Nature.com сайтад зочилсонд баярлалаа. Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь CSS-г хязгаарлагдмал дэмждэг. Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer дээр нийцтэй байдлын горимыг унтраах). Энэ хооронд үргэлжлүүлэн дэмжлэг үзүүлэхийн тулд бид сайтыг загвар болон JavaScript-гүй харуулах болно.
Энэхүү баримт бичигт 220 ГГц-ийн өргөн зурвасын өндөр хүчин чадалтай, давхар иртэй аялагч долгионы хоолойг зохион бүтээж, баталгаажуулсан. Нэгдүгээрт, хавтгай давхар цацрагт шаталсан давхар иртэй удаан долгионы бүтцийг санал болгож байна. Хос горимын ажиллагааны схемийг ашигласнаар дамжуулах гүйцэтгэл болон зурвасын өргөн нь нэг горимын хурдны давтамжаас бараг хоёр дахин нэмэгдэж, нэг горимын хөдөлгөөний тогтвортой байдлыг хангахын тулд долгионы гаралтын дарааллыг сайжруулна. хоолойд давхар харандаа хэлбэртэй электрон оптик системийг зохион бүтээсэн, жолоодлогын хүчдэл 20~21 кВ, гүйдэл нь 2х80 мА байна. Дизайны зорилго. Давхар цацрагийн буу дахь маск хэсэг болон хяналтын электродыг ашигласнаар хоёр харандааны цацрагийг 7 шахалтын харьцаатай тус тусын төвийн дагуу төвлөрүүлж болно, фокусын тогтвортой байдал нь 18 мм орчим байна. Хавтгай давхар электрон цацрагийн тогтвортой дамжуулах зай нь 45 мм хүрч, фокусын соронзон орон нь 0.6 Т бөгөөд энэ нь өндөр давтамжийн системийг (HFS) бүхэлд нь хамрахад хангалттай юм. Дараа нь электрон оптик системийн ашиглалт болон удаан долгионы бүтцийн гүйцэтгэлийг шалгахын тулд бөөмийн эсийн (PIC) загварчлалыг бүхэлд нь H систем дээр хийж болохыг харуулж байна. 220 GHz дээр бараг 310 Вт гаралтын оргил хүчин чадал, оновчтой цацрагийн хүчдэл 20.6 кВ, цацрагийн гүйдэл 2 × 80 мА, ашиг 38 дБ, 3 дБ зурвасын өргөн нь 35 дБ-ээс дээш 70 ГГц. Эцэст нь, өндөр нарийвчлалтай дамжуулалтын үр дүн, HF-ийн дамжуулалтын үр дүнг харуулахын тулд гүйцэтгэсэн микро бүтцийн шинж чанаруудыг харуулж байна. симуляцийн үр дүнтэй сайн тохирч байна.Тиймээс энэхүү баримт бичигт санал болгож буй схем нь өндөр хүчин чадалтай, хэт өргөн зурвасын терагерц зурвасын цацрагийн эх үүсвэрийг ирээдүйд ашиглах боломжтой гэж үзэж байна.
Уламжлалт вакуум электрон төхөөрөмжийн хувьд аялагч долгионы хоолой (TWT) нь өндөр нарийвчлалтай радар, хиймэл дагуулын холбооны систем, сансрын судалгаа1,2,3 зэрэг олон хэрэглээнд орлуулшгүй үүрэг гүйцэтгэдэг.Гэхдээ ажлын давтамж нь терагерцын зурваст орохын хэрээр уламжлалт хосолсон хөндий TWT болон мушгиа TWT нь хүний ​​хүч чадал багатай, гаралтын өргөн хэрэгцээг хангах боломжгүй болсон. Иймээс THz зурвасын гүйцэтгэлийг хэрхэн цогцоор нь сайжруулах вэ гэдэг нь олон шинжлэх ухааны судалгааны байгууллагуудын хувьд маш их санаа зовоосон асуудал болоод байна. Сүүлийн жилүүдэд шаталсан хос иртэй (SDV) бүтэц, атираат долгионы хөтлүүр (FW) гэх мэт шинэхэн удаан долгионы бүтэц (SWS) нь байгалийн төлөвлөлтийн боломжит бүтцийн хувьд онцгой анхаарал хандуулж байна. Хавтгай бүтэц нь компьютерийн тоон удирдлага (CNC) болон UV-LIGA гэх мэт бичил нано боловсруулалтын техникээр хялбархан бүтээгдэх боломжтой, бүх металл багц бүтэц нь илүү их гаралтын хүч, ашиг тустай илүү том дулааны багтаамжийг өгөх боломжтой бөгөөд долгион хөтлүүр шиг бүтэц нь илүү өргөн ажлын зурвасын өргөнийг хангаж чаддаг. G-band5 дахь 100 Вт-аас дээш эрчим хүчний гаралт ба бараг 14 ГГц зурвасын өргөн дохио. Гэсэн хэдий ч эдгээр үр дүн нь терагерц зурвасын өндөр чадал, өргөн зурвасын өргөнтэй холбоотой шаардлагыг хангаж чадахгүй байгаа цоорхойтой хэвээр байна. UC-Davis-ийн G-band SDV-TWT-ийн хувьд хуудас электрон цацрагийг ашигласан. Хэдийгээр энэ схем нь дамжуулалтын зайг уртасгахад ихээхэн хүндрэлтэй байдаг. хуудасны цацрагийн электрон оптик системийн (EOS) тогтворгүй байдал, хэт горимын цацрагийн хонгил байдаг бөгөөд энэ нь мөн цацрагийг өөрөө зохицуулахад хүргэдэг.