გმადლობთ, რომ ეწვიეთ Nature.com-ს. ბრაუზერის ვერსიას, რომელსაც იყენებთ, აქვს შეზღუდული მხარდაჭერა CSS-ისთვის. საუკეთესო გამოცდილებისთვის, გირჩევთ გამოიყენოთ განახლებული ბრაუზერი (ან გამორთოთ თავსებადობის რეჟიმი Internet Explorer-ში). ამასობაში, მხარდაჭერის უზრუნველსაყოფად, ჩვენ გამოვაჩენთ საიტს სტილისა და JavaScript-ის გარეშე.
ამ ნაშრომში შემუშავებულია და დამოწმებულია 220 გჰც ფართოზოლოვანი მაღალი სიმძლავრის ორმაგი დანით გადაადგილებული ტალღის მილი. პირველ რიგში, შემოთავაზებულია ორმაგი სხივის ეტაპობრივი ორმაგი დანის ნელი ტალღის სტრუქტურა. ორმაგი რეჟიმის მუშაობის სქემის გამოყენებით, გადაცემის შესრულება და გამტარუნარიანობა გაუმჯობესებულია თითქმის ორჯერ მეტი სიმძლავრის შესაბამისად. მიმავალი ტალღის მილის სტაბილურობა, შექმნილია ორმაგი ფანქრის ფორმის ელექტრონული ოპტიკური სისტემა, მამოძრავებელი ძაბვა არის 20~21 კვ და დენი არის 2 × 80 mA. დიზაინის მიზნები. ნიღბის ნაწილისა და საკონტროლო ელექტროდის გამოყენებით ორმაგი სხივის იარაღში, ორი ფანქრის სხივი შეიძლება ფოკუსირებული იყოს 8, 0, დაახლოებით 7 ცენტიანი ცენტრის გასწვრივ. სტაბილურობა კარგია. ასევე ოპტიმიზირებულია ერთიანი მაგნიტური ფოკუსირების სისტემა. პლანშეტური ორმაგი ელექტრონული სხივის სტაბილური გადაცემის მანძილი შეიძლება მიაღწიოს 45 მმ-ს, ხოლო ფოკუსირების მაგნიტური ველი არის 0,6 ტ, რაც საკმარისია მთელი მაღალი სიხშირის სისტემის (HFS) დასაფარად. შემდეგ, ელექტრონულ-ოპტიკური სისტემის გამოყენებადობის შესამოწმებლად. რომ სხივთან ურთიერთქმედების სისტემას შეუძლია მიაღწიოს მაქსიმალურ გამომავალ სიმძლავრეს თითქმის 310 W 220 გჰც სიხშირეზე, ოპტიმიზირებული სხივის ძაბვა არის 20.6 კვ, სხივის დენი არის 2 × 80 mA, მომატება არის 38 dB და 3-dB გამტარუნარიანობა აღემატება 3-dB გამტარუნარიანობას აღემატება 370 GHz-მდე მაღალი სტრუქტურა. გადაამოწმეთ HFS-ის მოქმედება და შედეგები აჩვენებს, რომ გამტარუნარიანობა და გადაცემის მახასიათებლები კარგად შეესაბამება სიმულაციის შედეგებს. ამიტომ, ამ ნაშრომში შემოთავაზებული სქემა მოსალოდნელია განავითაროს მაღალი სიმძლავრის, ულტრა ფართოზოლოვანი ტერაჰერცის რადიაციის წყაროების პოტენციალი მომავალი გამოყენებისთვის.
როგორც ტრადიციული ვაკუუმური ელექტრონული მოწყობილობა, მოგზაური ტალღის მილი (TWT) შეუცვლელ როლს თამაშობს ბევრ პროგრამაში, როგორიცაა მაღალი გარჩევადობის რადარი, სატელიტური საკომუნიკაციო სისტემები და კოსმოსის კვლევა1,2,3. თუმცა, როდესაც ოპერაციული სიხშირე შედის ტერაჰერცის დიაპაზონში, ტრადიციული დაწყვილებული ღრუს TWT და სპირალური TWT-ის შედარებით დაბალი სიმძლავრის საჭიროება იყო. და რთული წარმოების პროცესები. ამიტომ, THz დიაპაზონის მუშაობის ყოვლისმომცველი გაუმჯობესება გახდა ძალიან შემაშფოთებელი საკითხი მრავალი სამეცნიერო კვლევითი დაწესებულებისთვის. ბოლო წლებში ახალმა ნელი ტალღის სტრუქტურებმა (SWS), როგორიცაა სტაგნირებული ორპირიანი (SDV) სტრუქტურები და დაკეცილი ტალღისებური (FW) კონსტრუქციები, განსაკუთრებით SDV-პროფილური სტრუქტურების განსაკუთრებული ყურადღების მიქცევით. პოტენციალი.