Terima kasih kerana melawati Nature.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan terhad untuk CSS. Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau matikan mod keserasian dalam Internet Explorer). Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan memaparkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Dalam kertas kerja ini, tiub gelombang kembara dua bilah berjalur tinggi berkuasa tinggi 220GHz direka bentuk dan disahkan. Pertama, struktur gelombang perlahan dua bilah berperingkat dua rasuk satah dicadangkan. Dengan menggunakan skema operasi dwi-mod, prestasi penghantaran dan lebar jalur adalah hampir dua kali ganda daripada mod tunggal. Kedua, untuk meningkatkan kestabilan tiub pencil sistem elektronik dan kestabilan sistem optik. direka bentuk, voltan pemanduan ialah 20~21 kV, dan arus ialah 2 × 80 mA. Matlamat reka bentuk. Dengan menggunakan bahagian topeng dan elektrod kawalan dalam pistol rasuk berganda, kedua-dua rasuk pensel boleh difokuskan di sepanjang pusat masing-masing dengan nisbah mampatan 7, jarak pemfokusan adalah kira-kira 0.18mm, dan sistem transmisi magnet yang dioptimumkan berganda adalah baik. am boleh mencapai 45 mm, dan medan magnet pemfokusan ialah 0.6 T, yang mencukupi untuk menampung keseluruhan sistem frekuensi tinggi (HFS). Kemudian, untuk mengesahkan kebolehgunaan sistem elektron-optik dan prestasi struktur gelombang perlahan, simulasi sel zarah (PIC) juga dilakukan pada keseluruhan HFS. Keputusan menunjukkan bahawa sistem output rasuk-interaksi hampir 10 GHz boleh mencapai optima 2 GHz voltan hampir 2 GHz. ialah 20.6 kV, arus rasuk ialah 2 × 80 mA, keuntungan ialah 38 dB, dan lebar jalur 3-dB melebihi 35 dB kira-kira 70 GHz.Akhir sekali, fabrikasi struktur mikro berketepatan tinggi dilakukan untuk mengesahkan prestasi HFS, dan keputusan menunjukkan bahawa jalur lebar dan ciri-ciri penghantaran adalah sesuai dengan skema yang dicadangkan dalam kertas jalan raya yang tinggi, yang dicadangkan adalah kertas simulasi. sumber sinaran terahertz-band yang berpotensi untuk aplikasi masa hadapan.
Sebagai peranti elektronik vakum tradisional, tiub gelombang pengembaraan (TWT) memainkan peranan yang tidak boleh ditukar ganti dalam banyak aplikasi seperti radar resolusi tinggi, sistem komunikasi satelit, dan penerokaan angkasa lepas1,2,3. Walau bagaimanapun, apabila frekuensi operasi memasuki jalur terahertz, TWT rongga berganding tradisional dan TWT heliks telah tidak dapat memenuhi keperluan jalur lebar, pengeluaran yang agak rendah dan sukar untuk digunakan oleh manusia. prestasi jalur THz telah menjadi isu yang sangat membimbangkan bagi banyak institusi penyelidikan saintifik. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, struktur gelombang perlahan (SWS) novel, seperti struktur dwi-blade (SDV) berperingkat dan struktur pandu gelombang (FW) terlipat, telah mendapat perhatian yang meluas kerana struktur planar semula jadinya, terutamanya novel SDV-SWSs dengan struktur pelan yang menjanjikan dengan mudah oleh 200C dengan mudah ini. direka oleh teknik pemprosesan mikro-nano seperti kawalan berangka komputer (CNC) dan UV-LIGA, struktur pakej semua logam boleh menyediakan kapasiti terma yang lebih besar dengan kuasa dan keuntungan keluaran yang lebih tinggi, dan struktur seperti pandu gelombang juga boleh menyediakan lebar jalur kerja yang lebih luas. Pada masa ini, UC Davis menunjukkan buat pertama kali pada tahun 2017 bahawa SDV-TWT boleh menjana lebihan jalur