Nature.com मा जानुभएकोमा धन्यवाद।तपाईँले प्रयोग गरिरहनुभएको ब्राउजर संस्करणमा CSS को लागि सीमित समर्थन छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सुझाव दिन्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड बन्द गर्नुहोस्)।यस बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट प्रदर्शन गर्नेछौं।
यस पेपरमा, एक 220GHz ब्रोडब्यान्ड उच्च-शक्ति इन्टरलिभ डबल-ब्लेड ट्राभलिङ वेभ ट्यूब डिजाइन र प्रमाणित गरिएको छ। पहिलो, एक प्लानर डबल-बीम स्ट्याग्र्ड डबल-ब्लेड स्लो-वेभ संरचना प्रस्ताव गरिएको छ। डुअल-मोड सञ्चालन योजना प्रयोग गरेर, प्रसारण प्रदर्शन र ब्यान्डविथ लगभग दोब्बर हुन्छ। यात्रा वेभ ट्यूबको क्षमता, एक डबल पेन्सिल आकारको इलेक्ट्रोनिक अप्टिकल प्रणाली डिजाइन गरिएको छ, ड्राइभिङ भोल्टेज 20 ~ 21 kV छ, र वर्तमान 2 × 80 mA हो। डिजाइन लक्ष्यहरू। मास्क पार्ट र डबल बीम बन्दुकमा नियन्त्रण इलेक्ट्रोड प्रयोग गरेर, दुई पेन्सिल बीमहरू तिनीहरूको फोकस केन्द्रको बीचमा फोकस गर्न सकिन्छ। .18mm, र स्थिरता राम्रो छ। एकसमान चुम्बकीय फोकस गर्ने प्रणालीलाई पनि अनुकूलित गरिएको छ। प्लानर डबल इलेक्ट्रोन बीमको स्थिर प्रसारण दूरी 45 मिमी पुग्न सक्छ, र फोकस गर्ने चुम्बकीय क्षेत्र 0.6 T छ, जुन सम्पूर्ण उच्च आवृत्ति प्रणाली (HFS) लाई कभर गर्न पर्याप्त छ। त्यसपछि, प्रणालीको ढिलो-सेल संरचना र इलेक्ट्रोप-सेल संरचनाको उपयोगिता प्रमाणित गर्नको लागि। ) सिमुलेशनहरू सम्पूर्ण HFS मा पनि प्रदर्शन गरिएको थियो। परिणामहरूले देखाउँदछ कि बीम-अन्तर्क्रिया प्रणालीले 220 GHz मा लगभग 310 W को शिखर आउटपुट पावर प्राप्त गर्न सक्छ, अनुकूलित बीम भोल्टेज 20.6 kV छ, बीम वर्तमान 2 × 80 mA छ, लाभ 38 d7db 38 db s, 38 db d 3 db d 3 d db d 38 db s 38 छ। GHz.अन्तमा, HFS को कार्यसम्पादन प्रमाणित गर्न उच्च परिशुद्धता माइक्रोस्ट्रक्चर निर्माण गरिन्छ, र नतिजाहरूले ब्यान्डविथ र प्रसारण विशेषताहरू सिमुलेशन परिणामहरूसँग राम्रो सम्झौतामा छन् भनेर देखाउँछन्। त्यसैले, यस पेपरमा प्रस्तावित योजनाले भविष्यमा उच्च-शक्ति, अल्ट्रा-ब्रोडब्यान्ड अनुप्रयोग terahertz-का लागि सम्भावित स्रोतहरू विकास गर्ने अपेक्षा गरिएको छ।
परम्परागत भ्याकुम इलेक्ट्रोनिक उपकरणको रूपमा, ट्राभलिङ वेभ ट्यूब (TWT) ले उच्च-रिजोल्युसन रडार, उपग्रह सञ्चार प्रणाली, र अन्तरिक्ष अन्वेषण १,२,३ जस्ता धेरै अनुप्रयोगहरूमा अपरिवर्तनीय भूमिका खेल्छ। यद्यपि, सञ्चालन आवृत्ति टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा प्रवेश गर्दा, परम्परागत युग्मित-गुहाले TWT लाई सापेक्षिक रूपमा कम शक्तिको आवश्यकताहरू पूरा गर्न TWT र मानिसहरूलाई सापेक्षिक रूपमा बाहिर निस्कन आवश्यक छ। साँघुरो ब्यान्डविथ, र कठिन निर्माण प्रक्रियाहरू। त्यसकारण, THz ब्यान्डको कार्यसम्पादनलाई कसरी व्यापक रूपमा सुधार गर्ने भन्ने धेरै वैज्ञानिक अनुसन्धान संस्थाहरूका लागि धेरै चिन्तित मुद्दा भएको छ। हालैका वर्षहरूमा, उपन्यास स्लो-वेभ स्ट्रक्चरहरू (SWSs), जस्तै स्ट्यागर्ड डुअल-ब्लेड (SDV) संरचनाहरू, प्राकृतिक तरंग संरचनाहरू, फोल्डेड स्ट्रक्चरहरू र फोल्डेड वेभ स्ट्रक्चरहरू प्राप्त भएका छन्। विशेष गरी आशाजनक सम्भावनाका साथ उपन्यास SDV-SWSs। यो संरचना UC-Davis द्वारा 20084 मा प्रस्ताव गरिएको थियो। प्लानर संरचनालाई कम्प्युटर संख्यात्मक नियन्त्रण (CNC) र UV-LIGA जस्ता माइक्रो-नानो प्रशोधन प्रविधिहरूद्वारा सजिलैसँग निर्माण गर्न सकिन्छ, सबै-धातु प्याकेज संरचनाले ठूलो थर्मल क्षमता प्रदान गर्न सक्छ र फराकिलो स्ट्रक्चर प्रदान गर्न सक्छ। हाल, UC Davis ले 2017 मा पहिलो पटक प्रदर्शन गर्‍यो कि SDV-TWT ले G-band5 मा 100 W र लगभग 14 GHz ब्यान्डविथ संकेतहरू