ეს სტრუქტურა შემოგვთავაზა UC-Davis-მა 20084 წელს. პლანშეტური სტრუქტურის მარტივად დამზადება შესაძლებელია მიკრო-ნანო დამუშავების ტექნიკით, როგორიცაა კომპიუტერული რიცხვითი კონტროლი (CNC) და UV-LIGA, მთლიანად ლითონის შეფუთვის სტრუქტურას შეუძლია უზრუნველყოს უფრო დიდი თერმული სიმძლავრე უფრო მაღალი გამომავალი სიმძლავრით და გაზრდით, ხოლო ტალღის მაგვარი სტრუქტურა ასევე შეუძლია უზრუნველყოს 2-ის მსგავსი სტრუქტურის დემონსტრირება უფრო ფართო სამუშაო დროში U10C. რომ SDV-TWT-ს შეუძლია გამოიმუშაოს მაღალი სიმძლავრის გამომავალი 100 ვტ-ზე მეტი და თითქმის 14 გჰც სიჩქარის სიგნალები G-band5-ში. თუმცა, ამ შედეგებს მაინც აქვთ ხარვეზები, რომლებიც ვერ აკმაყოფილებენ მაღალი სიმძლავრის და ფართო გამტარუნარიანობის მოთხოვნებს ტერაჰერცის დიაპაზონში. სქემამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს სხივის დენის ტარების სიმძლავრე, ძნელია შეინარჩუნოს დიდი გადაცემის მანძილი ფურცლის სხივის ელექტრონული ოპტიკური სისტემის (EOS) არასტაბილურობის გამო, და არსებობს ზედმეტად რეჟიმის სხივის გვირაბი, რამაც შესაძლოა გამოიწვიოს სხივის თვითრეგულირება.– აგზნება და რხევა 6,7. მაღალი გამომავალი სიმძლავრის, ფართო გამტარუნარიანობის და THz TWT-ის კარგი სტაბილურობის მოთხოვნების დასაკმაყოფილებლად, ამ ნაშრომში შემოთავაზებულია ორმაგი სხივის SDV-SWS ორმაგი რეჟიმის ფუნქციონირებით. ანუ, ოპერაციული გამტარობის გაზრდის მიზნით, ორმაგი რეჟიმის განაწილების გეგმის დანერგვაა ამ სტრუქტურის მიხედვით განაწილების ორმაგი რეჟიმის ოპერაცია. ასევე გამოიყენება ფანქრის სხივები. ერთი ფანქრის სხივის რადიოები შედარებით მცირეა ვერტიკალური ზომის შეზღუდვების გამო. თუ დენის სიმკვრივე ძალიან მაღალია, სხივის დენი უნდა შემცირდეს, რაც გამოიწვევს შედარებით დაბალ გამომავალ სიმძლავრეს. სხივის დენის გასაუმჯობესებლად გაჩნდა პლანშეტური განაწილებული მრავალსხივიანი EOS, რომელიც იყენებს გვერდითი გეგმის დამოუკიდებელ მრავალსხივს. გამომავალი სიმძლავრე მაღალი ჯამური სხივის დენის და მცირე დენის შენარჩუნებით თითო სხივზე, რამაც შეიძლება თავიდან აიცილოს სხივის გადამყვანი გვირაბის ზედმეტად რეჟიმის გადაცემა ფურცლის სხივების მოწყობილობებთან შედარებით. ამიტომ, სასარგებლოა მოგზაური ტალღის მილის სტაბილურობის შენარჩუნება. წინა ნაშრომის საფუძველზე8,9, ეს ნაშრომი გვთავაზობს G-ზოლის ერთგვაროვან მაგნიტურ ველს, რომელიც შეიძლება გააუმჯობესოს ერთგვაროვანი მაგნიტური ველის ორმაგი და ფოკუსირებადი სხივი. ფართობი, რითაც მნიშვნელოვნად აუმჯობესებს გამომავალი სიმძლავრეს.
ამ ნაშრომის სტრუქტურა შემდეგია. პირველ რიგში, აღწერილია SWS უჯრედის დიზაინი პარამეტრებით, დისპერსიის მახასიათებლების ანალიზით და მაღალი სიხშირის სიმულაციის შედეგებით. შემდეგ, ერთეული უჯრედის სტრუქტურის მიხედვით, ამ ნაშრომში შექმნილია ორმაგი ფანქრის სხივი EOS და სხივის ურთიერთქმედების სისტემა. უჯრედშორისი ნაწილაკების სიმულაციის შედეგები ასევე წარმოდგენილია WSDT ქაღალდის დამატებით გამოყენებადობის შესამოწმებლად. და ცივი ტესტის შედეგები მთელი HFS-ის სისწორის შესამოწმებლად. ბოლოს გააკეთეთ შეჯამება.
