Ви благодариме што ја посетивте Nature.com. Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS. За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го исклучите режимот на компатибилност во Internet Explorer). Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја прикажеме страницата без стилови и JavaScript.
Во овој труд, дизајнирана е и верификувана широкопојасна цевка со двојни лопатици со висока моќност од 220 GHz. Прво, се предлага структура со бавни бранови со двоен зрак и скалесто распоредени двојни лопатици. Со користење на шема на работа со двоен режим, перформансите на пренос и пропусниот опсег се речиси двојно поголеми од оние во еднорежимот. Второ, за да се задоволат барањата за висока излезна моќност и да се подобри стабилноста на цевката со двоен бран, дизајниран е двоен електронски оптички систем во форма на молив, со напон на напојување од 20~21 kV, а струјата е 2 × 80 mA. Цели на дизајнот. Со користење на делот од маската и контролната електрода во пиштолот со двоен зрак, двата лопатици можат да се фокусираат по нивните соодветни центри со однос на компресија од 7, растојанието на фокусирање е околу 0,18 mm, а стабилноста е добра. Оптимизиран е и униформниот систем за магнетно фокусирање. Стабилното растојание на пренос на планарниот двоен електронски зрак може да достигне 45 mm, а магнетното поле на фокусирање е 0,6 T, што е доволно за да се покрие целиот високофреквентен систем (HFS). Потоа, за да се потврди Употребливоста на електронско-оптичкиот систем и перформансите на структурата со бавни бранови, симулациите на честички (PIC) беа исто така извршени на целиот HFS. Резултатите покажуваат дека системот за интеракција на зракот може да постигне врвна излезна моќност од речиси 310 W на 220 GHz, оптимизираниот напон на зракот е 20,6 kV, струјата на зракот е 2 × 80 mA, засилувањето е 38 dB, а пропусниот опсег од 3 dB надминува 35 dB околу 70 GHz. Конечно, се изведува високопрецизна изработка на микроструктура за да се потврдат перформансите на HFS, а резултатите покажуваат дека пропусниот опсег и карактеристиките на пренос се во добра согласност со резултатите од симулацијата. Затоа, се очекува шемата предложена во овој труд да развие извори на зрачење со висока моќност, ултраширокопојасни терахерцови опсези со потенцијал за идни апликации.
Како традиционален вакуумски електронски уред, цевката со патувачки бран (TWT) игра незаменлива улога во многу апликации како што се радар со висока резолуција, сателитски комуникациски системи и истражување на вселената1,2,3. Сепак, како што работната фреквенција влегува во терахерцовиот опсег, традиционалниот TWT со споени шуплини и спиралниот TWT не беа во можност да ги задоволат потребите на луѓето поради релативно ниска излезна моќност, тесен пропусен опсег и тешки производствени процеси. Затоа, како сеопфатно да се подобрат перформансите на THz опсегот стана многу загрижувачко прашање за многу научно-истражувачки институции. Во последниве години, новите структури со бавни бранови (SWS), како што се структурите со двојни лопатки (SDV) и структурите со преклопени бранови водилки (FW), добија големо внимание поради нивните природни рамни структури, особено новите SDV-SWS со ветувачки потенцијал. Оваа структура беше предложена од UC-Davis во 2008 година4. Планарната структура може лесно да се изработи со техники на микро-нано обработка како што се компјутерска нумеричка контрола (CNC) и UV-LIGA, структурата на пакувањето од сите метали може да обезбеди поголем термички капацитет со поголема излезна моќност и засилување, а структурата слична на брановоди може да обезбеди и поширок работен пропусен опсег. Во моментов, UC Davis за прв пат во 2017 година демонстрираше дека SDV-TWT може да генерира излезни сигнали со голема моќност над 100 W и пропусен опсег од речиси 14 GHz