उत्पन्न गर्न सक्छ। यद्यपि, यी नतिजाहरूमा अझै पनि अन्तरहरू छन् जसले उच्च पावर र G-Bands-Bands-Bands-Bands-Bands-Bandr मा सम्बन्धित आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। SDV-TWT, पाना इलेक्ट्रोन बीमहरू प्रयोग गरिएको छ। यद्यपि यो योजनाले बीमको हालको बोक्ने क्षमतालाई उल्लेखनीय रूपमा सुधार गर्न सक्छ, पाना बीम इलेक्ट्रोन अप्टिकल प्रणाली (EOS) को अस्थिरताको कारण लामो प्रसारण दूरी कायम गर्न गाह्रो छ, र त्यहाँ एक ओभर-मोड बीम सुरुङ छ, जसले बीमलाई सेल्फ-रेट गर्न पनि सक्छ।- उत्तेजित र दोलन 6,7. उच्च आउटपुट पावर, फराकिलो ब्यान्डविथ र THz TWT को राम्रो स्थिरता को आवश्यकताहरु लाई पूरा गर्न को लागी, एक डुअल-बिम SDV-SWS डुअल-मोड अपरेशनको साथ प्रस्ताव गरिएको छ। त्यो हो, अपरेटिङ ब्यान्डविथ बढाउनको लागि, यो आउटपुटमा दोहोरो-मोड ढाँचामा आउटपुट र आउटपुट अर्डरमा दोहोरो-मोड अपरेशन प्रस्ताव गरिएको छ। डबल पेन्सिल बीमको प्लानर वितरण पनि प्रयोग गरिन्छ। ठाडो आकारको अवरोधका कारण एकल पेन्सिल बीम रेडियोहरू तुलनात्मक रूपमा सानो हुन्छन्। यदि हालको घनत्व धेरै उच्च छ भने, बीम करन्ट घटाउनुपर्छ, जसको परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत कम आउटपुट शक्ति हुन्छ। बीम वर्तमान सुधार गर्नको लागि, प्लानर वितरण गरिएको मल्टिबीम, जसलाई SW को आकारमा पछि EOS मा निर्भर हुन्छ। टनेलिङ, प्लानर वितरित बहु-बीमले उच्च कुल बीम वर्तमान र प्रति बीम एक सानो प्रवाह कायम गरेर उच्च उत्पादन शक्ति प्राप्त गर्न सक्छ, जसले पाना-बीम उपकरणहरूको तुलनामा ओभरमोड बीम टनेलिङबाट बच्न सक्छ। त्यसकारण, यो यात्रा लहर ट्यूबको स्थिरता कायम राख्न लाभदायक छ। अघिल्लो work8,9 को आधारमा, यो कागजको फोकसको आधारमा डबल-फोकस फिल्ड, Gp, 9, यो पेपर-ब्यान्ड प्रोपोज। बीमको स्थिर प्रसारण दूरीलाई धेरै सुधार गर्न सक्छ र बीम अन्तरक्रिया क्षेत्रलाई अझ बढाउन सक्छ, जसले गर्दा आउटपुट पावरमा धेरै सुधार हुन्छ।
यस कागजको संरचना निम्नानुसार छ।पहिले, मापदण्डहरू, फैलावट विशेषताहरू विश्लेषण र उच्च आवृत्ति सिमुलेशन परिणामहरू सहितको SWS सेल डिजाइन वर्णन गरिएको छ। त्यसपछि, एकाइ सेलको संरचना अनुसार, एक डबल पेन्सिल बीम EOS र किरण अन्तरक्रिया प्रणाली यस पेपरमा डिजाइन गरिएको छ। Intracellular कण सिमुलेशन परिणामहरू पनि प्रस्तुत गरिएको छ। कागजले संक्षिप्त रूपमा सम्पूर्ण HFS को शुद्धता प्रमाणित गर्न निर्माण र चिसो परीक्षण परिणामहरू प्रस्तुत गर्दछ। अन्तमा सारांश बनाउनुहोस्।
TWT को सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण घटक मध्ये एकको रूपमा, ढिलो-तरंग संरचनाको फैलावट गुणहरूले इलेक्ट्रोन वेग SWS को चरण वेगसँग मेल खान्छ कि भनेर संकेत गर्दछ, र यसरी बीम-वेभ अन्तरक्रियामा ठूलो प्रभाव छ। सम्पूर्ण TWT को कार्यसम्पादन सुधार गर्न, एक सुधारिएको अन्तरक्रिया संरचना डिजाइन गरिएको छ। एकाइमा देखाइएको छ। एकल कलम बीम को शक्ति सीमा, संरचना थप उत्पादन शक्ति र सञ्चालन स्थिरता सुधार गर्न एक डबल कलम बीम अपनाउछ।यसैबीच, काम गर्ने ब्यान्डविथ बढाउनको लागि, SWS सञ्चालन गर्न दोहोरो मोड प्रस्ताव गरिएको छ। SDV संरचनाको सममितताको कारणले, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र फैलावट समीकरणको समाधानलाई बिजोर र बिजोर मोडमा विभाजन गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, मौलिक विजोड मोडमा कम फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डको फन्ड फ्रिक्वेन्सी ब्यान्ड र रियल ब्यान्ड सिन्चब्यान्ड मोड प्रयोग गरिन्छ। बीम अन्तरक्रिया को एकीकरण, यसैले काम ब्यान्डविथ थप सुधार।