როგორც TWT-ის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტი, ნელი ტალღის სტრუქტურის დისპერსიული თვისებები მიუთითებს, ემთხვევა თუ არა ელექტრონის სიჩქარე SWS-ის ფაზურ სიჩქარეს და, შესაბამისად, დიდ გავლენას ახდენს სხივ-ტალღის ურთიერთქმედებებზე. მთელი TWT მუშაობის გასაუმჯობესებლად, შექმნილია ურთიერთქმედების გაუმჯობესებული სტრუქტურა. ერთი კალმის სხივი, სტრუქტურა იღებს ორმაგ კალმის სხივს, რათა კიდევ უფრო გააუმჯობესოს გამომავალი სიმძლავრე და მუშაობის სტაბილურობა.იმავდროულად, სამუშაო გამტარუნარიანობის გაზრდის მიზნით, შემოთავაზებულია SWS მუშაობისთვის ორმაგი რეჟიმი. SDV სტრუქტურის სიმეტრიის გამო, ელექტრომაგნიტური ველის დისპერსიის განტოლების ამოხსნა შეიძლება დაიყოს კენტ და ლუწ რეჟიმებად. ამავდროულად, დაბალი სიხშირის დიაპაზონის ფუნდამენტური კენტი რეჟიმი გამოიყენება დაბალი სიხშირის დიაპაზონის და ფუნდამენტური ლუწი რეჟიმისთვის. მოქმედება, რითაც კიდევ უფრო აუმჯობესებს სამუშაო გამტარობას.
სიმძლავრის მოთხოვნების მიხედვით, მთელი მილი შექმნილია მამოძრავებელი ძაბვით 20 კვ და ორმაგი სხივის დენით 2 × 80 mA. იმისათვის, რომ ძაბვა მაქსიმალურად შეესაბამებოდეს SDV-SWS-ის ოპერაციულ სიჩქარეს, უნდა გამოვთვალოთ პერიოდის ხანგრძლივობა p. კავშირი სხივის ძაბვასა და პერიოდს შორის არის ნაჩვენები (1:10)
ფაზური ცვლის 2.5π-ზე დაყენებით 220 გჰც-ის ცენტრალურ სიხშირეზე, პერიოდი p შეიძლება გამოითვალოს 0.46 მმ-ად. სურათი 2a გვიჩვენებს SWS ერთეულის უჯრედის დისპერსიულ თვისებებს. 20 კვ სხივი ძალიან კარგად ემთხვევა ბიმოდალურ მრუდს. შესატყვისი სიხშირის დიაპაზონი შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 2520 გზ-ში (6.23Hz) დაახლოებით 70.20Hz-ში. 5.4–280 გჰც (თანაბარი რეჟიმი) დიაპაზონი. ნახაზი 2b გვიჩვენებს დაწყვილების საშუალო წინაღობას, რომელიც აღემატება 0.6 Ω-ს 210-დან 290 გჰც-მდე, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ძლიერი ურთიერთქმედება შეიძლება მოხდეს ოპერაციულ გამტარუნარიანობაში.
(ა) ორრეჟიმიანი SDV-SWS-ის დისპერსიული მახასიათებლები 20 კვ ელექტრონული სხივით. (ბ) SDV ნელი ტალღის წრედის ურთიერთქმედების წინაღობა.
თუმცა, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ კენტ და ლუწ რეჟიმებს შორის არის ზოლის უფსკრული და ჩვენ ჩვეულებრივ მოვუწოდებთ ამ ზოლის უფსკრული, როგორც გაჩერების ზოლს, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 2a. თუ TWT მუშაობს ამ სიხშირის დიაპაზონთან ახლოს, შეიძლება მოხდეს სხივის შეერთების ძლიერი ძალა, რაც გამოიწვევს არასასურველ რხევებს. ამ ნელი ტალღის სტრუქტურის არის მხოლოდ 0,1 გჰც. ძნელია იმის დადგენა, იწვევს თუ არა რხევებს ეს მცირე ზოლის უფსკრული. ამიტომ, გაჩერების დიაპაზონის ირგვლივ მუშაობის სტაბილურობა იქნება გამოკვლეული შემდეგ PIC სიმულაციის განყოფილებაში, რათა გაანალიზდეს შესაძლებელია თუ არა არასასურველი რხევები.
მთელი HFS-ის მოდელი ნაჩვენებია სურათზე 3. ის შედგება SDV-SWS-ის ორი ეტაპისგან, რომლებიც დაკავშირებულია Bragg-ის რეფლექტორებით. რეფლექტორის ფუნქციაა ორ საფეხურს შორის სიგნალის გადაცემის შეწყვეტა, რხევების და ასახვის ჩახშობა, როგორიცაა მაღალი რიგის რეჟიმები, რომლებიც წარმოიქმნება ზედა და ქვედა მილაკებს შორის დიდი შეერთებისთვის. გარემოში, SWS-ის WR-4 სტანდარტული ტალღის გამტართან დასაკავშირებლად ასევე გამოიყენება წრფივი შეკუმშული შემწყვილებელი. ორდონიანი სტრუქტურის გადაცემის კოეფიციენტი იზომება დროის დომენის ამომხსნელით 3D სიმულაციის პროგრამაში. მასალაზე ტერაჰერცის ზოლის რეალური ეფექტის გათვალისწინებით, ვაკუუმური გამტარობის მასალა შემცირებულია 20/1 საწყისი კონვერტში. 2.
სურათი 4 გვიჩვენებს გადაცემის შედეგებს HFS-სთვის ხაზოვანი შეკუმშული დამწყებლებით და მის გარეშე. შედეგები აჩვენებს, რომ გადამცემი მცირე გავლენას ახდენს მთელი HFS-ის გადაცემის შესრულებაზე. დაბრუნების დანაკარგი (S11 < - 10 dB) და ჩასმის დანაკარგი (S21 > - 5 dB) მთელი სისტემის 207-280 Hz broband GHz-ის კარგ მახასიათებლებს აჩვენებს.
