Faleminderit që vizituat Nature.com. Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS. Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose të çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer). Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta shfaqim sajtin pa stile dhe JavaScript.
Në këtë punim, është projektuar dhe verifikuar një tub valësh udhëtuese me dy tehe të ndërthurura me fuqi të lartë 220 GHz. Së pari, propozohet një strukturë planare me dy tehe me dy tehe të shkallëzuara me valë të ngadalta. Duke përdorur një skemë funksionimi me modalitet të dyfishtë, performanca e transmetimit dhe gjerësia e brezit janë pothuajse të dyfishta të kërkesave të fuqisë së vetme dhe të lartë për të. qëndrueshmëria e tubit të valës udhëtuese, është projektuar një sistem elektronik optik në formë të dyfishtë lapsi, voltazhi i drejtimit është 20~21 kV dhe rryma është 2 × 80 mA. Objektivat e projektimit. Duke përdorur pjesën e maskës dhe elektrodën e kontrollit në armën me rreze të dyfishtë, dy rrezet e lapsit mund të fokusohen me një distancë prej rreth 7 mm përqendrimi dhe 0. stabiliteti është i mirë. Sistemi uniform i fokusimit magnetik është optimizuar gjithashtu. Distanca e qëndrueshme e transmetimit të rrezes së dyfishtë të elektroneve planare mund të arrijë 45 mm dhe fusha magnetike e fokusimit është 0,6 T, e cila është e mjaftueshme për të mbuluar të gjithë sistemin me frekuencë të lartë (HFS). që sistemi i ndërveprimit të rrezes mund të arrijë një fuqi dalëse maksimale prej gati 310 W në 220 GHz, tensioni i optimizuar i rrezes është 20,6 kV, rryma e rrezes është 2 × 80 mA, fitimi është 38 dB dhe gjerësia e brezit 3-dB tejkalon 3-dB gjerësia e brezit është mbi 370 e lartë e strukturës B. verifikoni performancën e HFS, dhe rezultatet tregojnë se gjerësia e brezit dhe karakteristikat e transmetimit janë në përputhje të mirë me rezultatet e simulimit. Prandaj, skema e propozuar në këtë punim pritet të zhvillojë burime të rrezatimit terahertz me brez ultra të gjerë me fuqi të lartë, me potencial për aplikime në të ardhmen.
Si një pajisje elektronike tradicionale me vakum, tubi i valës udhëtuese (TWT) luan një rol të pazëvendësueshëm në shumë aplikacione të tilla si radarët me rezolucion të lartë, sistemet e komunikimit satelitor dhe eksplorimi i hapësirës1,2,3. Megjithatë, ndërsa frekuenca e funksionimit hyn në brezin terahertz, TWT me zgavër të kombinuar tradicionale dhe brezi spirale i lidhur me fuqinë e ulët, TWT-të e lidhura me fuqinë e ulët të njerëzve. , dhe procese të vështira prodhimi. Prandaj, mënyra se si të përmirësohet në mënyrë gjithëpërfshirëse performanca e brezit THz është bërë një çështje shumë shqetësuese për shumë institucione kërkimore shkencore. Vitet e fundit, strukturat e reja me valë të ngadalta (SWS), të tilla si strukturat me dy tehe të shkallëzuara (SDV) dhe strukturat e valëve të palosura (FWS) kanë marrë vëmendjen e tyre më të madhe të planeve jo të natyrshme. potencial.Kjo strukturë u propozua nga UC-Davis në vitin 20084. Struktura e rrafshët mund të fabrikohet lehtësisht nga teknikat e përpunimit mikro-nano si kontrolli numerik kompjuterik (CNC) dhe UV-LIGA, struktura e paketës tërësisht metalike mund të sigurojë kapacitet termik më të madh me fuqi dalëse dhe fitim më të lartë, dhe struktura e ngjashme me valën mund të ofrojë gjithashtu një brez të parë vizual në kohë pune më të gjerë10C. se SDV-TWT mund të gjenerojë dalje me fuqi të lartë mbi 100 W dhe sinjale me gjerësi brezi gati 14 GHz në brezin G5. Megjithatë, këto rezultate kanë ende boshllëqe që nuk mund të plotësojnë kërkesat përkatëse të fuqisë së lartë dhe gjerësisë së brezit të gjerë në brezin terahertz. Skema mund të përmirësojë ndjeshëm kapacitetin mbajtës të rrymës së rrezes, është e vështirë të mbash një distancë të gjatë transmetimi për shkak të paqëndrueshmërisë së sistemit optik elektronik të rrezes së fletës (EOS), dhe ekziston një tunel i rrezeve mbi-mode, i cili gjithashtu mund të shkaktojë vetërregullimin e rrezes.