Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія веб-переглядача, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду ми рекомендуємо вам використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів і JavaScript.
У цьому документі розроблено та перевірено широкосмугову високопотужну дволопастну трубку з бігучою хвилею з двома лопатями. По-перше, пропонується плоска двопроменева структура повільної хвилі з двома лопатями. Завдяки використанню дворежимної схеми роботи продуктивність і пропускна здатність передачі майже вдвічі більші, ніж у одномодової. По-друге, для того, щоб відповідати вимогам високої вихідної потужності та покращити стабільність лампи біжучої хвилі, розроблено подвійну електронну оптичну систему у формі олівця, напруга руху становить 20~21 кВ, а струм становить 2 × 80 мА. Цілі проектування. Використовуючи частину маски та керуючий електрод у двопроменевому пістолеті, два пучки олівця можна сфокусувати вздовж їхніх відповідних центрів із коефіцієнтом стиснення 7, відстань фокусування становить приблизно 0,18 мм, і стабільність хороша. Система рівномірного магнітного фокусування також була оптимізована .Стабільна відстань передачі плоского подвійного електронного пучка може досягати 45 мм, а магнітне поле фокусування становить 0,6 Тл, що достатньо для покриття всієї високочастотної системи (HFS). Потім, щоб перевірити придатність електронно-оптичної системи та продуктивність повільнохвильової структури, також було виконано моделювання комірки частинок (PIC) на всій HFS. Результати показують, що система взаємодії променя може досягти максимальної вихідної потужності майже 31 0 Вт при 220 ГГц, оптимізована напруга променя становить 20,6 кВ, струм променя становить 2 × 80 мА, посилення становить 38 дБ, а смуга пропускання 3 дБ перевищує 35 дБ приблизно на 70 ГГц. Нарешті, для перевірки продуктивності HFS виконується високоточне виготовлення мікроструктури, і результати показують, що пропускна здатність і характеристики передачі добре узгоджуються з результатами моделювання. Таким чином, очікується, що схема, запропонована в цьому документі, дозволить розробити високопотужні надширокосмугові джерела випромінювання терагерцового діапазону з потенціалом для майбутніх застосувань.
Будучи традиційним вакуумним електронним пристроєм, трубка біжучої хвилі (ЛБВ) відіграє незамінну роль у багатьох додатках, таких як радар із високою роздільною здатністю, системи супутникового зв’язку та дослідження космосу1,2,3. Однак, оскільки робоча частота входить у терагерцовий діапазон, традиційні ЛБВ зі зв’язаним резонатором і спіральні ЛБВ не можуть задовольнити потреби людей через відносно низьку вихідну потужність, вузьку смугу пропускання та складність виготовлення. Таким чином, як всебічно покращити продуктивність діапазону ТГц, стало дуже стурбованим питанням для багатьох науково-дослідних установ. Останніми роками нові повільнохвильові структури (SWS), такі як шахові дволопастні (SDV) структури та структури зі складеним хвилеводом (FW), привернули велику увагу через їх природні планарні структури, особливо нові SDV-SWS з багатообіцяючим потенціалом. Ця структура була запропонована UC-Davis у 20084. Планарну структуру можна легко виготовити за допомогою мікро-нанотехнологій обробки, таких як комп’ютерне числове керування (CNC) та UV-LIGA, суцільнометалева структура корпусу може забезпечити більшу теплову потужність із вищою вихідною потужністю та коефіцієнтом підсилення, а хвилевідна структура також може забезпечити ширшу робочу смугу пропускання. Наразі UC Davis у 2017 році вперше продемонстрував, що SDV-LWT може генерувати потужні вихідні сигнали понад 10 Сигнали 0 Вт і майже 14 ГГц смуги пропускання в G-діапазоні5. Однак ці результати все ще мають прогалини, які не можуть задовольнити відповідні вимоги високої потужності та широкої смуги пропускання в терагерцовому діапазоні. Для SDV-TWT G-діапазону UC-Davis використовувалися листові електронні промені. Хоча ця схема може значно покращити пропускну здатність променя за струмом, важко підтримувати велику відстань передачі через нестабільність. електронно-оптичної системи листового пучка (EOS), і існує надрежимовий тунель променя, який також може спричинити саморегуляцію променя.