ვაკუუმის ელექტრონული მოწყობილობების ელექტროენერგიის მომარაგება, ელექტრონული იარაღი პირდაპირ განსაზღვრავს, შეუძლია თუ არა მოწყობილობას წარმოქმნას საკმარისი გამომავალი ძალა.2, ელექტრონული სხივების მამოძრავებელი ძაბვა Ua თავდაპირველად დაყენებულია 20 კვ-ზე, ორი ელექტრონული სხივის I დენები არის ორივე 80 mA, ხოლო ელექტრონული სხივების სხივის დიამეტრი dw არის 0,13 მმ. ამავე დროს, იმისათვის, რომ უზრუნველყოფილი იყოს, რომ დენის სიმკვრივე იყოს ელექტრონის სხივის სიმკვრივე და მიაღწიოს ელექტრონულ სხივს. 7, ასე რომ, ელექტრონული სხივის დენის სიმკვრივე არის 603 A/cm2, ხოლო კათოდის დენის სიმკვრივე არის 86 A/cm2, რაც მიიღწევა ახალი კათოდური მასალების გამოყენებით. დიზაინის თეორიის 14, 15, 16, 17, ტიპიური Pierce-ის უნიკალური იდენტიფიცირებული ელექტრონული იარაღი შეიძლება იყოს.
სურათი 5 გვიჩვენებს იარაღის ჰორიზონტალურ და ვერტიკალურ სქემატურ დიაგრამებს, შესაბამისად. ჩანს, რომ ელექტრონული იარაღის პროფილი x- მიმართულებით თითქმის იდენტურია ტიპიური ფურცლისმაგვარი ელექტრონული იარაღის პროფილის, ხოლო y მიმართულებით ორი ელექტრონული სხივი ნაწილობრივ გამოყოფილია ნიღბით. პოზიციები არის 1 mmy = x5 = mmy. 0,155 მმ, y = 0 მმ, შესაბამისად. შეკუმშვის კოეფიციენტისა და ელექტრონის ინექციის ზომის დიზაინის მოთხოვნების მიხედვით, ორი კათოდური ზედაპირის ზომები განისაზღვრება 0,91 მმ × 0,13 მმ.
იმისათვის, რომ თითოეული ელექტრონული სხივის მიერ მიღებული ფოკუსირებული ელექტრული ველი x- მიმართულებით სიმეტრიული იყოს საკუთარი ცენტრის მიმართ, ეს ნაშრომი მიმართავს საკონტროლო ელექტროდს ელექტრონულ იარაღზე. ფოკუსირების ელექტროდის და საკონტროლო ელექტროდის ძაბვის დაყენებით −20 kV-ზე, ხოლო ანოდის ძაბვის 0 V-მდე, ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ განაწილება, როგორც სურათზე. რომ გამოსხივებულ ელექტრონებს აქვთ კარგი შეკუმშვა y- მიმართულებით და თითოეული ელექტრონული სხივი იყრის თავს x მიმართულებისკენ თავისი სიმეტრიის ცენტრის გასწვრივ, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ საკონტროლო ელექტროდი აბალანსებს ფოკუსირების ელექტროდის მიერ წარმოქმნილ უთანასწორო ელექტრულ ველს.
ნახაზი 7 გვიჩვენებს სხივის გარსს x და y მიმართულებით. შედეგები აჩვენებს, რომ ელექტრონული სხივის პროექციის მანძილი x- მიმართულებით განსხვავდება y-ის მიმართულებით. სროლის მანძილი x მიმართულებით არის დაახლოებით 4 მმ, ხოლო სროლის მანძილი y მიმართულებით არის 7 მმ-თან ახლოს. ამიტომ, რეალური სროლის მანძილი უნდა იყოს არჩეული ნახ. კათოდის ზედაპირიდან .6 მმ. ჩვენ ვხედავთ, რომ კვეთის ფორმა ყველაზე ახლოს არის სტანდარტულ წრიულ ელექტრონულ სხივთან. მანძილი ორ ელექტრონულ სხივს შორის ახლოსაა დაპროექტებულ 0.31 მმ-თან და რადიუსი არის დაახლოებით 0.13 მმ, რაც აკმაყოფილებს დიზაინის მოთხოვნებს. სურათი 9 გვიჩვენებს სხივის სიმულაციის შედეგებს. .
პრაქტიკულ გამოყენებაში მამოძრავებელი ძაბვის რყევის გათვალისწინებით, აუცილებელია ამ მოდელის ძაბვის მგრძნობელობის შესწავლა. ძაბვის დიაპაზონში 19,8 ~ 20,6 კვ, მიიღება დენის და სხივის დენის კონვერტები, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1 და სურათზე 1.10 და 11. am კონვერტში, ხოლო ელექტრონული სხივის დენი იცვლება მხოლოდ 0,74-დან 0,78 ა-მდე. შესაბამისად, შეიძლება ჩაითვალოს, რომ ამ ნაშრომში შემუშავებულ ელექტრონულ იარაღს აქვს კარგი მგრძნობელობა ძაბვის მიმართ.