lebar isyarat W4 dan jalur 10 GHz dalam lebihan 4 GHz. Walau bagaimanapun, keputusan ini masih mempunyai jurang yang tidak dapat memenuhi keperluan berkaitan kuasa tinggi dan lebar jalur lebar dalam jalur terahertz. Untuk UC-Davis G-band SDV-TWT, rasuk elektron kepingan telah digunakan. Walaupun skema ini boleh meningkatkan kapasiti pembawa arus rasuk dengan ketara, sukar untuk mengekalkan jarak penghantaran yang panjang disebabkan oleh ketidakstabilan sistem lembaran elektron, dan sistem optik yang mungkin ada di atas terowong, EOS, dan optik. rasuk untuk mengawal diri.– Pengujaan dan ayunan 6,7. Untuk memenuhi keperluan kuasa keluaran yang tinggi, lebar jalur lebar dan kestabilan THz TWT yang baik, SDV-SWS dwi-rasuk dengan operasi dwi-mod dicadangkan dalam kertas ini. Iaitu, untuk meningkatkan lebar jalur operasi, operasi dwi-mod dicadangkan dan diperkenalkan dalam struktur ini. Dan, untuk meningkatkan keluaran radio pensel. pensel juga digunakan untuk meningkatkan keluaran radio pensel. adalah agak kecil disebabkan oleh kekangan saiz menegak. Jika ketumpatan arus terlalu tinggi, arus rasuk mesti dikurangkan, menghasilkan kuasa keluaran yang agak rendah. Untuk menambah baik arus rasuk, EOS berbilang rasuk teragih satah telah muncul, yang mengeksploitasi saiz sisi SWS. Disebabkan terowong rasuk bebas, planar yang diagihkan berbilang rasuk dapat mengekalkan arus berbilang rasuk yang tinggi dan jumlah rasuk keluaran yang tinggi dapat mengelak arus keluaran yang tinggi pada setiap rasuk yang tinggi dan jumlah arus keluaran yang tinggi. am terowong berbanding peranti rasuk lembaran.Oleh itu, adalah berfaedah untuk mengekalkan kestabilan tiub gelombang perjalanan.Berdasarkan kerja sebelumnya8,9, kertas kerja ini mencadangkan medan magnet seragam G-band memfokuskan rasuk pensel berganda EOS, yang boleh meningkatkan jarak penghantaran rasuk yang stabil dan seterusnya meningkatkan kawasan interaksi rasuk, dengan itu meningkatkan kuasa keluaran.
Struktur kertas ini adalah seperti berikut. Pertama, reka bentuk sel SWS dengan parameter, analisis ciri serakan dan hasil simulasi frekuensi tinggi diterangkan. Kemudian, mengikut struktur sel unit, rasuk pensel berganda EOS dan sistem interaksi rasuk direka dalam kertas ini. Keputusan simulasi zarah intraselular juga dibentangkan untuk mengesahkan kebolehgunaan EOS dan prestasi ujian SDV-TWT secara ringkas untuk pengesahan keseluruhan fabrik dan ujian secara ringkas dalam penambahan fabrik dan TWT. HFS.Akhir sekali buat rumusan.
Sebagai salah satu komponen TWT yang paling penting, sifat penyebaran struktur gelombang perlahan menunjukkan sama ada halaju elektron sepadan dengan halaju fasa SWS, dan dengan itu mempunyai pengaruh yang besar terhadap interaksi gelombang rasuk. Untuk meningkatkan prestasi keseluruhan TWT, struktur interaksi yang dipertingkatkan direka bentuk. Struktur sel unit ditunjukkan dalam Rajah 1. struktur sel unit ditunjukkan dalam Rajah 1. Kebolehgunaan lembaran tunggal. rasuk pen berganda untuk meningkatkan lagi kuasa keluaran dan kestabilan operasi.Sementara itu, untuk meningkatkan lebar jalur kerja, mod dwi telah dicadangkan untuk SWS beroperasi. Disebabkan oleh simetri struktur SDV, penyelesaian persamaan serakan medan elektromagnet boleh dibahagikan kepada mod ganjil dan genap. Pada masa yang sama, mod ganjil asas jalur frekuensi rendah dan mod genap asas jalur frekuensi tinggi digunakan untuk merealisasikan penyegerakan jalur lebar yang berfungsi selanjutnya.