पावर आवश्यकताहरु अनुसार, सम्पूर्ण ट्यूब 20 kV को ड्राइभिङ भोल्टेज र 2 × 80 mA को एक डबल बीम वर्तमान संग डिजाइन गरिएको छ। SDV-SWS को अपरेटिङ ब्यान्डविथ संग भोल्टेज सकेसम्म मिलाउन को लागी, हामीले अवधि को लम्बाई गणना गर्न आवश्यक छ।
220 GHz को केन्द्र फ्रिक्वेन्सीमा 2.5π मा फेज शिफ्ट सेट गरेर, अवधि p लाई 0.46 mm मा गणना गर्न सकिन्छ। चित्र 2a ले SWS एकाइ सेलको फैलावट गुणहरू देखाउँछ। 20 kV बिमलाइनले बिमोडल कर्भसँग राम्रोसँग मेल खान्छ। फ्रिक्वेन्सी 762 GHz-20 GHz मा मिल्दो ब्यान्डहरू 0.46 mm मा पुग्न सक्छ। मोड) र 265.4–280 GHz (सम मोड) दायराहरू। चित्र 2b ले औसत युग्मन प्रतिबाधा देखाउँछ, जुन 210 देखि 290 GHz सम्म 0.6 Ω भन्दा ठूलो छ, यसले अपरेटिङ ब्यान्डविथमा बलियो अन्तरक्रियाहरू हुन सक्छ भन्ने संकेत गर्छ।
(a) 20 kV इलेक्ट्रोन बीमलाइनको साथ डुअल-मोड SDV-SWS को फैलावट विशेषताहरू। (b) SDV स्लो-वेभ सर्किटको अन्तरक्रिया प्रतिबाधा।
यद्यपि, यो ध्यान दिनु महत्त्वपूर्ण छ कि बिजोर र सम मोडहरू बीच ब्यान्ड ग्याप छ, र हामी सामान्यतया यो ब्यान्ड ग्यापलाई स्टप ब्यान्डको रूपमा उल्लेख गर्छौं, चित्र 2a मा देखाइए अनुसार। यदि TWT यस फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डको नजिक सञ्चालन गरिएको छ भने, बलियो बीम युग्मन बल हुन सक्छ, जसले अनावश्यक दोलनहरू निम्त्याउँछ। व्यावहारिक रूपमा TWT प्रयोग गरेर हामी यसलाई रोक्न सक्छौं। यस स्लो-वेभ संरचनाको ब्यान्ड ग्याप मात्र ०.१ GHz छ। यो सानो ब्यान्ड ग्यापले दोलनहरू निम्त्याउँछ कि भनेर निर्धारण गर्न गाह्रो छ। त्यसैले, अवांछित दोलनहरू हुन सक्छ कि भनी विश्लेषण गर्न निम्न PIC सिमुलेशन खण्डमा स्टप ब्यान्ड वरिपरि सञ्चालनको स्थिरता जाँच गरिनेछ।
सम्पूर्ण HFS को मोडेल चित्र 3 मा देखाइएको छ। यसले SDV-SWS को दुई चरणहरू समावेश गर्दछ, Bragg रिफ्लेक्टरहरू द्वारा जडान गरिएको छ। रिफ्लेक्टरको कार्य भनेको दुई चरणहरू बीचको सिग्नल प्रसारणलाई काट्नु, उच्च-अर्डर मोडहरू जस्तै काम नगर्ने मोडहरूको दोलन र प्रतिबिम्बलाई दबाउनु हो। बाह्य वातावरणमा जडान, एक रैखिक टेपर्ड युग्मक पनि SWS लाई WR-4 मानक वेभगाइडमा जडान गर्न प्रयोग गरिन्छ। दुई-स्तर संरचनाको प्रसारण गुणांक 3D सिमुलेशन सफ्टवेयरमा टाइम डोमेन सॉल्भरद्वारा मापन गरिन्छ। सामग्रीमा terahertz ब्यान्डको वास्तविक प्रभावलाई ध्यानमा राखेर, copper को सामग्रीलाई कम गर्नको लागि प्रारम्भिक रूपमा सेट गरिएको छ। 5×107 S/m12।
चित्र 4 ले रेखीय टेपर्ड कप्लरहरूसँग र बिना HFS को प्रसारण परिणामहरू देखाउँदछ। परिणामहरूले देखाउँदछ कि कप्लरले सम्पूर्ण HFS को प्रसारण कार्यसम्पादनमा कम प्रभाव पारेको छ। रिटर्न हानि (S11 < − 10 dB) र 207 ~ Fz broad s ट्रान्समिसनमा सम्पूर्ण प्रणालीको सम्मिलन घाटा (S21 > − 5 dB) लाई देखाउँदछ जुन 207 ~ Fz broad s ब्यान्ड राम्रो छ।
भ्याकुम इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको पावर सप्लाईको रूपमा, इलेक्ट्रोन बन्दूकले यन्त्रले पर्याप्त आउटपुट पावर उत्पादन गर्न सक्छ कि भनेर सीधै निर्धारण गर्दछ। खण्ड II मा HFS को विश्लेषणसँग मिलाएर, पर्याप्त शक्ति प्रदान गर्नको लागि एक डुअल-बीम EOS डिजाइन गर्न आवश्यक छ। यस भागमा, W-band8,9 मा अघिल्लो कामको आधारमा, एक डबल पेन्सिलको प्रयोग गरी इलेक्ट्रोनिक प्लान र इलेक्ट्रोनिक प्वाइन्ट नियन्त्रण गर्नको लागि एक डबल पेन्सिलको डिजाइन गरिएको छ। SWS को डिजाइन आवश्यकताहरू Sect.FIG मा देखाइएको छ।2, इलेक्ट्रोन बीमहरूको ड्राइभिङ भोल्टेज Ua सुरुमा 20 kV मा सेट गरिएको छ, दुईवटा इलेक्ट्रोन बीमहरूको प्रवाह I दुवै 80 mA छ, र इलेक्ट्रोन बीमहरूको बीम व्यास dw 0.13 mm छ। एकै समयमा, यो सुनिश्चित गर्नको लागि कि विद्युतीय घनत्व प्राप्त गर्न सकिन्छ र इलेक्ट्रोनको घनत्व प्राप्त गर्न सकिन्छ। बीम 7 मा सेट गरिएको छ, त्यसैले इलेक्ट्रोन बीमको वर्तमान घनत्व 603 A/cm2 छ, र क्याथोडको वर्तमान घनत्व 86 A/cm2 हो, जुन यो नयाँ क्याथोड सामग्री प्रयोग गरेर प्राप्त गर्न सकिन्छ। डिजाइन सिद्धान्त 14, 15, 16, 17 अनुसार, एक अद्वितीय इलेक्ट्रोनिक रूपमा पहिचान गर्न सकिन्छ।