მამოძრავებელი ძაბვის რყევების ეფექტი x- და y- მიმართულების სხივის კონვერტებზე.
ერთიანი მაგნიტური ფოკუსირების ველი არის ჩვეულებრივი მუდმივი ფოკუსირების სისტემა. მაგნიტური ველის ერთგვაროვანი განაწილების გამო სხივის არხზე, ის ძალიან შესაფერისია ღერძული სიმეტრიული ელექტრონული სხივებისთვის. ამ განყოფილებაში შემოთავაზებულია ერთიანი მაგნიტური ფოკუსირების სისტემა ორმაგი ფანქრის სხივების შორ მანძილზე გადაცემის შესანარჩუნებლად. შესწავლილი. ერთი ფანქრის სხივის სტაბილური გადაცემის თეორიის მიხედვით18,19, ბრილუინის მაგნიტური ველის მნიშვნელობა შეიძლება გამოითვალოს განტოლებით (2). ამ ნაშრომში ჩვენ ასევე ვიყენებთ ამ ეკვივალენტობას ლატერალურად განაწილებული ორმაგი ფანქრის სხივის მაგნიტური ველის შესაფასებლად. ამ ქაღალდში შექმნილ ელექტრონულ იარაღთან ერთად, გამოთვლილია მაგნიტური ველი A00f.პრაქტიკულ დიზაინში ჩვეულებრივ არჩეულია 20, 1,5-2-ჯერ გათვლილი მნიშვნელობა.
სურათი 12 გვიჩვენებს ერთიანი მაგნიტური ველის ფოკუსირების ველის სისტემის სტრუქტურას. ლურჯი ნაწილი არის მუდმივი მაგნიტი, რომელიც მაგნიტირდება ღერძულ მიმართულებით. მასალის შერჩევა არის NdFeB ან FeCoNi. სიმულაციური მოდელის რემანენტობა Br არის 1.3 T და გამტარიანობა არის 1.05. იმისათვის, რომ უზრუნველყოს სტაბილური გადაცემა სხივის მთლიანი სიგრძით მმ7 ზომით. მაგნიტი x მიმართულებით განსაზღვრავს არის თუ არა განივი მაგნიტური ველი სხივის არხში ერთგვაროვანი, რაც მოითხოვს, რომ ზომა x მიმართულებით არ იყოს ძალიან მცირე. ამავდროულად, მთლიანი მილის ღირებულებისა და წონის გათვალისწინებით, მაგნიტის ზომა არ უნდა იყოს ძალიან დიდი. ამიტომ, მაგნიტები თავდაპირველად დაყენებულია 150 მმ × 150 მმ-მდე - მე × 70 მმ-ზე. , მანძილი მაგნიტებს შორის დაყენებულია 20 მმ-მდე.
2015 წელს Purna Chandra Panda21-მა შემოგვთავაზა ბოძზე ახალი საფეხურიანი ხვრელით ერთგვაროვან მაგნიტურ ფოკუსირების სისტემაში, რამაც შეიძლება კიდევ უფრო შეამციროს ნაკადის გაჟონვის სიდიდე კათოდში და განივი მაგნიტური ველი, რომელიც წარმოიქმნება ბოძის ნაწილის ხვრელში. მმ, სამი საფეხურის სიმაღლე და სიგანეა 0,5 მმ, ხოლო ბოძის ნაჭრის ხვრელებს შორის მანძილი არის 2 მმ, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 13.
სურათი 14a გვიჩვენებს ღერძული მაგნიტური ველის განაწილებას ორი ელექტრონული სხივის ცენტრალური ხაზების გასწვრივ. ჩანს, რომ მაგნიტური ველის ძალები ორი ელექტრონული სხივის გასწვრივ თითქმის თანაბარია. მაგნიტური ველის მნიშვნელობა არის დაახლოებით 6000 Gs, რაც 1,5-ჯერ აღემატება თეორიულ ბრილუინის ველს, რათა გაზარდოს გადაცემა და ფოკუსირება. კარგი ეფექტი მაგნიტური ნაკადის გაჟონვის თავიდან აცილებაზე. ნახაზი 14b გვიჩვენებს განივი მაგნიტური ველის განაწილებას z მიმართულებით ორი ელექტრონული სხივის ზედა კიდეზე. ჩანს, რომ განივი მაგნიტური ველი 200 გ-ზე ნაკლებია მხოლოდ პოლუსის ნაჭრის ხვრელში, ხოლო ნელი ტალღის წრეში ადასტურებს, რომ განივი მაგნიტური ველი არის მაგნიტური ველის განივი ზე ბოძების ნაწილების მაგნიტური გაჯერების თავიდან ასაცილებლად აუცილებელია მაგნიტური ველის სიძლიერის შესწავლა ბოძების შიგნით. ნახაზი 14c გვიჩვენებს მაგნიტური ველის განაწილების აბსოლუტურ მნიშვნელობას პოლუსის შიგნით. ჩანს, რომ მაგნიტური ველის სიძლიერის აბსოლუტური მნიშვნელობა 1,2 ტ-ზე ნაკლებია, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ პოლუსის მაგნიტური გაჯერება არ მოხდება.