Mengikut keperluan kuasa, keseluruhan tiub direka bentuk dengan voltan pemacu 20 kV dan arus rasuk berganda 2 × 80 mA. Untuk memadankan voltan sedekat mungkin dengan lebar jalur operasi SDV-SWS, kita perlu mengira panjang tempoh p. Hubungan antara voltan rasuk dan tempoh ditunjukkan dalam persamaan (1)10:
Dengan menetapkan anjakan fasa kepada 2.5π pada frekuensi tengah 220 GHz, tempoh p boleh dikira sebagai 0.46 mm. Rajah 2a menunjukkan sifat serakan sel unit SWS. Garis pancaran 20 kV sepadan dengan lengkung bimodal dengan sangat baik. Jalur frekuensi sepadan boleh mencapai sekitar 70 GHz–2.210GHz (–2.650 GHz) dalam mod 210 GHz (o 210 GHz). Julat GHz (mod genap). Rajah 2b menunjukkan impedans gandingan purata, yang lebih besar daripada 0.6 Ω daripada 210 hingga 290 GHz, menunjukkan bahawa interaksi yang kuat mungkin berlaku dalam lebar jalur pengendalian.
(a) Ciri-ciri serakan bagi dua mod SDV-SWS dengan garis pancaran elektron 20 kV.(b) Galangan interaksi litar gelombang perlahan SDV.
Walau bagaimanapun, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa terdapat jurang jalur antara mod ganjil dan genap, dan kami biasanya merujuk kepada jurang jalur ini sebagai jalur henti, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a. Jika TWT dikendalikan berhampiran jalur frekuensi ini, kekuatan gandingan rasuk yang kuat mungkin berlaku, yang akan membawa kepada ayunan yang tidak diingini. Dalam aplikasi praktikal, kami biasanya mengelak daripada menggunakan TWT yang hampir dengan jalur-jalur henti ini. Walaupun begitu, struktur TWT hanya boleh dilihat berhampiran jalur-berhenti. 0.1 GHz.Sukar untuk menentukan sama ada jurang jalur kecil ini menyebabkan ayunan.Oleh itu, kestabilan operasi di sekeliling jalur henti akan disiasat dalam bahagian simulasi PIC berikut untuk menganalisis sama ada ayunan yang tidak diingini mungkin berlaku.
Model keseluruhan HFS ditunjukkan dalam Rajah 3. Ia terdiri daripada dua peringkat SDV-SWS, disambungkan oleh pemantul Bragg. Fungsi pemantul adalah untuk memotong penghantaran isyarat antara kedua-dua peringkat, menyekat ayunan dan pantulan mod tidak berfungsi seperti mod pesanan tinggi yang dijana antara bilah atas dan bawah, dengan itu, untuk meningkatkan kestabilan keseluruhan saluran luar kepada tiub, untuk meningkatkan kestabilan saluran luar kepada keseluruhan tiub. sambungkan SWS kepada pandu gelombang standard WR-4. Pekali penghantaran struktur dua peringkat diukur oleh penyelesai domain masa dalam perisian simulasi 3D. Memandangkan kesan sebenar jalur terahertz pada bahan, bahan sampul vakum pada mulanya ditetapkan kepada tembaga, dan kekonduksian dikurangkan kepada 2.25 × 127 S/m.
Rajah 4 menunjukkan keputusan penghantaran untuk HFS dengan dan tanpa pengganding tirus linear. Keputusan menunjukkan bahawa pengganding mempunyai sedikit kesan ke atas prestasi penghantaran keseluruhan HFS. Kehilangan pulangan (S11 < − 10 dB) dan kehilangan sisipan (S21 > − 5 dB) keseluruhan sistem dalam 207~280 GHz menunjukkan ciri-ciri penghantaran jalur lebar yang baik.
Sebagai bekalan kuasa peranti elektronik vakum, senapang elektron secara langsung menentukan sama ada peranti itu boleh menjana kuasa keluaran yang mencukupi. Digabungkan dengan analisis HFS dalam Bahagian II, EOS dwi-rasuk perlu direka bentuk untuk menyediakan kuasa yang mencukupi. Dalam bahagian ini, berdasarkan kerja sebelumnya dalam W-band8,9, pistol elektron pensel berganda direka bentuk menggunakan bahagian topeng satah dan elektrod kawalan mengikut reka bentuk yang ditunjukkan dalam SIG. Pertama.2, voltan pemanduan Ua bagi rasuk elektron pada mulanya ditetapkan kepada 20 kV, arus I daripada dua rasuk elektron adalah kedua-duanya 80 mA, dan diameter rasuk dw rasuk elektron ialah 0.13 mm. Pada masa yang sama, untuk memastikan ketumpatan arus rasuk elektron dan katoda dapat dipadatkan, ketumpatan elektrod7 yang ditetapkan, sehingga ketumpatan elektrod ditetapkan. n rasuk ialah 603 A/cm2, dan ketumpatan semasa katod ialah 86 A/cm2, yang boleh dicapai dengan Ini dicapai menggunakan bahan katod baharu. Menurut teori reka bentuk 14, 15, 16, 17, pistol elektron Pierce tipikal boleh dikenal pasti secara unik.