во G-опсегот5. Сепак, овие резултати сè уште имаат празнини што не можат да ги задоволат поврзаните барања за висока моќност и широк пропусен опсег во терахерцовиот опсег. За SDV-TWT во G-опсегот на UC-Davis, користени се плочести електронски зраци. Иако оваа шема може значително да го подобри капацитетот за пренос на струја на зракот, тешко е да се одржи долго растојание на пренос поради нестабилноста на оптичкиот систем на плочестиот електронски зрак (EOS), а постои и тунел на зракот во прережим, што може да предизвика зракот да се саморегулира. – Побудување и осцилација 6,7. За да се задоволат барањата за висока излезна моќност, широк пропусен опсег и добра стабилност на THz TWT, во овој труд се предлага двоен сноп SDV-SWS со двоен режим на работа. Тоа е, за да се зголеми работниот пропусен опсег, во оваа структура се предлага и воведува двоен режим на работа. И, за да се зголеми излезната моќност, се користи и планарна распределба на двојни зраци со единечен сноп. Радио приемниците со еден сноп се релативно мали поради ограничувањата на вертикалната големина. Ако густината на струјата е превисока, струјата на снопот мора да се намали, што резултира со релативно ниска излезна моќност. За да се подобри струјата на снопот, се појави планарно дистрибуиран повеќезрачен EOS, кој ја користи страничната големина на SWS. Поради независното тунелирање на снопот, планарно дистрибуираниот повеќезрачен систем може да постигне висока излезна моќност со одржување на висока вкупна струја на снопот и мала струја по сноп, што може да избегне тунелирање на снопот со премод во споредба со уредите со лиснат сноп. Затоа, корисно е да се одржи стабилноста на цевката со патувачки бран. Врз основа на претходната работа8,9, овој труд предлага EOS со двоен зрак со молив и фокусирање на униформно магнетно поле во G-опсег, што може значително да го подобри стабилното растојание на пренос на зракот и дополнително да ја зголеми површината на интеракција со зракот, со што значително се подобрува излезната моќност.
Структурата на овој труд е следнава. Прво, опишан е дизајнот на SWS ќелијата со параметри, анализа на карактеристиките на дисперзијата и резултати од симулацијата со висока фреквенција. Потоа, според структурата на единичната ќелија, во овој труд се дизајнирани EOS со двоен зрак со молив и систем за интеракција на зракот. Исто така, презентирани се резултатите од симулацијата на интрацелуларни честички за да се потврди употребливоста на EOS и перформансите на SDV-TWT. Покрај тоа, трудот накратко ги презентира резултатите од изработката и ладните тестови за да се потврди точноста на целиот HFS. Конечно, направете резиме.
Како една од најважните компоненти на TWT, дисперзивните својства на структурата со бавни бранови покажуваат дали брзината на електроните се совпаѓа со фазната брзина на SWS, и на тој начин имаат големо влијание врз интеракцијата зрак-бран. За да се подобрат перформансите на целиот TWT, дизајнирана е подобрена структура на интеракција. Структурата на единичната ќелија е прикажана на Слика 1. Земајќи ја предвид нестабилноста на плочестиот зрак и ограничувањето на моќноста на единечниот зрак со пенкало, структурата усвојува двоен зрак со пенкало за дополнително подобрување на излезната моќност и стабилноста на работењето. Во меѓувреме, со цел да се зголеми работниот пропусен опсег, предложен е двоен режим за работа на SWS. Поради симетријата на структурата SDV, решението на равенката за дисперзија на електромагнетното поле може да се подели на непарни и парни режими. Во исто време, фундаменталниот непарен режим на нискофреквентниот опсег и фундаменталниот парен режим на високофреквентниот опсег се користат за да се реализира широкопојасна синхронизација на интеракцијата на зракот, со што дополнително се подобрува работниот пропусен опсег.