– Өдөөлт ба хэлбэлзэл 6,7. THz TWT-ийн өндөр гаралтын чадал, өргөн зурвасын өргөн, сайн тогтвортой байдлын шаардлагыг хангахын тулд хос горимын ажиллагаатай хос цацрагт SDV-SWS-ийг энэ баримт бичигт санал болгож байна. Өөрөөр хэлбэл, ажлын зурвасын өргөнийг нэмэгдүүлэхийн тулд давхар горимын ажиллагааг санал болгож, нэвтрүүлж, энэ бүтцэд гаралтын хэмжээг нэмэгдүүлэх, давхар хуваарилалт хийхээр төлөвлөж байна. Нэг харандаа цацрагийн радио нь босоо хэмжээсийн хязгаарлалтаас шалтгаалан харьцангуй бага байдаг. Хэрэв гүйдлийн нягтрал хэт өндөр байвал цацрагийн гүйдлийг багасгах шаардлагатай бөгөөд үүний үр дүнд гаралтын хүч харьцангуй бага байх болно. Цацрагийн гүйдлийг сайжруулахын тулд хавтгай тархсан олон цацрагт EOS бий болсон бөгөөд энэ нь SWS-ийн хажуугийн хэмжээг ашигладаг. нийт цацрагийн гүйдэл ба нэг цацрагт бага гүйдэлтэй байх нь хуудас-цацраг төхөөрөмжтэй харьцуулахад хэт их туяа туннел хийхээс зайлсхийх боломжтой. Иймд аялагч долгионы хоолойн тогтвортой байдлыг хадгалах нь ашигтай юм.8,9-ийн өмнөх ажлын үндсэн дээр энэхүү баримт бичигт давхар харандаа туяаны EOS төвлөрсөн G-band жигд соронзон орныг санал болгож байгаа бөгөөд энэ нь дамжих талбайн дамжих зайг ихээхэн нэмэгдүүлэх болно. гаралтын хүч.
Энэхүү баримт бичгийн бүтэц нь дараах байдалтай байна. Эхлээд параметрүүд, тархалтын шинж чанарын шинжилгээ, өндөр давтамжийн симуляцийн үр дүн бүхий SWS эсийн дизайныг тайлбарласан болно. Дараа нь нэгж эсийн бүтцийн дагуу давхар харандаа туяаны EOS болон цацрагийн харилцан үйлчлэлийн системийг энэ баримт бичигт боловсруулсан болно. Мөн EOS-ийн нэмэлт болон одоогийн SDVT-ийн гүйцэтгэлийг шалгахын тулд эсийн доторх бөөмийн симуляцийн үр дүнг үзүүлэв. үр дүнг бүхэлд нь ЭМСҮЗ-ийн зөв эсэхийг шалгах.Эцэст нь хураангуй.
TWT-ийн хамгийн чухал бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн нэг болох удаан долгионы бүтцийн дисперсийн шинж чанар нь электрон хурд нь SWS-ийн фазын хурдтай тохирч байгаа эсэхийг харуулдаг бөгөөд ингэснээр цацраг-долгионы харилцан үйлчлэлд ихээхэн нөлөө үзүүлдэг. Бүхэл TWT-ийн гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд сайжруулсан харилцан үйлчлэлийн бүтцийг боловсруулсан болно. Нэгж эсийн бүтцийг хамгийн дээд хэсгийн чадлын хязгаарын хуудсан дээр үзүүлэв. цацраг, бүтэц нь гаралтын хүч, үйл ажиллагааны тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд давхар үзэгний цацрагийг ашигладаг.Үүний зэрэгцээ ажлын зурвасын өргөнийг нэмэгдүүлэхийн тулд SWS-ийг ажиллуулах хос горимыг санал болгов.SDV бүтцийн тэгш хэмийн улмаас цахилгаан соронзон орны дисперсийн тэгшитгэлийн шийдлийг сондгой ба тэгш горимд хувааж болно. Үүний зэрэгцээ бага давтамжийн зурвасын үндсэн сондгой горим ба өндөр давтамжийн зурвасын синхрончлолын үндсэн тэгш горимыг ашиглаж болно. ажлын зурвасын өргөн.