Rajah 5 menunjukkan gambarajah skematik mendatar dan menegak senapang, masing-masing. Dapat dilihat bahawa profil senapang elektron dalam arah-x adalah hampir sama dengan senapang elektron seperti lembaran tipikal, manakala dalam arah-y kedua-dua pancaran elektron dipisahkan sebahagiannya oleh topeng. Kedudukan kedua-dua katod adalah pada x = 5.0 mm, x = 5.0 mm dan x = 5.0 mm. y = 0 mm, masing-masing.Mengikut keperluan reka bentuk nisbah mampatan dan saiz suntikan elektron, dimensi kedua-dua permukaan katod ditentukan sebagai 0.91 mm × 0.13 mm.
Untuk menjadikan medan elektrik tertumpu yang diterima oleh setiap rasuk elektron dalam arah-x simetri kira-kira pusatnya sendiri, kertas ini menggunakan elektrod kawalan pada pistol elektron. Dengan menetapkan voltan elektrod fokus dan elektrod kawalan kepada −20 kV, dan voltan anod kepada 0 V, kita boleh mendapatkan taburan trajektori bagi senapang elektrod yang baik. kebolehpercayaan dalam arah-y, dan setiap rasuk elektron menumpu ke arah arah-x di sepanjang pusat simetrinya sendiri, yang menunjukkan bahawa elektrod kawalan mengimbangi medan elektrik yang tidak sama rata yang dihasilkan oleh elektrod fokus.
Rajah 7 menunjukkan sampul rasuk dalam arah x dan y. Keputusan menunjukkan bahawa jarak unjuran rasuk elektron dalam arah x adalah berbeza daripada arah y. Jarak lontaran dalam arah x ialah kira-kira 4mm, dan jarak lontaran dalam arah y adalah hampir 7mm. Oleh itu, jarak lontaran sebenar dan 8 mm hendaklah dipilih antara 4 dan 7 mm jarak lontaran sebenar antara 4 dan 8 mm. .6 mm dari permukaan katod.Kita dapat melihat bahawa bentuk keratan rentas adalah paling hampir dengan rasuk elektron bulat piawai.Jarak antara dua rasuk elektron adalah dekat dengan 0.31 mm yang direka, dan jejari adalah kira-kira 0.13 mm, yang memenuhi keperluan reka bentuk.Rajah 9 menunjukkan hasil simulasi rasuk arus yang kedua-dua rasuk itu dapat dilihat dengan baik. A.
Memandangkan turun naik voltan pemacu dalam aplikasi praktikal, adalah perlu untuk mengkaji kepekaan voltan model ini. Dalam julat voltan 19.8 ~ 20.6 kV, sampul arus dan arus rasuk diperolehi, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 1.10 dan 11. Daripada keputusan, ia boleh dilihat bahawa perubahan arus dan voltan elektroam tidak dapat dilihat hanya pada sampul arus. 0.74 hingga 0.78 A.Oleh itu, boleh dianggap bahawa pistol elektron yang direka dalam kertas ini mempunyai kepekaan yang baik terhadap voltan.
Kesan turun naik voltan memandu pada sampul rasuk arah x dan y.
