Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik. İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında CSS üçün məhdud dəstək var. Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi (və ya Internet Explorer-də uyğunluq rejimini söndürməyi) tövsiyə edirik. Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün saytı üslub və JavaScript olmadan göstərəcəyik.
Bu yazıda 220 GHz genişzolaqlı yüksək güclü interleaved iki qanadlı səyahət dalğa borusu dizayn edilmiş və təsdiq edilmişdir. Birincisi, planar ikiqat şüalı pilləli iki qanadlı yavaş dalğa quruluşu təklif olunur. İkili rejimli əməliyyat sxemindən istifadə etməklə ötürmə performansı və bant genişliyi bir rejimin gücündən demək olar ki, iki dəfə yüksəkdir və yüksək çıxış tələblərinə cavab vermək üçün sabitlik tələblərinə cavab verir. Səyahət dalğası borusunda ikiqat qələm formalı elektron optik sistem nəzərdə tutulmuşdur, hərəkət gərginliyi 20~21 kV və cərəyan 2 × 80 mA-dır. Dizayn məqsədləri. İkiqat şüa tapançasında maska ​​hissəsi və nəzarət elektrodundan istifadə etməklə, iki karandaş şüası müvafiq mərkəzlər boyunca fokuslana bilər, sıxılma məsafəsi təxminən 18 mm-dir. Yaxşı. Vahid maqnit fokuslama sistemi də optimallaşdırılmışdır. Müstəvi ikiqat elektron şüasının sabit ötürmə məsafəsi 45 mm-ə çata bilər və fokuslanan maqnit sahəsi bütün yüksək tezlikli sistemi (HFS) əhatə etmək üçün kifayət edən 0,6 T-dir. Sonra elektron-optik sistemin yararlılığını və performansını yoxlamaq üçün bütün yavaş-dalğalı hüceyrə quruluşu (simulyasiya edən hissəciklər P) edildi. HFS.Nəticələr göstərir ki, şüa-qarşılıqlı sistem 220 GHz-də təxminən 310 Vt maksimum çıxış gücünə nail ola bilir, optimallaşdırılmış şüa gərginliyi 20,6 kV, şüa cərəyanı 2 × 80 mA, qazanc 38 dB və 3 dB bant genişliyi 35 dB-i keçir. HFS-nin performansını yoxlamaq üçün və nəticələr bant genişliyi və ötürmə xarakteristikalarının simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğunlaşdığını göstərir. Buna görə də, bu sənəddə təklif olunan sxemin gələcək tətbiqlər üçün potensialı olan yüksək güclü, ultra genişzolaqlı terahertz-zolaqlı şüalanma mənbələrini inkişaf etdirməsi gözlənilir.
Ənənəvi vakuum elektron cihaz kimi, səyahət dalğa borusu (TWT) yüksək ayırdetməli radar, peyk rabitə sistemləri və kosmik kəşfiyyat kimi bir çox tətbiqlərdə əvəzolunmaz rol oynayır1,2,3. Bununla belə, əməliyyat tezliyi terahertz diapazonuna daxil olduğundan, ənənəvi birləşmiş boşluqlu TWT və spiral TWT, insanların nisbi olaraq aşağı eni enerji ehtiyaclarını qarşılaya bilmirdi. istehsal prosesləri. Buna görə də, THz diapazonunun performansının hərtərəfli yaxşılaşdırılması bir çox elmi tədqiqat institutları üçün çox narahatlıq doğuran məsələyə çevrilmişdir. Son illərdə pilləli iki qanadlı (SDV) strukturlar və bükülmüş dalğa ötürücü (FW) strukturları kimi yeni yavaş dalğa strukturları (SWS-lər) xüsusilə təbii planlı olmayan SDV-S strukturlarına geniş diqqət yetirmişdir. perspektivli potensial. Bu struktur 20084-cü ildə UC-Davis tərəfindən təklif edilmişdir. Planar struktur kompüter ədədi nəzarət (CNC) və UV-LIGA kimi mikro-nano emal üsulları ilə asanlıqla hazırlana bilər, bütün metal paket quruluşu daha yüksək çıxış gücü və qazanc ilə daha böyük istilik tutumu təmin edə bilər və dalğa bələdçisinə bənzər struktur Davisdə ilk dəfə olaraq daha geniş iş zolağı genişliyini təmin edə bilər. 