Ďakujeme, že ste navštívili Nature.com. Verzia prehliadača, ktorú používate, má obmedzenú podporu pre CSS. Pre najlepší zážitok vám odporúčame použiť aktualizovaný prehliadač (alebo vypnúť režim kompatibility v Internet Exploreri). Aby sme zabezpečili nepretržitú podporu, budeme stránku zobrazovať bez štýlov a JavaScriptu.
V tomto dokumente je navrhnutá a overená 220GHz širokopásmová vysokovýkonná prekladaná dvojlistová elektrónka s postupnou vlnou. Najprv je navrhnutá rovinná dvojlúčová stupňovitá dvojlistová pomalovlnová štruktúra. Použitím dvojrežimovej prevádzkovej schémy je prenosový výkon a šírka pásma takmer dvojnásobná v porovnaní s jednorežimovým. hnacie napätie je 20~21 kV a prúd je 2 × 80 mA. Ciele dizajnu. Použitím maskovej časti a riadiacej elektródy v pištoli s dvojitým lúčom môžu byť dva ceruzkové lúče zaostrené pozdĺž ich príslušných stredov s kompresným pomerom 7, zaostrovacia vzdialenosť je asi 0,18 mm a stabilita je dobrá. Rovnomerný magnetický zaostrovací systém môže dosiahnuť stabilný prenos magnetickým lúčom 5 mm. pole je 0,6 T, čo je dostatočné na pokrytie celého vysokofrekvenčného systému (HFS). Potom, aby sa overila použiteľnosť elektrónovo-optického systému a výkonnosť pomalovlnnej štruktúry, boli na celom HFS vykonané aj simulácie časticových buniek (PIC). Výsledky ukazujú, že systém interakcie s lúčom môže dosiahnuť špičkový výstupný výkon takmer 310 W pri 2V lúčovom napätí 220 GHz je optimalizovaný, 80,6 GHz A, zisk je 38 dB a šírka pásma 3 dB presahuje 35 dB okolo 70 GHz. Nakoniec sa vykoná vysoko presná výroba mikroštruktúry na overenie výkonu HFS a výsledky ukazujú, že šírka pásma a prenosové charakteristiky sú v dobrej zhode s výsledkami simulácie. Preto sa v schéme navrhnutej v tomto dokumente očakáva, že zdroje ultra-broadbandtera vyvinú budúce vysokovýkonné aplikácie.
Ako tradičné vákuové elektronické zariadenie hrá trubica s pohyblivou vlnou (TWT) nenahraditeľnú úlohu v mnohých aplikáciách, ako sú radary s vysokým rozlíšením, satelitné komunikačné systémy a prieskum vesmíru1,2,3.Avšak, keď prevádzková frekvencia vstúpi do terahertzového pásma, tradičné TWT s prepojenou dutinou a špirálové TWT neboli schopné uspokojiť potreby ľudí kvôli relatívne náročnému výrobnému výkonu, úzkym výrobným procesom, TWT. Pásmo Hz sa stalo veľmi znepokojujúcim problémom pre mnohé vedecké výskumné inštitúcie. V posledných rokoch sa novým pomalým vlnovým štruktúram (SWS), ako sú štruktúry s odstupňovanými dvoma lopatkami (SDV) a skladané vlnovodné štruktúry (FW), venovala veľká pozornosť vďaka ich prirodzeným planárnym štruktúram, najmä novým SDV-SWS so sľubným potenciálom. CNC) a UV-LIGA, celokovová obalová štruktúra môže poskytnúť väčšiu tepelnú kapacitu s vyšším výstupným výkonom a ziskom a štruktúra podobná vlnovodu môže tiež poskytnúť širšiu pracovnú šírku pásma. V súčasnosti UC Davis po prvýkrát v roku 2017 preukázal, že SDV-TWT dokáže generovať vysokovýkonné výstupy presahujúce 100 W a takmer 14 GHz, ktoré nedosahujú tieto požiadavky na šírku pásma G5 a dosahujú tieto požiadavky na šírku pásma 5. široká šírka pásma v terahertzovom pásme. Pre pásmo G-pásma SDV-TWT UC-Davis boli použité elektrónové lúče vo forme listov. Hoci táto schéma môže výrazne zlepšiť kapacitu prenosu prúdu lúča, je ťažké udržať veľkú prenosovú vzdialenosť kvôli nestabilite elektrónového optického systému regulácie lúča listu (EOS) a dochádza k prerušeniu lúča, čo môže tiež spôsobiť tunelovanie lúča.