მაგნიტური ველის სიძლიერის განაწილება Br = 1.3 T. (ა) ღერძული ველის განაწილება. (ბ) ველის გვერდითი განაწილება z მიმართულებით. (c) ველის განაწილების აბსოლუტური მნიშვნელობა პოლუსში.
CST PS მოდულის საფუძველზე ოპტიმიზებულია ორმაგი სხივის იარაღისა და ფოკუსირების სისტემის ღერძული ფარდობითი პოზიცია.9 და სიმულაციები, ოპტიმალური მდებარეობაა, სადაც ანოდის ნაწილი გადაფარავს პოლუსს მაგნიტისგან მოშორებით. თუმცა, აღმოჩნდა, რომ თუ რემანენტობა დაყენებული იყო 1.3T-ზე, ელექტრონული სხივის გამტარობა ვერ მიაღწევდა 99%-ს. სურათი 15. ჩანს, რომ სხივს აქვს კარგი გადაცემა, მცირე რყევა და გადაცემის მანძილი 45 მმ-ზე მეტი.
ორმაგი ფანქრის სხივების ტრაექტორიები ერთგვაროვანი მაგნიტური სისტემის ქვეშ Br = 1,4 T.(a) xoz თვითმფრინავი.(b) yoz თვითმფრინავი.
სურათი 16 გვიჩვენებს სხივის განივი კვეთას კათოდისგან დაშორებით სხვადასხვა პოზიციებზე. ჩანს, რომ ფოკუსირების სისტემაში სხივის მონაკვეთის ფორმა კარგად არის შენარჩუნებული და მონაკვეთის დიამეტრი დიდად არ იცვლება. სურათი 17 გვიჩვენებს სხივის კონვერტებს x და y მიმართულებით, შესაბამისად. სხივის დენი. შედეგები აჩვენებს, რომ დენი არის დაახლოებით 2 × 80 mA, რაც შეესაბამება გამოთვლილ მნიშვნელობას ელექტრონული იარაღის დიზაინში.
ელექტრონის სხივის ჯვარი (ფოკუსირების სისტემით) კათოდიდან მოშორებით სხვადასხვა პოზიციებზე.
მთელი რიგი პრობლემების გათვალისწინებით, როგორიცაა შეკრების შეცდომები, ძაბვის რყევები და მაგნიტური ველის სიძლიერის ცვლილებები პრაქტიკულ დამუშავების პროგრამებში, აუცილებელია ფოკუსირების სისტემის მგრძნობელობის ანალიზი. იმის გამო, რომ ანოდის ნაწილსა და ბოძს შორის უფსკრულია რეალურ დამუშავებაში, ეს უფსკრული უნდა დაყენდეს სიმულაციაში mm2aam was and the g0ap. და სხივის დენი y მიმართულებით. ეს შედეგი გვიჩვენებს, რომ სხივის კონვერტის ცვლილება არ არის მნიშვნელოვანი და სხივის დენი თითქმის არ იცვლება. ამიტომ, სისტემა არ არის მგრძნობიარე აწყობის შეცდომების მიმართ. მამოძრავებელი ძაბვის რყევისთვის, შეცდომის დიაპაზონი დაყენებულია ±0.5 kV. ნახაზი 19b გვიჩვენებს შედარების ეფექტს. დიაპაზონი დაყენებულია -0,02-დან +0,03 T-მდე მაგნიტური ველის სიძლიერის ცვლილებებისთვის. შედარების შედეგები ნაჩვენებია 20-ზე. ჩანს, რომ სხივის გარსი თითქმის არ იცვლება, რაც ნიშნავს, რომ მთელი EOS არ არის მგრძნობიარე მაგნიტური ველის სიძლიერის ცვლილებების მიმართ.
სხივის კონვერტი და დენის შედეგები ერთიანი მაგნიტური ფოკუსირების სისტემის ქვეშ. (ა) შეკრების ტოლერანტობა არის 0.2 მმ. (ბ) მამოძრავებელი ძაბვის რყევა არის ±0.5 კვ.
სხივის კონვერტი ერთიანი მაგნიტური ფოკუსირების სისტემის ქვეშ ღერძული მაგნიტური ველის სიძლიერის რყევებით 0,63-დან 0,68 ტ-მდე.
იმისათვის, რომ დავრწმუნდეთ, რომ ამ ნაშრომში შემუშავებული ფოკუსირების სისტემა შეიძლება ემთხვეოდეს HFS-ს, აუცილებელია ფოკუსირების სისტემის და HFS-ის შერწყმა კვლევისთვის. სურათი 21 გვიჩვენებს სხივის კონვერტების შედარებას HFS-ით დატვირთული და გარეშე. შედეგები აჩვენებს, რომ სხივის კონვერტი დიდად არ იცვლება, როდესაც მთელი HFS დატვირთულია. ამიტომ, HFS-ის დიზაინი შესაფერისია ზემოთ მოყვანილი ფოკუსირების სისტემისთვის.