– Збудження та коливання 6,7. Для того, щоб задовольнити вимоги високої вихідної потужності, широкої смуги пропускання та гарної стабільності ТГц ЛБВ, у цій статті пропонується двопроменева SDV-SWS із подвійним режимом роботи. Тобто, щоб збільшити робочу смугу пропускання, пропонується та впроваджується подвійний режим роботи в цій структурі. А для збільшення вихідної потужності також використовується плоский розподіл подвійних пучків олівця. Радіостанції з однопроменевим пучком мають відносно малі розміри через обмеження вертикального розміру. Якщо щільність струму надто висока, струм променя необхідно зменшити, що призведе до відносно низької вихідної потужності. Щоб покращити струм променя, з’явилася планарно розподілена багатопроменева EOS, яка використовує латеральний розмір SWS. Завдяки незалежному тунелюванню променя планарно розподілена багатопроменева здатна досягти високої вихідної потужності, зберігаючи високий загальний струм променя та невеликий струм на промінь, що дозволяє уникнути надмодового тунелювання променя порівняно з пристроями з листовим променем. Таким чином, корисно підтримувати стабільність трубки біжучої хвилі. На основі попередньої роботи 8, 9 у цій статті пропонується однорідне магнітне поле G-діапазону, що фокусує подвійний олівцевий промінь EOS, що може значно покращити стабільну відстань передачі променя та додатково збільшити площу взаємодії променя, тим самим значно покращуючи вихідну потужність.
Структура цієї статті виглядає наступним чином. По-перше, описано комірку SWS з параметрами, аналізом дисперсійних характеристик і результатами високочастотного моделювання. Потім, відповідно до структури елементарної комірки, у цій статті розроблено подвійний пучок EOS і систему взаємодії променів. Результати моделювання внутрішньоклітинних частинок також представлені для перевірки придатності EOS і продуктивності SDV-LWT. Крім того, у статті коротко представлені результати виготовлення та холодних випробувань. щоб перевірити правильність усієї HFS. Нарешті зробити підсумок.
Будучи одним із найважливіших компонентів ЛБВ, дисперсійні властивості повільнохвильової структури вказують на те, чи відповідає швидкість електронів фазовій швидкості SWS, і, отже, має великий вплив на взаємодію промінь-хвиля. Для покращення продуктивності всієї ЛБВ розроблено покращену структуру взаємодії. Структура елементарної комірки показана на малюнку 1. Враховуючи нестабільність пучка листів та обмеження потужності одного пучка пера, структура приймає подвійний пучок пера для подальшого підвищення вихідної потужності та стабільності роботи.Тим часом, щоб збільшити робочу смугу пропускання, було запропоновано подвійний режим роботи SWS. Завдяки симетрії структури SDV розв’язок дисперсійного рівняння електромагнітного поля можна розділити на непарні та парні режими. У той же час основний непарний режим низькочастотної смуги та основний парний режим високочастотної смуги використовуються для реалізації широкосмугової синхронізації взаємодії променя, тим самим додатково покращуючи робочу смугу. ширина.
Згідно з вимогами до потужності, вся трубка розроблена з провідною напругою 20 кВ і струмом подвійного променя 2 × 80 мА. Щоб напруга якомога ближче відповідала робочій смузі пропускання SDV-SWS, нам потрібно обчислити довжину періоду p. Зв’язок між напругою променя та періодом показано в рівнянні (1)10:
Встановивши зсув фази на 2,5π на центральній частоті 220 ГГц, можна обчислити період p, який дорівнює 0,46 мм. На малюнку 2а показано дисперсійні властивості елементарної комірки SWS. Лінія променя 20 кВ дуже добре узгоджується з бімодальною кривою. Відповідні діапазони частот можуть досягати приблизно 70 ГГц у 210–265,3 ГГц (непарний режим) і 265,4–2. Діапазон 80 ГГц (парний режим). На малюнку 2b показано середній імпеданс зв’язку, який перевищує 0,6 Ом від 210 до 290 ГГц, що вказує на те, що в робочій смузі пропускання можуть виникнути сильні взаємодії.
