Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бұл жұмыста 220 ГГц кең жолақты жоғары қуатты аралық қос пышақ қозғалатын толқын түтігі жобаланған және тексерілген. Біріншіден, жазық қос сәулелі тізбегі бар екі жүзді баяу толқын құрылымы ұсынылады. Қос режимді жұмыс схемасын пайдалану арқылы беру өнімділігі мен өткізу қабілеттілігі бір реттік қозғалыстың қуатын жоғарылату және жоғары толқын шығару талаптарын қанағаттандыру үшін екі есе дерлік. түтік, қос қарындаш тәрізді электронды оптикалық жүйе жобаланған, қозғаушы кернеуі 20~21 кВ, ал ток күші 2 × 80 мА. Дизайн мақсаттары. Қос сәулелі пистолеттегі маска бөлігін және басқару электродын пайдалану арқылы екі қарындаш сәулесін қысу коэффициенті 7, сәйкес орталықтары бойымен фокустауға болады, фокустау жүйесі шамамен 0, фокустау тұрақтылығы шамамен 18 мм. Сондай-ақ оңтайландырылған. Жазық қос электронды сәуленің тұрақты беріліс қашықтығы 45 мм-ге жетуі мүмкін, ал фокустаушы магнит өрісі 0,6 Т, бұл бүкіл жоғары жиілікті жүйені (HFS) қамту үшін жеткілікті. Содан кейін электронды-оптикалық жүйенің жарамдылығын және баяу толқын құрылымының өнімділігін тексеру үшін бөлшектер ұяшығы (PIC) сонымен қатар H жүйесінде орындалған модельдеу нәтижелеріне қол жеткізуге болатындығын көрсетеді. 220 ГГц жиілікте ең жоғары шығыс қуаты 310 Вт-қа жуық, оңтайландырылған сәулелік кернеу 20,6 кВ, сәуле тогы 2 × 80 мА, күшейту 38 дБ және 3 дБ өткізу қабілеті 35 дБ-ден асады шамамен 70 ГГц. Соңында, жоғары дәлдіктегі микроқұрылымның өнімділігі және өткізгіштігінің өнімділігі орындалған HF диапазонының ені мен сипаттамаларын көрсету үшін орындалады HF өнімділігі және өткізу диапазонының ені. модельдеу нәтижелерімен жақсы үйлеседі. Сондықтан, осы жұмыста ұсынылған схема болашақ қолданбалар үшін әлеуеті жоғары қуатты, ультра кең жолақты терагерц-диапазонды сәулелену көздерін жасайды деп күтілуде.
Дәстүрлі вакуумдық электронды құрылғы ретінде қозғалатын толқын түтігі (TWT) жоғары ажыратымдылықтағы радар, спутниктік байланыс жүйелері және ғарышты зерттеу сияқты көптеген қолданбаларда таптырмас рөл атқарады1,2,3. Дегенмен, жұмыс жиілігі терагерц диапазонына енетіндіктен, дәстүрлі біріктірілген қуысты TWT және бұрандалы TWT адамдардың салыстырмалы түрде төмен қуаттылық қажеттіліктерін қанағаттандыра алмады, салыстырмалы түрде төмен қуаттылық сұраныстарын қанағаттандыра алмайды. процестер.Сондықтан THz диапазонының өнімділігін қалай жан-жақты жақсарту көптеген ғылыми-зерттеу институттары үшін өте маңызды мәселеге айналды.Соңғы жылдары жаңа баяу толқынды құрылымдар (SWS), мысалы, сатылы қос жүзді (SDV) құрылымдар және бүктелген толқын өткізгіш (FW) құрылымдары, олардың табиғи жоспарланбау мүмкіндіктеріне байланысты, әсіресе SDVT мүмкіндіктерінің жоқтығына байланысты үлкен назар аударды. UC-Davis 20084 жылы шығарған. Жазық құрылымды компьютерлік сандық басқару (CNC) және UV-LIGA сияқты микро-нано өңдеу әдістерімен оңай жасауға болады, толық металдан жасалған қаптама құрылымы жоғары шығыс қуаты мен күшейтумен үлкенірек жылу сыйымдылығын қамтамасыз ете алады, ал толқын өткізгіш тәрізді құрылым сонымен қатар кеңірек жұмыс өткізу қабілеттілігін қамтамасыз