– Ngacmimi dhe lëkundja 6,7. Për të përmbushur kërkesat e fuqisë së prodhimit të lartë, gjerësisë së brezit të gjerë dhe qëndrueshmërisë së mirë të THz TWT, në këtë punim propozohet një SDV-SWS me dy rreze me funksionim të dyfishtë. Që do të thotë, për të rritur gjerësinë e brezit të funksionimit, një plan i shpërndarjes së dyfishtë të fuqisë në mënyrë të dyfishtë, propozohet një rritje e funksionimit të dyfishtë të fuqisë sipas kësaj strukture. Përdoren gjithashtu trarët me laps. Radiot me një rreze lapsi janë relativisht të vogla për shkak të kufizimeve të madhësisë vertikale. Nëse densiteti i rrymës është shumë i lartë, rryma e rrezes duhet të reduktohet, duke rezultuar në një fuqi dalëse relativisht të ulët. Për të përmirësuar rrymën e rrezes, është shfaqur EOS me shumë rreze me një shpërndarje planare, e cila shfrytëzon madhësinë anësore të rrezes me shumë rreze të SW-së. fuqia dalëse duke mbajtur një rrymë totale të lartë të rrezes dhe një rrymë të vogël për rreze, e cila mund të shmangë tunelizimin e rrezeve të mbimodrës në krahasim me pajisjet me trarë fletësh. Prandaj, është e dobishme të ruhet qëndrueshmëria e tubit të valës udhëtuese. Mbi bazën e punës së mëparshme8,9, ky dokument propozon një brez G të njëtrajtshëm me fokusimin e mëtejshëm të rrezes magnetike, e cila mund të përmirësojë më tej distancën e rrezeve të lapsit. zonë, duke përmirësuar në masë të madhe fuqinë dalëse.
Struktura e këtij punimi është si më poshtë. Fillimisht, përshkruhen dizajni i qelizës SWS me parametra, analiza e karakteristikave të dispersionit dhe rezultatet e simulimit me frekuencë të lartë. Më pas, sipas strukturës së qelizës së njësisë, në këtë punim është projektuar një rreze lapsi të dyfishtë EOS dhe sistemi i ndërveprimit të rrezeve. Rezultatet e simulimit të grimcave ndërqelizore janë paraqitur gjithashtu për të verifikuar dhe përdorshmërinë e pranishme të letrës WSDefT në mënyrë të shkurtër. dhe rezultatet e testit të ftohtë për të verifikuar korrektësinë e të gjithë HFS. Më në fund bëni një përmbledhje.
Si një nga komponentët më të rëndësishëm të TWT, vetitë dispersive të strukturës me valë të ngadaltë tregojnë nëse shpejtësia e elektronit përputhet me shpejtësinë fazore të SWS, dhe kështu ka një ndikim të madh në ndërveprimin rreze-valë. Për të përmirësuar performancën e të gjithë TWT, është projektuar një strukturë e përmirësuar e ndërveprimit. Struktura e njësisë në krah të fuqisë së unazës është treguar në C. rreze e vetme stilolapsi, struktura miraton një rreze stilolapsi të dyfishtë për të përmirësuar më tej fuqinë e prodhimit dhe stabilitetin e funksionimit.Ndërkohë, për të rritur gjerësinë e brezit të punës, është propozuar një modalitet i dyfishtë për funksionimin e SWS. Për shkak të simetrisë së strukturës SDV, zgjidhja e ekuacionit të shpërndarjes së fushës elektromagnetike mund të ndahet në modalitete tek dhe çift. Në të njëjtën kohë, modaliteti tek themelor i brezit të frekuencës së ulët të përdoret brezi i frekuencës së ulët dhe modaliteti themelor çift i brezit të frekuencës. veprim, duke përmirësuar kështu më tej gjerësinë e brezit të punës.
