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 bitta rejimda harakatlanish quvvati barqarorligini oshiradi. trubka, qo'shaloq qalam shaklidagi elektron optik tizim ishlab chiqilgan, haydash kuchlanishi 20 ~ 21 kV va oqim 2 × 80 mA. Dizayn maqsadlari. Ikkita nurli tabancada niqob qismi va boshqaruv elektrodidan foydalangan holda, ikkita qalam nurlarini siqish nisbati 7 ga teng bo'lgan tegishli markazlar bo'ylab yo'naltirish mumkin, fokuslashning barqarorligi taxminan 18 mm. Shuningdek, optimallashtirilgan. 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) qoplash uchun etarli. So'ngra, elektron-optik tizimning qulayligini va sekin to'lqinli tuzilmaning ishlashini tekshirish uchun zarracha xujayrasi (PIC) simulyatsiyasi ham H tizimida amalga oshirilgan natijalarga erishish mumkinligini ko'rsatadi. 220 gigagertsli chastotada maksimal chiqish quvvati deyarli 310 Vt, optimallashtirilgan nurlanish kuchlanishi 20,6 kV, nur oqimi 2 × 80 mA, daromad 38 dB va 3 dB tarmoqli kengligi 35 dB dan oshadi, taxminan 70 gigagerts. simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi.Shuning uchun ushbu maqolada taklif qilingan sxema kelajakda qo'llanilishi mumkin 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 fazoni tadqiq qilish 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 quvvatiga bo'lgan ehtiyojini qondira olmadi. Shuning uchun THz diapazonining ishlashini qanday qilib har tomonlama yaxshilash ko'plab ilmiy tadqiqot institutlari uchun juda dolzarb masala bo'lib qoldi. So'nggi yillarda sekin to'lqinli tuzilmalar (SWS), masalan, staggered qo'sh pichoqli (SDV) tuzilmalar va buklangan to'lqin uzatuvchi (FW) tuzilmalari, ayniqsa, tabiiy reja tuzilmalari - DVS-ning istiqbolli tuzilmalari tufayli keng e'tiborga sazovor bo'ldi. 2008-yilda UC-Devis tomonidan ishlab chiqilgan. Planar struktura kompyuterning raqamli boshqaruvi (CNC) va UV-LIGA kabi mikro-nano ishlov berish texnikasi yordamida osonlik bilan ishlab chiqilishi mumkin, to'liq metall paketli struktura yuqori chiqish quvvati va daromadga ega bo'lgan katta issiqlik sig'imini ta'minlaydi va to'lqin yo'riqnomasiga o'xshash tuzilma ham kengroq ish o'tkazish qobiliyatini ta'minlashi mumkin. G-bandida 100 Vt dan ortiq quvvat chiqishi va deyarli 14 gigagertsli tarmoqli kengligi signallari5. 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 SDV-TWT uchun varaq elektron nurlari ishlatilgan. Garchi bu sxemani uzatish masofasini sezilarli darajada yaxshilash qiyin bo'lsa-da, joriy masofani saqlab qolish qiyin bo'lishi mumkin. varaq nurlarining elektron optik tizimining (EOS) beqarorligiga 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. THz TWT ning yuqori chiqish quvvati, keng tarmoqli kengligi va yaxshi barqarorligi talablarini qondirish 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 joriy qilinadi, shuningdek, ushbu tuzilmada quvvat taqsimotini ikki baravar oshirish rejalashtirilgan. 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 SWSning lateral hajmidan foydalanadi. to'liq nurli oqim va har bir nur uchun kichik oqim, bu qatlamli qurilmalarga nisbatan haddan tashqari rejimli nur tunnellanishini oldini oladi. Shuning uchun harakatlanuvchi to'lqin trubkasi barqarorligini saqlab qolish foydalidir. Oldingi ishlar 8,9 asosida ushbu maqola G-diapazonli yagona magnit maydonni ikki tomonlama qalam nuriga qaratuvchi EOSni taklif qiladi, bu esa u erdagi to'siqlar orasidagi masofani sezilarli darajada oshirishi mumkin. chiqish quvvati.
