Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi CSS-ni cheklangan darajada qo‘llab-quvvatlaydi. Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o‘chirib qo‘ying). Ayni paytda qo‘llab-quvvatlashning davom etishini ta’minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScript-larsiz ko‘rsatamiz.
Ushbu maqolada 220 gigagertsli keng polosali yuqori quvvatli interleaved er-xotin pichoqli harakatlanuvchi to'lqin trubkasi ishlab chiqilgan va tasdiqlangan. Birinchidan, planar ikki nurli staggered ikki pichoqli sekin to'lqinli tuzilma taklif etiladi. Ikki rejimli ish sxemasidan foydalangan holda, uzatish samaradorligi va tarmoqli kengligi deyarli ikki baravar ko'payadi va bir rejimdagi barqarorlik talablariga javob beradi. harakatlanuvchi to'lqin trubkasi uchun qo'shaloq qalam shaklidagi elektron optik tizim ishlab chiqilgan, haydash kuchlanishi 20 ~ 21 kV va oqim 2 × 80 mA. Dizayn maqsadlari. Ikkita nurli quroldagi niqob qismi va boshqaruv elektrodidan foydalangan holda, ikkita qalam nurlari tegishli markazlar bo'ylab fokuslanishi mumkin, siqilish masofasi taxminan 18 mm va barqarorlik darajasi. Yaxshi. Yagona magnit fokuslash tizimi ham optimallashtirildi. Planar qo'sh elektron nurining barqaror uzatish masofasi 45 mm ga yetishi mumkin va fokuslash magnit maydoni 0,6 T ni tashkil qiladi, bu butun yuqori chastotali tizimni (HFS) qamrab olish uchun etarli. Keyin, elektron-optik tizimdan foydalanishga yaroqliligini va zarrachalarning barcha tuzilishining ishlashini tekshirish uchun simulyatsiya sekin to'lqinli tizimda ham amalga oshirildi. HFS.Natijalar shuni ko'rsatadiki, nur-o'zaro ta'sir tizimi 220 gigagertsli chastotada deyarli 310 Vt maksimal chiqish quvvatiga erishishi mumkin, optimallashtirilgan nurlanish kuchlanishi 20,6 kV, nur oqimi 2 × 80 mA, daromad 38 dB va 3 dB tarmoqli kengligi 35 dB dan oshadi. HFS ishlashini tekshirish uchun va natijalar o'tkazish qobiliyati va uzatish xarakteristikalari simulyatsiya natijalariga yaxshi mos kelishini ko'rsatadi.Shuning uchun ushbu maqolada taklif qilingan sxema kelajakda ilovalar uchun potentsialga ega bo'lgan yuqori quvvatli, ultra keng polosali teragerts diapazonli nurlanish manbalarini ishlab chiqishi kutilmoqda.
An'anaviy vakuumli elektron qurilma sifatida harakatlanuvchi to'lqin trubkasi (TWT) yuqori aniqlikdagi radar, sun'iy yo'ldosh aloqa tizimlari va kosmik tadqiqotlar kabi ko'plab ilovalarda o'zgarmas rol o'ynaydi. Biroq, ish chastotasi terahertz diapazoniga kirganda, an'anaviy bog'langan bo'shliq TWT va spiral TWT odamlarning nisbatan past tarmoqli quvvati ehtiyojlarini qondira olmadi. ishlab chiqarish jarayonlari.Shuning uchun THz diapazoni ish faoliyatini har tomonlama yaxshilash ko'plab ilmiy tadqiqot muassasalari uchun juda dolzarb masala bo'lib qoldi.So'nggi yillarda yangi sekin to'lqinli tuzilmalar (SWSs), masalan, staggered dual-blade (SDV) tuzilmalari va buklangan to'lqin uzatuvchi (FW) tuzilmalari, ayniqsa, SDV-SW-SW-S-ning tabiiy rejalari bilan bog'liq bo'lmagan tuzilmalarga katta e'tibor qaratilmoqda. Bu tuzilma UC-Devis tomonidan 2008-yilda taklif qilingan. Planar struktura kompyuter raqamli nazorati (CNC) va UV-LIGA kabi mikro-nano ishlov berish usullari yordamida osonlik bilan ishlab chiqilishi mumkin, butunlay metall paketli struktura yuqori chiqish quvvati va daromad bilan kattaroq issiqlik sig'imini ta'minlaydi va to'lqin uzatgichga o'xshash tuzilma, shuningdek, Davisning eng kengroq ish vaqtini ta'minlaydi. 