Эрчим хүчний шаардлагын дагуу хоолойг бүхэлд нь 20 кВ-ын жолоодлогын хүчдэл, 2 × 80 мА-ийн давхар цацрагийн гүйдлээр зохион бүтээсэн. Хүчдэлийг SDV-SWS-ийн ажиллах зурвасын өргөнтэй аль болох ойртуулахын тулд бид p хугацааны уртыг тооцоолох хэрэгтэй. Цацрагийн хүчдэл ба хугацааны хоорондын хамаарлыг тэгшитгэл (1) 10-д үзүүлэв.
220 GHz-ийн төвийн давтамж дээр фазын шилжилтийг 2.5π болгон тохируулснаар p үеийг 0.46 мм-ээр тооцоолж болно. Зураг 2а нь SWS нэгжийн үүрний тархалтын шинж чанарыг харуулж байна. 20 кВ-ын цацрагийн шугам нь хоёр модаль муруйтай маш сайн таарч байна. Тохирох давтамжийн зурвасууд нь ойролцоогоор 70 GHz ба 0.23 GHz-д хүрч болно. 280 ГГц (тэгш горим)-ын хүрээ. Зураг 2б-д 210-290 GHz-ийн хооронд 0.6 Ом-оос их байгаа холболтын дундаж эсэргүүцлийг харуулсан бөгөөд энэ нь үйлдлийн зурвасын өргөнд хүчтэй харилцан үйлчлэл үүсч болзошгүйг харуулж байна.
(a) 20 кВ-ын электрон цацрагийн шугамтай хос горимт SDV-SWS-ийн дисперсийн шинж чанар. (b) SDV удаан долгионы хэлхээний харилцан үйлчлэлийн эсэргүүцэл.
Гэсэн хэдий ч сондгой болон тэгш горимуудын хооронд зурвасын зөрүү байдгийг анхаарах нь чухал бөгөөд Зураг 2a-д үзүүлсэн шиг бид энэ зурвасын завсарыг зогсоох зурвас гэж нэрлэдэг. Хэрэв TWT-ийг энэ давтамжийн зурвасын ойролцоо ажиллуулбал цацрагийн хүчтэй холболтын бат бэх үүсч, энэ нь хүсээгүй хэлбэлзэлд хүргэдэг. Практик хэрэглээнд бид ерөнхийдөө TWT-ийг зогсоох зурвасын ойролцоо ашиглахаас зайлсхийдэг. GHz. Энэ жижиг зурвасын зөрүү нь хэлбэлзэл үүсгэдэг эсэхийг тодорхойлоход хэцүү байдаг. Иймд зогсолтын зурвасын эргэн тойронд ажиллах тогтвортой байдлыг дараах PIC симуляцийн хэсэгт судалж, хүсээгүй хэлбэлзэл үүсч болзошгүй эсэхийг шинжлэх болно.
Бүхэл бүтэн HFS-ийн загварыг Зураг 3-т үзүүлэв. Энэ нь Bragg цацруулагчаар холбогдсон SDV-SWS-ийн хоёр үе шатаас бүрдэнэ. Цацруулагчийн үүрэг нь хоёр үе шат хоорондын дохионы дамжуулалтыг таслах, дээд ба доод хэсгүүдийн хооронд үүссэн өндөр дарааллын горимууд гэх мэт ажиллахгүй горимуудын хэлбэлзэл, тусгалыг дарах, хоолойн гаднах холболтыг бүхэлд нь тогтворжуулахад чиглэгддэг. pered холбогчийг мөн SWS-ийг WR-4 стандарт долгионы хөтлүүртэй холбоход ашигладаг. Хоёр түвшний бүтцийн дамжуулалтын коэффициентийг 3D симуляцийн программ хангамжийн цаг хугацааны домэйн шийдлээр хэмждэг. Материал дээр терагерцийн зурвасын бодит нөлөөг авч үзвэл вакуум дугтуйны материалыг анх зэс болгон тохируулж, дамжуулах чадвар нь S27 × 12.2 / 27м-ээр буурсан байна.
Зураг 4-т шугаман шовгор холбогчтой болон шугаман холболтгүй HFS-ийн дамжуулалтын үр дүнг харуулав. Үр дүн нь холбогч нь бүх HFS-ийн дамжуулалтын гүйцэтгэлд бага нөлөө үзүүлдэг болохыг харуулж байна. 207~280 GHz-ийн өргөн зурвасын HFS-ийн бүх системийн буцах алдагдал (S11 < − 10 дБ) болон оруулах алдагдал (S21 > − 5 дБ) нь HFS сайн дамжуулах шинж чанартай болохыг харуулж байна.
