillouin-mező másfélszerese az átviteli és fókuszálási teljesítmény növelése érdekében. Ugyanakkor a katómágneses mező csaknem meggátolja a mágneses mezőt. ic fluxus szivárgás. A 14b. ábra a transzverzális mágneses tér eloszlását mutatja a z irányban a két elektronsugár felső szélén. Látható, hogy a transzverzális mágneses tér csak a pólusdarab furatánál kisebb, mint 200 Gs, míg a lassú hullámú áramkörben a keresztirányú mágneses tér közel nulla, ami azt bizonyítja, hogy az elektromágneses tér nem befolyásolja a transzverzális mágneses mezőt. s, szükséges a mágneses térerősség tanulmányozása a pólusdarabokon belül.A 14c ábra a mágneses tér eloszlásának abszolút értékét mutatja a pólusdarabon belül.Látható, hogy a mágneses térerősség abszolút értéke kisebb, mint 1,2T, ami azt jelzi, hogy a pólusdarab mágneses telítettsége nem következik be.
Mágneses térerősség eloszlás Br = 1,3 T esetén.(a) Axiális téreloszlás.(b) Oldalirányú téreloszlás By a z irányban.(c) A téreloszlás abszolút értéke a pólusdarabon belül.
A CST PS modul alapján a kétsugaras pisztoly és a fókuszrendszer axiális relatív helyzete optimalizálva van.A Ref.A 9. ábrán és a szimulációknál az optimális hely az, ahol az anóddarab átfedi a pólusdarabot a mágnestől távol. Azt találtuk azonban, hogy ha a remanenciát 1,3T-ra állítjuk, az elektronsugár áteresztőképessége nem érheti el a 99-et.Ha a remanenciát 1,4 T-ra növeljük, a fókuszáló mágneses tér 6500 x oz. Látható, hogy a sugár jó áteresztőképességű, kis ingadozású, és 45 mm-nél nagyobb átviteli távolsággal rendelkezik.
Kettős ceruzanyalábok pályái homogén mágneses rendszerben Br = 1,4 T.(a) xoz sík.(b) yoz repülőgép.
A 16. ábra a nyaláb keresztmetszete a katódtól eltérő pozíciókban. Látható, hogy a fókuszáló rendszerben a nyalábszakasz alakja jól karbantartott, és a szelvény átmérője nem sokat változik. A 17. ábra a nyaláb burkológörbéjét mutatja x, illetve y irányban. Látható, hogy az áram mindkét irányának ingadozása nagyon kicsi. .Az eredmények azt mutatják, hogy az áram körülbelül 2 × 80 mA, ami összhangban van az elektronágyú tervezésénél számított értékkel.
Az elektronsugár keresztmetszete (fókuszrendszerrel) a katódtól különböző pozíciókban.
Tekintettel egy sor problémára, mint például összeszerelési hibák, feszültségingadozások és a mágneses térerősség változásai a gyakorlati feldolgozási alkalmazásoknál, szükséges elemezni a fókuszáló rendszer érzékenységét.Mivel a tényleges feldolgozás során rés van az anóddarab és a pólusdarab között, ezt a rést be kell állítani a szimulációban.A rés értékét 0,2 mm-re állítottuk be, és ez az ábra 0,2 mm-re mutatja az áramot. eredmény azt mutatja, hogy a nyalábburkológörbe változása nem jelentős, és a nyalábáram is alig változik.Ezért a rendszer érzéketlen az összeszerelési hibákra.A hajtófeszültség ingadozására a hibatartomány ±0,5 kV-ra van állítva.A 19b. ábra mutatja az összehasonlítási eredményeket.Látható, hogy a feszültségváltozásnak kicsi hatása van a T.0 beállított hibatartományra a -0-ra.A beállított +0 hibatartomány. Az összehasonlítás eredményeit a 20. ábra mutatja. Látható, hogy a nyaláb burkológörbéje alig változik, ami azt jelenti, hogy az egész EOS érzéketlen a mágneses térerősség változásaira.
A nyaláb burkológörbéje és áramerőssége egységes mágneses fókuszrendszer mellett adódik.(a) Szerelési tűrés 0,2 mm.(b) A meghajtó feszültség ingadozása ±0,5 kV.