Sipas kërkesave të fuqisë, i gjithë tubi është projektuar me një tension lëvizës prej 20 kV dhe një rrymë rreze të dyfishtë prej 2 × 80 mA. Në mënyrë që të përputhet tensioni sa më afër që të jetë e mundur me gjerësinë e brezit të funksionimit të SDV-SWS, duhet të llogarisim gjatësinë e periudhës p. Marrëdhënia midis tensionit të rrezes së treguar në ekuacion 10 dhe periudhës është (1)
Duke vendosur zhvendosjen e fazës në 2.5π në frekuencën qendrore prej 220 GHz, periudha p mund të llogaritet të jetë 0.46 mm. Figura 2a tregon vetitë e dispersionit të qelizës së njësisë SWS. Linja e rrezes 20 kV përputhet shumë mirë me kurbën bimodale. Brezat e frekuencës së përputhshme mund të arrijnë në modalitetin 2521Hz (6.23Hz) rreth 70.23Hz. Gama 5,4–280 GHz (modaliteti i barabartë). Figura 2b tregon rezistencën mesatare të bashkimit, e cila është më e madhe se 0,6 Ω nga 210 në 290 GHz, duke treguar se mund të ndodhin ndërveprime të forta në gjerësinë e brezit operativ.
(a) Karakteristikat e dispersionit të një SDV-SWS me modalitet të dyfishtë me një rreze elektronike 20 kV. (b) Impedanca e ndërveprimit të qarkut me valë të ngadaltë SDV.
Megjithatë, është e rëndësishme të theksohet se ka një hendek brezi midis modaliteteve tek dhe çift, dhe ne zakonisht i referohemi këtij hendek brezi si brezi i ndalimit, siç tregohet në figurën 2a. Nëse TWT operohet pranë këtij brezi frekuencor, mund të ndodhë forca e fortë e bashkimit të rrezes, e cila do të çojë në lëkundje të padëshiruara. e kësaj strukture me valë të ngadaltë është vetëm 0.1 GHz. Është e vështirë të përcaktohet nëse ky hendek i vogël brezi shkakton lëkundje. Prandaj, qëndrueshmëria e funksionimit rreth brezit të ndalimit do të hetohet në seksionin vijues të simulimit të PIC për të analizuar nëse mund të ndodhin lëkundje të padëshiruara.
Modeli i të gjithë HFS është paraqitur në figurën 3. Ai përbëhet nga dy faza të SDV-SWS, të lidhura nga reflektorët Bragg. Funksioni i reflektorit është të ndërpresë transmetimin e sinjalit midis dy fazave, të shtypë lëkundjen dhe reflektimin e mënyrave jo-pune siç janë modalitetet e rendit të lartë të krijuara nga mënyra e lartë e lidhjes, e cila gjenerohet në mënyrë të madhe midis tubit të sipërm dhe të poshtëm. mjedisi, një bashkues linear me konik përdoret gjithashtu për të lidhur SWS me një valëdhënës standard WR-4. Koeficienti i transmetimit të strukturës me dy nivele matet nga një zgjidhës i domenit të kohës në softuerin e simulimit 3D. Duke marrë parasysh efektin aktual të brezit terahertz në material, materiali i mbështjellësit të përçueshmërisë së vakumit është reduktuar fillimisht në 20 × 1, dhe koeficienti i përçueshmërisë së vendosur në vakum është reduktuar në 2 × 1, fillimisht në 1 × 1. 2.
Figura 4 tregon rezultatet e transmetimit për HFS me dhe pa çiftëzues konik linearë. Rezultatet tregojnë se bashkuesi ka pak efekt në performancën e transmetimit të të gjithë HFS. Humbja e kthimit (S11 < - 10 dB) dhe humbja e futjes (S21 > - 5 dB) e të gjithë sistemit në brezin e gjerë HF 207~280 tregojnë se karakteristikat e mira të transmetimit 207~280 Hz.
Ndërsa furnizimi me energji elektrike i pajisjeve elektronike vakum, arma e elektroneve përcakton drejtpërdrejt nëse pajisja mund të gjenerojë energji të mjaftueshme të prodhimit.comed me analizën e HFS në Seksionin II, një EOS me rreze të dyfishtë duhet të jetë e dizajnuar për të siguruar energji të mjaftueshme.Në 2 7, pra dendësia e rrymës së rrezes elektronike është 603 A/cm2, dhe dendësia e rrymës së katodës është 86 A/cm2, e cila mund të arrihet me anë të Kjo arrihet duke përdorur materiale të reja katodike.Sipas teorisë së projektimit 14, 15, 16, 17, mund të jetë një armë tipike Pierce e identifikuar në mënyrë unike me elektron.
