Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta para sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipapakita namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Sa papel na ito, isang 220GHz broadband high-power interleaved double-blade traveling wave tube ang idinisenyo at na-verify.Una, iminungkahi ang planar double-beam staggered double-blade slow-wave na istraktura. ay idinisenyo, ang boltahe sa pagmamaneho ay 20~21 kV, at ang kasalukuyang ay 2 × 80 mA. Mga layunin sa disenyo. Sa pamamagitan ng paggamit ng bahagi ng mask at control electrode sa double beam gun, ang dalawang pencil beam ay maaaring ituon sa kani-kanilang mga sentro na may compression ratio na 7, ang distansya ng pagtutok ay humigit-kumulang 0.18mm, at ang magnetic plan na naka-optimize na dobleng sistema ay maganda rin. am ay maaaring umabot sa 45 mm, at ang focusing magnetic field ay 0.6 T, na sapat upang masakop ang buong high frequency system (HFS). Pagkatapos, upang ma-verify ang usability ng electron-optical system at ang pagganap ng slow-wave structure, ang particle cell (PIC) simulation ay isinagawa din sa buong HFS. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang beam-interaction system ng W20 ay maaaring makamit ng malapit sa 2 GHz na boltahe ng boltahe na malapit sa 2 GHz na optimized na boltahe na sistema. ay 20.6 kV, ang beam current ay 2 × 80 mA, ang nakuha ay 38 dB, at ang 3-dB bandwidth ay lumampas sa 35 dB tungkol sa 70 GHz. Sa wakas, ang high-precision microstructure fabrication ay ginanap upang i-verify ang pagganap ng HFS, at ang mga resulta ay nagpapakita na ang bandwidth at transmission na mga katangian ay nasa mabuting pagsang-ayon sa planong ito, ang ultra-road na mga resulta ay naaayon sa inaasahang resulta ng simulation ng papel. mga pinagmumulan ng radiation ng terahertz-band na may potensyal para sa mga aplikasyon sa hinaharap.
Bilang isang tradisyunal na vacuum electronic device, ang traveling wave tube (TWT) ay gumaganap ng isang hindi mapapalitang papel sa maraming mga aplikasyon tulad ng high-resolution na radar, satellite communication system, at space exploration1,2,3. Gayunpaman, habang ang operating frequency ay pumapasok sa terahertz band, ang tradisyonal na coupled-cavity na TWT at helical na TWT ay hindi nagawang matugunan ang mga pangangailangan ng mga tao na medyo mababa, mahirap, at mas mababa ang paggawa. ang pagganap ng banda ng THz ay ​​naging isang napakababahalang isyu para sa maraming institusyong pang-agham na pananaliksik. Sa mga nagdaang taon, ang mga novel slow-wave structures (SWSs), tulad ng staggered dual-blade (SDV) structures at folded waveguide (FW) structures, ay nakatanggap ng malawak na atensyon dahil sa kanilang natural na planar structures, lalo na ang nobelang SDV-SWSs na may promising structure na maaaring imungkahi sa pamamagitan ng 8 Ang istrakturang ito ay madaling iminungkahing 2. gawa sa micro-nano processing techniques gaya ng computer numerical control (CNC) at UV-LIGA, ang all-metal package structure ay maaaring magbigay ng mas malaking thermal capacity na may mas mataas na output power at gain, at ang waveguide-like structure ay maaari ding magbigay ng mas malawak na working bandwidth. Sa kasalukuyan, ipinakita ng UC Davis sa unang pagkakataon noong 2017 na ang SDV-TWT ay makakabuo ng malapit sa 4 na signal na output ng 4GHz at 10GHz na may mataas na power na signal10 GHz. Gayunpaman, may mga gaps pa rin ang mga resultang ito na hindi nakakatugon sa mga kaugnay na pangangailangan ng mataas na kapangyarihan at malawak na bandwidth sa terahertz band. Para sa G-band SDV-TWT ng UC-Davis, ginamit ang mga sheet electron beam. sinag upang ayusin ang sarili.