ете алады. G-диапазонында 100 Вт-тан асатын қуат шығыстары және 14 ГГц-ке жуық жолақ ені сигналдары5. Дегенмен, бұл нәтижелерде терагерц диапазонындағы жоғары қуат пен кең өткізу қабілеттілігінің тиісті талаптарына сәйкес келмейтін бос орындар әлі де бар. UC-Davis's G-диапазон SDV-TWT үшін парақ электронды сәулелер пайдаланылды. Бұл схеманың өткізу қабілетін айтарлықтай жақсартуға байланысты ағымдағы қашықтықты ұстап тұру қиын болуы мүмкін. парақ сәулесінің электронды-оптикалық жүйесінің (EOS) тұрақсыздығына және сәуленің өздігінен реттелуіне себеп болуы мүмкін артық режимдегі сәулелік туннель бар.– Қозу және тербеліс 6,7. Жоғары шығыс қуаты, кең өткізу қабілеттілігі және THz TWT жақсы тұрақтылығы талаптарын қанағаттандыру үшін бұл жұмыста қос режімде жұмыс істейтін қос сәулелі SDV-SWS ұсынылған. Яғни, жұмыс өткізу қабілеттілігін арттыру үшін қос режимді жұмыс ұсынылады және енгізілді, сонымен қатар бұл құрылымда қуатты таратудың екі еселенген бөлу жоспарында қолданылады. Бір қарындаш сәулелі радиостанциялар тік өлшем шектеулеріне байланысты салыстырмалы түрде аз. Ток тығыздығы тым жоғары болса, сәулелік токты азайту керек, бұл салыстырмалы түрде төмен шығыс қуатына әкеледі. Сәулелік токты жақсарту үшін SWS бүйірлік өлшемін пайдаланатын жазық бөлінген көп сәулелі EOS пайда болды. жалпы сәулелік ток және бір пучкадағы шағын ток, бұл қаңылтырлы құрылғылармен салыстырғанда шамадан тыс сәуле туннельденуін болдырмайды. Сондықтан жылжымалы толқын түтігінің тұрақтылығын сақтау пайдалы. Алдыңғы жұмыс8,9 негізінде бұл жұмыс G-диапазонды біркелкі магниттік өрісті екі қарындаш сәулесінің EOS фокустауын ұсынады, ол сол жерде импульсаралық қашықтықты айтарлықтай жақсартады және одан әрі ұзартуы мүмкін. шығыс қуаты.
Бұл құжаттың құрылымы келесідей. Алдымен параметрлері, дисперсиялық сипаттамаларын талдауы және жоғары жиілікті модельдеу нәтижелері бар SWS ұяшығы дизайны сипатталған. Содан кейін бұл құжатта бірлік ұяшықтың құрылымына сәйкес қос қарындаш сәулесі EOS және сәуленің өзара әрекеттесу жүйесі жобаланған. Сондай-ақ, EOS-кескінінің және ұсынылған SDVT сынағының өнімділігін тексеру үшін жасушаішілік бөлшектерді модельдеу нәтижелері ұсынылған. барлық HFS дұрыстығын тексеру үшін нәтижелер. Соңында қорытынды жасаңыз.
TWT ең маңызды құрамдастарының бірі ретінде баяу толқынды құрылымның дисперсиялық қасиеттері электрон жылдамдығының SWS фазалық жылдамдығына сәйкес келетінін көрсетеді және осылайша сәуле-толқын өзара әрекеттесуіне үлкен әсер етеді. Бүкіл TWT өнімділігін жақсарту үшін жақсартылған өзара әрекеттесу құрылымы жобаланған. Бірлік ұяшықтың құрылымы 1-ші суретте көрсетілген. сәуле, құрылым шығыс қуатын және жұмыс тұрақтылығын одан әрі жақсарту үшін қос қалам сәулесін қабылдайды.Сонымен қатар, жұмыс өткізу қабілеттілігін арттыру үшін SWS жұмыс істеуге қосарлы режим ұсынылды. SDV құрылымының симметриясына байланысты электромагниттік өріс дисперсиясының теңдеуін шешуді тақ және жұп режимдерге бөлуге болады. Сонымен қатар, төменгі жиілік диапазонының іргелі тақ режимі және жоғары жиілік диапазонының синхрондалуы үшін іргелі жұп режимі қолданылады. жұмыс өткізу қабілеттілігін анықтау.