Medan fokus magnet yang seragam ialah sistem pemfokusan magnet kekal yang biasa. Disebabkan oleh pengagihan medan magnet yang seragam di seluruh saluran rasuk, ia sangat sesuai untuk rasuk elektron axisymmetric.Dalam bahagian ini, sistem fokus magnet seragam yang seragam untuk mengekalkan penghantaran jarak jauh rasuk pensel berganda dicadangkan. Dengan menganalisis medan magnet dan sampul rasuk yang dihasilkan dan skema reka bentuk sistem fokus dicadangkan. teori penghantaran stabil bagi rasuk pensel tunggal18,19, nilai medan magnet Brillouin boleh dikira dengan persamaan (2).Dalam kertas ini, kami juga menggunakan kesetaraan ini untuk menganggarkan medan magnet bagi rasuk pensel berganda teragih sisi.Digabungkan dengan pistol elektron yang direka dalam kertas ini, nilai medan magnet yang dikira adalah kira-kira 4000 Gs.According.20, 1.5-2 kali nilai yang dikira biasanya dipilih dalam reka bentuk praktikal.
Rajah 12 menunjukkan struktur sistem medan fokus medan magnet yang seragam.Bahagian biru ialah magnet kekal yang dimagnetkan dalam arah paksi.Pemilihan bahan ialah NdFeB atau FeCoNi.Remanens Br yang ditetapkan dalam model simulasi ialah 1.3 T dan kebolehtelapan ialah 1.05.Untuk memastikan penghantaran stabil bagi rasuk pada keseluruhan magnet dalam litar 7, set bersaiz mm dalam keseluruhan magnet adalah 7,0 mm. arah x menentukan sama ada medan magnet melintang dalam saluran rasuk adalah seragam, yang memerlukan saiz dalam arah x tidak boleh terlalu kecil. Pada masa yang sama, memandangkan kos dan berat keseluruhan tiub, saiz magnet tidak boleh terlalu besar.Oleh itu, magnet pada mulanya ditetapkan kepada 150 mm × 150 mm × 70 mm.Sementara itu, litar boleh difokuskan pada jarak yang perlahan di antara sistem, untuk memastikan bahawa seluruh sistem berada dalam jarak yang perlahan. 20mm.
Pada tahun 2015, Purna Chandra Panda21 mencadangkan sekeping tiang dengan lubang berlangkah baharu dalam sistem pemfokusan magnet yang seragam, yang boleh mengurangkan lagi magnitud kebocoran fluks ke katod dan medan magnet melintang yang dijana pada lubang sekeping tiang. Dalam kertas ini, kami menambah struktur berlangkah pada sekeping tiang bagi sistem pemfokusan. Ketebalan sekeping awal adalah 5 mm. Ketebalan set tiang awal adalah 1 mm. tiga langkah ialah 0.5mm, dan jarak antara lubang kepingan tiang ialah 2mm, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 13.
Rajah 14a menunjukkan taburan medan magnet paksi di sepanjang garis tengah dua rasuk elektron. Dapat dilihat bahawa daya medan magnet di sepanjang dua rasuk elektron adalah sama. Nilai medan magnet adalah kira-kira 6000 Gs, iaitu 1.5 kali medan Brillouin teori untuk meningkatkan prestasi penghantaran dan memfokus. Pada masa yang sama, medan magnet yang baik adalah medan magnet podicate pada medan magnet 0. menghalang kebocoran fluks magnet.Rajah 14b menunjukkan taburan medan magnet melintang Dengan dalam arah z di pinggir atas dua rasuk elektron.Ia boleh dilihat bahawa medan magnet melintang adalah kurang daripada 200 Gs hanya pada lubang kepingan kutub, manakala dalam litar gelombang perlahan, medan magnet melintang kepada hampir sifar, yang membuktikan bahawa medan magnet tepu melintang magnet adalah kurang daripada 200 Gs sahaja, manakala dalam litar gelombang perlahan, medan magnet melintang kepada sifar. , adalah perlu untuk mengkaji kekuatan medan magnet di dalam kepingan tiang.Rajah 14c menunjukkan nilai mutlak taburan medan magnet di dalam kepingan tiang. Dapat dilihat bahawa nilai mutlak kekuatan medan magnet adalah kurang daripada 1.2T, menunjukkan bahawa ketepuan magnet kepingan tiang tidak akan berlaku.
Taburan kekuatan medan magnet untuk Br = 1.3 T.(a) Taburan medan paksi.(b) Taburan medan sisi Dengan dalam arah z.(c) Nilai mutlak taburan medan dalam kepingan tiang.