– Excitation at oscillation 6,7.Upang matugunan ang mga kinakailangan ng mataas na output power, malawak na bandwidth at mahusay na stability ng THz TWT, ang isang dual-beam SDV-SWS na may dual-mode na operasyon ay iminungkahi sa papel na ito. Iyon ay, upang madagdagan ang operating bandwidth, ang dual-mode na operasyon ay iminungkahi at ipinakilala sa istrukturang ito. At, upang maging planar na pamamahagi ng radio power ang pencilS na ginamit din ng double power. ay medyo maliit dahil sa vertical size constraints.Kung ang kasalukuyang density ay masyadong mataas, ang beam current ay dapat bawasan, na magreresulta sa isang medyo mababang output power.Upang mapabuti ang beam current, planar distributed multibeam EOS ay lumitaw, na sinasamantala ang lateral size ng SWS.Dahil sa independiyenteng beam tunneling, ang planar distributed na multi-beam ay maaaring mapanatili ang isang mataas na power beam sa pamamagitan ng pag-iwas sa isang mataas na output sa bawat beam sa pamamagitan ng pag-iwas sa isang mataas na output sa bawat beam sa pamamagitan ng pag-iwas sa isang mataas na output sa bawat beam sa pamamagitan ng pag-iwas sa isang mataas na output sa bawat beam. am tunneling kumpara sa mga sheet-beam device.Samakatuwid, ito ay kapaki-pakinabang upang mapanatili ang katatagan ng naglalakbay na wave tube.Sa batayan ng nakaraang trabaho8,9, ang papel na ito ay nagmumungkahi ng isang G-band unipormeng magnetic field na tumutuon sa double pencil beam EOS, na maaaring lubos na mapabuti ang matatag na distansya ng transmission ng beam at higit pang dagdagan ang lugar ng pakikipag-ugnayan ng beam, at sa gayon ay lubos na mapabuti ang output power.
Ang istraktura ng papel na ito ay ang mga sumusunod. Una, ang disenyo ng SWS cell na may mga parameter, pagsusuri ng mga katangian ng pagpapakalat at mga resulta ng high frequency simulation ay inilarawan. Pagkatapos, ayon sa istruktura ng unit cell, isang double pencil beam na EOS at beam interaction system ang idinisenyo sa papel na ito. Ang mga resulta ng intracellular particle simulation ay ipinakita din upang i-verify ang kakayahang magamit ng EOS at ang pagganap ng mga resulta ng SDV-TWT upang maipakita nang maikli ang pagiging epektibo ng tela at ang mga resulta ng pagsubok. HFS.Sa wakas ay gumawa ng buod.
Bilang isa sa pinakamahalagang bahagi ng TWT, ang mga dispersive na katangian ng istraktura ng mabagal na alon ay nagpapahiwatig kung ang bilis ng elektron ay tumutugma sa bilis ng yugto ng SWS, at sa gayon ay may malaking impluwensya sa pakikipag-ugnayan ng beam-wave. Upang mapabuti ang pagganap ng buong TWT, isang pinahusay na istraktura ng pakikipag-ugnayan ay idinisenyo. Ang istraktura ng yunit ng cell ay ipinapakita sa Figure 1. isang double pen beam upang higit pang mapabuti ang output power at operation stability.Samantala, upang mapataas ang working bandwidth, isang dual mode ang iminungkahi para gumana ang SWS. Dahil sa simetriya ng istraktura ng SDV, ang solusyon ng electromagnetic field dispersion equation ay maaaring hatiin sa odd at even na mga mode. Kasabay nito, ang basic odd mode ng low frequency band at ang fundamental even mode ng high frequency band ay ginagamit upang maisakatuparan ang interaksyon ng broadband, sa pamamagitan ng pag-improve ng bandwidth.