Nyalábburkoló egységes mágneses fókuszrendszer alatt, 0,63 és 0,68 T közötti tengelyirányú mágneses térerősség-ingadozással.
Annak érdekében, hogy a dolgozatban megtervezett fókuszáló rendszer illeszkedni tudjon a HFS-hez, szükséges a fókuszáló rendszer és a HFS kombinálása a kutatáshoz. A 21. ábra a HFS terheléssel és anélkül történő nyalábburkológörbe összehasonlítását mutatja. Az eredmények azt mutatják, hogy a nyaláb burkológörbéje nem sokat változik, ha a teljes HFS-t terheljük. Ezért a fenti fókuszáló rendszer alkalmas a mozgó hullámcső kialakítására.
A III. szakaszban javasolt EOS helyességének ellenőrzésére és a 220 GHz-es SDV-TWT teljesítményének vizsgálatára a nyaláb-hullám kölcsönhatás 3D-PIC szimulációját végezzük. A szimulációs szoftver korlátai miatt nem tudtuk hozzáadni a teljes EOS-t a HFS-hez.Ezért az elektronágyút 130 mm átmérőjű, 0 mm-es átmérőjű felületre cseréltük ki. 1mm, ugyanazok a paraméterek, mint a fent tervezett elektronágyúnál.Az EOS érzéketlensége és jó stabilitása miatt a hajtási feszültség megfelelően optimalizálható a legjobb kimeneti teljesítmény elérése érdekében a PIC szimulációban. A szimulációs eredmények azt mutatják, hogy a telített kimeneti teljesítmény és az erősítés 20,6 kV hajtófeszültség, 2 × 603 m/5 A sugáráram mellett 2 × 6030 A/put teljesítmény mellett érhető el.
A legjobb kimeneti jel elérése érdekében a ciklusok számát is optimalizálni kell.A legjobb kimeneti teljesítmény akkor érhető el, ha a két fokozat száma 42 + 48 ciklus, amint az a 22a. ábrán látható.A 0,05 W-os bemeneti jelet 314 W-ra erősítjük 38 dB-es erősítéssel.A kimeneti teljesítményspektrumot a FasturiiFurguzer-transzformáció (2FFre0peazzer) kapja. A 22b. ábra az elektronenergia tengelyirányú helyzeteloszlását mutatja az SWS-ben, az elektronok többsége energiát veszít. Ez az eredmény azt jelzi, hogy az SDV-SWS képes az elektronok kinetikus energiáját RF jelekké alakítani, ezáltal jelerősítést valósít meg.
SDV-SWS kimenőjel 220 GHz-en.(a) Kimeneti teljesítmény a benne foglalt spektrummal.(b) Az elektronok energiaeloszlása ​​az elektronsugárral az SWS betét végén.
A 23. ábra egy kétmódusú, kétsugaras SDV-TWT kimeneti teljesítmény sávszélességét és erősítését mutatja. A kimeneti teljesítmény tovább javítható a frekvenciák 200-ról 275 GHz-re történő söpörésével és a meghajtó feszültségének optimalizálásával. Ez az eredmény azt mutatja, hogy a 3 dB-es sávszélesség 205 GHz-2mode széles működési sávot jelent. th.
A 2a. ábra szerint azonban tudjuk, hogy a páratlan és a páros mód között van egy stopsáv, ami nemkívánatos oszcillációhoz vezethet. Ezért az ütközők körüli munkastabilitást tanulmányozni kell. A 24a-c ábrák a 20 ns szimulációs eredményeket mutatják 265,3 GHz-en, 265,45 GHz-en, 265,45 GHz-en, illetve GHz-en. Az eredmények bizonyos ingadozásokat mutatnak, a kimeneti teljesítmény viszonylag stabil. A spektrum a 24. ábrán is látható, a spektrum tiszta. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a stopsáv közelében nincs önrezgés.
Gyártásra és mérésre van szükség a teljes HFS helyességének ellenőrzéséhez.Ebben a részben a HFS számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) technológiával készül, 0,1 mm-es szerszámátmérővel és 10 μm megmunkálási pontossággal.A nagyfrekvenciás szerkezet anyagát teljes egészében oxigénmentes nagy vezetőképességű (OFHC) szerkezetű réz6 mutatja. 00 mm, szélessége 20,00 mm és magassága 8,66 mm. Nyolc tűlyuk van elosztva a szerkezet körül. A 25b. ábra a szerkezetet pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) mutatja. Ennek a szerkezetnek a pengéi egyenletesen készülnek, és jó felületi érdességekkel rendelkeznek. Pontos mérés után a teljes tervezési érdesség 0,5 μm, a megmunkálási hiba pedig kb.0 mm. és pontossági követelmények.
