Go raibh maith agat as cuairt a thabhairt ar Nature.com. Tá tacaíocht theoranta do CSS sa leagan brabhsálaí atá in úsáid agat. Chun an taithí is fearr a fháil, molaimid duit brabhsálaí nuashonraithe a úsáid (nó mód comhoiriúnachta a mhúchadh in Internet Explorer). Idir an dá linn, chun tacaíocht leanúnach a chinntiú, taispeánfaimid an suíomh gan stíleanna agus JavaScript.
Sa pháipéar seo, déantar feadán tonn taistil dúbailte-lann idirleathnaithe ardchumhachta leathanbhanda 220GHz a dhearadh agus a fhíorú. Ar dtús, moltar struchtúr tonn mall dúbailte-lann idirleathnaithe dúbailte-bhíoma plánach. Trí scéim oibríochta dé-mhód a úsáid, tá an fheidhmíocht tarchuir agus an bandaleithead beagnach dhá oiread níos mó ná an t-aonmhód. Ar an dara dul síos, chun freastal ar riachtanais na cumhachta aschuir ard agus cobhsaíocht an fheadáin tonn taistil a fheabhsú, déantar córas optúil leictreonach dúbailte peann luaidhe-chruthach a dhearadh, is é 20 ~ 21 kV an voltas tiomána, agus is é 2 × 80 mA an sruth. Spriocanna dearaidh. Trí úsáid a bhaint as an gcuid masc agus an leictreoid rialaithe sa ghunna dúbailte-bhíoma, is féidir an dá bhíoma peann luaidhe a dhíriú feadh a n-ionad faoi seach le cóimheas comhbhrúite de 7, tá an fad fócais thart ar 0.18mm, agus tá an chobhsaíocht mhaith. Tá an córas fócais maighnéadach aonfhoirmeach optamaithe freisin. Is féidir leis an bhfad tarchuir cobhsaí den bhíoma leictreon dúbailte plánach 45 mm a bhaint amach, agus is é 0.6 T an réimse maighnéadach fócais, atá leordhóthanach chun an córas ardmhinicíochta (HFS) iomlán a chlúdach. Ansin, chun Chun inúsáidteacht an chórais leictreon-optúil agus feidhmíocht an struchtúir tonnmhall a fhíorú, rinneadh insamhaltaí cille cáithníní (PIC) ar an HFS iomlán freisin. Léiríonn na torthaí gur féidir leis an gcóras idirghníomhaíochta bhíoma buaicchumhacht aschuir de bheagnach 310 W a bhaint amach ag 220 GHz, is é 20.6 kV an voltas bhíoma optamaithe, is é 2 × 80 mA an sruth bhíoma, is é 38 dB an gnóthachan, agus go sáraíonn an bandaleithead 3-dB 35 dB thart ar 70 GHz. Ar deireadh, déantar monarú micreastruchtúir ardchruinnis chun feidhmíocht an HFS a fhíorú, agus léiríonn na torthaí go bhfuil tréithe an bhandaleithid agus an tarchuir i gcomhréir mhaith le torthaí an insamhalta. Dá bhrí sin, táthar ag súil go bhforbróidh an scéim atá beartaithe sa pháipéar seo foinsí radaíochta banda teirehertz ardchumhachta, ultra-leathanbhanda a bhfuil acmhainneacht acu d'iarratais amach anseo.