Ayon sa mga kinakailangan sa kuryente, ang buong tubo ay idinisenyo na may boltahe sa pagmamaneho na 20 kV at isang double beam na kasalukuyang 2 × 80 mA. Upang maitugma ang boltahe nang mas malapit hangga't maaari sa operating bandwidth ng SDV-SWS, kailangan nating kalkulahin ang haba ng panahon p. Ang relasyon sa pagitan ng boltahe ng beam at panahon ay ipinapakita sa equation (1)10:
Sa pamamagitan ng pagtatakda ng phase shift sa 2.5π sa gitnang frequency na 220 GHz, ang period p ay maaaring kalkulahin na 0.46 mm. Ipinapakita ng Figure 2a ang mga katangian ng dispersion ng SWS unit cell. Ang 20 kV beamline ay tumutugma nang husto sa bimodal curve. Ang pagtutugma ng frequency band ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 70 GHz–2.20GHz (o 210 GHz)–2.20 GHz Mga saklaw ng GHz (even mode). Ipinapakita ng Figure 2b ang average na impedance ng coupling, na mas malaki sa 0.6 Ω mula 210 hanggang 290 GHz, na nagpapahiwatig na maaaring mangyari ang malakas na pakikipag-ugnayan sa operating bandwidth.
(a) Mga katangian ng pagpapakalat ng isang dual-mode na SDV-SWS na may 20 kV electron beamline.(b) Interaction impedance ng SDV slow-wave circuit.
Gayunpaman, mahalagang tandaan na may band gap sa pagitan ng odd at even na mga mode, at karaniwan naming tinutukoy ang band gap na ito bilang stop band, tulad ng ipinapakita sa Figure 2a. Kung ang TWT ay pinapatakbo malapit sa frequency band na ito, ang malakas na beam coupling strength ay maaaring mangyari, na hahantong sa mga hindi gustong oscillations. Sa mga praktikal na aplikasyon, karaniwang iniiwasan namin ang paggamit ng TWT na malapit lang sa band na ito. 0.1 GHz. Mahirap matukoy kung ang maliit na band gap na ito ay nagdudulot ng mga oscillations. Samakatuwid, ang katatagan ng operasyon sa paligid ng stop band ay sisiyasatin sa sumusunod na seksyon ng simulation ng PIC upang masuri kung maaaring mangyari ang mga hindi gustong oscillations.
Ang modelo ng buong HFS ay ipinapakita sa Figure 3. Binubuo ito ng dalawang yugto ng SDV-SWS, na konektado sa pamamagitan ng Bragg reflectors. Ang function ng reflector ay upang putulin ang signal transmission sa pagitan ng dalawang yugto, sugpuin ang oscillation at reflection ng mga mode na hindi gumagana tulad ng mga high-order na mode na nabuo sa pagitan ng upper at lower blades, at sa gayon ay lubos na mapahusay ang koneksyon ng panlabas na linya sa kapaligiran. ikonekta ang SWS sa isang WR-4 standard waveguide. Ang transmission coefficient ng two-level na istraktura ay sinusukat ng isang time domain solver sa 3D simulation software. Kung isasaalang-alang ang aktwal na epekto ng terahertz band sa materyal, ang materyal ng vacuum envelope ay unang nakatakda sa tanso, at ang conductivity ay nabawasan sa 2.25 × 127.
Ipinapakita ng Figure 4 ang mga resulta ng transmission para sa HFS na may at walang linear tapered couplers. Ipinapakita ng mga resulta na ang coupler ay may maliit na epekto sa transmission performance ng buong HFS. Ang return loss (S11 < − 10 dB) at insertion loss (S21 > − 5 dB) ng buong system sa 207~280 GHz ay ​​nagpapakita na may magandang broadband na katangian ang HFS.