Berdasarkan modul CST PS, kedudukan relatif paksi bagi pistol rasuk dwi dan sistem pemfokusan dioptimumkan. Menurut Ruj.9 dan simulasi, lokasi yang optimum ialah di mana bahagian anod bertindih dengan bahagian tiang jauh dari magnet.Walau bagaimanapun, didapati bahawa jika remanan ditetapkan kepada 1.3T, kehantaran rasuk elektron tidak dapat mencapai 99%.Dengan meningkatkan remans kepada 1.4 T, medan magnet fokus dan medan magnet yang difokuskan akan dinaikkan kepada 6500 Gs. 15. Ia boleh dilihat bahawa rasuk mempunyai penghantaran yang baik, turun naik kecil, dan jarak penghantaran lebih besar daripada 45mm.
Trajektori rasuk pensel berganda di bawah sistem magnet homogen dengan Br = 1.4 T.(a) satah xoz.(b) pesawat yoz.
Rajah 16 menunjukkan keratan rentas rasuk pada kedudukan yang berbeza dari katod. Dapat dilihat bahawa bentuk keratan rasuk dalam sistem pemfokusan dikekalkan dengan baik, dan diameter keratan tidak banyak berubah. Rajah 17 menunjukkan sampul rasuk dalam arah x dan y, masing-masing. Dapat dilihat bahawa turun naik kedua-dua arah rasuk adalah sangat kecil. Keputusan menunjukkan bahawa arus adalah kira-kira 2 × 80 mA, yang konsisten dengan nilai yang dikira dalam reka bentuk senapang elektron.
Keratan rentas rasuk elektron (dengan sistem pemfokusan) pada kedudukan berbeza dari katod.
Memandangkan beberapa siri masalah seperti ralat pemasangan, turun naik voltan, dan perubahan dalam kekuatan medan magnet dalam aplikasi pemprosesan praktikal, adalah perlu untuk menganalisis kepekaan sistem pemfokusan. Oleh kerana terdapat jurang antara kepingan anod dan kepingan tiang dalam pemprosesan sebenar, jurang ini perlu ditetapkan dalam simulasi. Nilai jurang ini ditetapkan kepada 0.2mm dan arah arus ini. keputusan menunjukkan bahawa perubahan dalam sampul rasuk adalah tidak ketara dan arus rasuk hampir tidak berubah.Oleh itu, sistem tidak sensitif terhadap ralat pemasangan.Bagi turun naik voltan pemacu, julat ralat ditetapkan kepada ±0.5 kV.Rajah 19b menunjukkan hasil perbandingan.Ia dapat dilihat bahawa perubahan voltan mempunyai sedikit kesan pada sampul rasuk rasuk ditetapkan daripada -0.0.0.3 kekuatan medan magnet. Ralat medan magnet ditetapkan daripada -0.0.0. ditunjukkan dalam Rajah 20. Dapat dilihat bahawa sampul pancaran hampir tidak berubah, yang bermaksud bahawa keseluruhan EOS tidak sensitif terhadap perubahan dalam kekuatan medan magnet.
Sampul rasuk dan arus terhasil di bawah sistem pemfokusan magnet yang seragam.(a) Toleransi pemasangan ialah 0.2 mm.(b) Turun naik voltan pemacu ialah ±0.5 kV.
Sampul rasuk di bawah sistem pemfokusan magnet seragam dengan turun naik kekuatan medan magnet paksi antara 0.63 hingga 0.68 T.
Bagi memastikan sistem pemfokusan yang direka dalam kertas ini boleh dipadankan dengan HFS, adalah perlu untuk menggabungkan sistem pemfokusan dan HFS untuk penyelidikan. Rajah 21 menunjukkan perbandingan sampul rasuk dengan dan tanpa HFS dimuatkan. Keputusan menunjukkan bahawa sampul rasuk tidak banyak berubah apabila keseluruhan HFS dimuatkan. Oleh itu, sistem pemfokusan adalah sesuai untuk reka bentuk tiub gelombang perjalanan di atas.