2017 yilda SDV-TWT G-bandida 100 Vt dan ortiq va deyarli 14 gigagertsli tarmoqli kengligi signallarini ishlab chiqarishi mumkin edi5. Biroq, bu natijalar terahertz diapazonidagi yuqori quvvat va keng tarmoqli kengligi bilan bog'liq bo'lgan tegishli talablarga javob bera olmaydigan bo'shliqlarga ega. UC-Devisning G-diapazoni uchun SDV-TWT, albatta, elektron tarzda yaxshilangan bo'lsa ham, bu sxemadan foydalanish mumkin. nurning oqim o'tkazuvchanligi, varaq nurlarining elektron optik tizimining (EOS) beqarorligi tufayli uzoq uzatish masofasini saqlab qolish qiyin va ortiqcha rejimli nurli tunnel mavjud bo'lib, bu ham nurning o'zini o'zi boshqarishiga olib kelishi mumkin. – Qo‘zg‘alish va tebranish 6,7. Yuqori chiqish quvvati, keng tarmoqli kengligi va THz TWT ning yaxshi barqarorligi talablariga javob berish uchun ushbu maqolada ikki tomonlama rejimda ishlaydigan ikki nurli SDV-SWS taklif etiladi. Ya'ni, ish o'tkazish qobiliyatini oshirish uchun ikki rejimli operatsiya taklif qilinadi va ushbu tuzilmada ishlab chiqarish quvvatini ikki baravar taqsimlash tartibida joriy etiladi. nurlar ham qo'llaniladi. Yagona qalam nurli radiostantsiyalar vertikal o'lchamdagi cheklovlar tufayli nisbatan kichikdir. Agar oqim zichligi juda yuqori bo'lsa, nur oqimini kamaytirish kerak, natijada chiqish quvvati nisbatan past bo'ladi. Nur oqimini yaxshilash uchun tekis taqsimlangan ko'p nurli EOS paydo bo'ldi, bu esa SWS ning mustaqil taqsimlanadigan o'lchamidan foydalanadi. ko'p nurli yuqori umumiy nur oqimini va har bir nur uchun kichik oqimni ushlab turish orqali yuqori chiqish quvvatiga erishishi mumkin, bu varaq-nurli qurilmalar bilan solishtirganda haddan tashqari rejimli nur tunnelining oldini oladi. Shuning uchun harakatlanuvchi to'lqin trubasining barqarorligini saqlab qolish foydalidir. Oldingi ishlar 8,9 asosida ushbu maqola G-diapazonini bir xilda taklif qiladi. nur va nurning o'zaro ta'sir maydonini yanada oshiradi, shu bilan chiqish quvvatini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Ushbu maqolaning tuzilishi quyidagicha. Birinchidan, parametrlari, dispersiya xarakteristikalari tahlili va yuqori chastotali simulyatsiya natijalari bilan SWS hujayra dizayni tasvirlangan. Keyin birlik hujayra tuzilishiga ko'ra, ushbu maqolada ikkita qalam nurli EOS va nurning o'zaro ta'siri tizimi ishlab chiqilgan. Hujayra ichidagi zarrachalarni simulyatsiya qilish natijalari EOS-ning qo'shilishi va taqdim etilgan SDVT-ning ishlashini tekshirish uchun ham taqdim etilgan. butun HFSning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va sovuq sinov natijalari. Nihoyat xulosa qiling.
TWT ning eng muhim tarkibiy qismlaridan biri sifatida sekin to'lqin strukturasining dispersiyaviy xususiyatlari elektron tezligining SWS faza tezligiga mos kelishini ko'rsatadi va shu bilan nur-to'lqin o'zaro ta'siriga katta ta'sir qiladi. Butun TWT ishlashini yaxshilash uchun takomillashtirilgan o'zaro ta'sir strukturasi ishlab chiqilgan. bitta qalam nurini cheklash, struktura chiqish quvvati va ish barqarorligini yanada yaxshilash uchun ikkita qalam nurini qabul qiladi. Shu bilan birga, ish o'tkazish qobiliyatini oshirish uchun SWS ishlashi uchun ikki tomonlama rejim taklif qilindi.SDV strukturasining simmetriyasi tufayli elektromagnit maydon dispersiyasi tenglamasining yechimi toq va juft rejimlarga bo'linishi mumkin.Shu bilan birga, past chastota diapazonining asosiy toq rejimi va yuqori chastota diapazoni diapazoni sinxronizatsiyasining fundamental juft rejimi qo'llaniladi. shu bilan ish o'tkazish qobiliyatini yanada yaxshilash.