Вакуум цахим төхөөрөмжүүдийн тэжээлийн хэмжээгээр цахилгаан буу, ELITER EXTOME-ийн EOS нь P-Band-ийн EXITAL-ийг ашиглахад зориулагдсан.2, электрон цацрагийн жолоодлогын Ua хүчдэлийг эхлээд 20 кВ, хоёр электрон цацрагийн I гүйдэл хоёулаа 80 мА, электрон цацрагийн цацрагийн диаметр нь 0.13 мм байна. Үүний зэрэгцээ электрон цацрагийн гүйдлийн нягтыг ба цахилгааны шахалтын харьцааг хангахын тулд 7. электрон цацрагийн одоогийн нягт нь 603 А/см2, катодын одоогийн нягт нь 86 А/см2 бөгөөд үүнийг шинэ катодын материалыг ашиглан хийж болно. Загварын онол 14, 15, 16, 17-ын дагуу ердийн Пирс электрон бууг өвөрмөц байдлаар тодорхойлж болно.
5-р зурагт бууны хэвтээ ба босоо бүдүүвч диаграммыг тус тус үзүүлэв. Эндээс харахад x чиглэлийн электрон бууны профиль нь ердийн хуудас хэлбэртэй электрон бууныхтай бараг ижил байгаа бол y чиглэлд хоёр электрон цацраг нь маскаар хэсэгчлэн тусгаарлагдсан байна. x = 5 мм-ийн байрлалаар x = 5 мм байна. ба x = 0.155 мм, у = 0 мм тус тус. Шахалтын харьцаа ба электрон шахах хэмжээнүүдийн дизайны шаардлагын дагуу хоёр катодын гадаргуугийн хэмжээсийг 0.91 мм × 0.13 мм гэж тодорхойлсон.
Х чиглэлийн электрон цацраг бүрийн хүлээн авсан фокусын цахилгаан талбарыг өөрийн төвтэй тэгш хэмтэй болгохын тулд энэ баримт бичигт электрон буунд хяналтын электродыг хэрэглэнэ. Фокуслах электрод ба хяналтын электродын хүчдэлийг -20 кВ, анодын хүчдэлийг 0 В болгож тохируулснаар бид тэнхлэгийн траекторын тархалтыг олж авах боломжтой. ted электронууд y чиглэлд сайн шахагдах чадвартай бөгөөд электрон цацраг бүр өөрийн тэгш хэмийн төвийн дагуу x чиглэл рүү нийлдэг бөгөөд энэ нь хяналтын электрод нь фокусын электродын үүсгэсэн тэгш бус цахилгаан талбарыг тэнцвэржүүлж байгааг харуулж байна.
Зураг 7-д x ба y чиглэлд цацрагийн бүрхүүлийг харуулав. Үр дүн нь x чиглэл дэх электрон цацрагийн проекцын зай нь y чиглэлийнхээс ялгаатай болохыг харуулж байна. x чиглэлд шидэлтийн зай 4 мм орчим, y чиглэлд шидэлтийн зай 7 мм-ийн ойролцоо байна. Иймээс цахилгаан шидэлтийн хоорондох бодит сонгосон зай нь мм-ийн хөндлөн огтлолын хоорондох зайг харуулж байна. катодын гадаргуугаас 4.6 мм-ийн зайд цацраг. Бид хөндлөн огтлолын хэлбэр нь стандарт дугуй электрон цацрагт хамгийн ойр байгааг харж болно. Хоёр электрон цацрагийн хоорондох зай нь төлөвлөсөн 0.31 мм, радиус нь ойролцоогоор 0.13 мм бөгөөд энэ нь дизайны шаардлагыг хангасан байна. Зураг 9-д цацрагийн гүйдлийн загварчлалын үр дүнг харуулж байна. зохион бүтээсэн 80 мА.
Практик хэрэглээнд жолоодлогын хүчдэлийн хэлбэлзлийг харгалзан энэ загварын хүчдэлийн мэдрэмжийг судлах шаардлагатай. 19.8 ~ 20.6 кВ-ын хүчдэлийн мужид гүйдлийн болон цацрагийн гүйдлийн бүрхүүлийг Зураг 1, Зураг 1.10, 11-д үзүүлсний дагуу олж авна. Үр дүнгээс харахад жолоодлогын хүчдлийн өөрчлөлт нь цахилгаан гүйдлийн өөрчлөлт, зөвхөн цахилгаан гүйдэлд нөлөө үзүүлэхгүй. 4-ээс 0.78 A. Иймд энэ нийтлэлд зохион бүтээсэн электрон буу нь хүчдэлд сайн мэдрэмжтэй гэж үзэж болно.
Х ба y чиглэлийн цацрагийн бүрхүүлд жолоодлогын хүчдэлийн хэлбэлзлийн нөлөө.