Ushbu maqolaning tuzilishi quyidagicha. Birinchidan, parametrlar, dispersiya xarakteristikalari tahlili va yuqori chastotali simulyatsiya natijalari bilan SWS hujayra dizayni tasvirlangan. Keyin birlik hujayra tuzilishiga ko'ra, bu maqolada ikkita qalam nurli EOS va nurning o'zaro ta'siri tizimi ishlab chiqilgan. Hujayra ichidagi zarrachalarni simulyatsiya qilish natijalari, shuningdek, EOS qo'shilishi va SDVT-ning sovuq qog'ozning ishlashini tekshirish uchun taqdim etilgan. butun HFSning to'g'riligini tekshirish uchun natijalar. 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 ko'rsatadi. Butun TWT ishlashini yaxshilash uchun takomillashtirilgan o'zaro ta'sir tuzilmasi ishlab chiqilgan. nur, 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 ikkilamchi 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 u erda yuqori chastota diapazoni ta'sirining asosiy toq rejimidan foydalaniladi. ishlaydigan tarmoqli kengligi.
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 almashinuvini 2,5p ga o'rnatib, 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 72 GGts va 2-5 GGts ga yetishi mumkin. 280 gigagertsli (juft rejim) diapazonlari. 2b-rasmda 210 dan 290 gigagertsgacha bo'lgan 0,6 Ō dan katta bo'lgan o'rtacha ulanish empedansi ko'rsatilgan, bu esa operatsion tarmoqli kengligida kuchli o'zaro ta'sirlar sodir bo'lishi 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. GGs. 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 simulyatsiya 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'rtasida 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 butun chiziqning tashqi muhitiga ulanishi, bu erda quvur liniyasining barqarorligini oshirish uchun. pered bog'lovchi SWSni WR-4 standart to'lqin o'tkazgichga ulash uchun 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 S27 × 12 m ga kamayadi.
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.
As the power supply of vacuum electronic devices, the electron gun directly determines whether the device can generate enough output power.Combined with the analysis of HFS in Section II, a dual-beam EOS needs to be designed to provide sufficient power.In this part, based on previous work in W-band8,9, a double pencil electron gun is designed using a planar mask part and control electrodes.First, according to the design requirements of SWS in Sect.As shown in FIG.2 ga ko'ra, elektron nurlarning harakatlantiruvchi kuchlanishi Ua dastlab 20 kV ga o'rnatiladi, ikkita elektron nurning toklari I ikkalasi ham 80 mA, elektron nurlarining nur diametri dw esa 0,13 mm. Shu bilan birga, elektron nurlarning oqim zichligini ta'minlash va elektrodning siqilish nisbati 7 ga erishish 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, tipik Pirs elektron tabancasini noyob tarzda aniqlash 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 esa ikkita elektron nurlar qisman niqob bilan ajralib turadi. va mos ravishda x = 0,155 mm, y = 0 mm. Siqilish 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'rinib turganidek, traektoriyaning taqsimlanishini olishimiz mumkin. ted elektronlar y yo'nalishi bo'yicha yaxshi siqilishga ega va har bir elektron nur o'zining simmetriya markazi bo'ylab x yo'nalishiga to'g'ri keladi, bu nazorat elektrodining fokuslash elektrod 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, elektron nurning x yo'nalishidagi proyeksiya 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 mm 48 bo'lishi kerak. katod yuzasidan 4,6 mm masofada nur. Biz kesmaning shakli standart dumaloq elektron nuriga eng yaqin ekanligini ko'rishimiz mumkin. Ikki elektron nurlar orasidagi masofa loyihalashtirilgan 0,31 mm ga yaqin va radius taxminan 0,13 mm, bu dizayn talablariga javob beradi. 9-rasmda nur oqimining simulyatsiya natijalari ko'rsatilgan. 80mA ishlab chiqilgan.
