Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, iesakām izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai izslēgt saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer). Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, vietne tiks rādīta bez stiliem un JavaScript.
Šajā rakstā ir izstrādāta un pārbaudīta 220 GHz platjoslas lieljaudas interleaving dubultlāpstiņu ceļojošo viļņu caurule. Pirmkārt, tiek piedāvāta plakana dubultstaru pakāpeniska dubultā lāpstiņu lēnviļņu struktūra. Izmantojot divrežīmu darbības shēmu, pārraides veiktspēja un joslas platums ir gandrīz divreiz lielāks nekā viena režīma pārraides veiktspēja un joslas platums ir gandrīz divreiz lielāks par vienrežīmu, otrkārt, uzlabojas izejas jaudas prasības. Ir izstrādāta zīmuļveida elektroniskā optiskā sistēma, piedziņas spriegums ir 20–21 kV un strāva ir 2 × 80 mA. Dizaina mērķi. Izmantojot maskas daļu un vadības elektrodu dubultā stara pistolē, abus zīmuļa starus var fokusēt pa attiecīgajiem centriem ar kompresijas pakāpi 7, fokusa attālums ir vienāds, un sistēma ir labi fokusēta, un sistēma ir arī magnētiska. plakanā dubultā elektronu kūļa attālums var sasniegt 45 mm, un fokusējošais magnētiskais lauks ir 0,6 T, kas ir pietiekami, lai aptvertu visu augstfrekvences sistēmu (HFS). Pēc tam, lai pārbaudītu elektronu optiskās sistēmas lietojamību un lēnviļņu struktūras veiktspēju, tika veiktas arī daļiņu šūnu (PIC) simulācijas visai HFS sistēmai. 20 GHz, optimizētais staru kūļa spriegums ir 20,6 kV, staru kūļa strāva ir 2 × 80 mA, pastiprinājums ir 38 dB, un 3 dB joslas platums pārsniedz 35 dB aptuveni 70 GHz. Visbeidzot, tiek veikta augstas precizitātes mikrostruktūras izgatavošana, lai pārbaudītu, vai pārraides raksturlīknes un simulācijas rezultāti ir labi. Tāpēc ir paredzēts, ka šajā dokumentā piedāvātā shēma izstrādās lieljaudas, īpaši platjoslas terahercu joslas starojuma avotus ar potenciālu turpmākai izmantošanai.
Kā tradicionālai vakuuma elektroniskai ierīcei ceļojošā viļņa caurulei (TWT) ir neaizstājama loma daudzās lietojumprogrammās, piemēram, augstas izšķirtspējas radaros, satelītu sakaru sistēmās un kosmosa izpētē1, 2, 3. Tomēr, tā kā darbības frekvence nonāk terahercu joslā, tradicionālie savienotās dobuma TWT un spirālveida TWT ražošanas procesi nav spējuši apmierināt cilvēku zemās jaudas vajadzības. THz joslas veiktspējas uzlabošana ir kļuvusi par ļoti satraucošu jautājumu daudzās zinātniskās pētniecības iestādēs. Pēdējos gados liela uzmanība ir pievērsta jaunām lēno viļņu struktūrām (SWS), piemēram, pakāpeniskām divu lāpstiņu (SDV) struktūrām un salocītām viļņvada (FW) struktūrām, pateicoties to dabiskajām plakanajām struktūrām, jo ​​īpaši tika piedāvāts jauns potenciāls UCS20-SDV. 84. Plakano struktūru var viegli izgatavot ar mikro-nano apstrādes metodēm, piemēram, datora ciparu vadību (CNC) un UV-LIGA, pilnībā metāla iepakojuma struktūra var nodrošināt lielāku siltuma jaudu ar lielāku izejas jaudu un pastiprinājumu, un viļņvadam līdzīga struktūra var arī nodrošināt plašāku darba joslas platumu. Pašlaik UC Davis pirmo reizi demonstrēja, ka