Figura 5 tregon diagramet skematike horizontale dhe vertikale të armës, respektivisht. Mund të shihet se profili i armës elektronike në drejtimin x është pothuajse identik me atë të një arme elektronike tipike si fletë, ndërsa në drejtimin y dy rrezet elektronike janë pjesërisht të ndara nga maska. Pozicionet e armës elektronike janë në dy x5 = 1 mmy = 5. 0,155 mm, y = 0 mm, përkatësisht. Sipas kërkesave të projektimit të raportit të ngjeshjes dhe madhësisë së injektimit të elektronit, dimensionet e dy sipërfaqeve të katodës përcaktohen të jenë 0,91 mm × 0,13 mm.
Në mënyrë që fusha elektrike e fokusuar e marrë nga çdo rreze elektronike në drejtimin x të jetë simetrike rreth qendrës së vet, ky punim aplikon një elektrodë kontrolli në armën elektronike. Duke vendosur tensionin e elektrodës së fokusimit dhe elektrodës së kontrollit në -20 kV, dhe tensionin e anodës në 0 V, ne mund të përftojmë shpërndarjen në Fig. që elektronet e emetuara kanë kompresibilitet të mirë në drejtimin y dhe secila rreze elektronike konvergjon drejt drejtimit x përgjatë qendrës së saj të simetrisë, gjë që tregon se elektroda e kontrollit balancon fushën elektrike të pabarabartë të krijuar nga elektroda e fokusimit.
Figura 7 tregon mbështjellësin e rrezes në drejtimet x dhe y. Rezultatet tregojnë se distanca e projeksionit të rrezes së elektronit në drejtimin x është e ndryshme nga ajo në drejtimin y. Distanca e hedhjes në drejtimin x është rreth 4 mm, dhe distanca e hedhjes në drejtimin y është afër 7 mm. Prandaj, distanca aktuale e hedhjes Fig-8 në drejtimin x duhet të zgjidhet ndërmjet the4. .6 mm nga sipërfaqja e katodës. Mund të shohim se forma e seksionit kryq është më afër një rrezeje elektronike standarde rrethore. Distanca midis dy rrezeve elektronike është afër 0.31 mm e projektuar, dhe rrezja është rreth 0.13 mm, e cila plotëson kërkesat e projektimit. Figura 9 tregon rezultatet e simulimit të rrezes. Figura 9 tregon rezultatet e simulimit të rrymës së rrezes. .
Duke marrë parasysh luhatjen e tensionit të lëvizjes në aplikime praktike, është e nevojshme të studiohet ndjeshmëria e tensionit të këtij modeli. Në intervalin e tensionit 19,8 ~ 20,6 kV, përftohen mbështjelljet e rrymës dhe rrymës së rrezes, siç tregohet në Figurën 1 dhe Figura 1.10 dhe se efekti i vozitjes nuk mund të shihet nga voltazhi nga 11. am, dhe rryma e rrezes elektronike ndryshon vetëm nga 0,74 në 0,78 A. Prandaj, mund të konsiderohet se arma elektronike e projektuar në këtë punim ka një ndjeshmëri të mirë ndaj tensionit.
Efekti i luhatjeve të tensionit drejtues në mbështjelljet e rrezeve me drejtim x dhe y.
Një fushë uniforme e fokusimit magnetik është një sistem i zakonshëm i fokusimit të përhershëm të magnetit. Për shkak të shpërndarjes uniforme të fushës magnetike në të gjithë kanalin e rrezes, ajo është shumë e përshtatshme për rreze elektronesh me bosht simetrike. Në këtë seksion, propozohet një sistem i njëtrajtshëm fokusimi magnetik për ruajtjen e transmetimit në distanca të gjata të rrezeve të dyfishtë të lapsit. Duke analizuar problemin e gjeneruar të fushës magnetike dhe të fokusit të gjeneruar, propozohet sistemi magnetik i përqendruar. Studuar.Sipas teorisë së transmetimit të qëndrueshëm të një rreze lapsi të vetme18,19, vlera e fushës magnetike të Brillouin mund të llogaritet me ekuacionin (2). Në këtë punim, ne përdorim këtë ekuivalencë për të vlerësuar fushën magnetike të një rreze lapsi të dyfishtë të shpërndarë anash. E kombinuar me armën elektronike të projektuar në këtë letër, vlera e llogaritur e fushës magnetike Re00f.20, 1,5-2 herë vlera e llogaritur zakonisht zgjidhet në dizajne praktike.