Според барањата за моќност, целата цевка е дизајнирана со напон на напојување од 20 kV и струја на двоен сноп од 2 × 80 mA. За да го усогласиме напонот што е можно поблиску до работниот пропусен опсег на SDV-SWS, треба да ја пресметаме должината на периодот p. Односот помеѓу напонот на снопот и периодот е прикажан во равенката (1)10:
Со поставување на фазното поместување на 2,5π на централната фреквенција од 220 GHz, периодот p може да се пресмета на 0,46 mm. Слика 2a ги прикажува својствата на дисперзија на SWS единичната ќелија. Линијата на снопот од 20 kV многу добро се совпаѓа со бимодалната крива. Соодветните фреквенциски опсези можат да достигнат околу 70 GHz во опсезите од 210–265,3 GHz (непарен режим) и 265,4–280 GHz (парен режим). Слика 2b ја прикажува просечната импеданса на спојување, која е поголема од 0,6 Ω од 210 до 290 GHz, што укажува дека може да се појават силни интеракции во работниот пропусен опсег.
(a) Карактеристики на дисперзија на двомоден SDV-SWS со 20 kV електронски сноп. (b) Интеракциска импеданса на SDV колото со бавни бранови.
Сепак, важно е да се напомене дека постои појасна разлика помеѓу непарните и парните режими, и ние обично ја нарекуваме оваа појасна разлика стоп-опсег, како што е прикажано на Слика 2а. Ако TWT работи во близина на овој фреквенциски опсег, може да се појави силна јачина на спојување на зракот, што ќе доведе до несакани осцилации. Во практични апликации, генерално избегнуваме користење на TWT во близина на појасната разлика. Сепак, може да се види дека појасната разлика на оваа структура со бавни бранови е само 0,1 GHz. Тешко е да се утврди дали оваа мала појасна разлика предизвикува осцилации. Затоа, стабилноста на работата околу појасната разлика ќе се испита во следниот дел од PIC симулацијата за да се анализира дали може да се појават несакани осцилации.
Моделот на целиот HFS е прикажан на Слика 3. Тој се состои од две фази на SDV-SWS, поврзани со Bragg рефлектори. Функцијата на рефлекторот е да го прекине преносот на сигналот помеѓу двете фази, да ги потисне осцилациите и рефлексиите на неработечките режими како што се режимите од висок ред генерирани помеѓу горните и долните лопатки, со што значително се подобрува стабилноста на целата цевка. За поврзување со надворешната средина, се користи и линеарен конусен спојник за поврзување на SWS со WR-4 стандарден брановоден систем. Коефициентот на пренос на двостепената структура се мери со решавач во временски домен во софтверот за 3D симулација. Земајќи го предвид реалниот ефект на терахерцовиот опсег врз материјалот, материјалот на вакуумската обвивка првично е поставен на бакар, а спроводливоста се намалува на 2,25×107 S/m12.
Слика 4 ги прикажува резултатите од преносот за HFS со и без линеарни конусни спојки. Резултатите покажуваат дека спојката има мал ефект врз перформансите на преносот на целиот HFS. Загубата на враќање (S11 < − 10 dB) и загубата на вметнување (S21 > − 5 dB) на целиот систем во широкопојасниот интернет од 207~280 GHz покажуваат дека HFS има добри карактеристики на пренос.
Како напојување на вакуумски електронски уреди, електронскиот пиштол директно одредува дали уредот може да генерира доволно излезна моќност. Во комбинација со анализата на HFS во Дел II, треба да се дизајнира двоен зрак EOS за да обезбеди доволна моќност. Во овој дел, врз основа на претходната работа во W-опсег 8, 9, двоен електронски пиштол со молив е дизајниран со користење на планарен маскирен дел и контролни електроди. Прво, според барањата за дизајн на SWS во Дел 1. Како што е прикажано на Сл. 2, напонот на напојување Ua на електронските зраци првично е поставен на 20 kV, струите I на двата електронски зраци се 80 mA, а дијаметарот на зракот dw на електронските зраци е 0,13 mm. Во исто време, за да се осигури дека може да се постигне густината на струјата на електронскиот сноп и катодата, односот на компресија на електронскиот сноп е поставен на 7, така што густината на струјата на електронскиот сноп е 603 A/cm2, а густината на струјата на катодата е 86 A/cm2, што може да се постигне со. Ова се постигнува со употреба на нови материјали за катодата. Според теоријата на дизајн 14, 15, 16, 17, типичен Пирс електронски пиштол може уникатно да се идентификува.