2017-ci ildə SDV-TWT G-band5-də 100 Vt-dan çox və təxminən 14 GHz bant genişliyi siqnalları yarada bilər. Bununla belə, bu nəticələrdə hələ də terahertz diapazonunda yüksək güc və geniş bant genişliyi ilə bağlı müvafiq tələblərə cavab verə bilməyən boşluqlar var. UC-Davis-in G-zolağı SDV-TWT üçün bu, elektron şəkildə əhəmiyyətli dərəcədə təkmilləşdirilmiş olsa da, istifadə oluna bilər. şüanın cərəyan keçirmə qabiliyyəti, təbəqə şüa elektron optik sisteminin (EOS) qeyri-sabitliyi səbəbindən uzun ötürmə məsafəsini saxlamaq çətindir və həddindən artıq rejimli şüa tuneli mövcuddur ki, bu da şüanın özünü tənzimləməsinə səbəb ola bilər. – Həyəcan və salınım 6,7. THz TWT-nin yüksək çıxış gücü, geniş bant genişliyi və yaxşı dayanıqlığı tələblərinə cavab vermək üçün bu işdə ikili rejimli əməliyyata malik ikili şüalı SDV-SWS təklif edilmişdir. Yəni, əməliyyat bant genişliyini artırmaq üçün ikili rejimli əməliyyat təklif edilir və bu strukturda gücün ikiqat paylanması planına uyğun olaraq tətbiq edilir. şüalar da istifadə olunur. Tək karandaş şüalı radiostansiyalar şaquli ölçü məhdudiyyətlərinə görə nisbətən kiçikdir. Cari sıxlıq çox yüksək olarsa, şüa cərəyanı azaldılmalıdır, nəticədə nisbətən aşağı çıxış gücü yaranır. Şüa cərəyanını yaxşılaşdırmaq üçün Müstəqil paylanmış tunelin yan ölçüsündən istifadə edən planar paylanmış çoxşütlü EOS yaranmışdır. çox şüa yüksək ümumi şüa cərəyanını və hər bir şüa üçün kiçik cərəyanı saxlamaqla yüksək çıxış gücünə nail ola bilər ki, bu da təbəqə-şüa cihazları ilə müqayisədə həddindən artıq rejimdə şüa tunelinin qarşısını ala bilər. Buna görə də, hərəkət edən dalğa borusunun sabitliyini qorumaq faydalıdır. Əvvəlki iş8,9 əsasında bu sənəd G-zolağının vahid vahidini təklif edir. şüa və şüanın qarşılıqlı təsir sahəsini daha da artırır, bununla da çıxış gücünü xeyli yaxşılaşdırır.
Bu yazının strukturu aşağıdakı kimidir. Əvvəlcə parametrləri, dispersiya xüsusiyyətlərinin təhlili və yüksək tezlikli simulyasiya nəticələri ilə SWS hüceyrə dizaynı təsvir edilmişdir. Sonra vahid hüceyrənin strukturuna uyğun olaraq, bu yazıda ikiqat karandaş şüası EOS və şüa qarşılıqlı əlaqə sistemi nəzərdə tutulmuşdur. Hüceyrədaxili hissəciklərin simulyasiyasının nəticələri də EOS-in istifadəyə yararlılığını yoxlamaq üçün təqdim olunur. bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün istehsal və soyuq sınaq nəticələri. Nəhayət, xülasə hazırlayın.
TWT-nin ən mühüm komponentlərindən biri kimi, yavaş dalğa strukturunun dispersiya xüsusiyyətləri elektron sürətinin SWS-nin faza sürətinə uyğun olub-olmadığını göstərir və beləliklə, şüa-dalğa qarşılıqlı təsirinə böyük təsir göstərir. Bütün TWT-nin işini yaxşılaşdırmaq üçün təkmilləşdirilmiş qarşılıqlı təsir strukturu nəzərdə tutulmuşdur. Vahid hüceyrənin strukturu Şəkil 1-də və güc vərəqində güc vərəqində göstərilmişdir. tək qələm şüasının məhdudlaşdırılması, struktur çıxış gücünü və əməliyyat sabitliyini daha da yaxşılaşdırmaq üçün ikiqat qələm şüasını qəbul edir. Eyni zamanda, işçi bant genişliyini artırmaq üçün SWS-nin işləməsi üçün ikili rejim təklif edilmişdir. SDV strukturunun simmetriyasına görə, elektromaqnit sahəsinin dispersiya tənliyinin həlli tək və cüt rejimlərə bölünə bilər. Eyni zamanda, aşağı tezlik diapazonunun əsas tək rejimi və yüksək tezlik diapazonunun əsas cüt rejimi, geniş diapazonun sinxronizasiyasından istifadə olunur. bununla da iş bant genişliyini daha da yaxşılaşdırır.