WW Deiviss pirmo reizi spēj ģenerēt gandrīz lielu jaudu 20-1T SDV un1T. 14 GHz joslas platuma signāli G joslā5.Tomēr šajos rezultātos joprojām ir nepilnības, kas nevar apmierināt ar to saistītās prasības attiecībā uz lielu jaudu un platu joslas platumu terahercu joslā. UC-Davis G joslas SDV-TWT ir izmantoti lokšņu elektronu stari. Lai gan šī shēma var ievērojami uzlabot strāvas pārvades spēju, jo ir grūti nodrošināt strāvas pārvades jaudu. am elektronu optiskā sistēma (EOS), un ir pārrežīms stara tunelis, kas var izraisīt arī staru pašregulāciju.– ierosme un svārstības 6,7. Lai izpildītu prasības pēc lielas izejas jaudas, plaša joslas platuma un labas THz TWT stabilitātes, šajā rakstā ir piedāvāts divu staru SDV-SWS ar divrežīmu darbību. Tas ir, lai palielinātu darbības joslas platumu, tiek piedāvāta un ieviesta divkāršās darbības struktūra, lai palielinātu izejas jaudu. izmanto.Viena zīmuļa staru radioaparāti ir salīdzinoši mazi vertikālo izmēru ierobežojumu dēļ.Ja strāvas blīvums ir pārāk liels, staru kūļa strāva ir jāsamazina, kā rezultātā ir salīdzinoši zema izejas jauda.Lai uzlabotu staru kūļa strāvu, ir izveidots plakaniski sadalīts daudzstaru EOS, kas izmanto SWS sānu izmēru. Pateicoties neatkarīgai planētai, var sasniegt lielu staru izvades jaudu un lielu staru izvadi. maza strāva uz vienu staru kūli, kas var izvairīties no pārrežģīta staru kūļa tunelēšanas salīdzinājumā ar lokšņu staru ierīcēm.Tāpēc ir izdevīgi saglabāt ceļojošā viļņa caurules stabilitāti.Pamatojoties uz iepriekšējo darbu8,9, šajā rakstā ir piedāvāts G-joslas vienota magnētiskā lauka fokusēšanas dubultā zīmuļa stara EOS, kas var ievērojami uzlabot staru kūļa stabilo pārraides attālumu un tādējādi vēl vairāk palielināt staru kūļa izvades laukumu.
Šī darba struktūra ir šāda. Vispirms ir aprakstīts SWS šūnu dizains ar parametriem, dispersijas raksturlielumu analīzi un augstfrekvences simulācijas rezultātiem. Pēc tam atbilstoši vienības šūnas struktūrai šajā rakstā ir izstrādāta dubultā zīmuļa stara EOS un staru mijiedarbības sistēma. Tiek parādīti arī intracelulāro daļiņu simulācijas rezultāti, lai pārbaudītu EOS lietojamību un īsi pievienotā papīra auduma SDV-T veiktspēju. pārbaudiet visa HFS pareizību. Beidzot izveidojiet kopsavilkumu.
Kā viena no svarīgākajām TWT sastāvdaļām, lēno viļņu struktūras izkliedējošās īpašības norāda, vai elektronu ātrums atbilst SWS fāzes ātrumam, un tādējādi tam ir liela ietekme uz stara un viļņa mijiedarbību. Lai uzlabotu visa TWT veiktspēju, ir izstrādāta uzlabota mijiedarbības struktūra. Vienības šūnas struktūra ir parādīta 1. attēlā. pildspalvas stars, lai vēl vairāk uzlabotu izejas jaudu un darbības stabilitāti.Tikmēr, lai palielinātu darba joslas platumu, SWS darbībai ir piedāvāts duālais režīms. SDV struktūras simetrijas dēļ elektromagnētiskā lauka izkliedes vienādojuma risinājumu var iedalīt nepāra un pāra režīmos. Tajā pašā laikā zemas frekvenču joslas nepāra mijiedarbības pamatrežīms un augstfrekvences joslas darbības plašās darbības sinhronizācijas pamatrežīms tiek izmantots tālāk, lai realizētu augstfrekvences joslu. dth.