चित्र 5 ले बन्दुकको तेर्सो र ठाडो योजनाबद्ध रेखाचित्रहरू क्रमशः देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि x-दिशामा इलेक्ट्रोन बन्दुकको प्रोफाइल लगभग एक सामान्य पाना-जस्तो इलेक्ट्रोन बन्दूकसँग मिल्दोजुल्दो छ, जबकि y-दिशामा दुई इलेक्ट्रोन बीमहरू आंशिक रूपमा x5 को स्थितिमा विभाजित छन्। mm, y = 0 mm र x = 0.155 mm, y = 0 mm, क्रमशः। कम्प्रेसन अनुपात र इलेक्ट्रोन इन्जेक्शन साइजको डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार, दुई क्याथोड सतहहरूको आयामहरू ०.९१ मिमी × ०.१३ मिमी हुन निर्धारण गरिन्छ।
x-दिशामा प्रत्येक इलेक्ट्रोन बीमले प्राप्त गरेको फोकस गरिएको बिजुली क्षेत्रलाई यसको केन्द्रको बारेमा सममित बनाउनको लागि, यो कागजले इलेक्ट्रोन बन्दुकमा नियन्त्रण इलेक्ट्रोड लागू गर्दछ। फोकस गर्ने इलेक्ट्रोडको भोल्टेज र कन्ट्रोल इलेक्ट्रोडलाई −20 kV मा सेट गरेर, र एनोडको भोल्टेजलाई 0 V मा सेट गरेर, हामीले ट्रागनको ड्युइगको रूपमा डिस्ट्रिब्युट गर्न सक्छौं। यो देख्न सकिन्छ कि उत्सर्जित इलेक्ट्रोनहरूसँग y-दिशामा राम्रो कम्प्रेसिबिलिटी हुन्छ, र प्रत्येक इलेक्ट्रोन बीम x-दिशा तिर आफ्नो सममितिको केन्द्रको साथ कन्भर्ज हुन्छ, जसले संकेत गर्दछ कि नियन्त्रण इलेक्ट्रोडले फोकस गर्ने इलेक्ट्रोडद्वारा उत्पन्न असमान विद्युत क्षेत्रलाई सन्तुलनमा राख्छ।
चित्र 7 ले x र y दिशाहरूमा बीम खाम देखाउँछ। परिणामहरूले x-दिशामा इलेक्ट्रोन बीमको प्रक्षेपण दूरी y-दिशामा भन्दा फरक छ भनेर देखाउँछ। x दिशामा थ्रो दूरी लगभग 4mm छ, र y दिशामा थ्रो दूरी 7mm नजिक छ। त्यसैले, वास्तविक थ्रो शो 8 र इलेक्ट्रोन शो 8 mm बीचको दूरी छनोट गर्नुपर्छ। क्याथोड सतहबाट 4.6 मिमीमा n बीम। हामीले क्रस सेक्शनको आकार मानक गोलाकार इलेक्ट्रोन बीमको सबैभन्दा नजिक छ भनेर देख्न सक्छौं। दुई इलेक्ट्रोन बीमहरू बीचको दूरी डिजाइन गरिएको 0.31 मिमीको नजिक छ, र त्रिज्या लगभग 0.13 मिमी छ, जसले डिजाइन आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ। चित्र 9 ले वर्तमान नतिजाहरू देखाउँदछ कि दुई 76m वर्तमान सिम्युलेसन हुन सक्छ। , जुन डिजाइन गरिएको 80mA सँग राम्रो सम्झौतामा छ।
व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा ड्राइभिङ भोल्टेजको उतार-चढ़ावलाई ध्यानमा राख्दै, यो मोडेलको भोल्टेज संवेदनशीलता अध्ययन गर्न आवश्यक छ। 19.8 ~ 20.6 kV को भोल्टेज दायरामा, वर्तमान र बीम वर्तमान खामहरू प्राप्त गरिन्छ, चित्र 1 मा देखाइए अनुसार र चित्र 1 मा देखाइएको छ र चित्र 1 को परिवर्तन गर्न सकिन्छ। भोल्टेजले इलेक्ट्रोन बीम खाममा कुनै प्रभाव पार्दैन, र इलेक्ट्रोन बीम करन्ट मात्र ०.७४ देखि ०.७८ A सम्म मात्र परिवर्तन हुन्छ। त्यसैले, यो कागजमा डिजाइन गरिएको इलेक्ट्रोन बन्दूकले भोल्टेजप्रति राम्रो संवेदनशीलता छ भनेर विचार गर्न सकिन्छ।
x- र y-दिशा बीम खामहरूमा ड्राइभिङ भोल्टेज उतार-चढ़ावको प्रभाव।
एक समान चुम्बकीय फोकस गर्ने क्षेत्र एक साझा स्थायी चुम्बक केन्द्रित प्रणाली हो। बिम च्यानलमा समान चुम्बकीय क्षेत्र वितरणको कारण, यो अक्षीय सममित इलेक्ट्रोन बीमहरूको लागि धेरै उपयुक्त छ। यस खण्डमा, डबल पेन्सिल बीमहरूको लामो दूरीको प्रसारणलाई कायम राख्नको लागि एक समान चुम्बकीय फोकस गर्ने प्रणाली प्रस्तावित छ। फोकस गर्ने प्रणालीको योजना प्रस्ताव गरिएको छ, र संवेदनशीलता समस्या अध्ययन गरिएको छ। एकल पेन्सिल बीम 18,19 को स्थिर प्रसारण सिद्धान्त अनुसार, Brillouin चुम्बकीय क्षेत्र मान समीकरण (2) द्वारा गणना गर्न सकिन्छ। यस पेपरमा, हामी यो समतुल्यता पनि प्रयोग गर्दछौं चुम्बकीय क्षेत्रको अनुमान गर्नको लागि यस पेपरको डिजाईनमा डबल डिजाईन गरिएको इलेक्ट्रोपेनबिनमा। , गणना गरिएको चुम्बकीय क्षेत्र मान लगभग 4000 Gs हो। रेफको अनुसार।20, 1.5-2 गुणा गणना गरिएको मान सामान्यतया व्यावहारिक डिजाइनहरूमा छनोट गरिन्छ।