Quvvat talablariga muvofiq, butun trubka 20 kV kuchlanishli va 2 × 80 mA ikki nurli oqim bilan ishlab chiqilgan. Voltajni SDV-SWS ning ish o'tkazish qobiliyatiga iloji boricha yaqinroq moslashtirish uchun biz p davrining uzunligini hisoblashimiz kerak.
220 gigagertsli markaziy chastotada faza siljishini 2,5p ga o'rnatgan holda, p davrini 0,46 mm deb hisoblash mumkin. 2a-rasmda SWS birlik hujayrasining dispersiya xususiyatlari ko'rsatilgan. 20 kV nur chizig'i bimodal egri chizig'iga juda mos keladi. Mos keladigan chastota diapazonlari taxminan 70 GGts va 3-6 kun oralig'ida 72 GHz ga yetishi mumkin. 265,4–280 gigagertsli (juft rejim) diapazonlari. 2b-rasmda 210 dan 290 gigagertsgacha 0,6 Ō dan katta bo'lgan o'rtacha ulanish empedansi ko'rsatilgan, bu ish o'tkazish qobiliyatida kuchli o'zaro ta'sirlar yuzaga kelishi mumkinligini ko'rsatadi.
(a) 20 kV elektron nurli chiziqli ikki rejimli SDV-SWS ning dispersiya xarakteristikalari. (b) SDV sekin to'lqin zanjirining o'zaro ta'sir qilish empedansi.
Ammo shuni ta'kidlash kerakki, toq va juft rejimlar o'rtasida tarmoqli bo'shlig'i mavjud va biz odatda 2a-rasmda ko'rsatilganidek, bu tarmoqli bo'shlig'ini to'xtash diapazoni deb ataymiz. Agar TWT ushbu chastota diapazoni yaqinida ishlasa, kuchli nurni ulash kuchi paydo bo'lishi mumkin, bu esa kiruvchi tebranishlarga olib keladi. Amaliy ilovalarda biz odatda TWTni ishlatishdan qochamiz, bu to'xtash diapazoni yaqinida, bu bo'shliq sekin bo'lishi mumkin. atigi 0,1 GGts. Bu kichik diapazon tebranishlarga sabab bo'ladimi yoki yo'qligini aniqlash qiyin. Shuning uchun to'xtash diapazoni atrofida ishlashning barqarorligi kiruvchi tebranishlar yuzaga kelishi mumkinligini tahlil qilish uchun quyidagi PIC simulyatsiyasi bo'limida tekshiriladi.
Butun HFS modeli 3-rasmda ko'rsatilgan. U Bragg reflektorlari bilan bog'langan SDV-SWS ning ikki bosqichidan iborat. Reflektorning vazifasi ikki bosqich o'rtasidagi signal uzatilishini uzib qo'yish, tebranish va ishlamaydigan rejimlarning aks etishini bostirish, masalan, yuqori va pastki o'rtasida hosil bo'lgan yuqori tartibli rejimlar, bu erda barcha pichoqlarning tashqi ulanishi uchun barqarorlikni oshirish uchun. muhitda, SWSni WR-4 standart to'lqin o'tkazgichga ulash uchun chiziqli konusli bog'lovchi ham ishlatiladi.Ikki darajali strukturaning uzatish koeffitsienti 3D simulyatsiya dasturida vaqt domeni hal qiluvchi tomonidan o'lchanadi.Teragerts diapazonining materialga haqiqiy ta'sirini hisobga olgan holda, vakuum konvertining materiali dastlab misga o'rnatiladi va o'tkazuvchanlik 12 × 2 ga kamayadi. S/m12.
4-rasmda chiziqli konusli ulagichlar bo'lgan va bo'lmagan HFS uchun uzatish natijalari ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, bog'lovchi butun HFS ning uzatish ko'rsatkichlariga kam ta'sir qiladi. 207 ~ 280 GGts chastotada butun tizimning qaytish yo'qotilishi (S11 < - 10 dB) va kiritish yo'qolishi (S21 > - 5 dB) HFS keng polosali uzatish xususiyatlariga ega ekanligini ko'rsatadi.