Слика 5 ги прикажува хоризонталните и вертикалните шематски дијаграми на пиштолот, соодветно. Може да се види дека профилот на електронскиот пиштол во x-насока е речиси идентичен со оној на типичен електронски пиштол во облик на лист, додека во y-насока двата електронски зраци се делумно одделени со маската. Позициите на двете катоди се на x = – 0,155 mm, y = 0 mm и x = 0,155 mm, y = 0 mm, соодветно. Според барањата за дизајн на односот на компресија и големината на вбризгување на електрони, димензиите на двете површини на катодата се определени на 0,91 mm × 0,13 mm.
За да се направи фокусираното електрично поле примено од секој електронски зрак во x-насока симетрично околу својот центар, овој труд применува контролна електрода на електронскиот пиштол. Со поставување на напонот на фокусирачката електрода и контролната електрода на -20 kV, а напонот на анодата на 0 V, можеме да ја добиеме траекторијата на двојниот зрак, како што е прикажано на Сл. 6. Може да се види дека емитираните електрони имаат добра компресибилност во y-насока, и секој електронски зрак конвергира кон x-насоката долж својот центар на симетрија, што укажува дека контролната електрода го балансира нееднаквото електрично поле генерирано од фокусирачката електрода.
Слика 7 ја прикажува обвивката на зракот во x и y насоките. Резултатите покажуваат дека растојанието на проекција на електронскиот зрак во x-насоката е различно од она во y-насоката. Растојанието на фрлање во x-насоката е околу 4 mm, а растојанието на фрлање во y-насоката е блиску до 7 mm. Затоа, вистинското растојание на фрлање треба да се избере помеѓу 4 и 7 mm. Слика 8 го прикажува пресекот на електронскиот зрак на 4,6 mm од површината на катодата. Можеме да видиме дека обликот на пресекот е најблиску до стандарден кружен електронски зрак. Растојанието помеѓу двата електронски зраци е блиску до проектираните 0,31 mm, а радиусот е околу 0,13 mm, што ги исполнува барањата за дизајн. Слика 9 ги прикажува резултатите од симулацијата на струјата на зракот. Може да се види дека двете струи на зракот се 76mA, што е во добра согласност со проектираните 80mA.
Имајќи ја предвид флуктуацијата на напонот на напојување во практичните апликации, потребно е да се проучи чувствителноста на напонот на овој модел. Во опсегот на напон од 19,8 ~ 20,6 kV, се добиваат обвивките на струјата и струјата на снопот, како што е прикажано на Слика 1 и Слика 1.10 и 11. Од резултатите, може да се види дека промената на напонот на напојување нема ефект врз обвивката на електронскиот сноп, а струјата на електронскиот сноп се менува само од 0,74 до 0,78 A. Затоа, може да се смета дека електронскиот пиштол дизајниран во овој труд има добра чувствителност на напон.
Ефектот на флуктуациите на напонот на погонот врз обвивките на зракот во x- и y-насока.
Еднообразното магнетно фокусирачко поле е вообичаен систем за фокусирање со перманентен магнет. Поради униформната распределба на магнетното поле низ целиот канал на зракот, тоа е многу погодно за осносиметрични електронски зраци. Во овој дел, се предлага еднообразен магнетен систем за фокусирање за одржување на преносот на долги растојанија на двојни моливчиња. Со анализа на генерираното магнетно поле и обвивката на зракот, се предлага шемата за дизајн на системот за фокусирање и се изучува проблемот на чувствителност. Според теоријата за стабилен пренос на еден моливче18,19, вредноста на Брилуеновото магнетно поле може да се пресмета со равенката (2). Во овој труд, ја користиме и оваа еквивалентност за да го процениме магнетното поле на странично распределен двоен моливче. Во комбинација со електронскиот пиштол дизајниран во овој труд, пресметаната вредност на магнетното поле е околу 4000 Gs. Според Референца 20, во практичните дизајни обично се избира 1,5-2 пати поголема од пресметаната вредност.