Atbilstoši jaudas prasībām visa caurule ir konstruēta ar piedziņas spriegumu 20 kV un dubultstaru strāvu 2 × 80 mA. Lai spriegumu pēc iespējas precīzāk saskaņotu ar SDV-SWS darbības joslas platumu, ir jāaprēķina perioda garums p. Sakarība starp staru kūļa spriegumu un periodu ir parādīta vienādojumā (1)10:
Iestatot fāzes nobīdi uz 2,5π pie centrālās frekvences 220 GHz, periodu p var aprēķināt kā 0,46 mm. 2.a attēlā parādītas SWS vienības elementa izkliedes īpašības. 20 kV staru līnija ļoti labi sakrīt ar bimodālo līkni. Atbilstošās frekvenču joslas var sasniegt aptuveni 70 GHz un 5 21 GHz .6 GHz. 4–280 GHz (vienmērīga režīma) diapazoni. 2.b attēlā parādīta vidējā savienojuma pretestība, kas ir lielāka par 0,6 Ω no 210 līdz 290 GHz, norādot, ka darbības joslas platumā var rasties spēcīga mijiedarbība.
(a) Divmodu SDV-SWS ar 20 kV elektronu staru kūļa līniju dispersijas raksturlielumi. (b) SDV lēnviļņu ķēdes mijiedarbības pretestība.
Tomēr ir svarīgi atzīmēt, ka starp nepāra un pāra režīmiem pastāv frekvenču joslas sprauga, un mēs parasti šo joslu atstarpi dēvējam par apturēšanas joslu, kā parādīts 2.a attēlā. Ja TWT tiek darbināts šīs frekvenču joslas tuvumā, var rasties spēcīga staru kūļa savienojuma stiprums, kas novedīs pie nevēlamām svārstībām. Praktiskajos lietojumos mēs parasti izvairāmies no TWT izmantošanas šīs apstāšanās joslas tuvumā. ir tikai 0,1 GHz. Ir grūti noteikt, vai šī mazā joslas sprauga izraisa svārstības.Tāpēc darbības stabilitāte ap stopjoslu tiks pētīta nākamajā PIC simulācijas sadaļā, lai analizētu, vai var rasties nevēlamas svārstības.
Visa HFS modelis ir parādīts 3. attēlā. Tas sastāv no diviem SDV-SWS posmiem, kas savienoti ar Bragg reflektoriem. Atstarotāja funkcija ir pārtraukt signāla pārraidi starp diviem posmiem, nomākt svārstības un nedarbojošo režīmu, piemēram, augstas pakāpes režīmu, kas tiek ģenerēti starp augšējo un apakšējo lāpstiņu, atstarošanos, tādējādi ievērojami uzlabojot savienojuma ārējās līnijas stabilitāti. lai savienotu SWS ar WR-4 standarta viļņvadu.Divu līmeņu struktūras pārraides koeficientu mēra ar laika domēna risinātāju 3D simulācijas programmatūrā.Ņemot vērā terahercu joslas faktisko ietekmi uz materiālu, vakuuma apvalka materiāls sākotnēji ir iestatīts uz varu, un vadītspēja tiek samazināta līdz 2.25m×1207.
4. attēlā parādīti pārraides rezultāti HFS ar un bez lineāriem konusveida savienotājiem. Rezultāti liecina, ka savienotājam ir maza ietekme uz visa HFS pārraides veiktspēju. Visas sistēmas atgriešanās zudumi (S11 < – 10 dB) un ievietošanas zudumi (S21 > – 5 dB) 207–280 GHz platjoslas tīklā liecina, ka HFS ir labas pārraides īpašības.
Elektronu lielgabals kā vakuuma elektronisko ierīču barošanas avots tieši nosaka, vai ierīce var radīt pietiekami daudz izejas jaudas.Apvienojumā ar HFS analīzi II sadaļā, ir jāprojektē divu staru EOS, lai nodrošinātu pietiekamu jaudu.Šajā daļā, pamatojoties uz iepriekšējo darbu W-band8,9, dubultā zīmuļa elektronu lielgabals ir izstrādāts, izmantojot plakanu elektrodu, lai maskētu SW dizaina daļas un vadības prasības. .2, elektronu staru piedziņas spriegums Ua sākotnēji ir iestatīts uz 20 kV, abu elektronu staru strāvas I ir 80 mA, un elektronu staru kūļa diametrs dw ir 0,13 mm. Tajā pašā laikā, lai nodrošinātu, ka elektronu stara strāvas blīvums un katoda strāvas blīvums ir tāds, lai sasniegtu strāvas blīvuma koeficientu7. elektronu staru kūlis ir 603 A/cm2, un katoda strāvas blīvums ir 86 A/cm2, ko var sasniegt ar Tas tiek panākts, izmantojot jaunus katoda materiālus.Saskaņā ar 14., 15., 16., 17. dizaina teoriju var unikāli identificēt tipisku Pīrsa elektronu lielgabalu.