Güc tələblərinə uyğun olaraq, bütün boru 20 kV sürücülük gərginliyi və 2 × 80 mA ikiqat şüa cərəyanı ilə nəzərdə tutulmuşdur. Gərginliyi SDV-SWS-nin iş bant genişliyinə mümkün qədər yaxınlaşdırmaq üçün p dövrünün uzunluğunu hesablamalıyıq. Şüa gərginliyi ilə dövr arasındakı əlaqə (1) 10 tənliyində göstərilmişdir:
220 GHz mərkəz tezliyində faza sürüşməsini 2,5π-ə təyin etməklə, p müddətini 0,46 mm olaraq hesablamaq olar. Şəkil 2a SWS vahid hüceyrəsinin dispersiya xassələrini göstərir. 20 kV-lik şüa xətti bimodal əyriyə çox yaxşı uyğun gəlir. Uyğun tezlik diapazonları təxminən 72 GHz-ə çata bilər və 3d.2-də 265,4–280 GHz (cüt rejim) diapazonları. Şəkil 2b, 210-dan 290 GHz-ə qədər 0,6 Ω-dən çox olan orta birləşmə empedansını göstərir və bu, əməliyyat bant genişliyində güclü qarşılıqlı təsirlərin baş verə biləcəyini göstərir.
(a) 20 kV elektron şüa xətti ilə ikili rejimli SDV-SWS-nin dispersiya xüsusiyyətləri. (b) SDV yavaş dalğa dövrəsinin qarşılıqlı təsir empedansı.
Bununla belə, qeyd etmək vacibdir ki, tək və cüt rejimlər arasında bir zolaq boşluğu var və biz adətən bu zolaq boşluğuna Şəkil 2a-da göstərildiyi kimi dayanma zolağı kimi müraciət edirik. Əgər TWT bu tezlik diapazonunun yaxınlığında işlədilirsə, güclü şüa birləşmə gücü yarana bilər ki, bu da arzuolunmaz salınımlara səbəb olacaq. yalnız 0.1 GHz. Bu kiçik diapazon boşluğunun rəqslərə səbəb olub-olmadığını müəyyən etmək çətindir. Buna görə də, dayandırma zolağı ətrafında əməliyyatın sabitliyi arzuolunmaz rəqslərin baş verə biləcəyini təhlil etmək üçün aşağıdakı PIC simulyasiya bölməsində araşdırılacaq.
Bütün HFS modeli Şəkil 3-də göstərilmişdir. Bragg reflektorları ilə birləşdirilmiş SDV-SWS-in iki mərhələsindən ibarətdir. Reflektorun funksiyası iki mərhələ arasında siqnal ötürülməsini kəsmək, yuxarı və aşağı arasında yaranan yüksək nizamlı rejimlər kimi işləməyən rejimlərin salınımını və əksini boğmaqdır. mühitdə, SWS-ni WR-4 standart dalğa qurğusuna qoşmaq üçün xətti konik bağlayıcı da istifadə olunur. İkisəviyyəli strukturun ötürmə əmsalı 3D simulyasiya proqramında zaman domeninin həlledicisi ilə ölçülür. Terahertz zolağının materiala faktiki təsirini nəzərə alaraq, vakuum zərfinin materialı əvvəlcə misə endirilir və keçiricilik 125 × 2-ə endirilir. S/m12.
Şəkil 4 xətti konik bağlayıcılar olan və olmayan HFS üçün ötürmə nəticələrini göstərir. Nəticələr göstərir ki, birləşdirici bütün HFS-nin ötürülmə performansına az təsir göstərir. 207~280 GHz-də bütün sistemin geri qaytarma itkisi (S11 < − 10 dB) və daxiletmə itkisi (S21 > − 5 dB) HFS genişzolaqlı ötürülmə xüsusiyyətlərinin yaxşı olduğunu göstərir.