Untuk mengesahkan ketepatan EOS yang dicadangkan dalam Bahagian III dan menyiasat prestasi SDV-TWT 220 GHz, simulasi 3D-PIC bagi interaksi gelombang-rasuk dilakukan. Disebabkan oleh pengehadan perisian simulasi, kami tidak dapat menambah keseluruhan EOS kepada HFS. Oleh itu, pistol elektron telah digantikan dengan 30 mm permukaan pemancaran jarak 1 dan 0 permukaan yang setara. mm, parameter yang sama seperti senapang elektron yang direka di atas. Disebabkan oleh ketidakpekaan dan kestabilan EOS yang baik, voltan pemacu boleh dioptimumkan dengan betul untuk mencapai kuasa keluaran terbaik dalam simulasi PIC. Keputusan simulasi menunjukkan bahawa kuasa keluaran tepu dan keuntungan boleh diperolehi pada voltan pemacu 20.6 kV, arus rasuk 2 × 80 mA/cm 2.0, dan kuasa input W 80.
Untuk mendapatkan isyarat keluaran yang terbaik, bilangan kitaran juga perlu dioptimumkan. Kuasa keluaran terbaik diperoleh apabila bilangan dua peringkat ialah 42 + 48 kitaran, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 22a.Isyarat masukan 0.05 W dikuatkan kepada 314 W dengan keuntungan 38 dB. Spektrum kuasa output adalah tulen (FFT Fourier 2 Ghz) Transform kuasa output (FFT Fourier) yang diperolehi oleh Fasting2GHz. 2b menunjukkan taburan kedudukan paksi tenaga elektron dalam SWS, dengan kebanyakan elektron kehilangan tenaga. Keputusan ini menunjukkan bahawa SDV-SWS boleh menukar tenaga kinetik elektron kepada isyarat RF, dengan itu merealisasikan penguatan isyarat.
Isyarat keluaran SDV-SWS pada 220 GHz.(a) Kuasa keluaran dengan spektrum yang disertakan.(b) Pengagihan tenaga elektron dengan pancaran elektron pada hujung sisipan SWS.
Rajah 23 menunjukkan lebar jalur kuasa output dan keuntungan bagi dwi-rasuk dwi-rasuk SDV-TWT. Prestasi output boleh dipertingkatkan lagi dengan menyapu frekuensi dari 200 ke 275 GHz dan mengoptimumkan voltan pemacu. Keputusan ini menunjukkan bahawa jalur lebar 3-dB boleh meliputi 205 hingga 275 GHz, yang bermaksud operasi lebar jalur lebar.
Walau bagaimanapun, menurut Rajah 2a, kita tahu bahawa terdapat jalur henti antara mod ganjil dan genap, yang mungkin membawa kepada ayunan yang tidak diingini.Oleh itu, kestabilan kerja di sekeliling hentian perlu dikaji. Angka 24a-c ialah hasil simulasi 20 ns pada 265.3 GHz, 265.35 GHz, dan GHz, 265.35 GHz, dan beberapa GHz. ktuasi, kuasa keluaran adalah agak stabil. Spektrum juga ditunjukkan dalam Rajah 24 masing-masing, spektrum adalah tulen. Keputusan ini menunjukkan bahawa tiada ayunan diri berhampiran jalur henti.
Fabrikasi dan pengukuran adalah perlu untuk mengesahkan ketepatan keseluruhan HFS. Dalam bahagian ini, HFS difabrikasi menggunakan teknologi kawalan berangka komputer (CNC) dengan diameter alat 0.1 mm dan ketepatan pemesinan 10 μm. Bahan untuk struktur frekuensi tinggi disediakan oleh struktur kuprum bebas oksigen kekonduksian tinggi (OFHC) 5.60 sepanjang struktur 2.Rajah 2. Rajah. mm, lebar 20.00 mm dan ketinggian 8.66 mm. Lapan lubang pin diedarkan di sekeliling struktur. Rajah 25b menunjukkan struktur dengan mengimbas mikroskop elektron (SEM). Bilah-bilah struktur ini dihasilkan secara seragam dan mempunyai kekasaran permukaan yang baik. Selepas pengukuran yang tepat, ralat pemesinan keseluruhan adalah lebih kurang daripada 5μm permukaan. reka bentuk dan keperluan ketepatan.