5. attēlā parādītas attiecīgi pistoles horizontālās un vertikālās shematiskās diagrammas. Redzams, ka elektronu lielgabala profils x virzienā ir gandrīz identisks tipiskam lokšņveida elektronu lielgabalam, savukārt y virzienā divus elektronu starus daļēji atdala maska.Abu katodu pozīcijas ir pie 5 mm, y1 =5 x = 0 mm, y1 =5 mm, y = 5 mm. = 0 mm, attiecīgi.Saskaņā ar kompresijas pakāpes un elektronu iesmidzināšanas izmēra konstrukcijas prasībām, divu katoda virsmu izmēri ir noteikti 0,91 mm × 0,13 mm.
Lai fokusētais elektriskais lauks, ko saņem katrs elektronu stars x virzienā, būtu simetrisks pret savu centru, šajā rakstā elektronu lielgabalam tiek uzlikts vadības elektrods. Noregulējot fokusēšanas elektroda un vadības elektroda spriegumu uz −20 kV, bet anoda spriegumu uz 0 V, varam iegūt divkāršās gaismas izstarojuma trajektorijas sadalījumu, kā redzams saspiestajā F6. spēja y virzienā, un katrs elektronu stars saplūst x virzienā pa savu simetrijas centru, kas norāda, ka vadības elektrods līdzsvaro nevienlīdzīgo elektrisko lauku, ko rada fokusēšanas elektrods.
7. attēlā parādīta stara aploksne x un y virzienā. Rezultāti parāda, ka elektronu stara projekcijas attālums x virzienā atšķiras no tā, kas atrodas y virzienā. Metiena attālums x virzienā ir aptuveni 4 mm, un metiena attālums y virzienā ir tuvu 7 mm. Tāpēc faktiskais metiena attālums ir jāizvēlas starp 4 un 7 mm. 6 mm no katoda virsmas.Var redzēt, ka šķērsgriezuma forma ir vistuvāk standarta apļveida elektronu kūlim.Attālums starp diviem elektronu stariem ir tuvu projektētajam 0,31 mm, un rādiuss ir aptuveni 0,13 mm, kas atbilst konstrukcijas prasībām. 9. attēlā ir parādīti staru kūļa strāvas simulācijas rezultāti. Var redzēt, ka divas ir 7 mm labas strāvas, ar kurām ir 8 mm A.
Ņemot vērā piedziņas sprieguma svārstības praktiskos pielietojumos, nepieciešams izpētīt šī modeļa sprieguma jutību. Sprieguma diapazonā no 19,8 ~ 20,6 kV tiek iegūti strāvas un staru kūļa strāvas apvalki, kā parādīts 1. un 1.10. un 11. attēlā. No rezultātiem redzams, ka strāvas sprieguma izmaiņai nav ietekmes tikai uz piedziņas sprieguma izmaiņām. no 0,74 līdz 0,78 A.Tāpēc var uzskatīt, ka šajā dokumentā projektētajam elektronu lielgabalam ir laba jutība pret spriegumu.
Piedziņas sprieguma svārstību ietekme uz x un y virziena staru aploksnēm.