(a) Дисперсійні характеристики двомодового SDV-SWS з променем електронів 20 кВ. (b) Імпеданс взаємодії повільнохвильової схеми SDV.
Однак важливо зазначити, що існує заборонена зона між непарною та парною модами, і ми зазвичай називаємо цю заборонену зону смугою затримки, як показано на малюнку 2a. Якщо ЛБВ працює поблизу цієї смуги частот, може виникнути сильна сила зв’язку променя, що призведе до небажаних коливань. У практичних застосуваннях ми зазвичай уникаємо використання ЛБВ поблизу смуги затримки. Однак можна побачити, що ширина забороненої зони цієї структури повільних хвиль становить лише 0,1 ГГц. Важко визначити, чи викликає ця невелика заборонена смуга коливання. Тому стабільність роботи навколо смуги зупинки буде досліджено в наступному розділі моделювання PIC, щоб проаналізувати, чи можуть виникнути небажані коливання.
Модель усієї HFS показана на малюнку 3. Вона складається з двох ступенів SDV-SWS, з’єднаних рефлекторами Брегга. Функція рефлектора полягає в тому, щоб відрізати передачу сигналу між двома ступенями, придушити коливання та відбиття неробочих режимів, таких як режими високого порядку, що генеруються між верхніми та нижніми лопатями, тим самим значно покращуючи стабільність усієї трубки. Для з’єднання із зовнішнім середовищем використовується лінійний конічний з’єднувач. також використовується для підключення SWS до стандартного хвилеводу WR-4. Коефіцієнт пропускання дворівневої структури вимірюється розв’язувачем у часовій області в програмному забезпеченні 3D-симуляції. Беручи до уваги фактичний вплив терагерцового діапазону на матеріал, матеріал вакуумної оболонки спочатку встановлений на мідь, а провідність знижується до 2,25×107 См/м12.
На малюнку 4 показано результати передачі для HFS з лінійними конічними зв’язувачами та без них. Результати показують, що зв’язувач мало впливає на продуктивність передачі всієї HFS. Зворотні втрати (S11 < − 10 дБ) і внесені втрати (S21 > − 5 дБ) усієї системи в широкосмуговій мережі 207~280 ГГц показують, що HFS має хороші характеристики передачі.
Оскільки живлення вакуумних електронних пристроїв електронний пістолет безпосередньо визначає, чи може пристрій генерувати достатню потужність вихідної потужності. За допомогою аналізу HFS у розділі II, подвійне променеве EOS необхідно бути розробленим для забезпечення достатньої кількості живлення.2, рушійна напруга Ua електронних пучків спочатку встановлена ​​на 20 кВ, струми I двох електронних пучків обидва становлять 80 мА, а діаметр пучка dw електронних пучків становить 0,13 мм. У той же час, щоб гарантувати, що щільність струму електронного пучка та катода може бути досягнута, ступінь стиснення електронного пучка встановлюється на 7, тому струм Щільність електронного пучка становить 603 А/см2, а щільність струму катода становить 86 А/см2, чого можна досягти за допомогою нових катодних матеріалів. Відповідно до теорії дизайну 14, 15, 16, 17 типову електронну гармату Пірса можна однозначно ідентифікувати.
На малюнку 5 показано горизонтальну та вертикальну схематичні діаграми гармати відповідно. Можна побачити, що профіль електронної гармати в напрямку x майже ідентичний профілю типової електронної гармати у формі листа, тоді як у напрямку y два пучки електронів частково розділені маскою. Положення двох катодів знаходяться на x = – 0,155 мм, y = 0 мм і x = 0,15. 5 мм, y = 0 мм, відповідно. Відповідно до проектних вимог щодо ступеня стиснення та розміру інжекції електронів, розміри двох катодних поверхонь визначено рівними 0,91 мм × 0,13 мм.
Щоб зробити сфокусоване електричне поле, отримане кожним електронним пучком у напрямку x, симетричним щодо його власного центру, у цій статті до електронної гармати застосовано керуючий електрод. Встановивши напругу фокусуючого електрода та керуючого електрода на −20 кВ, а напругу анода – на 0 В, ми можемо отримати розподіл траєкторії двопроменевої гармати, як показано на рис. 6. Можна побачити, що випущені електрони мають хорошу стисливість у напрямку y, і кожен електронний промінь збігається в напрямку x уздовж власного центру симетрії, що вказує на те, що керуючий електрод врівноважує нерівне електричне поле, створене фокусуючим електродом.