चित्र 12 ले एक समान चुम्बकीय क्षेत्र फोकस गर्ने क्षेत्र प्रणालीको संरचना देखाउँछ। निलो भाग अक्षीय दिशामा चुम्बकित स्थायी चुम्बक हो। सामग्री चयन NdFeB वा FeCoNi हो। सिमुलेशन मोडेलमा सेट गरिएको remanence Br 1.3 T हो र पारगम्यता 1.05 छ। सर्कीटको लम्बाइ सुनिश्चित गर्नको लागि, पूर्ण रूपमा सर्कीट सेट गर्न योग्य ट्रान्समिसन हो। 70 mm। थप रूपमा, x दिशामा चुम्बकको आकारले बीम च्यानलमा ट्रान्सभर्स चुम्बकीय क्षेत्र समान छ कि छैन भनेर निर्धारण गर्दछ, जसको लागि x दिशामा आकार धेरै सानो हुन सक्दैन। एकै समयमा, लागत र सम्पूर्ण ट्यूबको वजनलाई ध्यानमा राख्दै, चुम्बकको आकार धेरै ठूलो हुनु हुँदैन। त्यसैले, प्रारम्भिक रूपमा चुम्बकहरू 1 मिमी × 5 मिमी 0 1 मिमी × 5 मिमी सेट हुन्छन्। यस बीचमा, सम्पूर्ण ढिलो-वेभ सर्किट फोकस गर्ने प्रणालीमा राख्न सकिन्छ भनेर सुनिश्चित गर्न, म्याग्नेटहरू बीचको दूरी 20mm मा सेट गरिएको छ।
2015 मा, पूर्ण चन्द्र पाण्डा21 ले एक समान चुम्बकीय फोकस गर्ने प्रणालीमा नयाँ स्टेप गरिएको प्वालको साथ पोल टुक्रा प्रस्ताव गरे, जसले क्याथोडमा फ्लक्स चुहावट र पोल टुक्रा प्वालमा उत्पन्न हुने ट्रान्सभर्स चुम्बकीय क्षेत्रको परिमाणलाई कम गर्न सक्छ। यस कागजमा, हामीले पोल पीसको मोटो संरचनामा फोकस प्रणालीको स्टेप गरिएको संरचना जोड्दछौं। 1.5mm, तीन चरणहरूको उचाइ र चौडाइ 0.5mm छ, र पोल टुक्रा प्वालहरू बीचको दूरी 2mm छ, चित्र 13 मा देखाइएको छ।
चित्र 14a ले दुई इलेक्ट्रोन बीमहरूको केन्द्र रेखाहरूमा अक्षीय चुम्बकीय क्षेत्र वितरण देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि दुई इलेक्ट्रोन बीमहरूमा चुम्बकीय क्षेत्र बलहरू बराबर छन्। चुम्बकीय क्षेत्र मान लगभग 6000 Gs छ, जुन सैद्धान्तिक Brillouin क्षेत्रको 1.5 गुणा हो, प्रसारण र फोकस गर्ने समयमा एउटै बिरालोको कार्यसम्पादन बढ्छ। कि पोल टुक्रा चुम्बकीय प्रवाह चुहावट रोक्न मा राम्रो प्रभाव छ। चित्र 14b ले ट्रान्सभर्स चुम्बकीय क्षेत्र वितरण देखाउँछ दुई इलेक्ट्रोन बीमको माथिल्लो किनारामा z दिशामा। यो देख्न सकिन्छ कि ट्रान्सभर्स चुम्बकीय क्षेत्र 200 Gs भन्दा कम छ पोल टुक्रामा मात्र, ट्रान्सभर्स फिल्डमा लगभग ढिलो भएको प्रमाणित हुन्छ, जबकि सर्भर्स प्वालमा। इलेक्ट्रोन बीममा अनुप्रस्थ चुम्बकीय क्षेत्रको प्रभाव नगण्य छ। ध्रुव टुक्राहरूको चुम्बकीय संतृप्ति रोक्नको लागि, ध्रुव टुक्राहरू भित्र चुम्बकीय क्षेत्र बल अध्ययन गर्न आवश्यक छ। चित्र 14c ले ध्रुव टुक्रा भित्र चुम्बकीय क्षेत्र वितरणको निरपेक्ष मान देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि चुम्बकीय क्षेत्रको बल 2 मा चुम्बकीय क्षेत्र भन्दा कम छ। पोल टुक्रा को संतृप्ति उत्पन्न हुनेछैन।
Br = 1.3 T. (a) अक्षीय क्षेत्र वितरणको लागि चुम्बकीय क्षेत्र शक्ति वितरण। (b) z दिशामा पार्श्व क्षेत्र वितरण। (c) पोल टुक्रा भित्र क्षेत्र वितरणको निरपेक्ष मान।
CST PS मोड्युलको आधारमा, डुअल बीम बन्दुकको अक्षीय सापेक्षिक स्थिति र फोकस गर्ने प्रणाली अप्टिमाइज गरिएको छ। रेफको अनुसार।9 र सिमुलेशनहरू, इष्टतम स्थान हो जहाँ एनोड टुक्रा चुम्बकबाट टाढा पोल टुक्रालाई ओभरल्याप गर्दछ। यद्यपि, यो फेला पर्‍यो कि यदि रिमेनन्स 1.3T मा सेट गरिएको थियो भने, इलेक्ट्रोन बीमको ट्रान्समिटेन्स 99% पुग्न सक्दैन। 1.4 T मा remanence बढाएर, फोकस गर्ने म्याग्नेन्स फिल्ड xoz50 र Goz50 मा वृद्धि हुनेछ। योज विमानहरू चित्र 15 मा देखाइएको छ। यो देख्न सकिन्छ कि बीममा राम्रो प्रसारण, सानो उतार-चढ़ाव, र 45mm भन्दा बढी प्रसारण दूरी छ।