Rajah 26 menunjukkan perbandingan antara keputusan ujian sebenar dan simulasi prestasi penghantaran. Port 1 dan Port 2 dalam Rajah 26a sepadan dengan port input dan output HFS, masing-masing, dan bersamaan dengan Port 1 dan Port 4 dalam Rajah 3. Keputusan pengukuran sebenar S11 adalah lebih baik sedikit daripada hasil simulasi. Pada sebab kekonduksian S1 yang sama, bahan yang ditetapkan mungkin lebih buruk. simulasi adalah terlalu tinggi dan kekasaran permukaan selepas pemesinan sebenar adalah lemah. Secara keseluruhan, keputusan yang diukur adalah dalam persetujuan yang baik dengan keputusan simulasi, dan lebar jalur penghantaran memenuhi keperluan 70 GHz, yang mengesahkan kebolehlaksanaan dan ketepatan SDV-TWT mod dwi-mod yang dicadangkan. Oleh itu, digabungkan dengan keputusan sebenar, proses fabrikasi-DVT yang dicadangkan ini boleh digunakan dalam proses reka bentuk ultra-kertas-DVT yang sebenar. untuk fabrikasi dan aplikasi seterusnya.
Dalam kertas kerja ini, reka bentuk terperinci bagi taburan satah 220 GHz dwi-rasuk SDV-TWT dibentangkan. Gabungan operasi dwi-mod dan pengujaan dwi-rasuk meningkatkan lagi lebar jalur operasi dan kuasa output. Fabrikasi dan ujian sejuk juga dijalankan untuk mengesahkan ketepatan keseluruhan HFS.Keputusan pengukuran sebenar adalah sepadan dengan hasil simulasi. Untuk EOS dua rasuk yang direka, bahagian topeng dan elektrod kawalan telah digunakan bersama untuk menghasilkan rasuk dua pensel. Di bawah medan magnet fokus seragam yang direka bentuk, rasuk elektron boleh dihantar secara stabil pada jarak jauh dengan bentuk yang baik. Pada masa hadapan, pengeluaran dan ujian EOS EOS ini juga akan dijalankan dalam reka bentuk TWT keseluruhan, dan ujian terma TWT ini akan dijalankan dalam reka bentuk TWT keseluruhan ini. menggabungkan sepenuhnya teknologi pemprosesan pesawat matang semasa, dan menunjukkan potensi besar dalam penunjuk prestasi dan pemprosesan dan pemasangan.Oleh itu, kertas kerja ini percaya bahawa struktur planar berkemungkinan besar akan menjadi trend pembangunan peranti elektronik vakum dalam jalur terahertz.
Kebanyakan data mentah dan model analisis dalam kajian ini telah dimasukkan ke dalam kertas kerja ini. Maklumat lanjut yang berkaitan boleh diperoleh daripada pengarang yang berkaitan atas permintaan yang munasabah.
Gamzina, D. et al.Pemesinan CNC skala nano bagi elektronik vakum subterahertz.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. dan Paoloni, C. UV-LIGA mikrofabrikasi pandu gelombang sub-terahertz menggunakan multilayer SU-8 photoresist.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 Pelan hala tuju teknologi THz.J.Fizik.D untuk memohon.fizik.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Kurungan kuat perambatan gelombang plasmonik melalui pandu gelombang kisi berkembar ultra-lebar berperingkat.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Prestasi Nano CNC Machined 220-GHz Travelling Tube Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Menyiasat ketidakstabilan diocotron bagi rasuk elektron kepingan tak terhingga lebar menggunakan teori model bendalir sejuk makroskopik. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (201101).
Galdetskiy, AV mengenai peluang untuk meningkatkan lebar jalur dengan susun atur planar rasuk dalam klystron berbilang rasuk.Dalam Persidangan Antarabangsa IEEE ke-12 mengenai Elektronik Vakum, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.37 (2011.37).
Nguyen, CJ et al. Reka bentuk senapang elektron tiga rasuk dengan taburan satah pemisah rasuk sempit dalam tiub gelombang pengembaraan dua bilah berperingkat-W[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 mengedarkan sistem optik elektron tiga rasuk dengan pengasingan rasuk sempit untuk mod asas W-band TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Penyelidikan tentang Tiub Gelombang Kembara Bilah Berganda Berjalin dengan Rasuk Lembaran Gelombang Milimeter 20-22 (PhD, Universiti Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Kajian tentang kestabilan interaksi gelombang pancaran bagi tiub gelombang pengembaraan dwi-bilah berjalin G-band.2018 Persidangan Antarabangsa Ke-43 tentang Gelombang Inframerah dan Gelombang Terahertz, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/10.1109. 8).