Figura 12 tregon strukturën e një sistemi të fushës së fokusimit të fushës magnetike uniforme. Pjesa blu është magneti i përhershëm i magnetizuar në drejtimin boshtor. Zgjedhja e materialit është NdFeB ose FeCoNi. Remanenca Br e vendosur në modelin e simulimit është 1.3 T dhe përshkueshmëria është 1.05. Për të siguruar transmetimin e qëndrueshëm të madhësisë fillestare të rrezes, gjatësia e plotë e rrezes është vendosur në mm7. magneti në drejtimin x përcakton nëse fusha magnetike tërthore në kanalin e rrezes është uniforme, gjë që kërkon që madhësia në drejtimin x të mos jetë shumë e vogël. Në të njëjtën kohë, duke marrë parasysh koston dhe peshën e të gjithë tubit, madhësia e magnetit nuk duhet të jetë shumë e madhe. Prandaj, magnetet fillimisht vendosen në 150 mm × 150 mm deri në 70 mm në të gjithë qarkun. , distanca midis magneteve është vendosur në 20 mm.
Në vitin 2015, Purna Chandra Panda21 propozoi një pjesë shtylle me një vrimë të re të shkallëzuar në një sistem të njëtrajtshëm fokusimi magnetik, i cili mund të zvogëlojë më tej madhësinë e rrjedhjes së fluksit në katodë dhe fushën magnetike tërthore të krijuar në vrimën e pjesës së shtyllës. Në këtë punim, ne shtojmë një pjesë të shkallëzuar të trashësisë së sistemit 1 në sistemin e fokusimit. mm, lartësia dhe gjerësia e tre hapave janë 0,5 mm dhe distanca midis vrimave të pjesës së shtyllës është 2 mm, siç tregohet në figurën 13.
Figura 14a tregon shpërndarjen aksiale të fushës magnetike përgjatë vijave qendrore të dy rrezeve elektronike. Mund të shihet se forcat e fushës magnetike përgjatë dy rrezeve elektronike janë pothuajse të barabarta. Vlera e fushës magnetike është rreth 6000 Gs, që është 1.5 herë më shumë se fusha teorike Brillouin për të rritur transmetimin dhe përqendrimin e fushës magnetike në të njëjtën kohë. një efekt i mirë në parandalimin e rrjedhjeve të fluksit magnetik. Figura 14b tregon shpërndarjen tërthore të fushës magnetike Në drejtimin z në skajin e sipërm të dy rrezeve elektronike. Mund të shihet se fusha magnetike e tërthortë është më e vogël se 200 Gs vetëm në vrimën e pjesës së poleve, ndërsa në qarkun me valë të ngadaltë, dëshmohet se ndikimi tërthor i fushës magnetike është zero, e cila është pothuajse g. Për të parandaluar ngopjen magnetike të pjesëve të poleve, është e nevojshme të studiohet forca e fushës magnetike brenda pjesëve të poleve. Figura 14c tregon vlerën absolute të shpërndarjes së fushës magnetike brenda pjesës së poleve. Mund të shihet se vlera absolute e forcës së fushës magnetike është më e vogël se 1,2 T, që tregon se ngopja magnetike e pjesës së poleve nuk do të ndodhë.
Shpërndarja e forcës së fushës magnetike për Br = 1.3 T. (a) Shpërndarja e fushës boshtore. (b) Shpërndarja e fushës anësore Nga në drejtimin z. (c) Vlera absolute e shpërndarjes së fushës brenda pjesës së poleve.