– Budenie a kmitanie 6,7. Aby boli splnené požiadavky na vysoký výstupný výkon, širokú šírku pásma a dobrú stabilitu THz TWT, v tomto príspevku je navrhnutý dvojlúčový SDV-SWS s dvojrežimovou prevádzkou. To znamená, že na zvýšenie šírky prevádzkového pásma je v tejto štruktúre navrhnutá a zavedená relatívne dvojrežimová prevádzka. A na zvýšenie malého výstupného výkonu sa používa aj plánovaná distribúcia rádiového lúča s dvojitým lúčom. obmedzenia vertikálnej veľkosti. Ak je prúdová hustota príliš vysoká, prúd lúča sa musí znížiť, čo má za následok relatívne nízky výstupný výkon. Na zlepšenie prúdu lúča sa objavil planárny distribuovaný viaclúčový EOS, ktorý využíva bočnú veľkosť SWS. Vďaka nezávislému tunelovaniu lúča môže plošný distribuovaný viaclúčový zväzok dosiahnuť vysoký výstupný výkon udržiavaním vysokého celkového prúdu lúča a malého prúdu v porovnaní so zariadeniami na lúč na jeden lúč. stabilita trubice s postupujúcou vlnou. Na základe predchádzajúcej práce8,9 tento dokument navrhuje G-pásmové rovnomerné magnetické pole zaostrujúce dvojitý ceruzkový lúč EOS, ktorý môže výrazne zlepšiť stabilnú prenosovú vzdialenosť lúča a ďalej zväčšiť oblasť interakcie lúča, čím sa výrazne zlepší výstupný výkon.
Štruktúra tohto článku je nasledovná. Najprv je opísaný návrh bunky SWS s parametrami, analýzou disperzných charakteristík a výsledkami vysokofrekvenčnej simulácie. Potom je podľa štruktúry základnej bunky v tomto článku navrhnutý dvojitý ceruzkový lúč EOS a systém interakcie lúča. Prezentované sú aj výsledky intracelulárnej simulácie častíc, aby sa overila použiteľnosť EOS a výkon SDV-TWT. Okrem toho sú výsledky celého testu za studena stručne prezentované ako správnosť výsledkov testu HFFS. .
Ako jedna z najdôležitejších súčastí TWT, disperzné vlastnosti pomalovlnnej štruktúry indikujú, či sa rýchlosť elektrónov zhoduje s fázovou rýchlosťou SWS, a teda má veľký vplyv na interakciu lúč-vlna. Na zlepšenie výkonu celého TWT je navrhnutá vylepšená interakčná štruktúra. Štruktúra základnej bunky je znázornená na obrázku 1. Vzhľadom na nestabilitu lúča lúča a ďalšie obmedzenie výkonu dvojitého lúča perového lúča výkon a stabilita prevádzky.Medzitým, aby sa zväčšila pracovná šírka pásma, bol navrhnutý duálny režim pre prevádzku SWS.Vzhľadom na symetriu štruktúry SDV možno riešenie disperznej rovnice elektromagnetického poľa rozdeliť na nepárne a párne režimy. Súčasne sa na realizáciu širokopásmovej interakcie šírky lúča používa základný nepárny režim nízkofrekvenčného pásma a základný párny režim vysokofrekvenčného pásma.