Қуат талаптарына сәйкес, бүкіл түтік 20 кВ қозғаушы кернеумен және 2 × 80 мА қос сәулелік токпен жобаланған. Кернеуді SDV-SWS жұмыс өткізу қабілетіне мүмкіндігінше сәйкес келтіру үшін біз p периодының ұзындығын есептеуіміз керек. Сәулелік кернеу мен кезең арасындағы байланыс (1)10 теңдеуінде көрсетілген:
220 ГГц орталық жиілікте фазалық ығысуды 2,5π мәніне орнату арқылы p кезеңін 0,46 мм етіп есептеуге болады. 2а-суретте SWS бірлігі ұяшығының дисперсиялық қасиеттері көрсетілген. 20 кВ сәуле сызығы бимодальды қисыққа өте жақсы сәйкес келеді. Сәйкес келетін жиілік диапазондары шамамен 70 ГГц және 2,3 ГГц және 2,5-де, 2,3 ГГц-ге жетуі мүмкін. 280 ГГц (жұп режим) диапазондары. 2b-суретте 210-дан 290 ГГц-ке дейінгі 0,6 Ом-нан асатын орташа байланыс кедергісі көрсетілген, бұл жұмыс өткізу қабілеттілігінде күшті өзара әрекеттесулердің болуы мүмкін екенін көрсетеді.
(a) 20 кВ электронды сәуле сызығы бар қос режимді SDV-SWS дисперсиялық сипаттамалары. (b) SDV баяу толқын тізбегінің өзара әрекеттесу кедергісі.
Дегенмен, тақ және жұп режимдер арасында жолақ алшақтығы бар екенін ескеру маңызды және біз әдетте 2a суретінде көрсетілгендей бұл жолақ аралығын тоқтату жолағы деп атаймыз. Егер TWT осы жиілік диапазонының жанында жұмыс істесе, күшті сәуленің қосылу күші пайда болуы мүмкін, бұл қажетсіз тербелістерге әкеледі. Практикалық қолданбаларда біз әдетте TWT диапазонының жанында пайдаланудан аулақ боламыз. ГГц. Бұл шағын диапазонның тербелістерді тудыратынын анықтау қиын. Сондықтан тоқтату жолағы айналасындағы жұмыс тұрақтылығы қажетсіз тербелістердің орын алуын талдау үшін келесі PIC модельдеу бөлімінде зерттелетін болады.
Бүкіл HFS моделі 3-суретте көрсетілген. Ол Bragg рефлекторлары арқылы жалғанған SDV-SWS екі сатысынан тұрады. Шағылдырғыштың қызметі екі кезең арасындағы сигнал беруді тоқтату, тербеліс пен жұмыс істемейтін режимдердің шағылысуын басу, мысалы, жоғарғы және астыңғы орта арасында пайда болатын жоғары ретті режимдер, сол арқылы құбырдың сыртқы байланысының тұрақтылығы үшін. перед қосқышы сонымен қатар SWS-ті WR-4 стандартты толқын өткізгішіне қосу үшін пайдаланылады. Екі деңгейлі құрылымның өткізу коэффициенті 3D модельдеу бағдарламалық құралындағы уақыт доменінің шешушісі арқылы өлшенеді. Терагерц жолағының материалға нақты әсерін ескере отырып, вакуумдық конверттің материалы бастапқыда мыс күйіне орнатылады, ал өткізгіштік S27 × 120 м-ге дейін төмендейді.
4-суретте сызықты конустық қосқыштары бар және жоқ HFS үшін беру нәтижелері көрсетілген. Нәтижелер муфтаның бүкіл HFS беру өнімділігіне аз әсер ететінін көрсетеді. 207~280 ГГц кең жолақты HFS кең жолағындағы бүкіл жүйенің қайтару жоғалуы (S11 < − 10 дБ) және кірістіру жоғалуы (S21 > − 5 дБ) жақсы екенін көрсетеді.