Нэг төрлийн соронзон фокусын талбар нь байнгын соронзон фокусын систем юм. Цацрагийн суваг даяар соронзон орны жигд тархалттай тул тэнхлэгт тэгш хэмтэй электрон цацрагт нэн тохиромжтой. Энэ хэсэгт давхар харандаа туяаг хол зайд дамжуулахад зориулагдсан жигд соронзон фокусын системийг санал болгож байна. ба мэдрэмжийн асуудлыг судалсан. Нэг харандааны цацрагийн тогтвортой дамжуулалтын онолын дагуу18,19, Бриллоуины соронзон орны утгыг тэгшитгэлээр (2) тооцоолж болно. Энэ өгүүлэлд бид мөн энэ эквивалентыг ашиглан хажуу тийш тархсан хос харандаа цацрагийн соронзон орныг тооцоолсон. Энэ цаасан дээр цахилгаан соронзон орныг04-тэй нэгтгэн тооцоолсон. .Ref-ийн дагуу.20, 1.5-2 дахин тооцоолсон утгыг ихэвчлэн практик загварт сонгодог.
Зураг 12-т жигд соронзон орны фокусын талбайн системийн бүтцийг үзүүлэв. Цэнхэр хэсэг нь тэнхлэгийн чиглэлд соронзлогдсон байнгын соронз юм. Материалын сонголт нь NdFeB эсвэл FeCoNi байна. Загварчлалын загварт тогтоосон Br үлдэгдэл нь 1.3 Т, нэвчилт нь 1.05 байна. Тогтвортой дамжуулалтыг хангахын тулд хэлхээний бүхэл бүтэн уртыг нэмж, 7 мм байна. х чиглэлийн соронзны хэмжээ нь цацрагийн суваг дахь хөндлөн соронзон орон жигд байгаа эсэхийг тодорхойлдог бөгөөд энэ нь x чиглэлийн хэмжээ нь хэтэрхий бага байж болохгүй. Үүний зэрэгцээ бүх хоолойн өртөг, жинг харгалзан соронзонгийн хэмжээ нь хэтэрхий том байх ёсгүй. Иймээс эхлээд соронзыг 150 мм × 150 мм-ийн тойрогт тохируулсан байна. фокусын системд байрлуулсан бол соронз хоорондын зайг 20 мм-ээр тохируулна.
2015 онд Пурна Чандра Панда21 нэг төрлийн соронзон фокусын системд шинэ шаталсан нүхтэй туйлын хэсгийг санал болгосон бөгөөд энэ нь катод руу урсах урсгалын хэмжээ болон туйлын нүхэнд үүсэх хөндлөн соронзон орны хэмжээг бууруулж чадна. Энэ баримт бичигт бид фокусын системийн эхний хэсэгт 1 мм зузаантай туйлын хэсэг дээр шаталсан бүтцийг нэмж оруулав. , 13-р зурагт үзүүлсэн шиг гурван шатны өндөр ба өргөн нь 0.5мм, шонгийн хэсгийн нүхний хоорондох зай 2мм байна.
Зураг 14а-д хоёр электрон цацрагийн төвийн шугамын дагуух тэнхлэгийн соронзон орны тархалтыг харуулав. Энэ нь хоёр электрон цацрагийн дагуух соронзон орны хүч тэнцүү байгааг харж болно. Соронзон орны утга нь 6000 Gs орчим бөгөөд энэ нь онолын Бриллоуин талбайгаас 1.5 дахин их байна. хэсэг нь соронзон урсгалын нэвчилтээс урьдчилан сэргийлэхэд сайн нөлөө үзүүлдэг.Зураг 14б-т хоёр электрон цацрагийн дээд ирмэгийн z чиглэлд хөндлөн соронзон орны тархалтыг харуулав. Эндээс харахад хөндлөн соронзон орон нь зөвхөн туйлын нүхэнд 200 Гс-ээс бага байдаг бол удаан долгионы хөндлөн хэлхээнд соронзон орон бараг л хөндлөн огтлолын соронзон орон нөлөөлдөг болохыг баталж байна. электрон цацраг дээрх талбар нь үл тоомсорлодог. Туйл хэсгүүдийн соронзон ханалтаас урьдчилан сэргийлэхийн тулд туйлын хэсгүүдийн доторх соронзон орны хүчийг судлах шаардлагатай. Зураг 14c нь туйлын хэсэг доторх соронзон орны тархалтын үнэмлэхүй утгыг харуулж байна. Соронзон орны хүч чадлын үнэмлэхүй утга нь 1.2T-ээс бага байгааг харж болно.
Br = 1.3 Т-ийн соронзон орны хүч чадлын тархалт.(а) Тэнхлэгийн талбайн тархалт.(б) Хажуугийн талбайн тархалт z чиглэлд By.(в) Туйл хэсгийн доторх талбайн тархалтын үнэмлэхүй утга.