III ნაწილში შემოთავაზებული EOS-ის სისწორის შესამოწმებლად და 220 გჰც SDV-TWT-ის მუშაობის გამოსაკვლევად, შესრულებულია სხივ-ტალღის ურთიერთქმედების 3D-PIC სიმულაცია. სიმულაციური პროგრამული შეზღუდვების გამო, ჩვენ ვერ შევძელით მთლიანი EOS-ის დამატება HFS-ში. ამიტომ, ელექტრონის დიამეტრის და 1 მმ-ის დიამეტრის თოფი ჩანაცვლდა კვივალენტით. ორი ზედაპირი 0,31 მმ, იგივე პარამეტრები, როგორც ზემოთ შექმნილი ელექტრონული იარაღი. EOS-ის არასენსიტიურობისა და კარგი სტაბილურობის გამო, მამოძრავებელი ძაბვა შეიძლება სათანადოდ იყოს ოპტიმიზირებული PIC სიმულაციაში საუკეთესო გამომავალი სიმძლავრის მისაღწევად. 3 ა/სმ2) და შეყვანის სიმძლავრე 0,05 ვტ.
საუკეთესო გამომავალი სიგნალის მისაღებად, ასევე საჭიროა ციკლების რაოდენობის ოპტიმიზაცია. საუკეთესო გამომავალი სიმძლავრე მიიღება, როდესაც ორი ეტაპის რაოდენობაა 42 + 48 ციკლი, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 22a. 0.05 ვტ შეყვანის სიგნალი გაძლიერებულია 314 ვტ-მდე, 38 dB-ის სიმძლავრის მიღებით. 220 გჰც სიხშირეზე. სურათი 22b გვიჩვენებს ელექტრონების ენერგიის ღერძულ პოზიციურ განაწილებას SWS-ში, ელექტრონების უმეტესობა კარგავს ენერგიას. ეს შედეგი მიუთითებს, რომ SDV-SWS-ს შეუძლია ელექტრონების კინეტიკური ენერგია გარდაქმნას RF სიგნალებად, რითაც ახორციელებს სიგნალის გაძლიერებას.
SDV-SWS გამომავალი სიგნალი 220 გჰც სიხშირეზე. (ა) გამომავალი სიმძლავრე ჩართული სპექტრით. (ბ) ელექტრონების ენერგიის განაწილება ელექტრონული სხივით SWS ჩასასვლელის ბოლოს.
სურათი 23 გვიჩვენებს გამომავალი სიმძლავრის გამტარუნარიანობას და ორმაგი რეჟიმის ორმაგი სხივის SDV-TWT-ის სიმძლავრეს. გამომავალი ეფექტურობა შეიძლება კიდევ უფრო გაუმჯობესდეს 200-დან 275 გჰც-მდე სიხშირეების დაჭერით და დისკის ძაბვის ოპტიმიზაციის გზით. გაფართოვდეს ოპერაციული გამტარობა.
თუმცა, ნახაზი 2a-ს მიხედვით, ჩვენ ვიცით, რომ კენტ და ლუწ რეჟიმებს შორის არის გაჩერების დიაპაზონი, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს არასასურველი რხევები. ამიტომ, სამუშაო სტაბილურობა გაჩერებების ირგვლივ შესასწავლია. ნახატები 24a-c არის 20 ns სიმულაციის შედეგები 265.3 გჰც-ზე, 265 GHz, შესაბამისად, 265 Hz, 4.35. მიუხედავად იმისა, რომ სიმულაციის შედეგებს აქვს გარკვეული რყევები, გამომავალი სიმძლავრე შედარებით სტაბილურია. სპექტრი ასევე ნაჩვენებია სურათზე 24 შესაბამისად, სპექტრი სუფთაა. ეს შედეგები მიუთითებს, რომ არ არის თვითრხევა გაჩერებასთან ახლოს.
დამზადება და გაზომვა აუცილებელია მთელი HFS-ის სისწორის შესამოწმებლად. ამ ნაწილში, HFS დამზადებულია კომპიუტერული რიცხვითი კონტროლის (CNC) ტექნოლოგიის გამოყენებით, ხელსაწყოს დიამეტრით 0,1 მმ და დამუშავების სიზუსტით 10 μm. მასალა მაღალი სიხშირის სტრუქტურისთვის უზრუნველყოფილია ჟანგბადისგან თავისუფალი ქსოვილის მაღალი სიგრძით. 66.00 მმ, სიგანე 20.00 მმ და სიმაღლე 8.66 მმ. რვა პინიანი ხვრელი განაწილებულია სტრუქტურის ირგვლივ. ნახაზი 25b გვიჩვენებს სტრუქტურას სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპით (SEM). ამ სტრუქტურის პირები წარმოებულია ერთნაირად და აქვთ ზედაპირის კარგი უხეშობა. ზუსტი გაზომვის შემდეგ, მმm სიბრტყეზე ნაკლებია, ვიდრე machi. ning სტრუქტურა აკმაყოფილებს დიზაინისა და სიზუსტის მოთხოვნებს.