Bazuar në modulin CST PS, pozicioni relativ boshtor i armës me rreze të dyfishtë dhe sistemi i fokusimit është optimizuar. Sipas Ref.9 dhe simulimet, vendndodhja optimale është vendi ku pjesa e anodës mbivendoset me pjesën e poleve larg magnetit. Megjithatë, u konstatua se nëse remanenca ishte vendosur në 1.3T, transmetimi i rrezes elektronike nuk mund të arrinte 99%.Duke rritur remanencën në 1.4 T, fusha magnetike e fokusimit do të rritet në 00je në 65. Figura 15. Mund të shihet se trau ka transmetim të mirë, luhatje të vogël dhe një distancë transmetimi më të madhe se 45 mm.
Trajektoret e rrezeve të lapsit të dyfishtë nën një sistem magnetik homogjen me Br = 1,4 T.(a) rrafsh xoz.(b) avion yoz.
Figura 16 tregon prerjen tërthore të rrezes në pozicione të ndryshme larg nga katoda. Mund të shihet se forma e seksionit të rrezes në sistemin e fokusimit është ruajtur mirë, dhe diametri i seksionit nuk ndryshon shumë. Figura 17 tregon mbështjelljet e rrezeve në drejtimet x dhe y, përkatësisht. Mund të shihet se është rezultati i fluksit të fluksit 8 në drejtimin shumë të vogël të të dyjave. Rryma e rrezes. Rezultatet tregojnë se rryma është rreth 2 × 80 mA, e cila është në përputhje me vlerën e llogaritur në modelin e armës elektronike.
Prerje tërthore të rrezes elektronike (me sistem fokusimi) në pozicione të ndryshme larg katodës.
Duke marrë parasysh një sërë problemesh të tilla si gabimet e montimit, luhatjet e tensionit dhe ndryshimet në forcën e fushës magnetike në aplikimet praktike të përpunimit, është e nevojshme të analizohet ndjeshmëria e sistemit të fokusimit. Për shkak se ka një hendek midis pjesës së anodës dhe pjesës së poleve në përpunimin aktual, ky hendek duhet të vendoset në simulimin e vendosur mm2 dhe gapuree. dhe rryma e rrezes në drejtimin y. Ky rezultat tregon se ndryshimi në mbështjellësin e rrezes nuk është i rëndësishëm dhe rryma e rrezes vështirë se ndryshon. Prandaj, sistemi është i pandjeshëm ndaj gabimeve të montimit. Për luhatjen e tensionit të lëvizjes, diapazoni i gabimit është vendosur në ±0.5 kV. Figura 19b tregon efektin e pakët të ndryshimit që ka efekti i vogël i rrezeve. diapazoni është vendosur nga -0.02 në +0.03 T për ndryshimet në forcën e fushës magnetike. Rezultatet e krahasimit janë paraqitur në figurën 20. Mund të shihet se mbështjellja e rrezes vështirë se ndryshon, që do të thotë se i gjithë EOS është i pandjeshëm ndaj ndryshimeve në forcën e fushës magnetike.
Zarfi i rrezes dhe rryma rezulton nën një sistem uniform fokusimi magnetik. (a) Toleranca e montimit është 0,2 mm. (b) Luhatja e tensionit të drejtimit është ±0,5 kV.
Zarfi i rrezes nën një sistem uniform fokusimi magnetik me luhatje të fuqisë së fushës magnetike boshtore që variojnë nga 0,63 në 0,68 T.
Për të siguruar që sistemi i fokusimit i projektuar në këtë punim mund të përputhet me HFS, është e nevojshme të kombinohen sistemi i fokusimit dhe HFS për kërkime. Figura 21 tregon një krahasim të zarfeve të rrezeve me dhe pa HFS të ngarkuar. Rezultatet tregojnë se mbështjellja e rrezes nuk ndryshon shumë kur ngarkohet i gjithë HFS. Prandaj, sistemi i fokusimit të HFS është i përshtatshëm për modelin e valës së fokusimit të mësipërm.
Për të verifikuar korrektësinë e EOS-it të propozuar në seksionin III dhe për të hetuar performancën e SDV-TWT 220 GHz, është kryer një simulim 3D-PIC i ndërveprimit rreze-valë. Për shkak të kufizimeve të softuerit të simulimit, ne nuk ishim në gjendje të shtonim të gjithë EOS-in në HFS. Prandaj, elektroni emitting me një diametër equivalent3 u zëvendësua me një armë me diametër equivalent3 mm. dy sipërfaqet prej 0,31 mm, të njëjtat parametra si arma elektronike e projektuar më sipër. Për shkak të pandjeshmërisë dhe qëndrueshmërisë së mirë të EOS, voltazhi lëvizës mund të optimizohet siç duhet për të arritur fuqinë më të mirë të daljes në simulimin PIC. Rezultatet e simulimit tregojnë se fuqia dalëse e ngopur dhe fitimi mund të merren me një rrymë lëvizëse prej 2A × 0.6 m2A × 6 m 3 A/cm2), dhe një fuqi hyrëse prej 0,05 W.