Mar fheiste leictreonach folúis thraidisiúnta, tá ról dochloíte ag feadán tonnta taistil (TWT) i go leor feidhmchlár ar nós radar ardtaifigh, córais chumarsáide satailíte, agus taiscéalaíocht spáis1,2,3. Mar sin féin, de réir mar a théann an mhinicíocht oibriúcháin isteach sa bhanda teireheirts, ní raibh an TWT cuas-chúpláilte traidisiúnta agus an TWT héiliciúil in ann freastal ar riachtanais daoine mar gheall ar chumhacht aschuir réasúnta íseal, bandaleithead cúng, agus próisis déantúsaíochta deacra. Dá bhrí sin, tá sé ina cheist an-imníoch do go leor institiúidí taighde eolaíochta conas feidhmíocht an bhanda THz a fheabhsú go cuimsitheach. Le blianta beaga anuas, tá aird mhór tugtha ag struchtúir tonnta mall nua (SWSanna), amhail struchtúir dé-lann céimnithe (SDV) agus struchtúir threoraí tonnta fillte (FW), mar gheall ar a struchtúir phlánacha nádúrtha, go háirithe na SDV-SWSanna nua a bhfuil acmhainneacht ghealladh fúthu. Mhol UC-Davis an struchtúr seo in 20084. Is féidir an struchtúr plánach a mhonarú go héasca trí theicnící próiseála micrea-nana ar nós rialú uimhriúil ríomhaireachta (CNC) agus UV-LIGA, is féidir leis an struchtúr pacáiste uile-mhiotail acmhainn theirmeach níos mó a sholáthar le haschur níos airde. cumhacht agus gnóthachan, agus is féidir leis an struchtúr cosúil le treoirthonn bandaleithead oibre níos leithne a sholáthar freisin.Faoi láthair, léirigh UC Davis den chéad uair in 2017 gur féidir le SDV-TWT aschuir ardchumhachta os cionn 100 W agus comharthaí bandaleithead beagnach 14 GHz a ghiniúint sa bhanda-G5.Mar sin féin, tá bearnaí fós sna torthaí seo nach féidir leo freastal ar na ceanglais ghaolmhara maidir le hardchumhacht agus bandaleithead leathan sa bhanda teirahertz.I gcás SDV-TWT bhanda-G UC-Davis, úsáideadh bhíomaí leictreon leatháin.Cé gur féidir leis an scéim seo feabhas suntasach a chur ar chumas iompair reatha an bhíoma, tá sé deacair achar tarchuir fada a choinneáil mar gheall ar éagobhsaíocht an chórais optúil leictreon bhíoma leatháin (EOS), agus tá tollán bhíoma ró-mhód ann, rud a d'fhéadfadh a bheith ina chúis leis an bhíoma féinrialáil a dhéanamh freisin. – Spreagadh agus luascadh 6,7.Chun freastal ar riachtanais chumhachta aschuir ard, bandaleithead leathan agus dea-chobhsaíocht THz TWT, moltar SDV-SWS dé-bhíoma le hoibriú dé-mhód sa pháipéar seo.Is é sin le rá, chun an bandaleithead oibriúcháin a mhéadú, moltar agus tugtar isteach oibriú dé-mhód sa struchtúr seo.Agus, chun an chumhacht aschuir a mhéadú, úsáidtear dáileadh plánach de bhíomaí peann luaidhe dúbailte freisin.Tá raidiónna bhíoma peann luaidhe aonair sách beag mar gheall ar shrianta méide ingearacha.Má tá an dlús reatha ró-ard, ní mór an sruth bhíoma a laghdú, rud a fhágann go bhfuil cumhacht aschuir sách íseal.Chun an sruth bhíoma a fheabhsú, tá EOS ilbhíoma dáilte plánach tagtha chun cinn, a bhaineann leas as méid cliathánach an SWS.Mar gheall ar an tollánú bhíoma neamhspleách, is féidir leis an ilbhíoma dáilte plánach cumhacht aschuir ard a bhaint amach trí shruth bhíoma iomlán ard agus sruth beag in aghaidh an bhíoma a choinneáil, rud a sheachnóidh tollánú bhíoma ró-mhód i gcomparáid le gléasanna bhíoma leatháin.Dá bhrí sin, tá sé tairbheach cobhsaíocht an fheadáin tonnta taistil a choinneáil.Ar bhonn na hoibre roimhe seo8,9, moltar banda-G sa pháipéar seo réimse maighnéadach aonfhoirmeach dírithe ar bhíoma peann luaidhe dúbailte EOS, rud a fhéadann an fad tarchuir cobhsaí den bhíoma a fheabhsú go mór agus an limistéar idirghníomhaíochta bhíoma a mhéadú tuilleadh, rud a fheabhsaíonn an chumhacht aschuir go mór.