Bilang power supply ng mga vacuum electronic device, direktang tinutukoy ng electron gun kung makakabuo ng sapat na output power ang device.Kasabay ng pagsusuri ng HFS sa Seksyon II, kailangang idisenyo ang dual-beam EOS para magbigay ng sapat na power.Sa bahaging ito, batay sa nakaraang gawain sa W-band8,9, ang double pencil electron gun ay idinisenyo gamit ang planar mask na bahagi at kontrol ng mga electrodes sa mga kinakailangan sa disenyo sa SIG.Una.2, ang boltahe ng pagmamaneho Ua ng mga electron beam ay unang nakatakda sa 20 kV, ang mga alon I ng dalawang electron beam ay parehong 80 mA, at ang diameter ng beam dw ng mga electron beam ay 0.13 mm. Kasabay nito, upang matiyak na ang kasalukuyang density ng electron beam at ang kasalukuyang density ng electron beam at ang compression ng electron ay maaaring ma-set up ang electron beam7, kaya ang electron compression ay maaaring itakda ang ratio ng electron sa electron. n beam ay 603 A/cm2, at ang kasalukuyang density ng cathode ay 86 A/cm2, na maaaring makamit sa pamamagitan Ito ay nakakamit gamit ang mga bagong materyales ng cathode.Ayon sa teorya ng disenyo 14, 15, 16, 17, isang tipikal na Pierce electron gun ay maaaring natatanging makilala.
Ipinapakita ng Figure 5 ang horizontal at vertical schematic diagram ng baril, ayon sa pagkakabanggit. Makikita na ang profile ng electron gun sa x-direction ay halos magkapareho sa tipikal na sheet-like electron gun, habang sa y-direction ang dalawang electron beam ay bahagyang pinaghihiwalay ng mask. Ang mga posisyon ng dalawang cathodes ay nasa x = 5, mm0 at x = 5 mm, mm0 at x = 5 mm. y = 0 mm, ayon sa pagkakabanggit.Ayon sa mga kinakailangan sa disenyo ng compression ratio at laki ng iniksyon ng elektron, ang mga sukat ng dalawang ibabaw ng katod ay tinutukoy na 0.91 mm × 0.13 mm.
Upang gawing simetriko ang nakatutok na electric field na natanggap ng bawat electron beam sa x-direction tungkol sa sarili nitong sentro, ang papel na ito ay naglalapat ng control electrode sa electron gun. ibility sa y-direction, at ang bawat electron beam ay nagtatagpo patungo sa x-direction kasama ang sarili nitong sentro ng symmetry, na nagpapahiwatig na ang control electrode ay nagbabalanse sa hindi pantay na electric field na nabuo ng focusing electrode.
Ipinapakita ng Figure 7 ang beam envelope sa x at y na direksyon. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang projection distance ng electron beam sa x-direction ay iba mula sa nasa y-direction. Ang throw distance sa x direction ay humigit-kumulang 4mm, at ang throw distance sa y direction ay malapit sa 7mm. Samakatuwid, ang aktwal na throw distance ay dapat piliin sa pagitan ng 4 na electron at 4 mm. .6 mm mula sa ibabaw ng katod.Makikita natin na ang hugis ng cross section ay pinakamalapit sa isang karaniwang pabilog na electron beam.Ang distansya sa pagitan ng dalawang electron beam ay malapit sa idinisenyong 0.31 mm, at ang radius ay humigit-kumulang 0.13 mm, na nakakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo. Ipinapakita ng Figure 9 ang mga resulta ng simulation ng kasalukuyang beam na ang dalawang beam ay makikita na ang 7 beam ay maganda. A.
Isinasaalang-alang ang pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho sa mga praktikal na aplikasyon, kinakailangan na pag-aralan ang sensitivity ng boltahe ng modelong ito. Sa hanay ng boltahe na 19.8 ~ 20.6 kV, ang kasalukuyang at beam na kasalukuyang mga sobre ay nakuha, tulad ng ipinapakita sa Figure 1 at Figure 1.10 at 11. Mula sa mga resulta, makikita na walang pagbabago lamang ang electron envelope mula sa pagmamaneho ng electron at boltahe sa pagmamaneho. 0.74 hanggang 0.78 A.Samakatuwid, maaari itong isaalang-alang na ang electron gun na dinisenyo sa papel na ito ay may magandang sensitivity sa boltahe.
Ang epekto ng pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho sa x- at y-direction beam envelope.