Вакуумдық электронды құрылғыларды электр қуатымен қамтамасыз ету құрылғының II бөлімдегі HFS-дің жеткілікті Power.com қосқан кезде, қосарланған пулеме, қосарланған пулеме, қосарланған екі пулемет, қосарлы қарындаштың бөлшектері және Sect.AS-ді бақылау, Sect.AS-тің дизайн талаптарына сәйкес, інжірде көрсетілген.2 , электронды сәулелердің қозғаушы кернеуі Ua бастапқыда 20 кВ-қа орнатылады, екі электронды сәуленің I токтары екеуі де 80 мА, ал электрондар сәулелерінің сәулесінің диаметрі dw 0,13 мм. Сонымен қатар, электронды сәуленің ток тығыздығын қамтамасыз ету үшін және катхоға қатынасын орнатуға болады. электронды сәуленің ағымдағы тығыздығы 603 А/см2, ал катодтың ағымдағы тығыздығы 86 А/см2, оған қол жеткізуге болады. Бұл жаңа катодтық материалдарды қолдану арқылы қол жеткізіледі. 14, 15, 16, 17 дизайн теориясына сәйкес, типтік Пирс электронды тапаншасын бірегей түрде анықтауға болады.
5-суретте сәйкесінше мылтықтың көлденең және тік схемалық диаграммалары көрсетілген. Х-бағытындағы электронды тапаншаның профилі кәдімгі парақ тәрізді электронды пистолеттікімен дерлік бірдей екенін көруге болады, ал y-бағытында екі электронды сәулелер маскамен ішінара бөлінген. және тиісінше x = 0,155 мм, у = 0 мм. Қысу коэффициенті мен электрон бүрку өлшеміне қатысты жобалық талаптарға сәйкес екі катод бетінің өлшемдері 0,91 мм × 0,13 мм болып анықталады.
Х-бағыты бойынша әрбір электрон сәулесі қабылдаған фокусталған электр өрісін өз центріне симметриялы ету үшін бұл қағазда электронды пистолетке басқару электроды қолданылады. Фокустау электродының және басқару электродының кернеуін -20 кВ, ал анодтың кернеуін 0 В-қа орнату арқылы біз 6-ші суретте көрсетілгендей траекторияның таралуын алуға болады. ted электрондар y-бағыты бойынша жақсы сығылу қабілетіне ие және әрбір электронды сәуле өзінің симметрия центрі бойымен x-бағыты бойынша жинақталады, бұл басқару электроды фокустау электроды тудыратын тең емес электр өрісін теңестіретінін көрсетеді.
7-суретте x және y бағыттарындағы сәуле қабығы көрсетілген. Нәтижелер x-бағытындағы электронды сәуленің проекциялық қашықтығы y-бағытындағыдан басқаша екенін көрсетеді. x бағытында лақтыру қашықтығы шамамен 4 мм, ал y бағытында лақтыру қашықтығы 7 мм-ге жақын. Сондықтан, нақты таңдалған лақтыру қашықтығы 4-7 мм-ден электрлік көлденең қиылысуды көрсетеді. катод бетінен 4,6 мм қашықтықтағы сәуле. Біз көлденең қиманың пішіні стандартты дөңгелек электронды сәулеге ең жақын екенін көреміз. Екі электронды сәуленің арасындағы қашықтық жобаланған 0,31 мм-ге жақын, ал радиусы шамамен 0,13 мм, бұл дизайн талаптарына сәйкес келеді. 9-суретте сәулелік токтың модельдеу нәтижелері көрсетілген. жобаланған 80 мА.
Практикалық қолдануда қозғаушы кернеудің ауытқуын ескере отырып, осы модельдің кернеу сезімталдығын зерттеу қажет. 19,8 ~ 20,6 кВ кернеу диапазонында ток және сәулелік ток конверттері алынған, 1-суретте және 1.10 және 11-суретте көрсетілгендей. Нәтижелерден электр тогы мен электр тогы өзгермейтінін көруге болады. 4-тен 0,78 А-ға дейін. Сондықтан, осы мақалада жобаланған электронды тапаншаның кернеуге жақсы сезімталдығы бар деп санауға болады.
Жүргізу кернеуінің ауытқуының x және y бағыттағы сәулелердің конверттеріне әсері.
Біртекті магниттік фокустау өрісі тұрақты магнитті фокустаудың кең таралған жүйесі болып табылады. Магнит өрісінің сәулелік арна бойынша біркелкі таралуына байланысты ол осьтік симметриялық электронды сәулелер үшін өте қолайлы. Бұл бөлімде қос қарындаш сәулелерінің алыс қашықтыққа берілуін қамтамасыз ету үшін біркелкі магниттік фокустау жүйесі ұсынылады. және сезімталдық мәселесі зерттеледі. Жалғыз қарындаш сәулесінің тұрақты беріліс теориясына сәйкес18,19, Бриллуен магнит өрісінің мәнін (2) теңдеу арқылы есептеуге болады. Бұл жұмыста біз сонымен қатар бүйірлік таралған қос қарындаш сәулесінің магнит өрісін бағалау үшін осы эквивалентті пайдаланамыз. .Анықтамаға сәйкес.20, 1,5-2 есе есептелген мән әдетте практикалық конструкцияларда таңдалады.