Podľa požiadaviek na výkon je celá elektrónka navrhnutá s budiacim napätím 20 kV a prúdom dvojitého lúča 2 × 80 mA. Aby sa napätie čo najviac zhodovalo s prevádzkovou šírkou pásma SDV-SWS, musíme vypočítať dĺžku periódy p. Vzťah medzi napätím lúča a periódou je znázornený v rovnici (1)10:
Nastavením fázového posunu na 2,5π pri strednej frekvencii 220 GHz možno vypočítať periódu p na 0,46 mm. Obrázok 2a znázorňuje disperzné vlastnosti jednotkovej bunky SWS. 20 kV lúč sa veľmi dobre zhoduje s bimodálnou krivkou. Zodpovedajúce frekvenčné pásma môžu dosiahnuť približne 70 GHz v režime 210–2806 GHz. s.Obrázok 2b ukazuje priemernú väzbovú impedanciu, ktorá je väčšia ako 0,6 Ω od 210 do 290 GHz, čo naznačuje, že v prevádzkovej šírke pásma môžu nastať silné interakcie.
(a) Disperzné charakteristiky dvojmódového SDV-SWS s elektrónovým zväzkom 20 kV. (b) Interakčná impedancia pomalovlnného obvodu SDV.
Je však dôležité si uvedomiť, že medzi nepárnym a párnym režimom existuje pásmová medzera a túto medzeru zvyčajne označujeme ako zastavovacie pásmo, ako je znázornené na obrázku 2a. Ak je TWT prevádzkovaný v blízkosti tohto frekvenčného pásma, môže nastať silná väzbová sila lúčov, čo povedie k nežiaducim osciláciám. V praktických aplikáciách sa vo všeobecnosti vyhýbame používaniu TWT v blízkosti nepriepustného pásma. Je však možné zistiť, či je toto malé pásmo 1 GHz ťažké. medzera spôsobuje oscilácie. Preto sa v nasledujúcej časti o simulácii PIC bude skúmať stabilita prevádzky v okolí dorazového pásma, aby sa analyzovalo, či sa môžu vyskytnúť nežiaduce oscilácie.
Model celého HFS je znázornený na obrázku 3. Pozostáva z dvoch stupňov SDV-SWS, spojených Braggovými reflektormi. Funkciou reflektora je prerušiť prenos signálu medzi dvoma stupňami, potlačiť osciláciu a odraz nepracovných režimov, ako sú režimy vysokého poriadku generované medzi hornou a dolnou lopatkou, čím sa výrazne zlepší stabilita celej trubice, pre pripojenie k vonkajšiemu prostrediu sa používa štandardný lineárny vodič SWR-4 vlnový. .Koeficient priepustnosti dvojúrovňovej štruktúry sa meria pomocou časovej domény v 3D simulačnom softvéri. Vzhľadom na skutočný vplyv terahertzového pásma na materiál je materiál vákuovej obálky na začiatku nastavený na meď a vodivosť je znížená na 2,25×107 S/m12.
Obrázok 4 ukazuje výsledky prenosu pre HFS s lineárnymi kužeľovými spojkami a bez nich. Výsledky ukazujú, že spojka má malý vplyv na prenosový výkon celého HFS. Strata spätného pohybu (S11 < − 10 dB) a vložená strata (S21 > − 5 dB) celého systému v širokopásmovom pásme 207 ~ 280 GHz ukazuje, že HFS má dobré prenosové charakteristiky.