Ang pare-parehong magnetic focusing field ay isang pangkaraniwang permanenteng magnet na nakatutok na sistema.Dahil sa pare-parehong magnetic field na pamamahagi sa buong beam channel, ito ay napaka-angkop para sa axisymmetric electron beams.Sa seksyong ito, ang isang pare-parehong magnetic focusing system para sa pagpapanatili ng long-distance transmission ng double pencil beams ay iminungkahi. stable transmission theory ng isang solong pencil beam18,19, ang Brillouin magnetic field value ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng equation (2).Sa papel na ito, ginagamit din namin ang equivalence na ito para tantiyahin ang magnetic field ng isang lateral distributed double pencil beam.Kasama ang electron gun na idinisenyo sa papel na ito, ang kinakalkula na halaga ng magnetic field ay tungkol sa 4000 Gs.20, 1.5-2 beses ang kinakalkula na halaga ay karaniwang pinipili sa mga praktikal na disenyo.
Ipinapakita ng Figure 12 ang istraktura ng isang unipormeng magnetic field na nakatutok sa field system. Ang asul na bahagi ay ang permanenteng magnet na na-magnet sa direksyon ng axial. Ang pagpili ng materyal ay NdFeB o FeCoNi. Ang remanence Br na itinakda sa modelo ng simulation ay 1.3 T at ang permeability ay 1.05. Upang matiyak ang stable na transmission ng beam ng beam sa buong circuit ay 7, ang paunang laki ng magnet ay itinakda sa 70, ang paunang itinakda ng magnet sa 70, na itinakda sa modelo ng simulation ay 1.3 T at ang permeability ay 1.05. Tinutukoy ng direksyon ng x kung pare-pareho ang transverse magnetic field sa beam channel, na nangangailangan na hindi masyadong maliit ang laki sa direksyon ng x. Kasabay nito, kung isasaalang-alang ang gastos at bigat ng buong tubo, hindi dapat masyadong malaki ang laki ng magnet. Samakatuwid, ang mga magnet ay unang nakatakda sa 150 mm × 150 mm × 70 mm. Samantala, ang circuit ay maaaring mailagay sa mabagal na distansya sa pagitan ng sistema, upang matiyak na ang buong circuit ay nakalagay sa mabagal na distansya sa pagitan ng sistema, upang matiyak na ang buong circuit ay nakalagay sa mabagal na distansya sa pagitan ng sistema, upang matiyak na ang distansya ng magnet ay nakalagay sa pagitan ng mabagal na sistema. 20mm.
Noong 2015, iminungkahi ni Purna Chandra Panda21 ang isang piraso ng poste na may bagong stepped hole sa isang unipormeng magnetic focusing system, na maaaring higit pang bawasan ang magnitude ng flux leakage sa cathode at ang transverse magnetic field na nabuo sa pole piece hole. ang tatlong hakbang ay 0.5mm, at ang distansya sa pagitan ng mga butas ng piraso ng poste ay 2mm, tulad ng ipinapakita sa Figure 13.
Ipinapakita ng Figure 14a ang pamamahagi ng axial magnetic field kasama ang mga centerline ng dalawang electron beam. Makikita na ang mga puwersa ng magnetic field sa kahabaan ng dalawang electron beam ay pantay. pinipigilan ang magnetic flux leakage. Ipinapakita ng Figure 14b ang transverse magnetic field distribution By sa z direksyon sa itaas na gilid ng dalawang electron beams. Makikita na ang transverse magnetic field ay mas mababa sa 200 Gs lamang sa pole piece hole, habang sa slow-wave circuit, ang transverse magnetic field ay halos zero. , kinakailangang pag-aralan ang lakas ng magnetic field sa loob ng mga piraso ng poste. Ipinapakita ng Figure 14c ang ganap na halaga ng pamamahagi ng magnetic field sa loob ng piraso ng poste. Makikita na ang absolute value ng lakas ng magnetic field ay mas mababa sa 1.2T, na nagpapahiwatig na ang magnetic saturation ng piraso ng poste ay hindi mangyayari.
Distribusyon ng lakas ng magnetic field para sa Br = 1.3 T.(a) Distribusyon ng axial field.(b) Distribusyon ng lateral na field Sa pamamagitan ng direksyong z.(c) Ganap na halaga ng pamamahagi ng field sa loob ng piraso ng poste.