12-суретте біркелкі магнит өрісінің фокустау өрісі жүйесінің құрылымы көрсетілген. Көк бөлік осьтік бағытта магниттелетін тұрақты магнит болып табылады. Материалды таңдау NdFeB немесе FeCoNi. Модельдеу моделінде орнатылған Br ремененті 1,3 Т және өткізгіштігі 1,05. Бүкіл шеңбердің тұрақты берілісін қамтамасыз ету үшін магниттің бастапқы ұзындығына қосу, мм 0 құрайды. x бағыттағы магниттің өлшемі сәулелік арнадағы көлденең магнит өрісінің біркелкі екенін анықтайды, бұл x бағыттағы өлшемнің тым аз болмауын талап етеді. Сонымен бірге бүкіл түтіктің құны мен салмағын ескере отырып, магниттің өлшемі тым үлкен болмауы керек. Сондықтан магниттер бастапқыда 150 мм × 70 мм-ге дейін баяу айналуын қамтамасыз етеді. фокустау жүйесіне орналастырылған кезде магниттер арасындағы қашықтық 20 мм етіп орнатылған.
2015 жылы Purna Chandra Panda21 біркелкі магниттік фокустау жүйесінде жаңа сатылы тесігі бар полюс бөлігін ұсынды, ол катодқа ағынның ағуының шамасын және полюс бөлігінің тесігінде пайда болатын көлденең магнит өрісін одан әрі азайта алады. Бұл қағазда біз фокустау жүйесінің бастапқы қалыңдығы 5 мм болатын полюс бөлігінің қалыңдығына сатылы құрылымды қосамыз. , 13-суретте көрсетілгендей үш қадамның биіктігі мен ені 0,5 мм, полюс бөлігінің тесіктері арасындағы қашықтық 2 мм.
14a-суретте екі электронды сәуленің орталық сызықтары бойындағы осьтік магнит өрісінің таралуы көрсетілген. Екі электрон сәулесінің бойындағы магнит өрісінің күштері тең екенін көруге болады. Магнит өрісінің мәні шамамен 6000 Гс, бұл өрістің беріліс пен фокустау өнімділігін арттыру үшін теориялық Бриллуен өрісінен 1,5 есе көп. кесіндісі магнит ағынының ағып кетуіне жол бермеуге жақсы әсер етеді. 14б-суретте екі электронды сәуленің жоғарғы жиегінде z бағытында көлденең магнит өрісінің таралуы көрсетілген. Көлденең магнит өрісі тек полюстік бөліктің тесігінде 200 Гс-тан аз болатынын көруге болады, ал баяу толқынның көлденең контурында магнит өрісі көлденең әсер ететін магнит өрісі дерлік әсер етеді. Электрондық сәуледегі өріс шамалы. Полюс бөліктерінің магниттік қанығуын болдырмау үшін полюс бөліктерінің ішіндегі магнит өрісінің кернеулігін зерттеу қажет. 14c-суретте полюс бөлігінің ішіндегі магнит өрісінің таралуының абсолютті мәні көрсетілген. Магнит өрісінің кернеулігінің абсолютті мәні 1,2 Т-ден аз екенін көруге болады, магниттік қанықтырудың пайда болмайтынын көрсетеді.
Br = 1,3 Т үшін магнит өрісінің кернеулігінің таралуы.(а) осьтік өрістің таралуы.(b) өрістің бүйірлік таралуы z бағыты бойынша.(c) полюс бөлігінің ішіндегі өрістің таралуының абсолютті мәні.
CST PS модулінің негізінде қос сәулелік мылтық пен фокустау жүйесінің осьтік салыстырмалы орналасуы оңтайландырылған. Анықтамаға сәйкес.9 және модельдеу кезінде оңтайлы орналасу анод бөлігінің магниттен алыс полюс бөлігін қабаттасатын жері болып табылады. Алайда, егер реманенттілік 1,3T мәніне орнатылса, электронды сәуленің өткізгіштігі 99% жете алмайтыны анықталды. Реманентті 1,4 Т дейін арттыру арқылы фокустау магнит өрісі xozo6 траекториясына ұлғаяды. 15-суретте көрсетілген. Бұл сәуленің жақсы өткізгіштігі, шағын ауытқуы және 45 мм-ден асатын беру қашықтығы бар екенін көруге болады.