Vienmērīgs magnētiskais fokusēšanas lauks ir izplatīta pastāvīgā magnēta fokusēšanas sistēma. Pateicoties vienmērīgajam magnētiskā lauka sadalījumam visā staru kūļa kanālā, tas ir ļoti piemērots asimetriskiem elektronu stariem. Šajā sadaļā ir piedāvāta vienota magnētiskā fokusēšanas sistēma, lai uzturētu dubultā zīmuļa staru pārraidi lielos attālumos. Analizējot ģenerēto magnētisko lauku un staru kūļa izpēti, tiek izstrādāta shēma, tiek piedāvāta fokusēšanas sistēma un aploksnes jutības sistēma. Viena zīmuļa stara stabilas pārraides teorija18,19, Briljuina magnētiskā lauka vērtību var aprēķināt ar vienādojumu (2). Šajā rakstā mēs arī izmantojam šo ekvivalenci, lai novērtētu sāniski sadalīta dubultā zīmuļa stara magnētisko lauku. Apvienojumā ar šajā rakstā izstrādāto elektronu lielgabalu, aprēķinātā magnētiskā lauka vērtība ir aptuveni 40 Ac.0.Praktiskajos dizainos parasti izvēlas 20, 1,5-2 reizes lielāku par aprēķināto vērtību.
12. attēlā parādīta vienmērīga magnētiskā lauka fokusēšanas lauka sistēmas struktūra. Zilā daļa ir aksiālā virzienā magnetizēts pastāvīgais magnēts. Materiāla izvēle ir NdFeB vai FeCoNi. Simulācijas modelī iestatītā remanence Br ir 1,3 T un caurlaidība ir 1,05. Lai nodrošinātu stabilu staru kūļa pārraidi visā ķēdē, magnēta kopējais garums ir 0 mm. x virziens nosaka, vai šķērsvirziena magnētiskais lauks staru kūļa kanālā ir vienmērīgs, kas prasa, lai izmērs x virzienā nevar būt pārāk mazs. Tajā pašā laikā, ņemot vērā izmaksas un visas caurules svaru, magnēta izmērs nedrīkst būt pārāk liels. Tāpēc magnēti sākotnēji ir iestatīti uz 150 mm × 150 mm × 70 mm. Tikmēr tiek nodrošināts, ka ķēde tiek iestatīta lēni. līdz 20 mm.
2015. gadā uzņēmums Purna Chandra Panda21 piedāvāja pola gabalu ar jaunu pakāpju caurumu vienotā magnētiskā fokusēšanas sistēmā, kas var vēl vairāk samazināt plūsmas noplūdes apjomu uz katodu un šķērsvirziena magnētisko lauku, kas ģenerēts pola gabala caurumā. Šajā rakstā mēs pievienojam fokusēšanas sistēmas pola gabalam pakāpenisku struktūru. Fokusēšanas sistēmas pola gabalam tiek pievienota pakāpeniska struktūra. attālums starp stabu daļas caurumiem ir 2 mm, kā parādīts 13. attēlā.
14.a attēlā parādīts aksiālais magnētiskā lauka sadalījums pa divu elektronu staru centra līnijām. Var redzēt, ka magnētiskā lauka spēki gar diviem elektronu stariem ir vienādi. Magnētiskā lauka vērtība ir aptuveni 6000 Gs, kas ir 1,5 reizes lielāka nekā teorētiskais Briljuina lauks, lai palielinātu pārraides un fokusēšanas veiktspēju. Tajā pašā laikā magnētiskais lauks novērš labu magnētisko lauku. ic plūsmas noplūde. 14.b attēlā parādīts šķērsvirziena magnētiskā lauka sadalījums pa z virzienā pie divu elektronu staru kūļa augšējās malas. Redzams, ka šķērsvirziena magnētiskais lauks ir mazāks par 200 Gs tikai pie pola gabala cauruma, savukārt lēnviļņu ķēdē magnētiskā lauka šķērsvirziena magnētiskais lauks ir gandrīz nulle, kas pierāda, ka piesātinājuma elektromagnētiskais lauks ir negatīvs. s, nepieciešams izpētīt magnētiskā lauka intensitāti pola gabalu iekšienē.14.c attēlā parādīta magnētiskā lauka sadalījuma absolūtā vērtība pola gabala iekšpusē. Var redzēt, ka magnētiskā lauka intensitātes absolūtā vērtība ir mazāka par 1,2T, kas norāda, ka pola gabala magnētiskais piesātinājums nenotiks.