სურათი 26 გვიჩვენებს შედარებას ტესტის რეალურ შედეგებსა და გადაცემის შესრულების სიმულაციებს შორის. პორტი 1 და პორტი 2 ნახატზე 26a შეესაბამება HFS-ის შეყვანის და გამომავალი პორტებს, შესაბამისად, და ექვივალენტურია პორტ 1-ისა და 4-ის ნახატზე 3. რეალური გაზომვის შედეგები S11-ის გაზომვის რეალური შედეგები შეიძლება ოდნავ უკეთესია, ვიდრე გაზომვის შედეგები. იქნება, რომ სიმულაციაში მითითებული მასალის გამტარობა ძალიან მაღალია და ზედაპირის უხეშობა რეალური დამუშავების შემდეგ ცუდი. მთლიანობაში, გაზომილი შედეგები კარგად ემთხვევა სიმულაციის შედეგებს და გადაცემის გამტარუნარიანობა აკმაყოფილებს 70 გჰც მოთხოვნას, რაც ადასტურებს შემოთავაზებული ორმაგი რეჟიმის პროცესის მიზანშეწონილობას და სისწორეს. ამ ნაშრომში შემოთავაზებული ორმაგი სხივის SDV-TWT დიზაინი შეიძლება გამოყენებულ იქნას შემდგომი წარმოებისთვის და აპლიკაციებისთვის.
ამ ნაშრომში წარმოდგენილია 220 GHz ორმაგი სხივის SDV-TWT გეგმური განაწილების დეტალური დიზაინი. ორმაგი რეჟიმის მუშაობისა და ორმაგი სხივის აგზნების კომბინაცია კიდევ უფრო ზრდის ოპერაციულ გამტარობას და გამომავალ სიმძლავრეს. დამზადება და ცივი ტესტი ასევე ტარდება მთელი HFS-ის სისწორის შესამოწმებლად.გაზომვის ფაქტობრივი შედეგები კარგად ემთხვევა სიმულაციის შედეგებს. შემუშავებული ორსხივიანი EOS-ისთვის ნიღბის განყოფილება და საკონტროლო ელექტროდები ერთად გამოიყენეს ორი ფანქრის სხივის შესაქმნელად. შემუშავებული ერთიანი ფოკუსირებული მაგნიტური ველის ქვეშ, ელექტრონული სხივი შეიძლება სტაბილურად გადაიცეს დიდ დისტანციებზე კარგი ფორმით. ამ ნაშრომში შემოთავაზებული სქემა სრულად აერთიანებს მიმდინარე მომწიფებული სიბრტყის დამუშავების ტექნოლოგიას და აჩვენებს დიდ პოტენციალს შესრულების ინდიკატორებში, დამუშავებასა და აწყობაში. ამიტომ, ეს ნაშრომი მიიჩნევს, რომ პლანშეტური სტრუქტურა, სავარაუდოდ, გახდება ვაკუუმური ელექტრონული მოწყობილობების განვითარების ტენდენცია ტერაჰერცის დიაპაზონში.
ამ კვლევაში არსებული ნედლეული მონაცემებისა და ანალიტიკური მოდელების უმეტესობა შეტანილია ამ ნაშრომში. დამატებითი შესაბამისი ინფორმაციის მიღება შესაძლებელია შესაბამისი ავტორისგან გონივრული მოთხოვნის შემთხვევაში.
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 microfabrication of subterahertz waveguides using multilayer SU-8 photoresist.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz ტექნოლოგიის საგზაო რუკა.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 პლაზმური ტალღის გავრცელების ძლიერი შეზღუდვა ულტრაფართოზოლიანი სტაგერირებული ორმაგი ბადე waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.6 (1.304).
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 Investigating diocotron instability of infinitely wide sheet electron beams using macroscopic cold fluid model theory.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/1011 (104).
Galdetskiy, AV შესაძლებლობაზე გაზარდოს გამტარობა სხივის პლანური განლაგებით მრავალსხივიანი კლისტრონში. IEEE-ის მე-12 საერთაშორისო კონფერენციაზე ვაკუუმ ელექტრონიკაზე, ბანგალორი, ინდოეთი, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.17109/10.17101.
Nguyen, CJ et al. სამსხივიანი ელექტრონული იარაღის დიზაინი ვიწრო სხივის გამყოფი სიბრტყით განაწილებით W-ზოლში ორმაგი ფრთიანი მოძრავი ტალღის მილში[J].Science.Rep.11, 940. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar განაწილებული სამსხივიანი ელექტრონული ოპტიკური სისტემა ვიწრო სხივის განცალკევებით W-ზოლის ფუნდამენტური რეჟიმისთვის TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. კვლევა 20-22 მილიმეტრიანი ტალღის ფურცლის სხივებით გადახურული ორპირიანი მოგზაური ტალღის მილის შესახებ (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 43-ე საერთაშორისო კონფერენცია ინფრაწითელ მილიმეტრსა და ტერაჰერცის ტალღებზე, Nagoya.8510211, Nagoya.8510263.8510263. 510263 (2018 წ.).