Batay sa CST PS module, ang axial relative position ng dual beam gun at ang focusing system ay na-optimize.Ayon sa Ref.9 at mga simulation, ang pinakamainam na lokasyon ay kung saan ang piraso ng anode ay nagsasapawan ng piraso ng poste palayo sa magnet. Gayunpaman, napag-alaman na kung ang remanence ay itinakda sa 1.3T, ang transmittance ng electron beam ay hindi maaaring umabot sa 99%. Sa pamamagitan ng pagtaas ng remanence sa 1.4 T, ang tumutuon na magnetic field ay tataas sa 6500 Gs na ipinapakita sa mga plano. 15. Makikita na ang sinag ay may magandang transmission, maliit na pagbabagu-bago, at isang transmission distance na higit sa 45mm.
Mga trajectory ng double pencil beam sa ilalim ng homogenous magnetic system na may Br = 1.4 T.(a) xoz plane.(b) yoz aircraft.
Ipinapakita ng Figure 16 ang cross-section ng beam sa iba't ibang posisyon na malayo sa cathode. Makikita na ang hugis ng beam section sa focusing system ay maayos na pinananatili, at hindi gaanong nagbabago ang section diameter. Ipinapakita ng Figure 17 ang beam envelopes sa x at y na direksyon, ayon sa pagkakabanggit. Makikita na ang pagbabago ng simula ng beam ay napakaliit. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang kasalukuyang ay tungkol sa 2 × 80 mA, na naaayon sa kinakalkula na halaga sa disenyo ng electron gun.
Electron beam cross section (na may focusing system) sa iba't ibang posisyon na malayo sa cathode.
Isinasaalang-alang ang isang serye ng mga problema tulad ng mga error sa pagpupulong, pagbabagu-bago ng boltahe, at mga pagbabago sa lakas ng magnetic field sa mga praktikal na aplikasyon sa pagpoproseso, kinakailangang pag-aralan ang sensitivity ng sistema ng pagtutuon. Ang resulta ay nagpapakita na ang pagbabago sa beam envelope ay hindi makabuluhan at ang beam current ay halos hindi nagbabago.Samakatuwid, ang sistema ay hindi sensitibo sa mga error sa pagpupulong.Para sa pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho, ang saklaw ng error ay nakatakda sa ±0.5 kV. Ipinapakita ng Figure 19b ang mga resulta ng paghahambing. Makikita na ang pagbabago ng boltahe ay may maliit na epekto sa beam range na sobre. Ang error sa hanay ng beam ay nakatakda mula -0.0. ay ipinapakita sa Figure 20. Ito ay makikita na ang beam envelope ay halos hindi nagbabago, na nangangahulugan na ang buong EOS ay hindi sensitibo sa mga pagbabago sa lakas ng magnetic field.
Beam envelope at kasalukuyang mga resulta sa ilalim ng unipormeng magnetic focusing system.(a) Assembly tolerance ay 0.2 mm.(b) Ang driving voltage fluctuation ay ±0.5 kV.
Beam envelope sa ilalim ng unipormeng magnetic focusing system na may mga pagbabago sa lakas ng axial magnetic field mula 0.63 hanggang 0.68 T.
Upang matiyak na ang sistema ng pagtutok na idinisenyo sa papel na ito ay maaaring tumugma sa HFS, kinakailangang pagsamahin ang sistema ng pagtutok at HFS para sa pagsasaliksik. Ang Figure 21 ay nagpapakita ng paghahambing ng mga beam envelope na may at walang HFS load. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang beam envelope ay hindi gaanong nagbabago kapag ang buong HFS ay na-load. Samakatuwid, ang sistema ng pagtutok ay angkop para sa naglalakbay na wave tube.