На малюнку 7 показано огинаючу променя в напрямках x і y. Результати показують, що відстань проекції електронного променя в напрямку x відрізняється від такої в напрямку y. Відстань проекції в напрямку x становить близько 4 мм, а відстань проекції в напрямку y близька до 7 мм. Тому фактичну відстань проекції слід вибрати між 4 і 7 мм. На малюнку 8 показано поперечний переріз електронного променя під кутом 4,6 мм від поверхні катода. Ми бачимо, що форма поперечного перерізу найближча до стандартного круглого електронного пучка. Відстань між двома електронними пучками близька до проектної 0,31 мм, а радіус становить близько 0,13 мм, що відповідає проектним вимогам. На малюнку 9 показано результати моделювання струму пучка. Можна побачити, що два струми пучка становлять 76 мА, що добре узгоджується з проектними 80 м А.
Враховуючи коливання керуючої напруги в практичних застосуваннях, необхідно вивчити чутливість до напруги цієї моделі. У діапазоні напруг 19,8 ~ 20,6 кВ отримані огинаючі струму та струму пучка, як показано на рисунку 1 і рисунках 1.10 і 11. З результатів видно, що зміна керуючої напруги не впливає на огинаючу електронного пучка, а струм електронного пучка змінюється лише від 0,74 до 0,78 А. Таким чином, можна вважати, що електронна гармата, розроблена в цій статті, має хорошу чутливість до напруги.
Вплив флуктуацій рушійної напруги на огинаючі пучка в напрямку x та y.
Уніфіковане магнітне фокусуюче поле є звичайною системою фокусування постійного магніту. Завдяки рівномірному розподілу магнітного поля по каналу пучка, воно дуже підходить для осесиметричних електронних пучків. У цьому розділі пропонується однорідна магнітна система фокусування для підтримки передачі подвійних олівцевих пучків на великі відстані. Аналізуючи генероване магнітне поле та огинаючу пучка, пропонується схема конструкції системи фокусування та вивчається проблема чутливості. Відповідно до теорії стабільної передачі одинарного пучка олівців18,19 значення магнітного поля Бріллюена можна обчислити за допомогою рівняння (2). У цій статті ми також використовуємо цю еквівалентність для оцінки магнітного поля розподіленого вбік пучка олівців. У поєднанні з електронною гарматою, розробленою в цій статті, розраховане значення магнітного поля становить близько 4000 Гс. Відповідно до Ref.20, у практичних конструкціях зазвичай вибирають розрахункове значення в 1,5-2 рази.
На малюнку 12 показано структуру однорідної системи поля фокусування магнітного поля. Синя частина — це постійний магніт, намагнічений в осьовому напрямку. Вибір матеріалу — NdFeB або FeCoNi. Залишкова намагніченість Br, встановлена ​​в імітаційній моделі, становить 1,3 Тл, а проникність — 1,05. Щоб забезпечити стабільну передачу променя в усьому контурі, довжина магніту спочатку встановлена ​​на 70 мм. Крім того, розмір магніту в Напрямок x визначає, чи є поперечне магнітне поле в каналі променя рівномірним, що вимагає, щоб розмір у напрямку x не був занадто малим. У той же час, враховуючи вартість і вагу всієї трубки, розмір магніту не повинен бути занадто великим. Тому магніти спочатку встановлюються на 150 мм × 150 мм × 70 мм. Тим часом, щоб гарантувати, що весь повільнохвильовий контур може бути розміщений у системі фокусування, відстань між магнітами s встановлено на 20 мм.
У 2015 році Пурна Чандра Панда21 запропонував полюсний наконечник із новим ступінчастим отвором у однорідній системі магнітного фокусування, який може додатково зменшити величину витоку потоку до катода та поперечне магнітне поле, що створюється в отворі полюсного наконечника. У цій статті ми додаємо ступінчасту структуру до полюсного наконечника системи фокусування. Товщина полюсного наконечника спочатку встановлена ​​на 1,5 мм, висота та ширина з трьох кроків становить 0,5 мм, а відстань між отворами полюсного наконечника становить 2 мм, як показано на малюнку 13.