Magnētiskā lauka intensitātes sadalījums Br = 1,3 T.(a) Aksiālais lauka sadalījums.(b) Lauka sānu sadalījums Pēc z virzienā.(c) Lauka sadalījuma absolūtā vērtība pola daļā.
Pamatojoties uz CST PS moduli, ir optimizēta divu staru pistoles un fokusēšanas sistēmas aksiālā relatīvā pozīcija.Saskaņā ar atsauci.9 un simulācijas, optimālā atrašanās vieta ir vieta, kur anoda gabals pārklājas ar pola gabalu prom no magnēta.Tomēr tika konstatēts, ka, ja remanence ir iestatīta uz 1,3T, elektronu stara caurlaidība nevarētu sasniegt 99%.Palielinot remanenci līdz 1,4 T, fokusēšanas magnētiskais lauks tiks palielināts līdz 6500 x ozsctors un the figure ozy plaknes ir 1 ozsctors. Var redzēt, ka staram ir laba caurlaidība, nelielas svārstības un pārraides attālums ir lielāks par 45 mm.
Dubulto zīmuļu staru trajektorijas homogēnā magnētiskā sistēmā ar Br = 1,4 T.(a) xoz plakne.(b) yoz lidmašīna.
16. attēlā parādīts staru kūļa šķērsgriezums dažādās pozīcijās prom no katoda. Redzams, ka staru kūļa sekcijas forma fokusēšanas sistēmā ir labi uzturēta, un sekcijas diametrs īpaši nemainās. 17. attēlā redzamas staru kūļa aploksnes attiecīgi x un y virzienā. Var redzēt, ka svārstības abos virzienos ir ļoti mazas. Rezultāti liecina, ka strāva ir aptuveni 2 × 80 mA, kas atbilst aprēķinātajai vērtībai elektronu lielgabala konstrukcijā.
Elektronu stara šķērsgriezums (ar fokusēšanas sistēmu) dažādās pozīcijās prom no katoda.
Ņemot vērā virkni problēmu, piemēram, montāžas kļūdas, sprieguma svārstības un magnētiskā lauka intensitātes izmaiņas praktiskas apstrādes lietojumos, ir jāanalizē fokusēšanas sistēmas jutība. Tā kā faktiskajā apstrādē starp anoda daļu un pola gabalu ir atstarpe, šī atstarpe ir jāiestata simulācijā. Atstarpes vērtība tika iestatīta uz 0,2 mm. rezultāts parāda, ka izmaiņas stara apvalkā nav būtiskas un staru kūļa strāva gandrīz nemainās.Tāpēc sistēma ir nejutīga pret montāžas kļūdām.Piedziņas sprieguma svārstībām kļūdu diapazons ir iestatīts uz ±0,5 kV.19.b attēlā parādīti salīdzināšanas rezultāti.Var redzēt, ka sprieguma izmaiņām ir neliela ietekme. magnētiskā lauka intensitātē. Salīdzināšanas rezultāti parādīti 20. attēlā. Redzams, ka stara apvalks gandrīz nemainās, kas nozīmē, ka visa EOS ir nejutīga pret magnētiskā lauka intensitātes izmaiņām.
Stara apvalks un strāva rada vienmērīgu magnētiskās fokusēšanas sistēmu.(a) Montāžas pielaide ir 0,2 mm.(b) Vadītāja sprieguma svārstības ir ±0,5 kV.
Stara apvalks zem vienotas magnētiskās fokusēšanas sistēmas ar aksiālā magnētiskā lauka stipruma svārstībām no 0,63 līdz 0,68 T.
Lai nodrošinātu šajā darbā izstrādātās fokusēšanas sistēmas atbilstību HFS, izpētei nepieciešams apvienot fokusēšanas sistēmu un HFS. 21. attēlā parādīts staru aplokšņu salīdzinājums ar un bez noslogotas HFS. Rezultāti liecina, ka, noslogojot visu HFS, staru kūļa apvalks īpaši nemainās. Līdz ar to iepriekš minētā fokusēšanas sistēma ir piemērota ceļojošā viļņa caurules konstrukcijai.