Për të marrë sinjalin më të mirë të daljes, duhet të optimizohet edhe numri i cikleve. Fuqia më e mirë dalëse fitohet kur numri i dy fazave është 42 + 48 cikle, siç tregohet në figurën 22a. Një sinjal i hyrjes 0,05 W është përforcuar në 314 W me një fitim prej 38 dB, fuqia e transmetuar fitohet nga spektri i FF. në 220 GHz. Figura 22b tregon shpërndarjen e pozicionit boshtor të energjisë së elektroneve në SWS, me shumicën e elektroneve që humbasin energji. Ky rezultat tregon se SDV-SWS mund të konvertojë energjinë kinetike të elektroneve në sinjale RF, duke realizuar kështu amplifikimin e sinjalit.
Sinjali dalës SDV-SWS në 220 GHz. (a) Fuqia dalëse me spektrin e përfshirë. (b) Shpërndarja e energjisë e elektroneve me rreze elektronike në fund të hyrjes SWS.
Figura 23 tregon gjerësinë e brezit të fuqisë dalëse dhe fitimin e një SDV-TWT me dy rreze me modalitet të dyfishtë. Performanca e daljes mund të përmirësohet më tej duke fshirë frekuencat nga 200 në 275 GHz dhe duke optimizuar tensionin e makinës. Ky rezultat tregon se brezi prej 3-dB tregon se gjerësia 3-dB mund të mbulojë gjerësinë e madhe të brezit 2505Hz. mund të zgjerojë gjerësinë e brezit operativ.
Megjithatë, sipas Fig. 2a, ne e dimë se ka një brez ndalimi midis modaliteteve tek dhe çift, i cili mund të çojë në lëkundje të padëshiruara. Prandaj, stabiliteti i punës rreth ndalesave duhet të studiohet. Figura 24a-c janë rezultatet e simulimit 20 ns në 265.3 GHz, 265 GHz, përkatësisht 265.35 GHz. megjithëse rezultatet e simulimit kanë disa luhatje, fuqia dalëse është relativisht e qëndrueshme. Spektri është paraqitur gjithashtu në figurën 24 përkatësisht, spektri është i pastër. Këto rezultate tregojnë se nuk ka vetëlëkundje pranë brezit të ndalimit.
Fabrikimi dhe matja janë të nevojshme për të verifikuar korrektësinë e të gjithë HFS. Në këtë pjesë, HFS është fabrikuar duke përdorur teknologjinë e kontrollit numerik kompjuterik (CNC) me një diametër mjeti prej 0.1 mm dhe një saktësi përpunimi prej 10 μm. Materiali për strukturën me frekuencë të lartë sigurohet nga struktura pa oksigjen, ka gjatësinë e plotë të pëlhurës2a. 66,00 mm, një gjerësi prej 20,00 mm dhe një lartësi prej 8,66 mm. Tetë vrima kunjash janë të shpërndara rreth strukturës. Figura 25b tregon strukturën me mikroskop elektronik skanues (SEM). Tehet e kësaj strukture prodhohen në mënyrë të njëtrajtshme dhe kanë vrazhdësi të mirë të sipërfaqes. Pas matjes precize, gabimi i përgjithshëm është rreth 0 μchi machining. struktura ning plotëson kërkesat e projektimit dhe saktësisë.