Vakuumli elektron qurilmalarning quvvat manbai sifatida elektron tabanca to'g'ridan-to'g'ri qurilmaning etarli chiqish quvvatini ishlab chiqarishi mumkinligini aniqlaydi. II bo'limdagi HFS tahlili bilan birgalikda, ikki nurli EOS etarli quvvatni ta'minlash uchun loyihalashtirilishi kerak. Bu qismda W-band8,9 da oldingi ishlarga asoslanib, qo'shaloq qalam elektron tabancasi tekislik niqobi qismi va SW ning boshqaruv elektrodlari talablariga muvofiq ishlab chiqilgan. Shaklda ko'rsatilgan. 2 ga ko'ra, elektron nurlarning harakatlantiruvchi kuchlanishi Ua dastlab 20 kV ga o'rnatiladi, ikkita elektron nurlarning oqimlari I ikkalasi ham 80 mA va elektron nurlarning nur diametri dw 0,13 mm. Shu bilan birga, elektron nurning oqim zichligini ta'minlash va elektrodning siqilish nisbatiga erishish uchun. 7, shuning uchun elektron nurning joriy zichligi 603 A / sm2 va katodning joriy zichligi 86 A / sm2 ni tashkil qiladi, bunga erishish mumkin. Bunga yangi katod materiallari yordamida erishiladi. 14, 15, 16, 17 dizayn nazariyasiga ko'ra, odatda Pirs elektron tabancasi noyob bo'lishi mumkin.
5-rasmda mos ravishda qurolning gorizontal va vertikal sxematik diagrammalari ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, x-yo'nalishidagi elektron tabancaning profili odatdagi varaq shaklidagi elektron tabancaniki bilan deyarli bir xil, y-yo'nalishida ikkita elektron nurlar qisman niqob bilan ajralib turadi. y = 0 mm va x = 0,155 mm, y = 0 mm, mos ravishda. Siqish nisbati va elektron in'ektsiya o'lchamining dizayn talablariga muvofiq, ikkita katod sirtining o'lchamlari 0,91 mm × 0,13 mm sifatida aniqlanadi.
X-yo'nalishidagi har bir elektron nur tomonidan qabul qilingan fokuslangan elektr maydonini o'z markaziga nisbatan nosimmetrik qilish uchun ushbu qog'oz elektron tabancaga nazorat elektrodini qo'llaydi. Fokuslash elektrodi va nazorat elektrodining kuchlanishini -20 kV ga va anodning kuchlanishini 0 V ga o'rnatib, biz ko'rsatilgandek, Fig6 ning traektoriya taqsimotini olishimiz mumkin. emissiya qilingan elektronlar y-yo'nalishda yaxshi siqilishga ega ekanligini va har bir elektron nurning o'z simmetriya markazi bo'ylab x-yo'nalishiga to'g'ri kelishini ko'rgan, bu nazorat elektrodining fokuslash elektrodi tomonidan hosil bo'lgan teng bo'lmagan elektr maydonini muvozanatlashini ko'rsatadi.
7-rasmda x va y yo'nalishlaridagi nur konvertlari ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, x yo'nalishidagi elektron nurning proyeksiyalash masofasi y yo'nalishidagidan farq qiladi. X yo'nalishidagi otish masofasi taxminan 4 mm, y yo'nalishidagi otish masofasi esa 7 mm ga yaqin. Shuning uchun, haqiqiy otish masofasi mmFi48 ga teng bo'lishi kerak. elektron nurning katod yuzasidan 4,6 mm masofada kesmasi. Biz kesmaning shakli standart dumaloq elektron nuriga eng yaqin ekanligini ko'rishimiz mumkin. Ikki elektron nurlar orasidagi masofa loyihalashtirilgan 0,31 mm ga yaqin, radius esa taxminan 0,13 mm, bu dizayn talablariga javob beradi. 76mA, bu mo'ljallangan 80mA bilan yaxshi mos keladi.
Amaliy qo'llanmalarda harakatlanish kuchlanishining o'zgarishini hisobga olgan holda, ushbu modelning kuchlanish sezgirligini o'rganish kerak. 19,8 ~ 20,6 kV kuchlanish oralig'ida, 1-rasm va 1.10 va 11-rasmda ko'rsatilgandek, oqim va to'lqinli oqim konvertlari olinadi. Natijalardan ko'rinib turibdiki, harakatlanish kuchlanishining o'zgarishi elektr tokining o'zgarishiga faqat elektr tokining o'zgarishiga ta'sir qilmaydi. 0,74 dan 0,78 A gacha.Shuning uchun ushbu maqolada ishlab chiqilgan elektron tabancaning kuchlanishga yaxshi sezgirligi bor deb hisoblash mumkin.
X va y yo'nalishidagi nur konvertlariga harakatlanish kuchlanishining o'zgarishi ta'siri.