Ako napájanie vákuových elektronických zariadení elektrónové delo priamo určuje, či zariadenie dokáže generovať dostatočný výstupný výkon. V kombinácii s analýzou HFS v sekcii II je potrebné navrhnúť dvojlúčový EOS, aby poskytoval dostatočný výkon. V tejto časti je na základe predchádzajúcej práce v pásme W-band8,9 navrhnuté dvojité ceruzkové elektrónové delo s použitím planárnej časti masky a riadiacich elektród. Po prvé, podľa konštrukčných požiadaviek na S. A. Obr.2, budiace napätie Ua elektrónových lúčov je na začiatku nastavené na 20 kV, prúdy I dvoch elektrónových lúčov sú oba 80 mA a priemer lúča dw elektrónových lúčov je 0,13 mm. Súčasne, aby sa zabezpečilo, že prúdová hustota elektrónového lúča a katódy sa dá dosiahnuť 7 hustota elektrónového lúča, 3 je kompresný pomer elektrónového lúča. A/cm2 a prúdová hustota katódy je 86 A/cm2, čo sa dá dosiahnuť použitím nových katódových materiálov. Podľa teórie konštrukcie 14, 15, 16, 17 možno jednoznačne identifikovať typické elektrónové delo Pierce.
Obrázok 5 ukazuje horizontálne a vertikálne schematické nákresy pištole. Je vidieť, že profil elektrónovej pištole v smere x je takmer identický s profilom typického listového elektrónového dela, zatiaľ čo v smere y sú dva elektrónové lúče čiastočne oddelené maskou. Polohy dvoch katód sú v poradí x = – 0,155 mm, 0 mm a = 0,155 mm, 0 mm, y = 0,05 mm, y. v súlade s konštrukčnými požiadavkami na kompresný pomer a veľkosť vstrekovania elektrónov sú rozmery dvoch katódových povrchov určené na 0,91 mm × 0,13 mm.
Aby bolo zaostrené elektrické pole prijímané každým elektrónovým lúčom v smere x symetrické okolo jeho vlastného stredu, tento článok aplikuje riadiacu elektródu na elektrónové delo. Nastavením napätia fokusačnej elektródy a riadiacej elektródy na -20 kV a napätia anódy na 0 V môžeme získať rozloženie trajektórie dvojlúčového dela, ktoré má dobrú komprimáciu a vyžarovanie, ako je znázornené na obr. každý elektrónový lúč sa zbieha v smere x pozdĺž vlastného stredu symetrie, čo naznačuje, že riadiaca elektróda vyrovnáva nerovnaké elektrické pole generované zaostrovacou elektródou.
Obrázok 7 znázorňuje obálku lúča v smere x a y. Výsledky ukazujú, že projekčná vzdialenosť elektrónového lúča v smere x je iná ako v smere y. Vzdialenosť vrhu v smere x je asi 4 mm a vzdialenosť vrhu v smere y je blízka 7 mm. Skutočná vzdialenosť lúča by sa preto mala zvoliť medzi 4 a 4 mm pri priereze elektrického lúča 6 mm. Vidíme, že tvar prierezu sa najviac približuje štandardnému kruhovému elektrónovému lúču. Vzdialenosť medzi dvoma elektrónovými lúčmi je blízka projektovanej hodnote 0,31 mm a polomer je približne 0,13 mm, čo spĺňa konštrukčné požiadavky. Na obrázku 9 sú výsledky simulácie prúdu lúča. Je vidieť, že prúdy dvoch lúčov sú 76 mA, čo je v dobrej zhode s navrhnutým 80 mA.
Vzhľadom na kolísanie budiaceho napätia v praktických aplikáciách je potrebné preštudovať napäťovú citlivosť tohto modelu. V rozsahu napätia 19,8 ~ 20,6 kV sa získajú prúdové a prúdové obálky lúča, ako je znázornené na obrázku 1 a obrázku 1.10 a 11. Z výsledkov je zrejmé, že zmena napájacieho napätia z elektrónového lúča nemá žiadny vplyv a A74 sa mení iba na elektrónový lúč.0 e, možno uvažovať, že elektrónové delo navrhnuté v tomto článku má dobrú citlivosť na napätie.
Vplyv kolísania budiaceho napätia na obálky lúčov v smere x a y.