Br = 1,4 T.(а) xoz жазықтығы.(б) ёз ұшағы бар біртекті магниттік жүйедегі қос қарындаш сәулелерінің траекториялары.
16-суретте катодтан алыс орналасқан әртүрлі позициялардағы сәуленің көлденең қимасы көрсетілген. Фокустау жүйесіндегі сәуле қимасының пішіні жақсы сақталғанын және қиманың диаметрі көп өзгермейтінін көруге болады. 17-суретте сәуленің конверттері сәйкесінше x және y бағыттарында көрсетілген. am current.Нәтижелер токтың шамамен 2 × 80 мА екенін көрсетеді, бұл электронды тапаншаның дизайнындағы есептелген мәнге сәйкес келеді.
Электрондық сәуленің көлденең қимасы (фокустау жүйесі бар) катодтан әртүрлі позицияларда.
Практикалық өңдеу қолданбаларында құрастыру қателері, кернеудің ауытқуы және магнит өрісінің кернеулігінің өзгеруі сияқты бірқатар проблемаларды қарастыра отырып, фокустау жүйесінің сезімталдығын талдау қажет. Нақты өңдеу кезінде анод бөлігі мен полюс бөлігінің арасында алшақтық болғандықтан, бұл алшақтықты модельдеуде орнату қажет. Саңылау мәні орнатылған және оның ток күші 0,2 мм-ге тең және оның бағытын көрсетеді. Нәтиже сәулелік қабықшаның өзгеруінің маңызды емес екенін және сәуле тоғының әрең өзгеретінін көрсетеді. Сондықтан жүйе құрастыру қателеріне сезімтал емес. Қозғалтқыш кернеуінің ауытқуы үшін қателік диапазоны ± 0,5 кВ-қа орнатылады. 19б-суретте салыстыру нәтижелері көрсетілген. Кернеудің өзгеруі T+0.0 қателігі үшін орнатылған диапазонға аз әсер ететінін көруге болады. Магнит өрісінің күші. Салыстыру нәтижелері 20-суретте көрсетілген. Сәулелік қабық әрең өзгермейтінін көруге болады, бұл бүкіл EOS магнит өрісінің кернеулігінің өзгеруіне сезімтал емес екенін білдіреді.
Біркелкі магниттік фокустау жүйесі кезінде сәулелік қабық және ток нәтиже береді.(a) Жинақтауға төзімділік 0,2 мм.(b) Қозғалыс кернеуінің ауытқуы ±0,5 кВ.
0,63-тен 0,68 Т-ға дейінгі осьтік магнит өрісінің күші ауытқулары бар біркелкі магниттік фокустау жүйесінің астындағы сәулелік қабық.
Осы құжатта жобаланған фокустау жүйесі HFS сәйкес келуін қамтамасыз ету үшін зерттеу үшін фокустау жүйесі мен HFS біріктіру қажет. 21-суретте HFS жүктелген және жоқ сәулелік конверттердің салыстырылуы көрсетілген. Нәтижелер бүкіл HFS жүктелген кезде сәулелік конверттің көп өзгермейтінін көрсетеді. Сондықтан жоғарыдағы фокустау жүйесі HF толқынының дизайнына сәйкес келеді.
III бөлімде ұсынылған EOS дұрыстығын тексеру және 220 ГГц SDV-TWT өнімділігін зерттеу үшін сәуле-толқын өзара әрекеттесуінің 3D-PIC симуляциясы орындалды. Модельдеу бағдарламалық жасақтамасының шектеулеріне байланысты HFS жүйесіне толық EOS қоса алмадық. Сондықтан электронды тапанша диаметрі 10 мм және 1 мм эквивальге дейінгі қашықтыққа ауыстырылды. 0,31 мм екі беті, жоғарыда жобаланған электронды тапаншамен бірдей параметрлер. EOS сезімталдығы мен жақсы тұрақтылығына байланысты, PIC модельдеуінде ең жақсы шығыс қуатына қол жеткізу үшін қозғаушы кернеуді дұрыс оңтайландыруға болады. Модельдеу нәтижелері қаныққан шығыс қуатын және күшейтуді 20,6 кВ және ток күші A2Am3 дюйм (A2Am3 дюйм) жетек кернеуінде алуға болатындығын көрсетеді. 0,05 Вт.