Yagona magnit fokuslash maydoni keng tarqalgan doimiy magnit fokuslash tizimidir. Nur kanali bo'ylab bir xil magnit maydon taqsimoti tufayli u ekssimetrik elektron nurlari uchun juda mos keladi. Ushbu bo'limda qo'shaloq qalam nurlarining uzoq masofalarga uzatilishini ta'minlash uchun yagona magnit fokuslash tizimi taklif etiladi. Magnit maydonni tahlil qilish, hosil bo'lgan fokuslash tizimini loyihalash orqali. taklif qilinadi va sezgirlik muammosi o'rganiladi.Yagona qalam nurining barqaror uzatish nazariyasiga ko'ra18,19, Brillouin magnit maydoni qiymatini tenglama (2) bilan hisoblash mumkin.Ushbu ishda biz bu ekvivalentdan lateral taqsimlangan magnit maydonini baholash uchun ham foydalanamiz. qiymati taxminan 4000 Gs. Ref bo'yicha. 20, 1,5-2 marta hisoblangan qiymat odatda amaliy dizaynlarda tanlanadi.
12-rasmda bir xil magnit maydon fokuslash maydon tizimining tuzilishi ko'rsatilgan. Moviy qism eksenel yo'nalishda magnitlangan doimiy magnitdir. Materialni tanlash NdFeB yoki FeCoNi. Simulyatsiya modelida o'rnatilgan Br remanentsi 1,3 T va o'tkazuvchanlik 1,05 dir. mm.Bundan tashqari, x yo'nalishidagi magnitning o'lchami nur kanalidagi ko'ndalang magnit maydonning bir xilligini aniqlaydi, bu esa x yo'nalishidagi o'lcham juda kichik bo'lmasligini talab qiladi.Shu bilan birga, butun trubaning narxi va og'irligini hisobga olgan holda, magnitning o'lchami juda katta bo'lmasligi kerak.Shuning uchun magnitlar dastlab 150 mm × 150 mm to Me ga o'rnatiladi. butun sekin to'lqin sxemasi fokuslash tizimiga joylashtirilishi mumkin, magnitlar orasidagi masofa 20 mm ga o'rnatiladi.
2015-yilda Purna Chandra Panda21 yagona magnit fokuslash tizimida yangi pog‘onali teshikka ega qutb qismini taklif qildi, bu esa katodga oqim oqishini va qutb bo‘lagi teshigida hosil bo‘ladigan ko‘ndalang magnit maydonni yanada kamaytirishi mumkin. Ushbu maqolada biz fokuslash tizimining dastlabki qismiga pog‘onali konstruksiyani qo‘shamiz. 1,5 mm, uchta qadamning balandligi va kengligi 0,5 mm, qutb bo'lagi teshiklari orasidagi masofa 13-rasmda ko'rsatilganidek, 2 mm.
14a-rasmda ikkita elektron nurning markaziy chiziqlari bo'ylab eksenel magnit maydon taqsimoti ko'rsatilgan. Ikki elektron nurlar bo'ylab magnit maydon kuchlari teng ekanligini ko'rish mumkin. Magnit maydon qiymati taxminan 6000 Gs ni tashkil qiladi, bu uzatish va fokuslash maydonini oshirish uchun nazariy Brillouin maydonidan 1,5 baravar ko'pdir, magnit maydon deyarli bir xil. qutb bo'lagi magnit oqimining sizib chiqishini oldini olishga yaxshi ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi.14b-rasmda ko'ndalang magnit maydon taqsimoti By z yo'nalishi bo'yicha ikkita elektron nurning yuqori chetida ko'rsatilgan.Ko'rinib turibdiki, ko'ndalang magnit maydon faqat qutb bo'lagi teshigida 200 Gs dan kam, magnit maydon esa deyarli aylana bo'lib, sekin aylanadi. ko‘ndalang magnit maydonning elektron nuriga ta’siri unchalik katta emasligini isbotlaydi.Qutb bo‘laklarining magnit bilan to‘yinganligini oldini olish uchun qutb bo‘laklari ichidagi magnit maydon kuchini o‘rganish kerak.14c-rasmda qutb bo‘lagi ichidagi magnit maydon taqsimotining mutlaq qiymati ko‘rsatilgan.Ko‘rinib turibdiki, magnit maydonning to‘yinganlik kuchining mutlaq qiymati magnit maydonning to‘yinganligi T 12 dan kichikroq. qutb bo'lagi sodir bo'lmaydi.
Br = 1,3 T uchun magnit maydon kuchini taqsimlash.(a) Eksenel maydon taqsimoti.(b) Yanal maydon taqsimoti By z yo'nalishi bo'yicha.(c) Qutb bo'lagi ichida maydon taqsimotining mutlaq qiymati.