CST PS модуль дээр тулгуурлан хос цацрагийн бууны тэнхлэгийн харьцангуй байрлал ба фокусын системийг оновчтой болгосон. Ref-ийн дагуу.9 ба симуляцийн хувьд хамгийн оновчтой байрлал нь анодын хэсэг нь соронзноос хол туйлын хэсэгтэй давхцаж байгаа газар юм. Гэсэн хэдий ч хэрэв реманенцийг 1.3T гэж тохируулсан бол электрон цацрагийн дамжуулалт 99% хүрч чадахгүй нь тогтоогдсон. Реманенцийг 1.4 T хүртэл нэмэгдүүлснээр фокусын соронзон орон нь G 6 траекторт нэмэгдэх болно. Зураг 15-д үзүүлэв.. Цацраг сайн дамжуулалттай, бага хэлбэлзэлтэй, 45мм-ээс их дамжуулах зайтай болохыг харж болно.
Br = 1.4 T.(a) xoz онгоц.(б) ёз онгоц бүхий нэгэн төрлийн соронзон системийн дор харандааны давхар цацрагуудын траектори.
Зураг 16-д катодоос хол өөр өөр байрлал дахь цацрагийн хөндлөн огтлолыг харуулав. Фокустын систем дэх цацрагийн хэсгийн хэлбэр сайн хадгалагдаж, огтлолын диаметр төдийлөн өөрчлөгддөггүй нь харагдаж байна. Зураг 17-д цацрагийн дугтуйг x ба y чиглэлд тус тус үзүүлэв. am current.Үр дүнгээс харахад гүйдэл нь ойролцоогоор 2 × 80 мА байгаа нь электрон бууны загварт тооцоолсон утгатай тохирч байна.
Катодоос хол өөр өөр байрлалд байрлах электрон цацрагийн хөндлөн огтлол (фокусны системтэй).
Практик боловсруулалтын хэрэглээнд угсралтын алдаа, хүчдэлийн хэлбэлзэл, соронзон орны хүч чадлын өөрчлөлт зэрэг хэд хэдэн асуудлыг авч үзвэл фокусын системийн мэдрэмжийг шинжлэх шаардлагатай. Бодит боловсруулалтанд анодын хэсэг ба туйл хоёрын хооронд зай завсар байгаа тул энэ зайг симуляцид тохируулах шаардлагатай. Зайны утгыг 0.2 мм-ээр тохируулсан ба түүний гүйдлийн чиглэл нь 0.2 мм-ийн хэмжээтэй байна. үр дүн нь цацрагийн бүрхүүлийн өөрчлөлт нь мэдэгдэхүйц биш бөгөөд цацрагийн гүйдэл бараг өөрчлөгддөггүй болохыг харуулж байна. Иймээс систем нь угсралтын алдааг мэдэрдэггүй. Хөдөлгөөний хүчдэлийн хэлбэлзлийн хувьд алдааны мужийг ±0.5 кВ гэж тохируулсан. Зураг 19б-т харьцуулсан үр дүнг харуулав. Соронзон орны хүч. Харьцуулалтын үр дүнг Зураг 20-д үзүүлэв. Цацрагийн бүрхэвч бараг өөрчлөгддөггүй нь соронзон орны хүч чадлын өөрчлөлтөд бүхэлдээ EOS мэдрэмжгүй гэсэн үг юм.
Нэг төрлийн соронзон фокусын системийн дор цацрагийн бүрхүүл ба гүйдлийн үр дүн.(a) Угсралтын хүлцэл 0.2 мм.(б) Хөдөлгүүрийн хүчдэлийн хэлбэлзэл ±0.5 кВ.
0.63-0.68 Т-ийн хооронд хэлбэлзэлтэй тэнхлэгийн соронзон орны хүч чадлын хэлбэлзэлтэй жигд соронзон фокусын системийн дор цацрагийн бүрхүүл.
Энэхүү баримт бичигт бүтээгдсэн фокусын систем нь HFS-тэй таарч байхын тулд судалгаанд зориулж фокусын систем болон HFS-ийг хослуулах шаардлагатай. Зураг 21-д HFS ачаалалтай болон ачаалалгүй цацрагийн дугтуйнуудын харьцуулалтыг харуулав. Үр дүн нь HFS-ийг бүхэлд нь ачаалах үед цацрагийн дугтуй нэг их өөрчлөгддөггүйг харуулж байна. Иймээс дээрх фокусын систем нь HF долгионыг дамжуулахад тохиромжтой.