Vakuum elektron cihazların enerji təchizatı kimi elektron silah cihazın kifayət qədər çıxış gücü yarada bilməyəcəyini birbaşa müəyyən edir. II Bölmədə HFS təhlili ilə birlikdə, kifayət qədər güc təmin etmək üçün ikili şüalı EOS dizayn edilməlidir. Bu hissədə W-band8,9-da əvvəlki işlərə əsaslanaraq, ikiqat karandaş elektron silahı planar maskadan istifadə etməklə dizayn edilmişdir. Şəkildə göstərilmişdir. 2-də elektron şüalarının hərəkət gərginliyi Ua ilkin olaraq 20 kV, iki elektron şüasının cərəyanları I hər ikisi 80 mA, elektron şüalarının şüa diametri dw isə 0,13 mm-dir. 7, buna görə də elektron şüasının cari sıxlığı 603 A/sm2, katodun cari sıxlığı isə 86 A/sm2-dir ki, buna nail olmaq olar. Bu, yeni katod materiallarından istifadə etməklə əldə edilir. 14, 15, 16, 17 dizayn nəzəriyyəsinə əsasən, tipik bir Pirs elektron tabancası unikal şəkildə müəyyən edilə bilər.
Şəkil 5, müvafiq olaraq, silahın üfüqi və şaquli sxematik diaqramlarını göstərir. Görünür ki, x istiqamətində elektron tapançanın profili adi vərəqəbənzər elektron silahın profili ilə demək olar ki, eynidir, y istiqamətində isə iki elektron şüası maska ​​ilə qismən ayrılır. y = 0 mm və x = 0,155 mm, y = 0 mm, müvafiq olaraq. Sıxılma nisbəti və elektron inyeksiya ölçüsünün dizayn tələblərinə uyğun olaraq, iki katod səthinin ölçüləri 0,91 mm × 0,13 mm olaraq müəyyən edilir.
X istiqamətində hər bir elektron şüasının qəbul etdiyi fokuslanmış elektrik sahəsini öz mərkəzinə nisbətən simmetrik etmək üçün bu kağız elektron silaha nəzarət elektrodu tətbiq edir. Fokuslama elektrodunun və idarəetmə elektrodunun gərginliyini -20 kV-a, anodun gərginliyini isə 0 V-a təyin etməklə, biz 6-da göstərilən traektoriya paylanmasını əldə edə bilərik. emissiya olunan elektronların y-istiqamətində yaxşı sıxılma qabiliyyətinə malik olduğunu və hər bir elektron şüasının öz simmetriya mərkəzi boyunca x-istiqamətinə doğru birləşdiyini gördük ki, bu da nəzarət elektrodunun fokuslama elektrodunun yaratdığı qeyri-bərabər elektrik sahəsini balanslaşdırdığını göstərir.
Şəkil 7 x və y istiqamətlərində şüa zərfini göstərir. Nəticələr göstərir ki, elektron şüasının x istiqamətindəki proyeksiya məsafəsi y istiqamətindəki məsafədən fərqlidir. X istiqamətində atma məsafəsi təxminən 4 mm, y istiqamətində atma məsafəsi isə 7 mm-ə yaxındır. Buna görə də, faktiki olaraq seçilən atma məsafəsi mmFi48g arasında olmalıdır. elektron şüasının en kəsiyi katod səthindən 4,6 mm-dir. Biz görə bilərik ki, kəsişmənin forması standart dairəvi elektron şüasına ən yaxındır. İki elektron şüası arasındakı məsafə nəzərdə tutulmuş 0,31 mm-ə yaxındır və radius təxminən 0,13 mm-dir ki, bu da dizayn tələblərinə uyğundur. 76mA, dizayn edilmiş 80mA ilə yaxşı uyğunlaşır.
Praktik tətbiqlərdə sürmə gərginliyinin dəyişməsini nəzərə alaraq, bu modelin gərginlik həssaslığını öyrənmək lazımdır. Şəkil 1 və Şəkil 1.10 və 11-də göstərildiyi kimi 19,8 ~ 20,6 kV gərginlik diapazonunda cərəyan və şüa cərəyan zərfləri əldə edilir. Nəticələrdən göründüyü kimi, hərəkət gərginliyinin dəyişməsi elektron cərəyanının dəyişməsinə təsir göstərmir və yalnız elektrik cərəyanının dəyişməsinə təsir etmir. 0,74-dən 0,78 A-a qədər. Buna görə də, bu məqalədə nəzərdə tutulmuş elektron silahın gərginliyə yaxşı həssaslıq göstərdiyini hesab etmək olar.
X və y istiqamətli şüa zərflərində hərəkət gərginliyinin dəyişməsinin təsiri.