На малюнку 14а показано аксіальний розподіл магнітного поля вздовж центральних ліній двох електронних пучків. Можна побачити, що сили магнітного поля вздовж двох електронних пучків рівні. Значення магнітного поля становить близько 6000 Гс, що в 1,5 рази перевищує теоретичне поле Бріллюена для підвищення ефективності пропускання та фокусування. У той же час магнітне поле на катоді майже дорівнює 0, що вказує на те, що полюс має добре впливає на запобігання витоку магнітного потоку. На малюнку 14b показано розподіл поперечного магнітного поля By у напрямку z на верхньому краю двох електронних пучків. Можна побачити, що поперечне магнітне поле менше 200 Gs лише в отворі полюсного наконечника, тоді як у повільнохвильовому ланцюзі поперечне магнітне поле майже дорівнює нулю, що доводить, що вплив поперечного магнітного поля на електронний промінь є незначним. Щоб запобігти магнітному насиченню полюсних наконечників, необхідно вивчити напруженість магнітного поля всередині полюсних наконечників. На малюнку 14c показано абсолютне значення розподілу магнітного поля всередині полюсного наконечника. Можна побачити, що абсолютне значення напруженості магнітного поля менше 1,2 Тл, що вказує на те, що магнітного насичення полюсного наконечника не відбудеться.
Розподіл напруженості магнітного поля для Br = 1,3 Тл. (a) Осьовий розподіл поля. (b) Бічний розподіл поля By у напрямку z. (c) Абсолютне значення розподілу поля всередині полюсного наконечника.
На основі модуля CST PS оптимізовано осьове відносне положення двопроменевої гармати та системи фокусування. Відповідно до Ref.9 та моделювання, оптимальне розташування – це місце, де анод перекриває полюс на відстані від магніту. Однак було виявлено, що якщо залишену намагніченість було встановлено на 1,3 Тл, пропускна здатність електронного пучка не досягне 99%. Збільшивши залишену намагніченість до 1,4 Тл, фокусуюче магнітне поле збільшиться до 6500 Гс. Траєкторії променя в площинах xoz та yoz показано на малюнку. 15. Можна побачити, що промінь має хорошу передачу, невеликі коливання та відстань передачі більше 45 мм.
Траєкторії подвійних олівцевих пучків в однорідній магнітній системі з Br = 1,4 Тл.(а) xoz площина.(b) yoz літак.
На малюнку 16 показано поперечний переріз променя в різних положеннях від катода. Можна побачити, що форма секції променя в системі фокусування добре зберігається, а діаметр перерізу не сильно змінюється. На малюнку 17 показано огинаючі променя в напрямках x і y відповідно. Можна побачити, що коливання променя в обох напрямках дуже незначні. На малюнку 18 показано результати моделювання променя. Результати показують, що струм становить приблизно 2 × 80 мА, що узгоджується з розрахунковим значенням у конструкції електронної гармати.
Поперечний переріз пучка електронів (з системою фокусування) в різних положеннях від катода.
Враховуючи низку проблем, таких як помилки складання, коливання напруги та зміни напруженості магнітного поля в практичних застосуваннях обробки, необхідно проаналізувати чутливість системи фокусування. Оскільки під час фактичної обробки існує зазор між анодом і полюсом, цей зазор потрібно встановити в моделюванні. Значення зазору було встановлено на 0,2 мм, а на малюнку 19a показано огинаючу променя та струм променя в напрямку y. .Цей результат показує, що зміна обвідної пучка незначна, а струм променя майже не змінюється. Тому система нечутлива до помилок складання. Для коливань керуючої напруги діапазон похибки встановлюється на ±0,5 кВ. На малюнку 19b показано результати порівняння. Можна побачити, що зміна напруги мало впливає на огинаючу променю. Діапазон похибок встановлюється від -0,02 до +0,03 Т для змін. Результати порівняння показані на малюнку 20. Можна побачити, що огинаюча променя майже не змінюється, а це означає, що весь EOS нечутливий до змін напруженості магнітного поля.