Слика 12 ја прикажува структурата на систем за фокусирање на униформно магнетно поле. Синиот дел е перманентниот магнет магнетизиран во аксијална насока. Изборот на материјал е NdFeB или FeCoNi. Заостанатата вредност на Br поставена во симулацискиот модел е 1,3 T, а пропустливоста е 1,05. За да се обезбеди стабилен пренос на зракот во целото коло, должината на магнетот првично е поставена на 70 mm. Покрај тоа, големината на магнетот во x насока одредува дали попречното магнетно поле во каналот на зракот е униформно, што бара големината во x насока да не може да биде премала. Во исто време, земајќи ја предвид цената и тежината на целата цевка, големината на магнетот не треба да биде преголема. Затоа, магнетите првично се поставени на 150 mm × 150 mm × 70 mm. Во меѓувреме, за да се осигури дека целото коло со бавни бранови може да се постави во системот за фокусирање, растојанието помеѓу магнетите е поставено на 20 mm.
Во 2015 година, Purna Chandra Panda21 предложи пол-дел со нова скалеста дупка во униформен магнетен систем за фокусирање, што може дополнително да ја намали големината на истекување на флуксот кон катодата и попречното магнетно поле генерирано во дупката на пол-делот. Во овој труд, додаваме скалеста структура на пол-делот на системот за фокусирање. Дебелината на пол-делот првично е поставена на 1,5 mm, висината и ширината на трите скалила се 0,5 mm, а растојанието помеѓу дупките на пол-делот е 2 mm, како што е прикажано на Слика 13.
Слика 14а ја прикажува аксијалната распределба на магнетното поле по централните линии на двата електронски зраци. Може да се види дека силите на магнетното поле по двата електронски зраци се еднакви. Вредноста на магнетното поле е околу 6000 Gs, што е 1,5 пати повеќе од теоретското Брилуеново поле за да се зголемат перформансите на пренос и фокусирање. Во исто време, магнетното поле на катодата е речиси 0, што укажува дека полот има добар ефект врз спречувањето на истекување на магнетниот флукс. Слика 14б ја прикажува попречната распределба на магнетното поле B во насока z на горниот раб на двата електронски зраци. Може да се види дека попречното магнетно поле е помало од 200 Gs само кај дупката на полот, додека во колото со бавни бранови, попречното магнетно поле е речиси нула, што докажува дека влијанието на попречното магнетно поле врз електронскиот зрак е занемарливо. За да се спречи магнетно заситување на половите, потребно е да се проучи јачината на магнетното поле во половите. Слика 14в ја прикажува апсолутната вредност на распределбата на магнетното поле во полот. Може да се види дека апсолутната вредност на јачината на магнетното поле е помало од 1,2T, што укажува дека магнетното заситување на полот нема да се случи.
Распределба на јачината на магнетното поле за Br = 1,3 T. (a) Аксијална распределба на полето. (b) Латерална распределба на полето By во насока z. (c) Апсолутна вредност на распределбата на полето во рамките на полот.
Врз основа на CST PS модулот, аксијалната релативна положба на двојниот сноп и системот за фокусирање е оптимизирана. Според Референца 9 и симулациите, оптималната локација е таму каде што анодниот дел се преклопува со полот подалеку од магнетот. Сепак, беше откриено дека ако преостанатата вредност е поставена на 1,3T, трансмитансата на електронскиот зрак не може да достигне 99%. Со зголемување на преостанатата вредност на 1,4 T, фокусирачкото магнетно поле ќе се зголеми на 6500 Gs. Траекторите на зракот на xoz и yoz рамнините се прикажани на Слика 15. Може да се види дека зракот има добра трансмисија, мала флуктуација и растојание на пренос поголемо од 45 mm.