CST PS moduli asosida qo'sh nurli qurol va fokuslash tizimining eksenel nisbiy holati optimallashtiriladi. Ref. 9 va simulyatsiyalar, optimal joylashuvi anod qismi magnitdan uzoqda qutb bo‘lagi bilan ustma-ust tushadigan joydir.Ammo, agar remanentlik 1,3T ga o‘rnatilgan bo‘lsa, elektron nurning o‘tkazuvchanligi 99% ga yeta olmasligi aniqlandi. Remanentlikni 1,4 T ga oshirish orqali fokuslanish magnit maydonining xo500 to‘g‘ri keladi. va yoz tekisliklari 15-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, nur yaxshi o'tkazuvchan, kichik tebranish va 45 mm dan ortiq uzatish masofasiga ega.
Br = 1,4 T.(a) xoz tekisligi.(b) yoz samolyoti bilan bir jinsli magnit sistema ostida qosh qalam nurlarining traektoriyalari.
16-rasmda katoddan uzoqda joylashgan turli pozitsiyalarda nurning ko‘ndalang kesimi ko‘rsatilgan. Fokuslash tizimidagi nur kesimining shakli yaxshi saqlanganligi va kesma diametri unchalik o‘zgarmasligini ko‘rish mumkin. nur oqimining simulyatsiya natijalari.Natijalar shuni ko'rsatadiki, oqim taxminan 2 × 80 mA ni tashkil qiladi, bu elektron qurol dizaynidagi hisoblangan qiymatga mos keladi.
Elektron nurlarining kesimi (fokus tizimi bilan) katoddan uzoqda joylashgan turli pozitsiyalarda.
Amaliy ishlov berishda yig'ish xatolari, kuchlanishning o'zgarishi va magnit maydon kuchining o'zgarishi kabi bir qator muammolarni hisobga olgan holda, fokuslash tizimining sezgirligini tahlil qilish kerak. Haqiqiy ishlov berishda anod qismi va qutb bo'lagi o'rtasida bo'shliq mavjud bo'lgani uchun, bu bo'shliqni simulyatsiyada o'rnatish kerak. Bo'shliq qiymati o'rnatildi va shakl 0,2 mm tokni ko'rsatadi. y yo'nalishi.Bu natija nur konvertidagi o'zgarish muhim emasligini va nur oqimining deyarli o'zgarmasligini ko'rsatadi.Shuning uchun tizim yig'ish xatolariga sezgir emas.Haydash kuchlanishining o'zgarishi uchun xato diapazoni ±0,5 kV ga o'rnatiladi. 19b-rasmda taqqoslash natijalari ko'rsatilgan. O'rnatilgan kuchlanish diapazoni 0 dan kam ta'sir ko'rsatishi mumkin. magnit maydon kuchining o'zgarishi uchun +0,03 T gacha. Taqqoslash natijalari 20-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, nur konverti deyarli o'zgarmaydi, ya'ni butun EOS magnit maydon kuchining o'zgarishiga sezgir emas.
Yagona magnit fokuslash tizimi ostida nur konverti va oqim natijalari. (a) Yig'ishning bardoshliligi 0,2 mm. (b) Haydash kuchlanishining o'zgarishi ± 0,5 kV.
0,63 dan 0,68 T gacha bo'lgan eksenel magnit maydon kuchi tebranishlari bilan yagona magnit fokuslash tizimi ostidagi nurli konvert.
Ushbu maqolada ishlab chiqilgan fokuslash tizimi HFS bilan mos kelishini ta'minlash uchun tadqiqot uchun fokuslash tizimi va HFSni birlashtirish kerak. 21-rasmda HFS yuklangan va yuklanmagan nurli konvertlarning taqqoslanishi ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, butun HFS yuklanganda nur konvertlari unchalik o'zgarmaydi. Shuning uchun yuqoridagi fokuslash tizimi HF to'lqinining dizayni uchun mos keladi.