Seo a leanas struchtúr an pháipéir seo. Ar dtús, déantar cur síos ar dhearadh na cille SWS le paraiméadair, anailís ar shaintréithe scaipthe agus torthaí insamhalta ardmhinicíochta. Ansin, de réir struchtúr na cille aonaid, déantar EOS bhíoma peann luaidhe dúbailte agus córas idirghníomhaíochta bhíoma a dhearadh sa pháipéar seo. Cuirtear torthaí insamhalta cáithníní intracheallacha i láthair freisin chun inúsáidteacht EOS agus feidhmíocht SDV-TWT a fhíorú. Ina theannta sin, cuireann an páipéar i láthair go hachomair na torthaí monaraíochta agus tástála fuar chun cruinneas an HFS iomláin a fhíorú. Ar deireadh, déan achoimre.
Mar cheann de na comhpháirteanna is tábhachtaí den TWT, léiríonn airíonna scaipthe an struchtúir tonn mall an bhfuil luas na leictreon ag teacht le luas céime an SWS, agus dá bhrí sin bíonn tionchar mór aige ar an idirghníomhaíocht bhíoma-tonn. Chun feidhmíocht an TWT iomlán a fheabhsú, tá struchtúr idirghníomhaíochta feabhsaithe deartha. Taispeántar struchtúr na cille aonaid i bhFíor 1. Agus éagobhsaíocht an bhíoma leatháin agus teorannú cumhachta an bhíoma peann aonair á gcur san áireamh, glacann an struchtúr bhíoma peann dúbailte chun an chumhacht aschuir agus an chobhsaíocht oibríochta a fheabhsú tuilleadh. Idir an dá linn, chun an bandaleithead oibre a mhéadú, tá modh déach molta d'oibriú SWS. Mar gheall ar shiméadracht struchtúr an SDV, is féidir réiteach chothromóid scaipthe an réimse leictreamaighnéadaigh a roinnt ina mhodhanna corr agus cothrom. Ag an am céanna, úsáidtear an modh corr bunúsach den bhanda ísealminicíochta agus an modh cothrom bunúsach den bhanda ardminicíochta chun sioncrónú leathanbhanda an idirghníomhaíochta bhíoma a bhaint amach, rud a fheabhsaíonn an bandaleithead oibre tuilleadh.
De réir na riachtanas cumhachta, tá an feadán iomlán deartha le voltas tiomána de 20 kV agus sruth dé-bhíoma de 2 × 80 mA. Chun an voltas a mheaitseáil chomh dlúth agus is féidir le bandaleithead oibriúcháin an SDV-SWS, ní mór dúinn fad na tréimhse p a ríomh. Taispeántar an gaol idir voltas an bhíoma agus an tréimhse i gcothromóid (1)10:
Trí an t-aistriú céime a shocrú go 2.5π ag an minicíocht lárnach de 220 GHz, is féidir an tréimhse p a ríomh mar 0.46 mm. Taispeánann Fíor 2a airíonna scaipthe na cille aonaid SWS. Oireann an líne bhíoma 20 kV don chuar démhódach go han-mhaith. Is féidir le bandaí minicíochta meaitseála thart ar 70 GHz a bhaint amach sna raonta 210–265.3 GHz (mód corr) agus 265.4–280 GHz (mód cothrom). Taispeánann Fíor 2b an meán-impedance cúplála, atá níos mó ná 0.6 Ω ó 210 go 290 GHz, rud a léiríonn go bhféadfadh idirghníomhaíochtaí láidre tarlú sa bhandaleithead oibriúcháin.
(a) Saintréithe scaipthe SDV-SWS démhód le líne léas leictreon 20 kV. (b) Impedans idirghníomhaíochta an chiorcaid tonnmhall SDV.