Огинаюча пучка та струм виявляються в однорідній системі магнітного фокусування. (a) Допуск на збірку становить 0,2 мм. (b) Коливання керуючої напруги становить ±0,5 кВ.
Огинаюча пучка під системою однорідного магнітного фокусування з аксіальними флуктуаціями напруженості магнітного поля від 0,63 до 0,68 Тл.
Для того, щоб гарантувати, що система фокусування, розроблена в цьому документі, може збігатися з HFS, необхідно об’єднати систему фокусування та HFS для дослідження. На рисунку 21 показано порівняння огинаючих пучка з і без завантаження HFS. Результати показують, що огинаюча променя не сильно змінюється, коли завантажується вся HFS. Тому система фокусування підходить для трубки біжучої хвилі HFS зазначеної вище конструкції.
Щоб перевірити правильність EOS, запропонованого в Розділі III, і дослідити продуктивність 220 ГГц SDV-LWT, виконано 3D-PIC моделювання взаємодії променя та хвилі. Через обмеження програмного забезпечення моделювання ми не змогли додати всю EOS до HFS. Тому електронну гарму було замінено на еквівалентну випромінюючу поверхню з діаметром 0,13 мм і відстанню між двома поверхнями 0 0,31 мм, ті самі параметри, що й електронна гармата, розроблена вище. Завдяки нечутливості та добрій стабільності EOS, напруга приводу може бути належним чином оптимізована для досягнення найкращої вихідної потужності в моделюванні PIC. Результати моделювання показують, що насичена вихідна потужність і посилення можуть бути отримані при напрузі керування 20,6 кВ, струмі променя 2 × 80 мА (603 А/см2) і вхідній потужності 0,0 5 Вт.
Щоб отримати найкращий вихідний сигнал, також потрібно оптимізувати кількість циклів. Найкращу вихідну потужність досягають, коли кількість двох каскадів становить 42 + 48 циклів, як показано на малюнку 22a. Вхідний сигнал потужністю 0,05 Вт посилюється до 314 Вт із посиленням 38 дБ. Спектр вихідної потужності, отриманий за допомогою швидкого перетворення Фур’є (ШПФ), є чистим і має пік на 220 ГГц. e 22b показує аксіальний розподіл енергії електронів у SWS, при цьому більшість електронів втрачає енергію. Цей результат вказує на те, що SDV-SWS може перетворювати кінетичну енергію електронів у радіочастотні сигнали, таким чином реалізуючи посилення сигналу.
Вихідний сигнал SDV-SWS на 220 ГГц. (a) Вихідна потужність із включеним спектром. (b) Розподіл енергії електронів з електронним пучком на кінці вставки SWS.
На рисунку 23 показана смуга пропускання вихідної потужності та коефіцієнт посилення дворежимного двопроменевого SDV-TWT. Вихідні характеристики можна додатково покращити, змінивши частоти від 200 до 275 ГГц і оптимізувавши напругу приводу. Цей результат показує, що смуга пропускання 3 дБ може охоплювати 205–275 ГГц, що означає, що дворежимна робота може значно розширити робочу смугу пропускання.
Однак, згідно з рис. 2a, ми знаємо, що існує смуга зупинки між непарним і парним режимами, що може призвести до небажаних коливань. Тому необхідно вивчити стабільність роботи навколо зупинок. На малюнках 24a-c наведені результати моделювання 20 нс на частотах 265,3 ГГц, 265,35 ГГц і 265,4 ГГц відповідно. Можна побачити, що хоча результати моделювання мають деякі коливання, вихідна потужність відносно стабільна. Спектр також показаний на малюнку 24 відповідно, спектр є чистим. Ці результати вказують на відсутність автоколивань поблизу смуги зупинки.
Виготовлення та вимірювання необхідні для перевірки правильності всього HFS. У цій частині HFS виготовляється за допомогою технології комп’ютерного числового керування (CNC) з діаметром інструменту 0,1 мм і точністю обробки 10 мкм. Матеріалом для високочастотної структури є безкиснева мідь високої провідності (OFHC). На малюнку 25a показано виготовлену структуру. Довжина всієї конструкції становить 66. 00 мм, ширина 20,00 мм і висота 8,66 мм. Вісім отворів для штифтів розподілено навколо конструкції. На малюнку 25b показано структуру за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). Леза цієї структури рівномірно виготовлені та мають добру шорсткість поверхні. Після точного вимірювання загальна похибка обробки становить менше 5%, а шорсткість поверхні становить близько 0,4 мкм. Структура обробки. відповідає вимогам дизайну та точності.