III bo'limda taklif qilingan EOS ning to'g'riligini tekshirish va 220 gigagertsli SDV-TWT ishlashini tekshirish uchun nur-to'lqin o'zaro ta'sirining 3D-PIC simulyatsiyasi amalga oshiriladi. Simulyatsiya dasturining cheklovlari tufayli biz butun EOSni HFSga qo'sha olmadik. Shu sababli, elektron tabancaning diametrli ekvival yuzasi bilan almashtirildi. 0,13 mm va ikki sirt orasidagi masofa 0,31 mm, yuqorida ishlab chiqilgan elektron tabanca bilan bir xil parametrlar. EOS ning befarqligi va yaxshi barqarorligi tufayli PIC simulyatsiyasida eng yaxshi chiqish quvvatiga erishish uchun haydash kuchlanishini to'g'ri optimallashtirish mumkin. Simulyatsiya natijalari shuni ko'rsatadiki, to'yingan chiqish quvvati va daromad olish mumkin bo'lgan to'yingan chiqish quvvati va kuchayishi kV, x8 a 2, kV, 2 AM 2, 6 AM 2, 20,00 ga teng bo'lgan harakatlanish kuchlanishida olinishi mumkin. (603 A/sm2) va kirish quvvati 0,05 Vt.
Eng yaxshi chiqish signalini olish uchun sikllar sonini ham optimallashtirish kerak. Eng yaxshi chiqish quvvati ikki bosqich soni 42 + 48 sikl bo‘lganda olinadi, 22a-rasmda ko‘rsatilganidek. 0,05 Vt kirish signali 38 dB ortishi bilan 314 Vt ga kuchaytirilganda. 220 GGts. 22b-rasmda elektron energiyasining SWSdagi eksenel joylashuvi taqsimoti ko'rsatilgan, elektronlarning aksariyati energiyani yo'qotadi. Bu natija shuni ko'rsatadiki, SDV-SWS elektronlarning kinetik energiyasini RF signallariga aylantira oladi va shu bilan signal kuchaytirilishini amalga oshiradi.
220 gigagertsli SDV-SWS chiqish signali. (a) Kiritilgan spektr bilan chiqish quvvati. (b) SWS o'rnatilishi oxirida elektron nurlar bilan elektronlarning energiya taqsimoti.
23-rasmda ikki rejimli ikki nurli SDV-TWT ning chiqish quvvati tarmoqli kengligi va daromadi ko'rsatilgan. Chiqish unumdorligi chastotalarni 200 dan 275 gigagertsgacha bo'lgan masofani bosib o'tish va haydovchi kuchlanishini optimallashtirish orqali yanada yaxshilanishi mumkin. Bu natija shuni ko'rsatadiki, 3 dB tarmoqli kengligi 205 dan 275 gigagertsgacha bo'lgan tarmoqli kengligini qamrab olishi mumkin, ya'ni bu ikki tomonlama tarmoqli kengligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Biroq, 2a-rasmga ko'ra, biz bilamizki, toq va juft rejimlar o'rtasida istalmagan tebranishlarga olib kelishi mumkin bo'lgan to'xtash diapazoni mavjud.Shuning uchun to'xtash joylari atrofidagi ish barqarorligini o'rganish kerak. ko'rinib turibdiki, simulyatsiya natijalari ba'zi tebranishlarga ega bo'lsa-da, chiqish quvvati nisbatan barqaror. Spektr mos ravishda 24-rasmda ham ko'rsatilgan, spektr sof. Bu natijalar to'xtash chizig'i yaqinida o'z-o'zidan tebranish yo'qligini ko'rsatadi.
Butun HFSning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va o'lchash zarur. Bu qismda HFS 0,1 mm asbob diametri va 10 mkm ishlov berish aniqligiga ega bo'lgan kompyuter raqamli nazorati (CNC) texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqariladi. Yuqori chastotali struktura uchun material kislorodsiz yuqori o'tkazuvchanlik bilan ta'minlanadi. butun strukturaning uzunligi 66,00 mm, kengligi 20,00 mm va balandligi 8,66 mm. Sakkizta pin teshigi strukturaning atrofida taqsimlanadi. 25b-rasmda strukturani skanerlash elektron mikroskop (SEM) orqali ko'rsatilgan. Ushbu strukturaning pichoqlari bir xilda ishlab chiqariladi va yaxshi sirt pürüzlülüğüne ega. pürüzlülük taxminan 0,4 mm. Ishlov berish strukturasi dizayn va aniqlik talablariga javob beradi.
26-rasmda haqiqiy sinov natijalari va uzatish ishlashi simulyatsiyasi oʻrtasidagi taqqoslash koʻrsatilgan. 26a-rasmdagi 1-port va 2-port mos ravishda HFS ning kirish va chiqish portlariga mos keladi va 3-rasmdagi 1-port va 4-portga ekvivalentdir. S11 ning haqiqiy oʻlchash natijalari simulyatsiya natijalaridan bir oz yaxshiroq. simulyatsiyada o'rnatilgan materialning o'tkazuvchanligi juda yuqori bo'lishi va haqiqiy ishlov berishdan keyin sirt pürüzlülüğü yomon bo'lishi mumkin. Umuman olganda, o'lchangan natijalar simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi va uzatish o'tkazuvchanligi 70 gigagertsli talabga javob beradi, bu taklif qilingan ikki rejimli SDV-TWTning maqsadga muvofiqligi va to'g'riligini tekshiradi. Ushbu maqolada taklif qilingan ikki nurli SDV-TWT dizayni keyingi ishlab chiqarish va ilovalar uchun ishlatilishi mumkin.