Lai pārbaudītu III sadaļā piedāvātās EOS pareizību un izpētītu 220 GHz SDV-TWT veiktspēju, tiek veikta staru kūļa un viļņu mijiedarbības 3D-PIC simulācija. Simulācijas programmatūras ierobežojumu dēļ mēs nevarējām pievienot visu EOS HFS. Tāpēc elektronu lielgabals tika aizstāts ar 13 mm ekvivalentu virsmas izstarojošo virsmu no 13 mm. 1 mm, tādi paši parametri kā iepriekš projektētajam elektronu lielgabalam. Pateicoties EOS nejutībai un labajai stabilitātei, piedziņas spriegumu var pareizi optimizēt, lai PIC simulācijā sasniegtu vislabāko izejas jaudu. Simulācijas rezultāti liecina, ka piesātināto izejas jaudu un pastiprinājumu var iegūt pie piedziņas sprieguma 20,6 kV, staru kūļa strāva 2 × 6 80 m/5 cm.
Lai iegūtu vislabāko izejas signālu, ir jāoptimizē arī ciklu skaits.Vislabākā izejas jauda tiek iegūta, ja divu posmu skaits ir 42 + 48 cikli, kā parādīts 22.a attēlā. 0,05 W ieejas signāls tiek pastiprināts līdz 314 W ar 38 dB pastiprinājumu.Izejas jaudas spektrs iegūts ar FasturierFiguerform (Fasturire0peaz) 22.b attēlā parādīts elektronu enerģijas aksiālais sadalījums SWS, lielākajai daļai elektronu zaudējot enerģiju. Šis rezultāts norāda, ka SDV-SWS var pārveidot elektronu kinētisko enerģiju RF signālos, tādējādi realizējot signāla pastiprināšanu.
SDV-SWS izejas signāls pie 220 GHz.(a) Izejas jauda ar iekļautu spektru.(b) Elektronu enerģijas sadalījums ar elektronu staru SWS ieliktņa galā.
23. attēlā parādīts divrežīmu divu staru SDV-TWT izejas jaudas joslas platums un pastiprinājums.Izvades veiktspēju var vēl vairāk uzlabot, mainot frekvences no 200 līdz 275 GHz un optimizējot piedziņas spriegumu. Šis rezultāts parāda, ka 3 dB joslas platums var aptvert 205 GHz līdz 2 momentus. th.
Tomēr saskaņā ar 2.a attēlu mēs zinām, ka starp nepāra un pāra režīmiem pastāv apstāšanās josla, kas var izraisīt nevēlamas svārstības.Tāpēc ir jāizpēta darba stabilitāte ap pieturām. Attēlos 24a-c ir 20 ns simulācijas rezultāti pie 265,3 GHz, 265,32 GHz, 265,32 GHz un GHz. Rezultātos ir dažas svārstības, izejas jauda ir samērā stabila. Spektrs ir parādīts arī attiecīgi 24. attēlā, spektrs ir tīrs. Šie rezultāti liecina, ka bremžu joslas tuvumā nav pašsvārstību.
Izgatavošana un mērījumi ir nepieciešami, lai pārbaudītu visa HFS pareizību.Šajā daļā HFS ir izgatavots, izmantojot datorciparu vadības (CNC) tehnoloģiju ar instrumenta diametru 0,1 mm un apstrādes precizitāti 10 μm.Materiālu augstfrekvences struktūrai nodrošina viss bezskābekļa augstas vadītspējas (OFHC) strukturētais vara.5aFigu2. 00 mm, platums 20,00 mm un augstums 8,66 mm. Ap konstrukciju ir izvietoti astoņi tapu caurumi. 25.b attēlā ir parādīta struktūra, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju (SEM). Šīs struktūras asmeņi ir vienmērīgi ražoti, un tiem ir labs virsmas raupjums.Pēc precīza mērījuma kopējās apstrādes struktūras atbilstība ir mazāka par .4 μm. un precizitātes prasības.