Траектории на двојни молив-зраци под хомоген магнетен систем со Br = 1,4 T.(a) xoz рамнина.(b) yoz авион.
Слика 16 го прикажува пресекот на зракот на различни позиции подалеку од катодата. Може да се види дека обликот на пресекот на зракот во системот за фокусирање е добро одржуван, а дијаметарот на пресекот не се менува многу. Слика 17 ги прикажува обвивките на зракот во x и y насоките, соодветно. Може да се види дека флуктуацијата на зракот во двата правци е многу мала. Слика 18 ги прикажува резултатите од симулацијата на струјата на зракот. Резултатите покажуваат дека струјата е околу 2 × 80 mA, што е во согласност со пресметаната вредност во дизајнот на електронскиот пиштол.
Пресек на електронски сноп (со систем за фокусирање) на различни позиции од катодата.
Земајќи предвид низа проблеми како што се грешки во склопувањето, флуктуации на напонот и промени во јачината на магнетното поле во практичните апликации за обработка, потребно е да се анализира чувствителноста на системот за фокусирање. Бидејќи постои јаз помеѓу анодниот дел и пол-делот при реална обработка, овој јаз треба да се постави во симулацијата. Вредноста на јазот е поставена на 0,2 mm, а Слика 19a ја покажува обвивката на зракот и струјата на зракот во насока y. Овој резултат покажува дека промената во обвивката на зракот не е значајна и струјата на зракот речиси и не се менува. Затоа, системот е нечувствителен на грешки во склопувањето. За флуктуацијата на напонот на напојување, опсегот на грешка е поставен на ±0,5 kV. Слика 19b ги прикажува резултатите од споредбата. Може да се види дека промената на напонот има мал ефект врз обвивката на зракот. Опсегот на грешка е поставен од -0,02 до +0,03 T за промени во јачината на магнетното поле. Резултатите од споредбата се прикажани на Слика 20. Може да се види дека обвивката на зракот речиси и не се менува, што значи дека целиот EOS е нечувствителен на промени во јачината на магнетното поле.
Резултати од обвивката на зракот и струјата под унифициран магнетен систем на фокусирање. (a) Толеранцијата на склопувањето е 0,2 mm. (b) Флуктуацијата на напонот на погонот е ±0,5 kV.
Обвивка на зракот под унифициран магнетен систем за фокусирање со флуктуации на јачината на аксијалното магнетно поле во опсег од 0,63 до 0,68 T.
За да се осигури дека системот за фокусирање дизајниран во овој труд може да се совпадне со HFS (високо-висока фреска), потребно е да се комбинираат системот за фокусирање и HFS за истражување. Слика 21 покажува споредба на обвивките на зракот со и без HFS (високо-висока фреска). Резултатите покажуваат дека обвивката на зракот не се менува многу кога е оптоварен целиот HFS. Затоа, системот за фокусирање е погоден за HFS со патувачки бранови цевки од горенаведениот дизајн.
За да се потврди точноста на EOS предложениот во Дел III и да се испитаат перформансите на 220 GHz SDV-TWT, извршена е 3D-PIC симулација на интеракцијата зрак-бран. Поради ограничувањата на софтверот за симулација, не можевме да го додадеме целиот EOS во HFS. Затоа, електронскиот пиштол беше заменет со еквивалентна површина за емитување со дијаметар од 0,13 mm и растојание помеѓу двете површини од 0,31 mm, истите параметри како и електронскиот пиштол дизајниран погоре. Поради неосетливоста и добрата стабилност на EOS, напонот на напојување може правилно да се оптимизира за да се постигне најдобра излезна моќност во PIC симулацијата. Резултатите од симулацијата покажуваат дека заситената излезна моќност и засилување може да се добијат при напон на напојување од 20,6 kV, струја на сноп од 2 × 80 mA (603 A/cm2) и влезна моќност од 0,05 W.