Vahid maqnit fokuslama sahəsi ümumi daimi maqnit fokuslama sistemidir. Şüa kanalı boyunca vahid maqnit sahəsi paylanması səbəbindən o, ox-simmetrik elektron şüaları üçün çox uyğundur. Bu bölmədə ikiqat karandaş şüalarının uzun məsafələrə ötürülməsini təmin etmək üçün vahid maqnit fokuslama sistemi təklif olunur. təklif edilir və həssaslıq problemi öyrənilir. Tək karandaş şüasının sabit ötürmə nəzəriyyəsinə əsasən18,19 Brillouin maqnit sahəsinin dəyəri (2) tənliyi ilə hesablana bilər. dəyəri təxminən 4000 Gs-dir. Ref. 20, 1,5-2 dəfə hesablanmış dəyər adətən praktik dizaynlarda seçilir.
Şəkil 12 vahid maqnit sahəsinin fokuslanma sahəsi sisteminin strukturunu göstərir. Mavi hissə eksenel istiqamətdə maqnitləşdirilmiş daimi maqnitdir. Material seçimi NdFeB və ya FeCoNi-dir. Simulyasiya modelində təyin edilmiş remanens Br 1,3 T, keçiricilik isə 1,05-dir. mm.Bundan əlavə, x istiqamətində maqnitin ölçüsü şüa kanalındakı eninə maqnit sahəsinin vahid olub olmadığını müəyyən edir, bu da x istiqamətində ölçüsün çox kiçik ola bilməməsini tələb edir.Eyni zamanda, bütün borunun dəyərini və çəkisini nəzərə alaraq, maqnitin ölçüsü çox böyük olmamalıdır. Buna görə də, maqnitlər ilkin olaraq 150 mm × 70 mm × 150 mm × 70 mm-ə təyin edilir. bütün yavaş dalğalı dövrə fokuslama sisteminə yerləşdirilə bilər ki, maqnitlər arasındakı məsafə 20 mm-ə təyin olunur.
2015-ci ildə Purna Chandra Panda21 vahid maqnit fokuslama sistemində yeni pilləli çuxurlu qütb parçasını təklif etdi ki, bu da katoda axının miqyasını və dirək parçası dəliyində yaranan eninə maqnit sahəsini daha da azalda bilər. Şəkil 13-də göstərildiyi kimi 1,5 mm, üç pillənin hündürlüyü və eni 0,5 mm, dirək parçasının deşikləri arasındakı məsafə isə 2 mm-dir.
Şəkil 14a iki elektron şüasının mərkəz xətləri boyunca eksenel maqnit sahəsinin paylanmasını göstərir. İki elektron şüası boyunca maqnit sahəsi qüvvələrinin bərabər olduğunu görmək olar. Maqnit sahəsinin dəyəri təqribən 6000 Gs-dir ki, bu da ötürmə və fokuslanma performansını artırmaq üçün nəzəri Brillouin sahəsindən 1,5 dəfə çoxdur. qütb parçasının maqnit axınının sızmasının qarşısını almağa yaxşı təsir göstərdiyini göstərir. Şəkil 14b iki elektron şüasının yuxarı kənarında z istiqamətində eninə maqnit sahəsinin paylanmasını göstərir. Bu eninə maqnit sahəsinin yalnız qütb parçasının dəliyində 200 Gs-dən az olduğunu görmək olar. eninə maqnit sahəsinin elektron şüasına təsirinin əhəmiyyətsiz olduğunu sübut edir. Qütb parçalarının maqnitlə doymasının qarşısını almaq üçün qütb parçalarının daxilində maqnit sahəsinin gücünü öyrənmək lazımdır. Şəkil 14c qütb parçasının daxilində maqnit sahəsinin paylanmasının mütləq qiymətini göstərir. Görünür ki, maqnit sahəsinin mütləq dəyəri maqnit sahəsinin doyma gücündən azdır12. dirək parçası baş verməyəcək.
Br = 1.3 T üçün maqnit sahəsinin gücünün paylanması.(a) Eksenel sahə paylanması.(b) Yan sahənin paylanması z istiqamətində By.(c) Qütb parçası daxilində sahə paylanmasının mütləq dəyəri.