26. attēlā parādīts faktisko testa rezultātu un pārraides veiktspējas simulāciju salīdzinājums. 1. un 2. ports 26.a attēlā atbilst attiecīgi HFS ieejas un izejas portiem un ir līdzvērtīgi 1. un 4. portam 3. attēlā. Faktiskie S11 mērījumu rezultāti ir nedaudz labāki par simulācijas rezultātiem. Tajā pašā laikā S21 izmērītie rezultāti ir pārāk zems virsmas vadītspējas iestatījums, un tas var būt pārāk augsts. pēc tam, kad faktiskā apstrāde ir slikta.Kopumā izmērītie rezultāti labi saskan ar simulācijas rezultātiem, un pārraides joslas platums atbilst 70 GHz prasībai, kas pārbauda piedāvātā divrežīmu SDV-TWT iespējamību un pareizību. Tāpēc kopā ar faktisko ražošanas procesu un testa rezultātiem var izmantot šo īpaši plašo papīra dizainu un turpmāko SD izgatavošanu. lietojumprogrammas.
Šajā rakstā ir sniegts detalizēts plakanā sadalījuma 220 GHz divu staru SDV-TWT dizains. Divu režīmu darbības un divu staru ierosmes kombinācija vēl vairāk palielina darbības joslas platumu un izejas jaudu. Tiek veikta arī izgatavošana un aukstā pārbaude, lai pārbaudītu visa HFS pareizību.Faktiskie mērījumu rezultāti labi saskan ar simulācijas rezultātiem.Projektētajam divu staru EOS maskas sekcija un vadības elektrodi ir izmantoti kopā, lai izveidotu divu zīmuļu staru. Saskaņā ar izstrādāto vienotu fokusēšanas magnētisko lauku elektronu staru var stabili pārraidīt lielos attālumos ar labu formu. Nākotnē tiks veikta arī visa EOS ražošana un testēšana piedāvātajā TSD shēmā, un šī TWT termiskā pārbaude tiks veikta. papīrs pilnībā apvieno pašreizējās nobriedušās plaknes apstrādes tehnoloģijas un parāda lielu potenciālu veiktspējas rādītājos un apstrādē un montāžā.Tāpēc šajā rakstā tiek uzskatīts, ka plakanā struktūra, visticamāk, kļūs par vakuuma elektronisko ierīču attīstības tendenci terahercu diapazonā.
Lielākā daļa šī pētījuma neapstrādāto datu un analītisko modeļu ir iekļauti šajā rakstā. Papildu informāciju pēc saprātīga pieprasījuma var iegūt no attiecīgā autora.
Gamzina, D. et al.Sub-terahercu vakuuma elektronikas nanomēroga CNC apstrāde.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. un Paoloni, C. UV-LIGA sub-terahercu viļņvadu mikrofabricēšana, izmantojot daudzslāņu SU-8 fotorezistu.J.Mikromehānika.Mikroelektronika.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz tehnoloģiju ceļvedis.J.Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR un Luhmann, NC Spēcīga plazmonisko viļņu izplatīšanās ierobežošana, izmantojot ultraplatjoslas pakāpenisku dubultrežģa waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.30410646 (20410646).
Baig, A. et al.Performance of a Nano CNC mehāniski 220-GHz Traveling Wave Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Bezgalīgi platu lokšņu elektronu staru diokotronu nestabilitātes izpēte, izmantojot makroskopiskā aukstā šķidruma modeļa teoriju.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/1204111.
Galdetskiy, AV par iespēju palielināt joslas platumu, izmantojot staru kūļa plakanu izkārtojumu daudzstaru klystronā. 12. IEEE starptautiskajā vakuumelektronikas konferencē, Bangalore, Indija, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.501.2011.
Nguyen, CJ et al.Trīsstaru elektronu lielgabalu dizains ar šauru staru kūļa sadalīšanas plaknes sadalījumu W-joslas pakāpeniskā dubultlāpstiņu ceļojošo viļņu caurulē[J]. Zinātne.Rep.11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar sadalīta trīsstaru elektronu optiskā sistēma ar šauru staru atdalīšanu W-joslas pamata režīmam TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Žans, M. Pētījumi par savstarpēju dubulto lāpstiņu ceļojošo viļņu cauruli ar milimetru viļņu lokšņu sijām 20-22 (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/Doi2.1.8/THz/0MM2.1.8. 263 (2018).