Figura 26 tregon krahasimin midis rezultateve aktuale të provës dhe simulimeve të performancës së transmetimit. Porta 1 dhe Porta 2 në figurën 26a korrespondojnë me portat hyrëse dhe dalëse të HFS, përkatësisht, dhe janë ekuivalente me Portin 1 dhe Portin 4 në Figurën 3. Rezultatet aktuale të matjes së S11 janë pak më të këqija se rezultatet e matjes në kohë. qoftë se përçueshmëria e materialit e vendosur në simulim është shumë e lartë dhe vrazhdësia e sipërfaqes pas përpunimit aktual është e dobët. Në përgjithësi, rezultatet e matura janë në përputhje të mirë me rezultatet e simulimit dhe gjerësia e brezit të transmetimit plotëson kërkesën prej 70 GHz, e cila verifikon realizueshmërinë dhe korrektësinë e procesit të propozuar të modalitetit të dyfishtë. Dizajni SDV-TWT me rreze të dyfishtë i propozuar në këtë punim mund të përdoret për fabrikim dhe aplikime të mëvonshme.
Në këtë punim, është paraqitur një dizajn i detajuar i një shpërndarjeje planare SDV-TWT me rreze të dyfishtë 220 GHz. Kombinimi i funksionimit me modalitet të dyfishtë dhe ngacmimi me rreze të dyfishtë rrit më tej gjerësinë e brezit të funksionimit dhe fuqinë dalëse. Fabrikimi dhe testi i ftohtë kryhen gjithashtu për të verifikuar korrektësinë e të gjithë HFS.Rezultatet aktuale të matjes janë në përputhje të mirë me rezultatet e simulimit. Për EOS-in e projektuar me dy rreze, një seksion maskë dhe elektroda kontrolli janë përdorur së bashku për të prodhuar një rreze me dy lapsa. Nën një fushë magnetike uniforme të projektuar, tufa e elektronit mund të transmetohet në mënyrë të qëndrueshme në distanca të gjata me formë të mirë. Skema e propozuar në këtë punim kombinon plotësisht teknologjinë aktuale të përpunimit të planit të maturuar, dhe tregon potencial të madh në treguesit e performancës dhe përpunimin dhe montimin. Prandaj, ky punim beson se struktura planare ka më shumë gjasa të bëhet tendenca e zhvillimit të pajisjeve elektronike me vakum në brezin terahertz.
Shumica e të dhënave të papërpunuara dhe modeleve analitike në këtë studim janë përfshirë në këtë punim. Informacione të mëtejshme përkatëse mund të merren nga autori përkatës me kërkesë të arsyeshme.
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC machining of sub-terahertz vakum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. dhe Paoloni, C. Mikrofabrikimi UV-LIGA i përcjellësve valësh nënterahertz duke përdorur fotorezistent shumështresor SU-8.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 Udhërrëfyesi i teknologjisë THz.J.Physics.D për të aplikuar.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Mbyllje e fortë e përhapjes së valëve plazmonike nëpërmjet valëve me rrjetë të dyfishtë të shkallëzuar me brez të gjerë ultra-gjerë.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.6 (1.304).
Baig, A. et al.Performanca e një përforcuesi të tubave të valëve udhëtuese 220-GHz të përpunuar me nano CNC. Pajisjet elektronike IEEE Trans.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Hetimi i paqëndrueshmërisë së diokotroneve të rrezeve elektronike me fletë pafundësisht të gjerë duke përdorur teorinë e modelit makroskopik të lëngut të ftohtë.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/1011 (104).
Galdetskiy, AV mbi mundësinë për të rritur gjerësinë e brezit me anë të paraqitjes planare të rrezes në një klystron me shumë rreze. Në Konferencën Ndërkombëtare të 12-të të IEEE mbi Elektronikën Vakuum, Bangalore, Indi, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.17101/10.17101.
Nguyen, CJ et al. Dizajni i armëve elektronike me tre rreze me shpërndarje të rrafshit të ndarjes me rreze të ngushtë në tubin e valës udhëtuese me dy tehe me brez të dyfishtë[J]. Shkencë. Rep.11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar shpërndanë një sistem optik elektronik me tre rreze me ndarje të ngushtë të rrezeve për pajisjet elektronike të modalitetit themelor të brezit W TWT.IEEE Trans.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Kërkime mbi Tubën Udhëtuese me Dy Teh të Ndërthurur me Fletë me Trarë Milimetër-Valë 20-22 (PhD, Universiteti Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Studim mbi qëndrueshmërinë e ndërveprimit rreze-valë të një tubi valë udhëtuese me dy tehe të ndërthurur me brez G. 2018 Konferenca e 43-të Ndërkombëtare mbi Milimetrin Infra të Kuq dhe Valët Terahertz, Nagoya.8510211, Nagoya.8510216 510263 (2018).