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-rasmda va 1.10 va 11-rasmda ko'rsatilgandek, oqim va nur oqimi konvertlari olinadi. Natijalardan ko'rinib turibdiki, harakatlanish kuchlanishining o'zgarishi elektr tokining o'zgarishiga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi. 4 dan 0,78 A. Shu sababli, 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. va sezuvchanlik muammosi o‘rganiladi.Yagona qalam nurining barqaror o‘tkazish nazariyasiga ko‘ra18,19, Brillouin magnit maydoni qiymatini tenglama (2) orqali hisoblash mumkin.Ushbu ishda biz bu ekvivalentdan lateral taqsimlangan qo‘sh qalam nurining magnit maydonini baholash uchun ham foydalanamiz. G‘04 ga yaqin elektromagnit maydonni hisoblab chiqamiz. .Refga ko'ra.20, 1,5-2 marta hisoblangan qiymat odatda amaliy dizaynlarda tanlanadi.
12-rasmda bir xil magnit maydon markazlashtiruvchi maydon tizimining tuzilishi ko'rsatilgan. Moviy qism eksenel yo'nalishda magnitlangan doimiy magnitdir. Materialni tanlash NdFeB yoki FeCoNi. Simulyatsiya modelida o'rnatilgan Br remanentligi 1,3 T va o'tkazuvchanligi 1,05. To'plamning butun uzunligini barqaror o'tkazishni ta'minlash uchun dastlabki uzunligi mm0 ga teng. x yo'nalishidagi magnitning o'lchami nur kanalidagi ko'ndalang magnit maydonning bir xil yoki yo'qligini aniqlaydi, bu 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 ga o'rnatiladi. fokuslash tizimiga joylashtiriladi, 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 qalinligi 1 mm ga teng bo'lgan pog'onali konstruktsiyani qo'shamiz. , 13-rasmda ko'rsatilganidek, uchta qadamning balandligi va kengligi 0,5 mm, qutb bo'lagi teshiklari orasidagi masofa esa 2 mm.
Shakl 14a ikkita elektron nurlarining markaz chiziqlari bo'ylab eksenel magnit maydon taqsimotini ko'rsatadi. Ikki elektron nurlari 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. bo'lagi magnit oqimining oqishini oldini olishga yaxshi ta'sir ko'rsatadi. 14b-rasmda ikkita elektron nurning yuqori chetida z yo'nalishi bo'yicha ko'ndalang magnit maydon taqsimoti ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, ko'ndalang magnit maydon faqat qutb bo'lagi teshigida 200 Gs dan kam bo'lsa, sekin to'lqinli zanjirning ko'ndalang magnit maydonida magnit maydon deyarli ko'ndalang ta'sir ko'rsatadi. elektron nuridagi maydon ahamiyatsiz. Qutb qismlarining magnit bilan toʻyinganligini oldini olish uchun qutb boʻlaklari ichidagi magnit maydon kuchini oʻrganish kerak.