CST PS moduluna əsasən, ikili şüa silahının və fokuslama sisteminin ox nisbi mövqeyi optimallaşdırılıb. Ref. 9 və simulyasiyalar zamanı optimal yer anod parçasının maqnitdən uzaqda qütb parçası ilə üst-üstə düşdüyü yerdir.Lakin müəyyən edilmişdir ki, remanensiya 1.3T olaraq təyin edilsə, elektron şüasının keçiriciliyi 99%-ə çata bilməz. Remanentliyi 1.4 T-ə qədər artırmaqla fokuslanan maqnit sahəsinin maqnitdən kənarda qütb hissəsinin üst-üstə düşdüyü yerdir. və yoz müstəviləri Şəkil 15-də göstərilmişdir. Görünür ki, şüa yaxşı ötürmə, kiçik dalğalanma və 45 mm-dən çox ötürmə məsafəsinə malikdir.
Br = 1.4 T.(a) xoz müstəvisi.(b) yoz təyyarəsi olan bircinsli maqnit sistemi altında qoşa karandaş şüalarının traektoriyaları.
Şəkil 16 katoddan uzaqda olan müxtəlif mövqelərdə şüanın en kəsiyini göstərir. Fokuslama sistemində şüa hissəsinin formasının yaxşı saxlandığını və bölmənin diametrinin çox dəyişmədiyini görmək olar. Şəkil 17 müvafiq olaraq x və y istiqamətlərində şüa zərflərini göstərir. Hər iki istiqamətdə dalğalanmanın çox kiçik olduğunu görmək olar. şüa cərəyanının simulyasiya nəticələri. Nəticələr göstərir ki, cərəyan təxminən 2 × 80 mA təşkil edir ki, bu da elektron silah dizaynında hesablanmış dəyərə uyğundur.
Elektron şüasının kəsişməsi (fokuslama sistemi ilə) katoddan fərqli mövqelərdə.
Praktik emal tətbiqlərində montaj xətaları, gərginlik dalğalanmaları və maqnit sahəsinin gücündə dəyişikliklər kimi bir sıra problemləri nəzərə alaraq, fokuslama sisteminin həssaslığını təhlil etmək lazımdır. Faktiki emalda anod parçası ilə dirək parçası arasında boşluq olduğundan, bu boşluq simulyasiyada təyin edilməlidir. Boşluq dəyəri təyin edildi və Şəkil 0,2 mm-lik cərəyanı göstərir və 0,2 mm-dir. y istiqaməti.Bu nəticə göstərir ki, şüa zərfində dəyişiklik əhəmiyyətli deyil və şüa cərəyanı çətin ki, dəyişmir.Ona görə də sistem montaj xətalarına həssas deyildir.Hərəkət gərginliyinin dəyişməsi üçün xəta diapazonu ±0,5 kV-a təyin edilir.Şəkil 19b müqayisə nəticələrini göstərir.Gərginliyin dəyişmə diapazonunun 0-dan az təsir göstərdiyini görmək olar. maqnit sahəsinin gücündə dəyişikliklər üçün +0,03 T-ə qədər. Müqayisə nəticələri Şəkil 20-də göstərilmişdir. Şüa zərfinin çətin dəyişdiyini görmək olar, bu da bütün EOS-nun maqnit sahəsinin gücündə dəyişikliklərə həssas olmadığını göstərir.
Şüa zərfi və cərəyan vahid maqnit fokuslama sistemi ilə nəticələnir.(a) Montajın dözümlülüyü 0,2 mm-dir.(b) Hərəkət gərginliyinin dəyişməsi ±0,5 kV-dir.
0,63 ilə 0,68 T arasında dəyişən eksenel maqnit sahəsinin gücü dalğalanmaları ilə vahid maqnit fokuslama sistemi altında şüa zərfi.
Bu yazıda nəzərdə tutulmuş fokuslama sisteminin HFS ilə uyğunlaşa bilməsini təmin etmək üçün tədqiqat üçün fokuslama sistemi və HFS-ni birləşdirmək lazımdır. Şəkil 21-də HFS yüklü və yüklü olmayan şüa zərflərinin müqayisəsi göstərilir. Nəticələr göstərir ki, bütün HFS yükləndikdə şüa zərfləri çox dəyişmir. Buna görə də yuxarıdakı fokuslama sistemi HF dalğasının dizaynı üçün uyğundur.