За да се добие најдобриот излезен сигнал, треба да се оптимизира и бројот на циклуси. Најдобрата излезна моќност се добива кога бројот на две фази е 42 + 48 циклуси, како што е прикажано на Слика 22a. Влезен сигнал од 0,05 W се засилува на 314 W со засилување од 38 dB. Спектарот на излезна моќност добиен со брза Фуриеова трансформација (FFT) е чист, достигнувајќи врв на 220 GHz. Слика 22b ја покажува аксијалната позициона распределба на енергијата на електроните во SWS, при што повеќето електрони губат енергија. Овој резултат покажува дека SDV-SWS може да ја конвертира кинетичката енергија на електроните во RF сигнали, со што се остварува засилување на сигналот.
Излезен сигнал на SDV-SWS на 220 GHz. (a) Излезна моќност со вклучен спектар. (b) Распределба на енергијата на електроните со електронскиот зрак на крајот од вметнатиот SWS.
Слика 23 го прикажува пропусниот опсег на излезна моќност и засилувањето на двоен режим на двоен сноп SDV-TWT. Излезните перформанси можат дополнително да се подобрат со префрлување на фреквенциите од 200 до 275 GHz и оптимизирање на напонот на погонот. Овој резултат покажува дека пропусниот опсег од 3 dB може да покрие 205 до 275 GHz, што значи дека двоен режим на работа може значително да го прошири работниот пропусен опсег.
Сепак, според Сл. 2а, знаеме дека постои стоп-опсег помеѓу парните и непарните режими, што може да доведе до несакани осцилации. Затоа, треба да се проучи работната стабилност околу стопирањата. Сликите 24а-в се резултатите од симулацијата од 20 ns на 265,3 GHz, 265,35 GHz и 265,4 GHz, соодветно. Може да се види дека иако резултатите од симулацијата имаат некои флуктуации, излезната моќност е релативно стабилна. Спектарот е прикажан и на Слика 24, соодветно, спектарот е чист. Овие резултати укажуваат дека нема самоосцилација во близина на стоп-опсегот.
Изработката и мерењето се неопходни за да се потврди точноста на целиот HFS. Во овој дел, HFS е изработен со употреба на технологија со компјутерска нумеричка контрола (CNC) со дијаметар на алатката од 0,1 mm и точност на обработка од 10 μm. Материјалот за високофреквентната структура е обезбеден од бакар со висока спроводливост (OFHC) без кислород. Слика 25a ја прикажува изработената структура. Целата структура има должина од 66,00 mm, ширина од 20,00 mm и висина од 8,66 mm. Осум дупки за иглички се распоредени околу структурата. Слика 25b ја прикажува структурата со скенирачка електронска микроскопија (SEM). Сечилата на оваа структура се рамномерно произведени и имаат добра површинска грубост. По прецизно мерење, вкупната грешка на обработка е помала од 5%, а површинската грубост е околу 0,4 μm. Машинската структура ги исполнува барањата за дизајн и прецизност.
Слика 26 ја прикажува споредбата помеѓу реалните резултати од тестовите и симулациите на перформансите на преносот. Порт 1 и Порт 2 на Слика 26a одговараат на влезните и излезните порти на HFS, соодветно, и се еквивалентни на Порт 1 и Порт 4 на Слика 3. Реалните резултати од мерењето на S11 се малку подобри од резултатите од симулацијата. Во исто време, измерените резултати на S21 се малку полоши. Причината може да биде тоа што спроводливоста на материјалот поставена во симулацијата е превисока, а грубоста на површината по реалната обработка е лоша. Генерално, измерените резултати се во добра согласност со резултатите од симулацијата, а пропусниот опсег на пренос го исполнува условот од 70 GHz, што ја потврдува изводливоста и точноста на предложениот двоен режим SDV-TWT. Затоа, во комбинација со реалниот процес на изработка и резултатите од тестовите, ултра-широкопојасниот двоен зрак SDV-TWT предложен во овој труд може да се користи за последователно изработка и апликации.