III хэсэгт санал болгож буй EOS-ийн зөв эсэхийг шалгах, 220 GHz SDV-TWT-ийн гүйцэтгэлийг судлахын тулд цацраг-долгионы харилцан үйлчлэлийн 3D-PIC симуляцийг хийж байна. Симуляцийн програм хангамжийн хязгаарлалтын улмаас бид EOS-ийг бүхэлд нь HFS-д нэмж чадаагүй. Иймээс электрон бууг 1-ээс 1 мм-ийн диаметртэй эквивалын зайтай сольсон. 0.31 мм-ийн хоёр гадаргуу нь дээр дурдсан электрон буутай ижил параметрүүд юм. EOS-ийн мэдрэмжгүй, сайн тогтвортой байдлын улмаас жолоодлогын хүчдэлийг PIC симуляцид хамгийн сайн гаралтын чадалд хүрэхийн тулд оновчтой болгож чадна. Загварчлалын үр дүнгээс харахад ханасан гаралтын хүч болон өсөлтийг 20.6 кВ, гүйдлийн A2A/cm2, гүйдлийн хүч 20.0 см-ийн жолоодлогын хүчдэлд авч болно. 0.05 Вт.
Хамгийн сайн гаралтын дохиог авахын тулд мөчлөгийн тоог оновчтой болгох шаардлагатай. Зураг 22a-д үзүүлсэн шиг хоёр үе шатын тоо 42 + 48 цикл байх үед хамгийн сайн гаралтын хүчийг олж авна. 0.05 Вт оролтын дохиог 38 дБ-ийн өсөлттэй 314 Вт хүртэл өсгөв. .Зураг 22б-д электронуудын ихэнх нь энерги алдаж байгаа SWS дахь электрон энергийн тэнхлэгийн байрлалын тархалтыг харуулав. Энэ үр дүн нь SDV-SWS нь электронуудын кинетик энергийг RF дохио болгон хувиргаж, улмаар дохионы олшруулалтыг хийж болохыг харуулж байна.
220 GHz-ийн SDV-SWS гаралтын дохио.(a) Оруулсан спектр бүхий гаралтын чадал.(б) SWS оруулгын төгсгөлд электрон цацраг бүхий электронуудын энергийн хуваарилалт.
Зураг 23-т хос горимын хос цацраг SDV-TWT-ийн гаралтын чадлын зурвасын өргөн ба олзыг харуулав. 200-аас 275 GHz давтамжийг шүүрдэж, хөтөчийн хүчдэлийг оновчтой болгосноор гаралтын гүйцэтгэлийг сайжруулах боломжтой. Энэ үр дүн нь 3 дБ зурвасын өргөн нь 205-275 ГГц-ийн өргөнийг хамарч чаддаг болохыг харуулж байна.
Гэсэн хэдий ч, Зураг 2a-ийн дагуу, бид сондгой болон тэгш горимуудын хооронд зогсолтын зурвас байдгийг мэдэж байгаа бөгөөд энэ нь хүсээгүй хэлбэлзэлд хүргэж болзошгүй юм. Иймд зогсолтын эргэн тойронд ажиллах тогтвортой байдлыг судлах шаардлагатай. 24a-c зурагт 265.3 GHz-ийн 20 ns симуляцийн үр дүн, 265.325 байж болно. симуляцийн үр дүн зарим хэлбэлзэлтэй, гаралтын чадал нь харьцангуй тогтвортой байна. Спектрийг мөн Зураг 24-т тус тус үзүүлэв, спектр нь цэвэр байна. Эдгээр үр дүн нь зогсоох зурвасын ойролцоо өөрөө хэлбэлзэл байхгүй гэдгийг харуулж байна.
Бүхэл бүтэн HFS-ийн зөв эсэхийг шалгахын тулд үйлдвэрлэх, хэмжилт хийх шаардлагатай. Энэ хэсэгт HFS нь 0.1 мм-ийн диаметртэй, 10 мкм-ийн нарийвчлалтай, компьютерийн тоон удирдлагын (CNC) технологийг ашиглан үйлдвэрлэгддэг. Өндөр давтамжийн бүтцийн материалыг хүчилтөрөгчгүй, өндөр дамжуулалттай бүтэцтэй (OFF) харуулж байна. 66.00 мм, өргөн нь 20.00 мм, өндөр нь 8.66 мм байна. Бүтцийн эргэн тойронд найман тээглүүр нүх тархсан байна. Зураг 25б-д электрон микроскопоор (SEM) сканнердсан бүтцийг харуулав. Энэ бүтцийн ир нь жигд хийгдсэн бөгөөд гадаргуугийн тэгш бус байдал сайтай байдаг. Нарийвчилсан хэмжилтийн дараа гадаргуугийн тэгш бус байдал нь нийт 5% орчим байна. .Машинжуулалтын бүтэц нь дизайн, нарийвчлалын шаардлагыг хангасан.