Rovnomerné magnetické zaostrovacie pole je bežným zaostrovacím systémom permanentných magnetov. Vďaka rovnomernému rozloženiu magnetického poľa v celom kanáli lúča je veľmi vhodné pre osovo symetrické elektrónové lúče. V tejto časti je navrhnutý jednotný systém magnetického zaostrovania na udržanie prenosu dvojitých ceruzkových lúčov na veľké vzdialenosti. Analýzou generovaného magnetického poľa a obálky lúča sa študuje konštrukčná schéma zaostrovacieho systému19 a problém stabilného prenosu lúča1 a problém stabilného prenosu lúča8. llouinovu hodnotu magnetického poľa možno vypočítať pomocou rovnice (2). V tomto článku používame túto ekvivalenciu aj na odhad magnetického poľa priečne rozloženého dvojitého ceruzkového lúča. V kombinácii s elektrónovým delom navrhnutým v tomto článku je vypočítaná hodnota magnetického poľa asi 4000 Gs. Podľa ref.20, 1,5-2 násobok vypočítanej hodnoty sa zvyčajne volí v praktických prevedeniach.
Na obrázku 12 je znázornená štruktúra jednotného systému zaostrovacieho poľa magnetického poľa. Modrá časť je permanentný magnet zmagnetizovaný v axiálnom smere. Výber materiálu je NdFeB alebo FeCoNi. Remanencia Br nastavená v simulačnom modeli je 1,3 T a permeabilita je 1,05. Aby sa zabezpečil stabilný prenos lúča v celom obvode, určte, či je pôvodne veľkosť magnetu v smere x 0 mm. priečne magnetické pole v kanáli lúča je rovnomerné, čo si vyžaduje, aby veľkosť v smere x nemohla byť príliš malá. Zároveň vzhľadom na cenu a hmotnosť celej trubice by veľkosť magnetu nemala byť príliš veľká. Preto sú magnety na začiatku nastavené na 150 mm × 150 mm × 70 mm. Medzitým, aby sa zabezpečilo, že celý magnet je možné umiestniť do 2 mm, je zaostrovací systém nastavený na 2 mm.
V roku 2015 Purna Chandra Panda21 navrhla pólový nástavec s novým stupňovitým otvorom v jednotnom magnetickom zaostrovacom systéme, ktorý môže ďalej znižovať veľkosť úniku toku na katódu a priečne magnetické pole generované v otvore pólového nástavca. V tomto článku pridávame stupňovitú štruktúru k pólovému nástavcu zaostrovacieho systému. otvory sú 2 mm, ako je znázornené na obrázku 13.
Obrázok 14a znázorňuje distribúciu axiálneho magnetického poľa pozdĺž stredových línií dvoch elektrónových lúčov. Je možné vidieť, že sily magnetického poľa pozdĺž dvoch elektrónových lúčov sú rovnaké. Hodnota magnetického poľa je približne 6000 Gs, čo je 1,5-násobok teoretického Brillouinovho poľa na zvýšenie prenosu a zaostrovania. Zároveň má magnetické pole na katóde dobrý účinok, čo naznačuje, že magnetický pól je takmer dobrý. 4b je znázornené rozloženie priečneho magnetického poľa By v smere z na hornom okraji dvoch elektrónových lúčov. Je vidieť, že priečne magnetické pole je menšie ako 200 Gs iba pri otvore pólového nástavca, zatiaľ čo v pomalovlnnom obvode je priečne magnetické pole takmer nulové, čo dokazuje, že vplyv priečneho magnetického poľa na elektrónové úlomky je potrebné študovať vo vnútri magnetického poľa, je zanedbateľné14. c ukazuje absolútnu hodnotu rozloženia magnetického poľa vo vnútri pólového nástavca. Je možné vidieť, že absolútna hodnota intenzity magnetického poľa je menšia ako 1,2 T, čo naznačuje, že nenastane magnetická saturácia pólového nástavca.