Ең жақсы шығыс сигналын алу үшін циклдар санын да оңтайландыру қажет. Ең жақсы шығыс қуаты 22а-суретте көрсетілгендей екі кезеңнің саны 42 + 48 цикл болғанда алынады. 0,05 Вт кіріс сигналы 38 дБ күшейтумен 314 Вт-қа дейін күшейтіледі. Шығу қуатының спектрі 38 дБ-ге дейін күшейтіледі. .22b-суретте электрондардың көпшілігі энергияны жоғалтатын SWS жүйесіндегі электрон энергиясының осьтік позициясының таралуы көрсетілген. Бұл нәтиже SDV-SWS электрондардың кинетикалық энергиясын RF сигналдарына түрлендіре алатынын көрсетеді, осылайша сигнал күшейтуді жүзеге асырады.
220 ГГц жиіліктегі SDV-SWS шығыс сигналы.(a) Қосылған спектрі бар шығыс қуаты.(b) SWS кірістірмесінің соңында электронды сәулемен электрондардың энергиясының таралуы.
23-сурет қос режимді қос сәулелі SDV-TWT шығыс қуатының өткізу қабілеттілігін және күшейтуін көрсетеді. Шығу өнімділігін 200-ден 275 ГГц-ке дейінгі жиіліктерді тазалау және жетек кернеуін оңтайландыру арқылы одан әрі жақсартуға болады. Бұл нәтиже 3-дБ өткізу қабілеттілігінің 205-тен 275 ГГц-ке дейінгі диапазонды қамтуы мүмкін екенін көрсетеді, бұл екі жолақты жұмыс қабілеттілігін айтарлықтай арттырады.
Дегенмен, 2а-суретке сәйкес, біз тақ және жұп режимдер арасында қажетсіз тербелістерге әкелуі мүмкін тоқтату жолағы бар екенін білеміз. Сондықтан аялдамалар айналасындағы жұмыс тұрақтылығын зерттеу қажет. 24a-c суреттері 265,3 ГГц жиіліктегі 20 нс модельдеу нәтижелері, 265,325 ГГц және сәйкес болуы мүмкін. Модельдеу нәтижелерінің кейбір ауытқулары бар, шығыс қуаты салыстырмалы түрде тұрақты. Спектр де сәйкесінше 24-суретте көрсетілген, спектр таза. Бұл нәтижелер тоқтату жолағы жанында өздігінен тербеліс жоқ екенін көрсетеді.
Бүкіл HFS дұрыстығын тексеру үшін дайындау және өлшеу қажет. Бұл бөлікте HFS құрал диаметрі 0,1 мм және өңдеу дәлдігі 10 мкм болатын компьютерлік сандық басқару (CNC) технологиясын қолдану арқылы дайындалған. Жоғары жиілікті құрылымға арналған материал оттегісіз жоғары өткізгіштік құрылымымен қамтамасыз етілген (OF25H). 66,00 мм, ені 20,00 мм және биіктігі 8,66 мм. Құрылымның айналасында сегіз түйреуіш тесігі бөлінген. 25б-суретте құрылымды сканерлеу электронды микроскопия (SEM) арқылы көрсетілген. Бұл құрылымның қалақтары біркелкі өндірілген және жақсы бетінің кедір-бұдырына ие. Дәл өлшегеннен кейін бетінің кедір-бұдыры шамамен 5 мкм, қателігі шамамен 5 мкм құрайды. .Өңдеу құрылымы дизайн және дәлдік талаптарына сәйкес келеді.
26-суретте нақты сынақ нәтижелері мен жіберу өнімділігінің модельдеулері арасындағы салыстыру көрсетілген. 26a-суреттегі 1-порт пен 2-порт сәйкесінше HFS кіріс және шығыс порттарына сәйкес келеді және 3-суреттегі 1-порт пен 4-портқа баламалы. S11-дің нақты өлшеу нәтижелері модельдеу нәтижелерінен сәл жақсырақ. Сонымен бірге, S1-нің нақты өлшеу нәтижелері өткізілген уақыттың материалы1 болуы мүмкін. Модельдеуде орнатылған мүмкіндік тым жоғары және нақты өңдеуден кейінгі беттің кедір-бұдырлығы нашар. Жалпы алғанда, өлшенген нәтижелер модельдеу нәтижелерімен жақсы сәйкес келеді және беру өткізу қабілеттілігі 70 ГГц талабына сәйкес келеді, бұл ұсынылған қос режимді SDV-TWT мүмкіндігі мен дұрыстығын тексереді. Сондықтан, нақты өңдеу нәтижелерімен және ультражолақты SDV-WT сынақ нәтижелерімен біріктірілген. Осы құжатта ұсынылған дизайнды кейіннен дайындау және қолдану үшін пайдалануға болады.