Upang i-verify ang kawastuhan ng EOS na iminungkahi sa Seksyon III at imbestigahan ang pagganap ng 220 GHz SDV-TWT, isang 3D-PIC simulation ng beam-wave na interaksyon ang isinagawa. Dahil sa mga limitasyon ng software ng simulation, hindi namin naidagdag ang buong EOS sa HFS. Samakatuwid, ang electron gun ay pinalitan ng isang katumbas na 30 mm na diameter ng surface na 1 at 3 na naglalabas ng ibabaw. mm, ang parehong mga parameter tulad ng electron gun na idinisenyo sa itaas. Dahil sa insensitivity at mahusay na katatagan ng EOS, ang boltahe sa pagmamaneho ay maaaring maayos na ma-optimize upang makamit ang pinakamahusay na output power sa PIC simulation. Ang mga resulta ng simulation ay nagpapakita na ang saturated output power at gain ay maaaring makuha sa boltahe sa pagmamaneho na 20.6 kV, isang beam current na 2 × 80 mA na kapangyarihan ng 2.5.0 mA (60.000 mA), at isang input ng W/cm2.0.3.
Upang makuha ang pinakamahusay na output signal, ang bilang ng mga cycle ay kailangan ding i-optimize. Ang pinakamahusay na output power ay nakukuha kapag ang bilang ng dalawang yugto ay 42 + 48 cycle, tulad ng ipinapakita sa Figure 22a.A 0.05 W input signal ay amplified sa 314 W na may pakinabang na 38 dB. Ang output power Transform ay nakuha sa pamamagitan ng Fastking2 GHz 2 gur . Ipinapakita ng 2b ang axial position distribution ng electron energy sa SWS, na ang karamihan sa mga electron ay nawawalan ng enerhiya. Ang resultang ito ay nagpapahiwatig na ang SDV-SWS ay maaaring mag-convert ng kinetic energy ng mga electron sa RF signal, at sa gayon ay napagtatanto ang pagpapalakas ng signal.
SDV-SWS output signal sa 220 GHz.(a) Output power na may kasamang spectrum.(b) Energy distribution ng mga electron na may electron beam sa dulo ng SWS inset.
Ipinapakita ng Figure 23 ang output power bandwidth at gain ng dual-mode dual-beam SDV-TWT. Ang pagganap ng output ay maaaring higit pang mapabuti sa pamamagitan ng sweeping frequency mula 200 hanggang 275 GHz at pag-optimize ng drive voltage. Ipinapakita ng resultang ito na ang 3-dB bandwidth ay maaaring sumaklaw sa 205 hanggang 275 GHz na operasyon, na nangangahulugan na ang pagpapatakbo ng dual-moende ay mahusay.
Gayunpaman, ayon sa Fig. 2a, alam natin na mayroong stop band sa pagitan ng odd at even na mga mode, na maaaring humantong sa mga hindi gustong mga oscillations. Samakatuwid, ang katatagan ng trabaho sa paligid ng mga stop ay kailangang pag-aralan. Ang mga figure 24a-c ay ang 20 ns simulation na mga resulta sa 265.3 GHz, 265.35 GHz, at 265.35 GHz ang mga resulta. ctuations, ang output power ay relatibong stable. Ang spectrum ay ipinapakita din sa Figure 24 ayon sa pagkakabanggit, ang spectrum ay dalisay. Ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig na walang self-oscillation malapit sa stopband.
Ang paggawa at pagsukat ay kinakailangan upang ma-verify ang kawastuhan ng buong HFS. Sa bahaging ito, ang HFS ay gawa-gawa gamit ang teknolohiya ng computer numerical control (CNC) na may diameter ng tool na 0.1 mm at katumpakan ng machining na 10 μm. Ang materyal para sa high-frequency na istraktura ay ibinibigay ng oxygen-free high-conductivity (OFHC) na istraktura ng tanso5a0. Ang istrakturang may mataas na conductivity (OFHC) na walang oxygen (OFHC) ay nagpapakita ng 5a0 na tanso na 5a0 ang buong istraktura. mm, lapad na 20.00 mm at taas na 8.66 mm. Ang walong pin hole ay ipinamamahagi sa paligid ng istraktura. Ipinapakita ng Figure 25b ang istraktura sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscopy (SEM). mga kinakailangan sa disenyo at katumpakan.