Зураг 26-д туршилтын бодит үр дүн болон дамжуулалтын гүйцэтгэлийн симуляцийн харьцуулалтыг харуулав. Зураг 26a-д үзүүлсэн 1-р порт ба 2-р портууд нь HFS-ийн оролт, гаралтын портуудтай тохирч байгаа бөгөөд Зураг 3-ын Порт 1 ба 4-р порттой тэнцүү байна. S11-ийн бодит хэмжилтийн үр дүн симуляцийн үр дүнгээс арай дээр байна. Үүний зэрэгцээ S11-ийн хэмжилтийн үр дүн бага зэрэг сайн байна. Симуляцид тохируулсан чадвар хэт өндөр бөгөөд бодит боловсруулалтын дараа гадаргуугийн тэгш бус байдал муу байна. Ерөнхийдөө хэмжсэн үр дүн нь симуляцийн үр дүнтэй тохирч байгаа бөгөөд дамжуулах зурвасын өргөн нь 70 GHz-ийн шаардлагыг хангаж байгаа нь санал болгож буй хос горимын SDV-TWT-ийн боломж, зөв ​​эсэхийг шалгадаг. Иймээс бодит үр дүн, хос горимын SDV-TWT-ийн туршилтын үр дүн, хэт DV-Б-ын туршилтын үр дүнг нэгтгэсэн. Энэхүү баримт бичигт санал болгож буй T загварыг дараагийн үйлдвэрлэл, хэрэглээнд ашиглаж болно.
Энэ баримт бичигт хавтгай тархалттай 220 GHz хос цацраг SDV-TWT-ийн нарийвчилсан загварыг танилцуулсан. Хос горимын ажиллагаа ба хос цацрагийн өдөөлтийг хослуулснаар үйл ажиллагааны зурвасын өргөн болон гаралтын хүчийг улам нэмэгдүүлнэ. Мөн бүхэл HFS-ийн зөв эсэхийг шалгахын тулд үйлдвэрлэлийн болон хүйтэн туршилтыг явуулдаг.Бодит хэмжилтийн үр дүн нь симуляцийн үр дүнтэй тохирч байна. Хоёр туяатай EOS-ийн хувьд маскны хэсэг болон хяналтын электродуудыг хамтад нь хоёр харандааны туяа үүсгэсэн. Зохион бүтээгдсэн жигд фокусын соронзон орны дагуу электрон цацрагийг сайн хэлбэртэй хол зайд тогтвортой дамжуулах боломжтой. Ирээдүйд EOS-ийн үйлдвэрлэл, туршилтыг бүхэлд нь хийх болно. Энэхүү баримт бичигт санал болгож буй WT дизайны схем нь одоогийн боловсорч гүйцсэн онгоц боловсруулах технологийг бүрэн хослуулсан бөгөөд гүйцэтгэлийн үзүүлэлтүүд болон боловсруулалт, угсралтад асар их боломжийг харуулж байна. Иймээс хавтгай бүтэц нь терагерцын зурвас дахь вакуум электрон төхөөрөмжүүдийн хөгжлийн чиг хандлага болох хамгийн өндөр магадлалтай гэж энэ баримт бичигт үзэж байна.
Энэхүү судалгаанд хамрагдсан ихэнх түүхий өгөгдөл болон аналитик загваруудыг энэ баримт бичигт оруулсан болно. Нэмэлт холбогдох мэдээллийг зохих хүсэлтийн дагуу холбогдох зохиогчоос авч болно.
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 олон давхаргат SU-8 photoresist.J ашиглан дэд терагерц долгионы дамжуулагчийн микрофабрикац.Микромеханик.Микроэлектроник.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz технологийн замын зураг.Ж.Физик.D хэрэглэх.физик.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC. Хэт өргөн зурвасын шаталсан давхар сараалжтай долгионоор дамжуулан плазмын долгионы тархалтыг хүчтэй хязгаарлах.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1680 (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 Макроскопийн хүйтэн шингэний загварын онолыг ашиглан хязгааргүй өргөн хуудас электрон цацрагийн диокотроны тогтворгүй байдлыг судлах нь.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/10411 (12011).
Галдецкий, олон цацрагт клистрон дахь цацрагийн хавтгай зохион байгуулалтаар зурвасын өргөнийг нэмэгдүүлэх боломжийн талаар AV. Вакуум электроникийн 12 дахь IEEE олон улсын бага хурал, Бангалор, Энэтхэг, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.3 (IVEC.2010).
Nguyen, CJ et al. W-band шаталсан давхар иртэй долгионы хоолойд нарийн цацрагийг хуваах хавтгай тархалт бүхий гурван цацрагт электрон бууны загвар[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 нь W-band үндсэн горим TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Миллиметр долгионы хуудас 20-22 цацраг бүхий завсарласан давхар иртэй аялах долгионы хоолойн судалгаа (PhD, Бейхангийн их сургууль, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved dual-blade navigating wave tube-ийн цацраг-долгионы харилцан үйлчлэлийн тогтвортой байдлын судалгаа. 2018 Хэт улаан туяаны миллиметр ба терагерцийн долгионы олон улсын 43-р бага хурал, Нагоя.8510263, https://doi.10263, https://doi.12010.19/doi. 263 (2018).