Br = 1.4 T. (a) xoz विमान। (b) योज विमानको साथ एक समान चुम्बकीय प्रणाली अन्तर्गत डबल पेन्सिल बीमहरूको प्रक्षेपण।
चित्र 16 ले क्याथोडबाट टाढा विभिन्न स्थानहरूमा बीमको क्रस-सेक्शन देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि फोकस प्रणालीमा बीम खण्डको आकार राम्रोसँग मर्मत गरिएको छ, र खण्ड व्यास धेरै परिवर्तन गर्दैन। चित्र 17 ले क्रमशः x र y दिशाहरूमा बीम खामहरू देखाउँछ। यो देख्न सकिन्छ कि दुबै दिशाहरू धेरै सानो छ। बीम करेन्टको सिमुलेशन नतिजाहरू। नतिजाहरूले करेन्ट 2 × 80 mA हो, जुन इलेक्ट्रोन बन्दुक डिजाइनमा गणना गरिएको मानसँग मिल्दोजुल्दो छ भनी देखाउँछ।
क्याथोडबाट टाढा विभिन्न स्थानहरूमा इलेक्ट्रोन बीम क्रस सेक्शन (फोकस गर्ने प्रणालीको साथ)।
व्यावहारिक प्रशोधन अनुप्रयोगहरूमा असेंबली त्रुटिहरू, भोल्टेज उतार-चढ़ाव, र चुम्बकीय क्षेत्र शक्तिमा परिवर्तनहरू जस्ता समस्याहरूको श्रृंखलालाई ध्यानमा राख्दै, फोकस गर्ने प्रणालीको संवेदनशीलताको विश्लेषण गर्न आवश्यक छ। वास्तविक प्रशोधनमा एनोड टुक्रा र पोल टुक्रा बीचको अन्तर भएकोले, यो अन्तरलाई F1 mm simulation मान सेट गर्न आवश्यक छ। 9a ले y दिशामा बीम खाम र बीम वर्तमान देखाउँछ। यो नतिजाले बीम खाममा भएको परिवर्तन महत्त्वपूर्ण छैन र बीम वर्तमानमा कमै परिवर्तन हुन्छ भनेर देखाउँछ। त्यसैले, प्रणाली असेंबली त्रुटिहरूको लागि असंवेदनशील छ। ड्राइभिङ भोल्टेजको उतार-चढावको लागि, त्रुटि दायरा सेट गरिएको छ kV1 ± 0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.0.1.0. भोल्टेज परिवर्तनले बीम खाममा थोरै प्रभाव पार्छ। चुम्बकीय क्षेत्रको बलमा परिवर्तनहरूको लागि त्रुटि दायरा -0.02 देखि +0.03 T सम्म सेट गरिएको छ। तुलना परिणामहरू चित्र 20 मा देखाइएको छ। यो देख्न सकिन्छ कि बीम खाममा कठिन परिवर्तन हुन्छ, जसको मतलब सम्पूर्ण EOS चुम्बकीय क्षेत्र शक्तिमा परिवर्तनहरूप्रति असंवेदनशील छ।
एक समान चुम्बकीय फोकस प्रणाली अन्तर्गत बीम खाम र वर्तमान परिणामहरू। (a) असेंबली सहिष्णुता 0.2 मिमी छ। (b) ड्राइभिङ भोल्टेज उतार-चढ़ाव ± 0.5 kV छ।
०.६३ देखि ०.६८ T सम्मको अक्षीय चुम्बकीय क्षेत्र बल उतार चढावको साथ एक समान चुम्बकीय फोकस गर्ने प्रणाली अन्तर्गत बीम खाम।
यस पेपरमा डिजाइन गरिएको फोकस गर्ने प्रणाली HFS सँग मेल खान्छ भन्ने सुनिश्चित गर्न, अनुसन्धानको लागि फोकस गर्ने प्रणाली र HFS लाई संयोजन गर्न आवश्यक छ। चित्र 21 ले HFS लोड नभएको र बिना बीम खामहरूको तुलना देखाउँछ। परिणामहरूले देखाउँदछ कि सम्पूर्ण HFS लोड भएको बेला बीम खामले धेरै परिवर्तन गर्दैन। माथिको यात्राको लागि उपयुक्त HFS प्रणाली, HFS को लागि उपयुक्त छ।
खण्ड III मा प्रस्तावित EOS को शुद्धता प्रमाणित गर्न र 220 GHz SDV-TWT को कार्यसम्पादन जाँच गर्न, बीम-वेभ अन्तर्क्रियाको 3D-PIC सिमुलेशन गरिन्छ। सिमुलेशन सफ्टवेयर सीमितताहरूको कारणले गर्दा, हामीले HFS मा सम्पूर्ण EOS थप्न सकेनौं। त्यसैले, इलेक्ट्रोन e1 3 mm को इलेक्ट्रोन क्विटिङ सतह प्रतिस्थापन गरिएको थियो। र 0.31mm को दुई सतहहरू बीचको दूरी, माथि डिजाइन गरिएको इलेक्ट्रोन गन जस्तै समान प्यारामिटरहरू। EOS को असंवेदनशीलता र राम्रो स्थिरताको कारणले, ड्राइभिङ भोल्टेज PIC सिमुलेशनमा उत्कृष्ट आउटपुट पावर प्राप्त गर्नको लागि सही रूपमा अनुकूलित गर्न सकिन्छ। सिमुलेशन परिणामहरूले देखाउँदछ कि संतृप्त आउटपुट पावर, kV 6 को प्राप्त गर्न सकिन्छ। 2 × 80 mA (603 A/cm2), र 0.05 W को इनपुट पावर।