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 boʻlagi magnitdan uzoqda qutb boʻlagi bilan ustma-ust tushadigan joydir.Ammo, agar remanentlik 1.3T ga oʻrnatilgan boʻlsa, elektron nurning oʻtkazuvchanligi 99% ga eta olmasligi aniqlandi. Remanentlikni 1,4 T ga oshirish orqali fokuslanish magnit maydonining GX traektoriyasiga va xoz500 rejasiga koʻtariladi. 15-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, nur yaxshi uzatish, kichik dalgalanma 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 kesishishi ko'rsatilgan. Fokuslash tizimidagi nurlar kesimining shakli yaxshi saqlanganligi va kesma diametri unchalik o'zgarmasligini ko'rish mumkin. am joriy.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 bo'lagi va qutb bo'lagi o'rtasida bo'shliq mavjud bo'lganligi sababli, bu bo'shliqni simulyatsiyada o'rnatish kerak. Bo'shliq qiymati o'rnatildi va uning oqimining yo'nalishi 0,2 mm ni ko'rsatadi. natija shuni ko'rsatadiki, nur konvertidagi o'zgarish sezilarli emas va nur oqimi deyarli o'zgarmaydi.Shuning uchun tizim yig'ish xatolariga befarq.Haydash kuchlanishining o'zgarishi uchun xato diapazoni ±0,5 kV ga o'rnatiladi. 19b-rasmda taqqoslash natijalari ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, kuchlanishning o'zgarishi T +0.0 dan o'zgarishlar oralig'ida kam ta'sir qiladi. magnit maydon kuchi. Taqqoslash natijalari 20-rasmda keltirilgan. 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 dasturi cheklovlari tufayli biz butun EOSni HFS ga qo'sha olmadik. Shu sababli, elektron tabancaning diametri 0 mm dan 1 mm ga teng bo'lgan masofaga almashtirildi. 0,31 mm bo'lgan ikkita sirt, 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 daromadni 20,6 kV kuchlanishli kuchlanishda olish mumkin, a ×A 8 dyuym, a ×A 8 dyuym. 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. .22b-rasmda SWSda elektron energiyasining eksenel joylashuvi taqsimoti ko'rsatilgan, bunda elektronlarning ko'pchiligi 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 toq va juft rejimlar o'rtasida to'xtash diapazoni mavjudligini bilamiz, bu esa istalmagan tebranishlarga olib kelishi mumkin. Shuning uchun to'xtash joylari atrofidagi ish barqarorligini o'rganish kerak. 24a-c-rasmlar 265,3 GHz chastotada 20 ns simulyatsiya natijalari, 265,325 Gigagerts chastotasida ko'rish mumkin. simulyatsiya natijalari ba'zi tebranishlarga ega, 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 HFS ning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va o'lchash zarur. Bu qismda HFS 0,1 mm asbob diametri va 10 mkm ishlov berish aniqligi bilan kompyuter raqamli nazorati (CNC) texnologiyasidan foydalangan holda ishlab chiqariladi. Yuqori chastotali struktura uchun material kislorodsiz yuqori o'tkazuvchanlik bilan ta'minlanadi. 66,00 mm, kengligi 20,00 mm va balandligi 8,66 mm. Sakkizta pin teshigi strukturaning atrofida taqsimlangan. 25b-rasmda skanerlash elektron mikroskop (SEM) orqali struktura ko'rsatilgan. Ushbu strukturaning pichoqlari bir xilda ishlab chiqarilgan va yaxshi sirt pürüzlülüğüne ega. Aniq o'lchovdan so'ng, xatolik taxminan 5 mk.dan kamroq bo'ladi. .Mashinaning tuzilishi 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 qobiliyat juda yuqori va haqiqiy ishlov berishdan keyin sirt pürüzlülüğü yomon. Umuman olganda, o'lchangan natijalar simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi va uzatish o'tkazish qobiliyati 70 gigagertsli talabga javob beradi, bu taklif qilingan ikki rejimli SDV-TWTning maqsadga muvofiqligi va to'g'riligini tekshiradi. Ushbu maqolada taklif qilingan T dizayni keyingi ishlab chiqarish va ilovalar uchun ishlatilishi mumkin.
Ushbu maqolada 220 gigagertsli ikki nurli SDV-TWT planar taqsimotining batafsil dizayni taqdim etilgan.Ikki rejimli ishlash 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 yaxshi shaklda uzoq masofalarga barqaror uzatilishi mumkin. Kelajakda EOS ishlab chiqarish va sinovi ham o'tkaziladi, buning TDVT sinovi ham amalga oshiriladi. Ushbu maqolada taklif etilgan WT dizayn sxemasi hozirgi etuk tekisliklarni 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 ehtimoli katta 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. Vakuum elektroniği 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 barqarorligi bo'yicha o'rganish.2018 Infraqizil millimetr va Terahertz to'lqinlari bo'yicha 43-xalqaro konferentsiya, Nagoya.8510263, https://0.MM12010.org/doi. 263 (2018).