Во овој труд е претставен детален дизајн на SDV-TWT со двоен зрак со рамна дистрибуција од 220 GHz. Комбинацијата од двоен режим на работа и двоен зрак побудување дополнително го зголемува работниот пропусен опсег и излезната моќност. Изработката и ладното тестирање се исто така извршени за да се потврди точноста на целиот HFS. Вистинските резултати од мерењето се во добра согласност со резултатите од симулацијата. За дизајнираниот EOS со два зрак, маска секција и контролни електроди се користени заедно за да се произведе зрак со два моливчиња. Под дизајнираното униформно фокусирачко магнетно поле, електронскиот зрак може стабилно да се пренесува на долги растојанија со добра форма. Во иднина, ќе се изврши производство и тестирање на EOS, а ќе се изврши и термичко тестирање на целиот TWT. Оваа шема за дизајн на SDV-TWT предложена во овој труд целосно ја комбинира моменталната зрела технологија за обработка на рамнина и покажува голем потенцијал во индикаторите за перформанси и обработката и склопувањето. Затоа, овој труд верува дека планарната структура најверојатно ќе стане тренд во развојот на вакуумските електронски уреди во терахерцовиот опсег.
Поголемиот дел од суровите податоци и аналитичките модели во оваа студија се вклучени во овој труд. Дополнителни релевантни информации може да се добијат од соодветниот автор по разумно барање.
Гамзина, Д. и др. Наноскална CNC обработка на вакуумска електроника од подтерахерцна. IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Малекабади, А. и Паолони, К. UV-LIGA микрофабрикација на брановоди под-терахерцови со употреба на повеќеслоен SU-8 фоторезист. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Дилон, СС и др. 2017 THz технолошка мапа на патот. J. Physics. D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Шин, ЈМ, Барнет, ЛР и Луман, НЦ Силно ограничување на ширењето на плазмонските бранови преку ултраширокопојасни брановоди со двојна решетка со скалести бранови.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Бејг, А. и др. Перформанси на нано CNC машински обработен засилувач на цевки со патувачки бранови од 220 GHz. IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Хан, Ј. и Руан, ЦЈ Истражување на диокотронната нестабилност на бесконечно широки плочести електронски зраци со користење на макроскопска теорија на модели на ладни флуиди. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Галдетски, АВ за можноста за зголемување на пропусниот опсег со рамнински распоред на зракот во повеќезрачен клистрон. Во 12-та IEEE Меѓународна конференција за вакуумска електроника, Бангалор, Индија, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Нгуен, ЦЈ и др. Дизајн на електронски топови со три зраци со тесна распределба на рамнината на разделување на зракот во W-опсег со двојна лопатка што патува со бранови со размерни димензии [J]. Наука. Реп. 11, 940. https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Ванг, ПП, Су, ЈЈ, Жанг, З., Ванг, ВБ и Руан, ЦЈ Планарен дистрибуиран тризрачен електронски оптички систем со тесно раздвојување на зраците за фундаментален режим на W-опсег TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Жан, М. Истражување на преплетена двојна лопатна бранова цевка со милиметарски бранови лимени греди 20-22 (докторски студии, Универзитет Беиханг, 2018).
Руан, ЦЏ, Жанг, ХФ, Тао, Ј. и Хе, Ј. Студија за стабилноста на интеракцијата зрачно-браново зрачење на G-опсежна цевка со двојно сечило што патува со бранови. 2018 43-та Меѓународна конференција за инфрацрвени милиметарски и терахерцови бранови, Нагоја.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).