उत्कृष्ट आउटपुट सिग्नल प्राप्त गर्नका लागि, चक्रहरूको संख्या पनि अप्टिमाइज गर्न आवश्यक छ। दुई चरणहरूको संख्या 42 + 48 चक्र हुँदा उत्कृष्ट आउटपुट पावर प्राप्त गरिन्छ, चित्र 22a मा देखाइए अनुसार A 0.05 W इनपुट सिग्नललाई 314 W मा विस्तार गरिएको छ। ure, 220 GHz मा उचाईमा। चित्र 22b ले SWS मा इलेक्ट्रोन ऊर्जाको अक्षीय स्थिति वितरण देखाउँछ, धेरै जसो इलेक्ट्रोनहरूले ऊर्जा गुमाउँछन्। यो नतिजाले संकेत गर्दछ कि SDV-SWS ले इलेक्ट्रोनहरूको गतिज ऊर्जालाई RF संकेतहरूमा रूपान्तरण गर्न सक्छ, जसले गर्दा सिग्नल प्रवर्द्धन महसुस हुन्छ।
220 GHz मा SDV-SWS आउटपुट सिग्नल। (a) समावेश स्पेक्ट्रमको साथ आउटपुट पावर। (b) SWS इनसेटको अन्त्यमा इलेक्ट्रोन बीमको साथ इलेक्ट्रोनहरूको ऊर्जा वितरण।
चित्र 23 ले डुअल-मोड डुअल-बिम SDV-TWT को आउटपुट पावर ब्यान्डविथ र लाभ देखाउँछ। 200 देखि 275 GHz सम्म फ्रिक्वेन्सीहरू स्वीप गरेर र ड्राइभ भोल्टेज अप्टिमाइज गरेर आउटपुट कार्यसम्पादनलाई अझ सुधार गर्न सकिन्छ। यो परिणामले देखाउँछ कि 3-dB bandwid5 GHz लाई कभर गर्दछ। सञ्चालनले अपरेटिङ ब्यान्डविथलाई ठूलो मात्रामा फराकिलो बनाउन सक्छ।
यद्यपि, चित्र 2a अनुसार, हामीलाई थाहा छ कि बिजोर र सम मोडहरू बीच एक स्टप ब्यान्ड छ, जसले अनावश्यक दोलनहरू निम्त्याउन सक्छ। त्यसैले, स्टपहरू वरिपरिको कार्य स्थिरता अध्ययन गर्न आवश्यक छ। फिगर 24a-c 20 ns सिमुलेशन परिणामहरू हुन् 265.3 GHz, 265GHz, 265 GHz, 265 GHz, गर्न सक्छन्। सिमुलेशन परिणामहरूमा केही उतार-चढाव भए तापनि आउटपुट पावर अपेक्षाकृत स्थिर छ भनेर हेर्नुहोस्। स्पेक्ट्रमलाई क्रमशः चित्र 24 मा पनि देखाइएको छ, स्पेक्ट्रम शुद्ध छ। यी नतिजाहरूले स्टपब्यान्ड नजिक कुनै सेल्फ-ओसिलेशन छैन भनी संकेत गर्छ।
सम्पूर्ण HFS को शुद्धता प्रमाणित गर्न निर्माण र मापन आवश्यक छ। यस भागमा, HFS 0.1 mm को उपकरण व्यास र 10 μm को एक मेसिनिंग शुद्धता संग कम्प्युटर संख्यात्मक नियन्त्रण (CNC) टेक्नोलोजी प्रयोग गरेर बनाइएको छ। उच्च आवृत्ति संरचना को लागि सामग्री उच्च-फ्रिक्वेन्सी 5 ओक्सिग्जेन-फ्री कोपरले प्रदान गरिएको छ। ब्रिकेटेड संरचना। सम्पूर्ण संरचनाको लम्बाइ 66.00 मिमी, चौडाइ 20.00 मिमी र 8.66 मिमीको उचाइ छ। संरचनाको वरिपरि आठ पिन प्वालहरू वितरण गरिएको छ। चित्र 25b ले इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी (SEM) स्क्यान गरेर संरचना देखाउँछ। यसका ब्लेडहरूले संरचनालाई राम्रोसँग मापन गर्दछ र मापनको सतहमा राम्रो समानता छ। त्रुटि 5% भन्दा कम छ, र सतह खुर्दापन लगभग 0.4μm छ। मेशिन संरचना डिजाइन र सटीक आवश्यकताहरू पूरा गर्दछ।
चित्र 26 ले वास्तविक परीक्षण नतिजाहरू र प्रसारण कार्यसम्पादनको सिमुलेशनहरू बीचको तुलना देखाउँछ। चित्र 26a मा पोर्ट 1 र पोर्ट 2 क्रमशः HFS को इनपुट र आउटपुट पोर्टहरूसँग मेल खान्छ, र चित्र 3 मा पोर्ट 1 र पोर्ट 4 को बराबर छन्। वास्तविक मापन परिणामहरू S11 को परिणामहरू भन्दा राम्रो मापन समय हो। S21 को केहि नराम्रो छ। कारण यो हुन सक्छ कि सिमुलेशनमा सेट गरिएको सामग्री चालकता धेरै उच्च छ र वास्तविक मेसिनिंग पछि सतहको नरमपन कमजोर छ। समग्रमा, मापन परिणामहरू सिमुलेशन नतिजाहरूसँग राम्रो सम्झौतामा छन्, र प्रसारण ब्यान्डविथले 70 GHz को आवश्यकता पूरा गर्दछ, जसले सम्भाव्यता प्रमाणित गर्दछ। वास्तविक निर्माण प्रक्रिया र परीक्षण नतिजाहरूसँग जोडिएको, यस पेपरमा प्रस्तावित अल्ट्रा-ब्रोडब्यान्ड डुअल-बीम SDV-TWT डिजाइनलाई पछिको निर्माण र अनुप्रयोगहरूको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ।