На малюнку 26 показано порівняння між фактичними результатами тестування та моделюванням продуктивності передачі. Порт 1 і порт 2 на малюнку 26a відповідають вхідним і вихідним портам HFS, відповідно, і еквівалентні портам 1 і порту 4 на малюнку 3. Фактичні результати вимірювань S11 трохи кращі, ніж результати моделювання. У той же час результати вимірювань S21 трохи гірші. Причина може полягати в тому, що провідність матеріалу, задана в моделюванні, занадто висока. і шорсткість поверхні після фактичної механічної обробки погана. Загалом результати вимірювань добре узгоджуються з результатами моделювання, а смуга пропускання відповідає вимозі 70 ГГц, що підтверджує здійсненність і правильність запропонованого дворежимного SDV-LWT. Таким чином, у поєднанні з фактичним процесом виготовлення та результатами випробувань можна використовувати надширокосмугову двопроменеву конструкцію SDV-LWT, запропоновану в цій статті. для подальшого виготовлення та застосування.
У цій статті представлено детальну конструкцію двопроменевого SDV-LWT із плоским розподілом 220 ГГц. Поєднання дворежимної роботи та двопроменевого збудження додатково збільшує робочу смугу пропускання та вихідну потужність. Виготовлення та холодне випробування також проводяться для перевірки правильності всієї HFS.Фактичні результати вимірювань добре узгоджуються з результатами моделювання. Для розробленої двопроменевої EOS, секція маски та керуючі електроди були використані разом для створення двоолівцевого променя. Під розробленим рівномірним фокусуючим магнітним полем електронний промінь може стабільно передаватись на великі відстані з хорошою формою. У майбутньому буде проведено виробництво та випробування EOS, а також буде проведено термічне випробування всього ЛБВ. Ця проектна схема SDV-LWT, запропонована в цьому Папір повністю поєднує в собі сучасну зрілу технологію обробки площини та демонструє великий потенціал у показниках продуктивності, обробці та складанні. Тому в цій статті вважають, що плоска структура, швидше за все, стане тенденцією розвитку вакуумних електронних пристроїв у терагерцевому діапазоні.
Більшість необроблених даних і аналітичних моделей у цьому дослідженні були включені в цю статтю. Додаткову відповідну інформацію можна отримати від відповідного автора за розумним запитом.
Гамзіна, Д. та ін. Нанорозмірна обробка з ЧПУ субтерагерцової вакуумної електроніки. IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. and Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication субтерагерцових хвилеводів з використанням багатошарового фоторезиста SU-8.J.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS та ін. Дорожня карта технології ТГц у 2017 р. Дж.Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC. Сильне обмеження поширення плазмонної хвилі через надширокосмугові хвилеводи з подвійною решіткою в шаховому порядку.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Performance of a Nano CNC Machined 220-GHz Traveling Wave Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Дослідження діокотронної нестабільності нескінченно широких листових електронних пучків за допомогою теорії моделі макроскопічної холодної рідини. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Галдецький, А. В. про можливість збільшити пропускну здатність за допомогою планарного розташування пучка в багатопроменевому клістроні. На 12-й Міжнародній конференції IEEE з вакуумної електроніки, Бангалор, Індія, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ та ін. Конструкція трипроменевої електронної гармати з вузьким розподілом площини розщеплення пучка в W-діапазоні зі змішаною подвійною лопатевою трубкою бігучої хвилі [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 Планарна розподілена трипроменева електронна оптична система з вузьким розділенням променів для основного режиму W-діапазону TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Research on Interleaved Double-Blade Traveling Wave Tube with Sheet Beams 20-22 міліметрової хвилі (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Дослідження стабільності взаємодії променів і хвиль G-діапазону з двома лопатками біжучої хвилі. 2018 43-тя Міжнародна конференція з інфрачервоних міліметрових і терагерцових хвиль, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.851 0263 (2018).