Ipinapakita ng Figure 26 ang paghahambing sa pagitan ng aktwal na mga resulta ng pagsubok at mga simulation ng pagganap ng transmission. Ang Port 1 at Port 2 sa Figure 26a ay tumutugma sa input at output port ng HFS, ayon sa pagkakabanggit, at katumbas ng Port 1 at Port 4 sa Figure 3. Ang aktwal na mga resulta ng pagsukat ng S11 ay bahagyang mas mahusay kaysa sa mga resulta ng simulation. Ang mga resulta ng pagsukat ng materyal sa parehong oras ay maaaring mas masahol pa sa S1. ang simulation ay masyadong mataas at ang pagkamagaspang sa ibabaw pagkatapos ng aktwal na machining ay hindi maganda. Sa pangkalahatan, ang nasusukat na mga resulta ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng simulation, at ang transmission bandwidth ay nakakatugon sa kinakailangan ng 70 GHz, na nagpapatunay sa pagiging posible at kawastuhan ng iminungkahing dual-mode na SDV-TWT. Samakatuwid, pinagsama sa aktwal na proseso ng pag-iimprenta ng papel na ito at pagsubok na SDVT na ginamit sa proseso ng pag-promote ng papel na ito at pagsubok ng SDVT. para sa kasunod na katha at aplikasyon.
Sa papel na ito, ipinakita ang isang detalyadong disenyo ng isang planar distribution na 220 GHz dual-beam SDV-TWT.Ang aktwal na mga resulta ng pagsukat ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng simulation. Para sa idinisenyong two-beam EOS, isang mask section at control electrodes ang ginamit nang magkasama upang makabuo ng isang two-pencil beam. Sa ilalim ng idinisenyong unipormeng nakatutok na magnetic field, ang electron beam ay maaaring mailipat nang matatag sa malalayong distansya na may magandang hugis. Sa hinaharap, ang paggawa at pagsubok ng EOS ay isasagawa din sa proposed na disenyo ng TWT na ito, at isasagawa rin ang proposed na papel na ito sa TWT na pagsubok. ganap na pinagsasama ang kasalukuyang mature na teknolohiya sa pagpoproseso ng eroplano, at nagpapakita ng malaking potensyal sa mga tagapagpahiwatig ng pagganap at pagpoproseso at pagpupulong.Samakatuwid, ang papel na ito ay naniniwala na ang planar na istraktura ay malamang na maging trend ng pag-unlad ng mga vacuum electronic device sa terahertz band.
Karamihan sa mga hilaw na data at analytical na mga modelo sa pag-aaral na ito ay kasama sa papel na ito. Ang karagdagang nauugnay na impormasyon ay maaaring makuha mula sa kaukulang may-akda sa makatwirang kahilingan.
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC machining ng sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic device.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. at Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication ng sub-terahertz waveguides gamit ang 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 technology roadmap.J.Physics.D para mag-apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Malakas na pagkakakulong ng plasmonic wave propagation sa pamamagitan ng ultra-broadband staggered double-grating waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Pagganap ng isang Nano CNC Machined 220-GHz Travelling Wave Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic device.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Sinisiyasat ang diocotron instability ng walang katapusan na malawak na sheet electron beam gamit ang macroscopic cold fluid model theory.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (201101).
Galdetskiy, AV sa pagkakataong pataasin ang bandwidth sa pamamagitan ng planar na layout ng beam sa isang multibeam klystron.Sa 12th IEEE International Conference on Vacuum Electronics, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.37 (2011.37).
Nguyen, CJ et al. Disenyo ng three-beam electron gun na may makitid na beam splitting plane distribution sa W-band staggered double-blade traveling wave tube[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 ay namahagi ng three-beam electron optical system na may makitid na beam separation para sa W-band fundamental mode TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Pananaliksik sa Interleaved Double-Blade Travelling Wave Tube na may Millimeter-Wave Sheet Beams 20-22 (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Pag-aaral sa beam-wave interaction stability ng G-band interleaved dual-blade travelling wave tube.2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.11089/10.1109 8).