Rozloženie intenzity magnetického poľa pre Br = 1,3 T.(a) Rozloženie axiálneho poľa.(b) Rozloženie laterálneho poľa By v smere z.(c) Absolútna hodnota rozloženia poľa v pólovom nástavci.
Na základe modulu CST PS je optimalizovaná axiálna vzájomná poloha dvojlúčovej pištole a zaostrovacieho systému. Podľa ref.9 a simulácie je optimálna poloha tam, kde anódový kus prekrýva pólový nástavec smerom od magnetu. Zistilo sa však, že ak bola remanencia nastavená na 1,3 T, priepustnosť elektrónového lúča by nemohla dosiahnuť 99 %. Zvýšením remanencie na 1,4 T sa zaostrovacie magnetické pole zvýši na 6500 oz. Na obrázku je možné zobraziť lúč xo oz. vidieť, že lúč má dobrý prenos, malé kolísanie a prenosovú vzdialenosť väčšiu ako 45 mm.
Trajektórie dvojitých ceruzkových lúčov pod homogénnym magnetickým systémom s Br = 1,4 T.(a) xoz rovina.(b) yoz lietadla.
Obrázok 16 ukazuje prierez lúča v rôznych polohách od katódy. Je vidieť, že tvar sekcie lúča v zaostrovacom systéme je dobre zachovaný a priemer sekcie sa príliš nemení. Obrázok 17 ukazuje obálky lúča v smere x a y, v uvedenom poradí. Je vidieť, že kolísanie lúča v oboch smeroch ukazuje, že výsledky lúča sú veľmi malé.8 Výsledky súčasnej simulácie lúča sú veľmi malé.0 mA, čo je v súlade s vypočítanou hodnotou v konštrukcii elektrónovej pištole.
Prierez elektrónového lúča (so zaostrovacím systémom) v rôznych polohách od katódy.
Vzhľadom na sériu problémov, ako sú chyby pri montáži, kolísanie napätia a zmeny intenzity magnetického poľa v praktických aplikáciách spracovania, je potrebné analyzovať citlivosť zaostrovacieho systému. Pretože medzi anódovým nástavcom a pólovým nástavcom je pri skutočnom spracovaní medzera, je potrebné túto medzeru nastaviť v simulácii. Hodnota medzery bola nastavená na 0,2 mm a obrázok 19a ukazuje, že obálka lúča a výsledný prúd lúča sa výrazne nezmenia. .Systém je preto necitlivý na chyby pri montáži.Pre kolísanie budiaceho napätia je rozsah chyby nastavený na ±0,5 kV.Obrázok 19b ukazuje výsledky porovnania.Je vidieť, že zmena napätia má malý vplyv na obálku lúča.Rozsah chýb je nastavený od -0,02 do +0,03 T pre zmeny v obálke magnetického poľa, čo znamená, že na obrázku E20OS sú tvrdé zmeny. necitlivé na zmeny intenzity magnetického poľa.
Obálka lúča a prúd sú výsledkom jednotného magnetického zaostrovacieho systému. (a) Montážna tolerancia je 0,2 mm. (b) Kolísanie budiaceho napätia je ±0,5 kV.
Obálka lúča pod jednotným magnetickým zaostrovacím systémom s kolísaním intenzity axiálneho magnetického poľa v rozmedzí od 0,63 do 0,68 T.
Aby sa zabezpečilo, že zaostrovací systém navrhnutý v tomto dokumente sa zhoduje s HFS, je potrebné pre výskum skombinovať zaostrovací systém a HFS. Obrázok 21 ukazuje porovnanie obálok lúča so zaťaženým HFS a bez neho. Výsledky ukazujú, že obálka lúča sa pri zaťažení celého HFS príliš nemení. Preto je zaostrovací systém vhodný pre trubicu s postupnou vlnou HFS vyššie uvedenej konštrukcie.