Ushbu maqolada 220 gigagertsli ikki nurli SDV-TWT tekis taqsimotining batafsil dizayni taqdim etilgan.Ikki rejimli ish va ikki nurli qo'zg'alishning kombinatsiyasi ish o'tkazish qobiliyatini va chiqish quvvatini yanada oshiradi.To'liq HFSning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va sovuq sinov ham amalga oshiriladi. Haqiqiy o'lchov natijalari simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi. Loyihalangan ikki nurli EOS uchun ikki qalamli nurni ishlab chiqarish uchun niqob bo'limi va nazorat elektrodlari birgalikda ishlatilgan. Loyihalashtirilgan yagona fokusli magnit maydon ostida elektron nur uzoq masofalarga yaxshi shaklda barqaror uzatilishi mumkin. Kelajakda EOS ishlab chiqarish va sinovdan o'tkazish ham amalga oshiriladi, shuningdek, TWT butun sinovdan o'tkaziladi. out.Ushbu maqolada taklif etilgan ushbu SDV-TWT dizayn sxemasi hozirgi etuk tekislikni qayta ishlash texnologiyasini to'liq birlashtiradi va ishlash ko'rsatkichlari va qayta ishlash va yig'ishda katta imkoniyatlarni ko'rsatadi.Shuning uchun, ushbu maqola planar tuzilmaning terahertz diapazonidagi vakuumli elektron qurilmalarning rivojlanish tendentsiyasiga aylanishi mumkin deb hisoblaydi.
Ushbu tadqiqotdagi ko'pgina xom ma'lumotlar va analitik modellar ushbu maqolaga kiritilgan. Qo'shimcha tegishli ma'lumotlarni tegishli muallifdan oqilona so'rov bo'yicha olish mumkin.
Gamzina, D. va boshqalar. Sub-terahertz vakuumli elektronikani nano o'lchovli CNC ishlov berish.IEEE Trans.elektronik qurilmalar.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. va Paoloni, C. UV-LIGA ko'p qatlamli SU-8 fotorezisti yordamida sub-terahertz to'lqin yo'riqnomalarining mikrofabrikasiyasi. Mikromexanika.Mikroelektronika.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS va boshqalar.2017 THz texnologiyasi yo'l xaritasi.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. Plazmonik to'lqin tarqalishining ultra-keng polosali staggered double-grating waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.60 (1.30) orqali kuchli chegaralanishi.
Baig, A. va boshqalar. Nano CNC ishlov berilgan 220-GHz harakatlanuvchi to'lqin naychali kuchaytirgichning ishlashi.IEEE Trans.elektronik qurilmalar.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Makroskopik sovuq suyuqlik modeli nazariyasi yordamida cheksiz keng qatlamli elektron nurlarining diokotron beqarorligini tekshirish. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/1041 (12010).
Galdetskiy, AV ko'p nurli klystronda nurning planar joylashuvi orqali tarmoqli kengligini oshirish imkoniyati haqida. Vakuumli elektronika bo'yicha 12-chi IEEE xalqaro konferentsiyasida, Bangalor, Hindiston, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.3 (IVEC.2010).
Nguyen, CJ va boshqalar. W diapazoni staggered ikki pichoqli harakatlanuvchi to'lqin trubkasida tor nurli bo'linuvchi tekislik taqsimotiga ega uch nurli elektron qurollarning dizayni [J].Science.Rep. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Vang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Vang, WB & Ruan, CJ Planar W-bandli fundamental rejim TWT.IEEE Trans.elektronik qurilmalar uchun tor nurli ajratish bilan uch nurli elektron optik tizimni taqsimladi.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. 20-22 millimetrli to'lqinli varaq nurlari bilan interleaved ikki pichoqli sayohat to'lqinli trubkasi bo'yicha tadqiqotlar (PhD, Beihang universiteti, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved dual-blade sayohat to'lqin naychasining nur-to'lqin o'zaro ta'siri barqarorligini o'rganish.2018 Infraqizil millimetr va Terahertz to'lqinlari bo'yicha 43-xalqaro konferentsiya, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).