Бұл жұмыста 220 ГГц екі сәулелі SDV-TWT жазық таратуының егжей-тегжейлі жобасы ұсынылған. Қос режимді жұмыс пен қос сәулелік қоздыру комбинациясы жұмыс өткізу қабілеттілігін және шығыс қуатын одан әрі арттырады. Сондай-ақ бүкіл HFS дұрыстығын тексеру үшін дайындау және суық сынақ жүргізіледі.Өлшеудің нақты нәтижелері модельдеу нәтижелерімен жақсы сәйкес келеді. Жобаланған екі сәулелі EOS үшін екі қарындашты сәулені шығару үшін маска бөлімі мен басқару электродтары бірге пайдаланылды. Біркелкі фокусталатын магнит өрісі жобаланған электронды сәулені жақсы пішінмен ұзақ қашықтыққа тұрақты түрде жіберуге болады. Болашақта EOS өндірісі мен сынағы да жүргізілетін болады. Осы мақалада ұсынылған WT дизайн схемасы қазіргі жетілген жазықтықты өңдеу технологиясын толығымен біріктіреді және өнімділік көрсеткіштері мен өңдеу мен құрастыруда үлкен әлеуетті көрсетеді.Сондықтан, бұл қағаз жазық құрылым терагерц диапазонындағы вакуумдық электронды құрылғылардың даму трендіне айналуы мүмкін деп есептейді.
Осы зерттеудегі бастапқы деректер мен аналитикалық үлгілердің көпшілігі осы құжатқа енгізілген. Қосымша тиісті ақпаратты орынды сұрау бойынша тиісті автордан алуға болады.
Gamzina, D. et al. Sub-terahertz вакуумдық электрониканы нано масштабты CNC өңдеу. IEEE Trans.electronic құрылғылар.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. және Paoloni, C. UV-LIGA көп қабатты SU-8 фоторезисті көмегімен субтерагерц толқын өткізгіштерінің микрофабрикациясы.Микромеханика.Микроэлектроника.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz Technology roadmap.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 Ультра кең жолақты сатылы қос торлы waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.680 () арқылы плазмоникалық толқынның таралуын күшті шектеу.
Baig, A. et al. Nano CNC өңделген 220-ГГц қозғалатын толқынды түтік күшейткішінің өнімділігі.IEEE Trans.electronic құрылғылар.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Макроскопиялық суық сұйықтық моделінің теориясын пайдаланып шексіз кең парақты электронды сәулелердің диокотрондық тұрақсыздығын зерттеу. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/10411 (10410).
Галдецкий, AV көп сәулелі клистрондағы сәуленің жазық орналасуы арқылы өткізу қабілеттілігін арттыру мүмкіндігі туралы. Вакуумдық электроника бойынша 12-ші IEEE халықаралық конференциясында, Бангалор, Үндістан, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.20710 (574010).
Nguyen, CJ et al. W-диапазондағы екі жүзді қозғалатын толқын түтігінде тар сәулені бөлу жазықтығымен таралатын үш сәулелі электронды зеңбіректер дизайны [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 W-диапазон негізгі режимі TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) үшін тар сәулелік бөлінуі бар үш сәулелі электронды оптикалық жүйені бөлді.
Жан, М. Миллиметрлік толқын парағы 20-22 арқалықтары бар аралық қос жүзді қозғалатын толқын түтігін зерттеу (PhD, Бейханг университеті, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-диапазонды қос жүзді қозғалатын толқын түтігінің сәуле-толқын әрекеттесу тұрақтылығын зерттеу. 2018 Инфрақызыл миллиметр және терагерц толқындары бойынша 43-ші халықаралық конференция, Нагоя.8510263, https://doi.15010.19/doi.5010.z 263 (2018 ж.).