Na overenie správnosti EOS navrhnutého v časti III a preskúmanie výkonu 220 GHz SDV-TWT sa vykoná 3D-PIC simulácia interakcie lúč-vlna. Kvôli obmedzeniam simulačného softvéru sme neboli schopní pridať celý EOS do HFS. Preto bolo elektrónové delo nahradené ekvivalentným vyžarovacím povrchom s priemerom 3 mm a vzdialenosťou dvoch elektron 0,1 mm. pištoľ navrhnutá vyššie.Vďaka necitlivosti a dobrej stabilite EOS môže byť budiace napätie správne optimalizované na dosiahnutie najlepšieho výstupného výkonu v PIC simulácii.Výsledky simulácie ukazujú, že nasýtený výstupný výkon a zisk možno získať pri budiacom napätí 20,6 kV, prúde lúča 2 × 80 mA (603 A/cm2) a vstupnom výkone 0,05 W
Na získanie najlepšieho výstupného signálu je potrebné optimalizovať aj počet cyklov. Najlepší výstupný výkon sa dosiahne, keď je počet dvoch stupňov 42 + 48 cyklov, ako je znázornené na obrázku 22a. Vstupný signál 0,05 W je zosilnený na 314 W so ziskom 38 dB. Spektrum výstupného výkonu získané pomocou rýchlej Fourierovej transformácie, 22b GHz, predstavuje čisté rozloženie 22 GHz. energie elektrónov v SWS, pričom väčšina elektrónov energiu stráca. Tento výsledok naznačuje, že SDV-SWS dokáže premeniť kinetickú energiu elektrónov na RF signály, čím sa realizuje zosilnenie signálu.
Výstupný signál SDV-SWS na 220 GHz.(a) Výstupný výkon so zahrnutým spektrom.(b) Distribúcia energie elektrónov s elektrónovým lúčom na konci vložky SWS.
Obrázok 23 znázorňuje šírku pásma výstupného výkonu a zisk duálneho dvojlúčového SDV-TWT s duálnym režimom. Výstupný výkon možno ďalej zlepšiť zmenou frekvencií od 200 do 275 GHz a optimalizáciou napätia pohonu. Tento výsledok ukazuje, že šírka pásma 3 dB môže pokryť 205 až 275 GHz prevádzku, čo znamená, že prevádzka s dvojitou šírkou pásma môže výrazne rozšíriť.
Podľa obr. 2a však vieme, že medzi nepárnym a párnym režimom existuje pásmo zastavenia, čo môže viesť k nežiaducim osciláciám. Preto je potrebné študovať stabilitu práce okolo zarážok. Obrázky 24a-c sú výsledky simulácie 20 ns pri 265,3 GHz, 265,35 GHz a 265,35 GHz, aj keď výkon je relatívne stabilný, výstup je 4 GHz, výsledky simulácie sú relatívne stabilné. .Spektrum je tiež znázornené na obrázku 24, spektrum je čisté. Tieto výsledky naznačujú, že v blízkosti tlmivého pásma nedochádza k žiadnej vlastnej oscilácii.
Výroba a meranie sú potrebné na overenie správnosti celého HFS. V tejto časti je HFS vyrobený pomocou technológie počítačového numerického riadenia (CNC) s priemerom nástroja 0,1 mm a presnosťou obrábania 10 μm. 0,00 mm a výška 8,66 mm. Okolo konštrukcie je rozmiestnených osem otvorov pre kolíky.Obrázok 25b znázorňuje štruktúru pomocou skenovacej elektrónovej mikroskopie (SEM). Čepele tejto štruktúry sú rovnomerne vyrobené a majú dobrú drsnosť povrchu. Po presnom meraní je celková chyba opracovania menšia ako 5 % a drsnosť povrchu zodpovedá požiadavkám na presné obrábanie a presné opracovanie je približne 0,4 μm.