III Bölmədə təklif olunan EOS-un düzgünlüyünü yoxlamaq və 220 GHz SDV-TWT-nin performansını araşdırmaq üçün şüa-dalğa qarşılıqlı təsirinin 3D-PIC simulyasiyası həyata keçirilir. Simulyasiya proqram təminatının məhdudiyyətlərinə görə biz bütün EOS-u HFS-ə əlavə edə bilmədik. Buna görə də elektron tapança diametr ekvivalının səthi ilə əvəz olundu. 0,13 mm və iki səth arasındakı məsafə 0,31 mm, yuxarıda nəzərdə tutulmuş elektron silahla eyni parametrlərdir. EOS-un həssaslığı və yaxşı dayanıqlığı sayəsində sürücülük gərginliyi PIC simulyasiyasında ən yaxşı çıxış gücünə nail olmaq üçün düzgün optimallaşdırıla bilər. Simulyasiya nəticələri göstərir ki, doymuş çıxış gücü və qazanc əldə edilə bilər. (603 A/sm2) və giriş gücü 0,05 Vt.
Ən yaxşı çıxış siqnalını əldə etmək üçün dövrlərin sayı da optimallaşdırılmalıdır. Ən yaxşı çıxış gücü Şəkil 22a-da göstərildiyi kimi iki mərhələnin sayı 42 + 48 dövr olduqda əldə edilir. 0,05 Vt giriş siqnalı 38 dB qazancla 314 Vt-a gücləndirildikdə. 220 GHz. Şəkil 22b elektronların əksəriyyətinin enerji itirməsi ilə SWS-də elektron enerjisinin eksenel mövqe paylanmasını göstərir. Bu nəticə onu göstərir ki, SDV-SWS elektronların kinetik enerjisini RF siqnallarına çevirə bilir və bununla da siqnal gücləndirilməsini həyata keçirir.
220 GHz-də SDV-SWS çıxış siqnalı.(a) Daxil edilmiş spektrlə çıxış gücü.(b) SWS daxiletməsinin sonunda elektron şüası ilə elektronların enerji paylanması.
Şəkil 23 ikili rejimli ikili şüa SDV-TWT-nin çıxış gücünün bant genişliyini və qazancını göstərir. Çıxış performansı 200-dən 275 GHz-ə qədər tezlikləri silməklə və sürücünün gərginliyini optimallaşdırmaqla daha da yaxşılaşdırıla bilər. Bu nəticə göstərir ki, 3 dB bant genişliyi 205-dən 275 GHz-ə qədər diapazonu əhatə edə bilər ki, bu da əməliyyat zolağının genişliyini əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər.
Bununla belə, Şəkil 2a-ya əsasən, biz bilirik ki, tək və cüt rejimlər arasında istənməyən rəqslərə səbəb ola biləcək dayanma zolağı var. Buna görə də dayanacaqlar ətrafında iş sabitliyi öyrənilməlidir. Şəkillər 24a-c 265.3 GHz, 265.365 GHz və 265.365 GHz-də 20 ns simulyasiya nəticələridir. görünsün ki, simulyasiya nəticələrində müəyyən tərəddüdlər olsa da, çıxış gücü nisbətən sabitdir. Spektr müvafiq olaraq Şəkil 24-də də göstərilmişdir, spektr təmizdir. Bu nəticələr dayandırma zolağının yaxınlığında heç bir öz-özünə salınmanın olmadığını göstərir.
İstehsal və ölçmə bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün lazımdır. Bu hissədə HFS 0,1 mm alət diametri və 10 μm emal dəqiqliyi ilə kompüter ədədi idarəetmə (CNC) texnologiyasından istifadə edərək hazırlanır. Yüksək tezlikli struktur üçün material oksigensiz yüksək keçiricilik (OFF) ilə təmin edilir. bütün strukturun uzunluğu 66.00 mm, eni 20.00 mm və hündürlüyü 8.66 mm-dir. Quruluşun ətrafında səkkiz sancaqlı dəlik paylanmışdır. Şəkil 25b skan edilmiş elektron mikroskopiya (SEM) ilə strukturu göstərir. Bu strukturun bıçaqları vahid şəkildə istehsal olunur və yaxşı səth pürüzlülüyünə malikdir. pürüzlülük təxminən 0.4μm-dir. Emal strukturu dizayn və dəqiqlik tələblərinə cavab verir.