A 26. ábra a tényleges teszteredmények és az átviteli teljesítmény szimulációinak összehasonlítását mutatja. A 26a ábra 1-es és 2-es portja a HFS bemeneti és kimeneti portjainak felel meg, és egyenértékű a 3. ábra 1-es és 4-es portjával. Az S11 tényleges mérési eredményei valamivel jobbak, mint a szimulációs eredmények. Ugyanakkor az S21 mért eredményei túlságosan nagy felületi vezetőképességet és durvaságot jelenthetnek. Miután a tényleges megmunkálás gyenge. Összességében a mért eredmények jól egyeznek a szimulációs eredményekkel, és az átviteli sávszélesség megfelel a 70 GHz-es követelménynek, ami igazolja a javasolt kétmódusú SDV-TWT megvalósíthatóságát és helyességét. Ezért a tényleges gyártási folyamattal és a teszteredményekkel kombinálva az ultra-széles papírgyártáshoz és a későbbi SD gyártáshoz felhasználható az ultra-széles papírgyártás. alkalmazások.
Ebben a cikkben egy síkbeli eloszlású, 220 GHz-es kétsugaras SDV-TWT részletes tervét mutatjuk be. A kettős üzemmódú működés és a kétsugaras gerjesztés kombinációja tovább növeli a működési sávszélességet és a kimeneti teljesítményt. A gyártási és hidegtesztet is elvégezzük a teljes HFS helyességének ellenőrzésére.A tényleges mérési eredmények jól egyeznek a szimulációs eredményekkel. A tervezett kétsugaras EOS-nél maszkszakasz és vezérlőelektródák együttes felhasználásával két ceruza sugár állítható elő. A tervezett egyenletes fókuszáló mágneses térben az elektronsugár stabilan, nagy távolságra, jó formában továbbítható. A jövőben az EOS gyártása és tesztelése is a javasolt TV-TWT sémában kerül végrehajtásra. A papír teljes mértékben ötvözi a jelenlegi kiforrott síkfeldolgozási technológiát, és nagy lehetőségeket rejt magában a teljesítménymutatókban, valamint a feldolgozásban és az összeszerelésben. Ezért ez a cikk úgy véli, hogy a síkszerkezet valószínűleg a terahertz sávban a vákuumelektronikai eszközök fejlesztési irányává válik.
A tanulmányban szereplő nyers adatok és analitikai modellek többsége szerepel ebben a dokumentumban. További releváns információk ésszerű kérésre a megfelelő szerzőtől szerezhetők be.
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC machining of sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. és Paoloni, C. UV-LIGA mikrogyártás szub-terahertzes hullámvezetők felhasználásával többrétegű SU-8 fotoreziszt.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz technológia útiterv.J.Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR és Luhmann, NC. A plazmonhullámok terjedésének erős korlátozása ultraszéles sávú, lépcsőzetes kettős rácsos hullámvezetőkön keresztül.
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 Végtelen széles lapelektronsugarak diokotron-instabilitásának vizsgálata makroszkopikus hidegfolyadék-modell elmélettel.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/1204111.
Galdetskiy, AV a sávszélesség növelésének lehetőségéről a nyaláb síkbeli elrendezésével egy többnyalábú klisztronban.In 12. IEEE International Conference on Vacuum Electronics, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.524111.32411.
Nguyen, CJ et al. Háromsugaras elektronágyúk tervezése keskeny nyalábhasító sík-eloszlással W-sávos lépcsőzetes, kétlapátos utazóhullám-csőben[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 Síkbeli elosztott háromsugaras elektronoptikai rendszer keskeny nyalábelválasztással W-sávos alapmódú TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Kutatás az interleaved duplalapátú utazó hullámcsőről 20-22 milliméterhullámú lapnyalábokkal (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Study on beam-wave Interaction stability of a G-band interleaved dual-blade traveling wave tube.2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, TH8/0MM201.8/THz/0MM2.1.8/9. 263 (2018).