यस पेपरमा, प्लानर डिस्ट्रिब्युसन 220 GHz डुअल-बीम SDV-TWT को विस्तृत डिजाइन प्रस्तुत गरिएको छ। डुअल-मोड अपरेशन र डुअल-बीम एक्साइटेशनको संयोजनले अपरेटिङ ब्यान्डविथ र आउटपुट पावरलाई अझ बढाउँछ। HF को शुद्धता प्रमाणित गर्न निर्माण र चिसो परीक्षण पनि गरिन्छ।वास्तविक मापन परिणामहरू सिमुलेशन परिणामहरूसँग राम्रो सम्झौतामा छन्। डिजाइन गरिएको दुई-बीम EOS को लागि, दुई-पेन्सिल बीम उत्पादन गर्न मास्क खण्ड र नियन्त्रण इलेक्ट्रोडहरू सँगै प्रयोग गरिएको छ। डिजाइन गरिएको समान फोकस गर्ने चुम्बकीय क्षेत्र अन्तर्गत, इलेक्ट्रोन बीमलाई राम्रो आकारको साथ लामो दूरीमा स्थिर रूपमा प्रसारित गर्न सकिन्छ। भविष्यमा, TOS को उत्पादन र परीक्षणको सम्पूर्ण परीक्षण गरिनेछ। .यस पेपरमा प्रस्तावित यो SDV-TWT डिजाइन योजनाले हालको परिपक्व विमान प्रशोधन प्रविधिलाई पूर्ण रूपमा संयोजन गर्दछ, र कार्यसम्पादन सूचकहरू र प्रशोधन र एसेम्बलीमा ठूलो सम्भावना देखाउँछ। त्यसैले, यो कागजले टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा भ्याकुम इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको विकास प्रवृति बन्ने सम्भावना रहेको प्लानर संरचनालाई विश्वास गर्छ।
यस अध्ययनका अधिकांश कच्चा डाटा र विश्लेषणात्मक मोडेलहरू यस पेपरमा समावेश गरिएका छन्। थप सान्दर्भिक जानकारी सम्बन्धित लेखकबाट उचित अनुरोधमा प्राप्त गर्न सकिन्छ।
Gamzina, D. et al. Nanoscale CNC Machining of sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016)।
मलेकाबादी, A. र Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication of sub-terahertz Waveguides 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 THz टेक्नोलोजी रोडम्याप।जे।Physics.D लागू गर्न को लागी.physics.50, 043001। https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017)।
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC अल्ट्रा-ब्रोडब्यान्ड मार्फत प्लाज्मोनिक तरंग प्रसारको कडा परिबन्ध स्तब्ध भएको डबल-ग्रेटिंग वेभगाइड्स।application.physics.Wright.93, 221504। https://doi.org/10.1063/1.1063/1.460 (1.460)।
Baig, A. et al. Nano CNC मेसिन भएको 220-GHz ट्राभलिङ्ग वेभ ट्यूब एम्पलीफायरको प्रदर्शन। IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017)।
हान, वाई. र रुआन, सीजे म्याक्रोस्कोपिक कोल्ड फ्लुइड मोडेल सिद्धान्त प्रयोग गरेर असीम चौडा पाना इलेक्ट्रोन बीमहरूको डायोकोट्रोन अस्थिरताको अनुसन्धान गर्दै। चिन फिज बी।
Galdetskiy, AV मल्टिबीम क्लाइस्ट्रोनमा बीमको प्लानर लेआउटद्वारा ब्यान्डविथ बढाउने अवसरमा। भ्याकुम इलेक्ट्रोनिक्स, बैंगलोर, भारत, 5747003, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/101010135 (10.1109/101010135) 12 औं IEEE अन्तर्राष्ट्रिय सम्मेलनमा।
Nguyen, CJ et al. W-band staggered डबल-ब्लेड ट्राभलिङ वेभ ट्यूब [J] मा साँघुरो बीम विभाजन विमान वितरण संग तीन-बीम इलेक्ट्रोन बन्दुकको डिजाइन [J]।Science.Rep।11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021)।
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB र Ruan, CJ Planar ले W-band आधारभूत मोड TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) को लागि संकीर्ण बीम विभाजनको साथ तीन-बीम इलेक्ट्रोन अप्टिकल प्रणाली वितरण गर्यो।
Zhan, M. मिलिमिटर-वेभ शीट बीमहरू 20-22 (पीएचडी, बेहांग विश्वविद्यालय, 2018) संग इन्टरलिभ डबल-ब्लेड ट्राभलिंग वेभ ट्यूबमा अनुसन्धान।
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved डुअल-ब्लेड ट्राभलिङ वेभ ट्यूबको बीम-वेभ अन्तरक्रिया स्थिरतामा अध्ययन। इन्फ्रारेड मिलिमिटर र टेराहर्ट्ज वेभ्स, नागोया.8510263, https://z.1010263, https://z.1010263, https://z.1010263, https://z.1010263, https://z.1010263/2018/2018 2018 2018 2018 2018 2018 2018 2018-2018 ०२६३ (२०१८)।