Obrázok 26 ukazuje porovnanie medzi skutočnými výsledkami testu a simuláciami prenosového výkonu. Port 1 a Port 2 na obrázku 26a zodpovedajú vstupným a výstupným portom HFS a sú ekvivalentné portu 1 a portu 4 na obrázku 3. Skutočné výsledky merania S11 sú o niečo lepšie ako výsledky simulácie. Zároveň sú namerané výsledky povrchovej vodivosti S21 príliš vysoká a príčina simulácie môže byť mierne horšia. opracovanie je slabé. Celkovo sú namerané výsledky v dobrej zhode s výsledkami simulácie a prenosová šírka pásma spĺňa požiadavku 70 GHz, čo overuje uskutočniteľnosť a správnosť navrhovaného dvojrežimového SDV-TWT. Preto v kombinácii so skutočným výrobným procesom a výsledkami testov je možné použiť ultraširokopásmový dvojlúčový SDV-TWT navrhnutý pre tento dizajn papiera a použiť ho.
V tomto príspevku je prezentovaný detailný návrh planárneho distribučného 220 GHz dvojlúčového SDV-TWT. Kombinácia duálneho režimu prevádzky a dvojlúčového budenia ďalej zvyšuje prevádzkovú šírku pásma a výstupný výkon. Pre overenie správnosti celého HFS sa vykonáva aj výroba a studený test.Skutočné výsledky merania sú v dobrej zhode s výsledkami simulácie. Pre navrhnutý dvojlúčový EOS sa na vytvorenie dvojtužkového lúča spolu použila maskovacia sekcia a riadiace elektródy. Pod navrhnutým rovnomerným zaostrovacím magnetickým poľom môže byť elektrónový lúč stabilne prenášaný na veľké vzdialenosti s dobrým tvarom. V budúcnosti sa bude vykonávať výroba a testovanie EOS a tepelná skúška celého tohto kombajnu bude plne vykonaná v TW TDV tejto schéme TW. Vyspelá technológia spracovania roviny a ukazuje veľký potenciál v ukazovateľoch výkonu a spracovaní a montáži. Preto sa tento článok domnieva, že planárna štruktúra sa s najväčšou pravdepodobnosťou stane vývojovým trendom vákuových elektronických zariadení v terahertzovom pásme.
Väčšina prvotných údajov a analytických modelov v tejto štúdii bola zahrnutá do tohto článku. Ďalšie relevantné informácie možno získať od príslušného autora na základe primeranej žiadosti.
Gamzina, D. et al.Nanoškálové CNC obrábanie sub-terahertzovej vákuovej elektroniky.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. a Paoloni, C. UV-LIGA mikrovýroba sub-terahertzových vlnovodov pomocou viacvrstvového fotorezistu SU-8.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS a kol. 2017 THz technologický plán.J.Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Silné obmedzenie šírenia plazmonických vĺn prostredníctvom ultraširokopásmových vlnovodov s dvojitou mriežkou.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al. Výkon nano CNC obrábaného 220-GHz zosilňovača s pohyblivou vlnou. IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Vyšetrovanie dikotrónovej nestability nekonečne širokých listových elektrónových lúčov pomocou makroskopickej teórie modelu studenej tekutiny.
Galdetskiy, AV o príležitosti zväčšiť šírku pásma planárnym rozložením lúča vo viaclúčovom klystrone. Na 12. medzinárodnej konferencii IEEE o vákuovej elektronike, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.470315.
Nguyen, CJ et al. Návrh trojlúčových elektrónových kanónov s úzkym rozdelením lúčov v rovine rozdeľovania v pásme W s dvojitou lopatkou s postupnou vlnou[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 Planárny distribuovaný trojlúčový elektrónový optický systém s úzkou separáciou lúčov pre základný režim W-pásma TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Research on Interleaved Double-Blade Traveling Wave Tube with Millimeter-Wave Sheet Beams 20-22 (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Štúdia o stabilite interakcie lúč-vlna v G-pásme prekladanej dual-blade vlnovej trubice. 2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.org1069/10.10.1010 018).