Şəkil 26 faktiki sınaq nəticələri ilə ötürmə performansının simulyasiyaları arasında müqayisəni göstərir. Şəkil 26a-dakı Port 1 və Port 2 müvafiq olaraq HFS-nin giriş və çıxış portlarına uyğundur və Şəkil 3-dəki Port 1 və Port 4-ə ekvivalentdir. S11-in faktiki ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələrindən bir qədər yaxşıdır. simulyasiyada təyin edilmiş material keçiriciliyinin çox yüksək olması və faktiki emaldan sonra səth pürüzlülüyünün zəif olmasıdır. Ümumilikdə, ölçülmüş nəticələr simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğunlaşır və ötürmə bant genişliyi təklif olunan ikili rejimli SDV-TWT-nin mümkünlüyünü və düzgünlüyünü yoxlayan 70 GHz tələbinə cavab verir. Bu yazıda təklif olunan ikili şüa SDV-TWT dizaynı sonrakı istehsal və tətbiqlər üçün istifadə edilə bilər.
Bu yazıda 220 GHz ikili şüalı SDV-TWT planar paylanmasının təfərrüatlı dizaynı təqdim olunur. İkili rejimli əməliyyat və ikili şüa həyəcanının birləşməsi əməliyyat bant genişliyini və çıxış gücünü daha da artırır. Bütün HFS-nin düzgünlüyünü yoxlamaq üçün istehsal və soyuq sınaq da aparılır. Faktiki ölçmə nəticələri simulyasiya nəticələri ilə yaxşı uyğunlaşır. Layihələndirilmiş iki şüalı EOS üçün maska ​​bölməsi və idarəetmə elektrodları iki qələmli şüa istehsal etmək üçün birlikdə istifadə edilmişdir. Layihələndirilmiş vahid fokuslu maqnit sahəsi altında elektron şüası yaxşı forma ilə uzun məsafələrə sabit şəkildə ötürülə bilər. out.Bu sənəddə təklif olunan bu SDV-TWT dizayn sxemi hazırkı yetkin təyyarə emal texnologiyasını tam birləşdirir və performans göstəriciləri və emal və montajda böyük potensial göstərir. Buna görə də, bu sənəd planar strukturun terahertz diapazonunda vakuum elektron cihazlarının inkişaf tendensiyasına çevriləcəyinə inanır.
Bu tədqiqatdakı xammal məlumatların və analitik modellərin əksəriyyəti bu sənədə daxil edilmişdir. Əlavə müvafiq məlumat əsaslı sorğu əsasında müvafiq müəllifdən əldə edilə bilər.
Gamzina, D. et al. Sub-terahertz vakuum elektronikasının nanoölçülü CNC emalı.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. və Paoloni, C. UV-LIGA çox qatlı SU-8 fotorezistindən istifadə edərək sub-terahertz dalğa ötürücülərinin mikrofabrikasiyası. Mikromexanika.Mikroelektronika.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz texnologiya yol xəritəsi.J. Fizika.D tətbiq etmək.fizika.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Ultra genişzolaqlı pilləli ikiqat ızgaralı waveguides.application.physics.Wright.93, 221504 vasitəsilə plazmon dalğasının yayılmasının güclü məhdudlaşdırılması. https://doi.org/10.1063/1640 ()
Baig, A. et al. Nano CNC ilə işlənmiş 220-GHz Səyahət Dalğa Boru Gücləndiricisinin Performansı.IEEE Trans.elektronik cihazları.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Makroskopik soyuq maye modeli nəzəriyyəsindən istifadə edərək sonsuz geniş təbəqə elektron şüalarının diokotron qeyri-sabitliyinin araşdırılması.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/12011 (12010).
Galdetskiy, AV çox şüalı klystronda şüanın planar düzülüşü ilə bant genişliyini artırmaq imkanı haqqında. 12-ci IEEE Beynəlxalq Vakuum Elektronikası Konfransında, Banqalor, Hindistan, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.3 (IVEC.2010).
Nguyen, CJ et al. W-bandlı pilləli ikiqat qanadlı dalğa borusunda dar şüa parçalayıcı müstəvi paylanması ilə üç şüalı elektron silahların dizaynı[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 W-band fundamental rejimi TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) üçün dar şüa ayrılması ilə paylanmış üç şüa elektron optik sistemi.
Zhan, M. Millimetr dalğalı təbəqə şüaları 20-22 ilə interleaved Double-Blade Səyahət Dalğa Borusu üzrə Tədqiqat (PhD, Beihang Universiteti, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved dual-blade səyahət dalğa borusunun şüa-dalğa qarşılıqlı sabitliyi üzrə tədqiqat. 2018 43-cü İnfraqırmızı Millimetr və Terahertz Dalğaları üzrə Beynəlxalq Konfrans, Naqoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).