Mar sin féin, tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara go bhfuil bearna banda idir na modhanna corr agus cothrom, agus is gnách linn tagairt don bhearna banda seo mar an banda stad, mar a thaispeántar i bhFíor 2a. Má oibrítear an TWT in aice leis an mbanda minicíochta seo, d’fhéadfadh neart cúplála bhíoma láidir tarlú, rud a fhágfaidh luaineachtaí nach dteastaíonn. I bhfeidhmchláir phraiticiúla, seachnaímid TWT a úsáid in aice leis an mbanda stad de ghnáth. Mar sin féin, is féidir a fheiceáil nach bhfuil ach 0.1 GHz i mbearna banda an struchtúir tonn mall seo. Tá sé deacair a chinneadh an mbíonn luaineachtaí mar thoradh ar an mbearna banda bheag seo. Dá bhrí sin, déanfar imscrúdú ar chobhsaíocht na hoibríochta timpeall an bhanda stad sa chuid insamhalta PIC seo a leanas chun anailís a dhéanamh an bhféadfadh luaineachtaí nach dteastaíonn tarlú.
Taispeántar samhail an HFS iomlán i bhFíor 3. Tá dhá chéim de SDV-SWS ann, atá ceangailte le frithchaiteoirí Bragg. Is é feidhm an fhrithchaiteora an tarchur comhartha idir an dá chéim a ghearradh amach, an luascadh agus an machnamh ar mhodhanna neamhoibríocha amhail modhanna ard-ord a ghintear idir na lanna uachtaracha agus íochtaracha a chosc, rud a fheabhsaíonn cobhsaíocht an fheadáin iomláin go mór. Chun nascadh leis an timpeallacht sheachtrach, úsáidtear cúplóir líneach barrchaolaithe freisin chun an SWS a nascadh le treoirthonn caighdeánach WR-4. Déantar comhéifeacht tarchuir an struchtúir dhá leibhéal a thomhas le réiteoir fearainn ama sa bhogearra insamhalta 3D. Agus éifeacht iarbhír an bhanda teirehertz ar an ábhar á cur san áireamh, socraítear ábhar an chlúdaigh fholús go copar ar dtús, agus laghdaítear an seoltacht go 2.25 × 107 S / m12.
Taispeánann Fíor 4 na torthaí tarchuir do HFS le agus gan cúplóirí líneacha barrchaolaithe. Léiríonn na torthaí nach bhfuil mórán tionchair ag an gcúiplóir ar fheidhmíocht tarchuir an HFS ar fad. Léiríonn an caillteanas fillte (S11 < −10 dB) agus an caillteanas ionchuir (S21 > −5 dB) den chóras ar fad sa leathanbhanda 207~280 GHz go bhfuil tréithe maithe tarchuir ag HFS.
Mar sholáthar cumhachta do ghléasanna leictreonacha folúis, cinneann an gunna leictreon go díreach an féidir leis an bhfeiste dóthain cumhachta aschuir a ghiniúint. I dteannta leis an anailís ar HFS i Roinn II, ní mór EOS dé-bhíoma a dhearadh chun dóthain cumhachta a sholáthar. Sa chuid seo, bunaithe ar obair roimhe seo i W-band8,9, déantar gunna leictreon peann luaidhe dúbailte a dhearadh ag baint úsáide as cuid masc plánach agus leictreoidí rialaithe. Ar dtús, de réir riachtanais dearaidh SWS i Roinn. Mar a thaispeántar i bhFíor. 2, socraítear an voltas tiomána Ua de na bhíomaí leictreon ar dtús go 20 kV, is ionann sruthanna I an dá bhíoma leictreon agus 80 mA, agus is é 0.13 mm trastomhas an bhíoma dw de na bhíomaí leictreon. Ag an am céanna, chun a chinntiú gur féidir dlús reatha an bhíoma leictreon agus an chatóid a bhaint amach, socraítear cóimheas comhbhrúite an bhíoma leictreon go 7, mar sin is é 603 A/cm2 dlús reatha an bhíoma leictreon, agus is é 86 A/cm2 dlús reatha an chatóid, rud is féidir a bhaint amach trí ábhair nua chatóide a úsáid. De réir theoiric dearaidh 14, 15, 16, 17, is féidir gunna leictreon tipiciúil Pierce a aithint go huathúil.
Taispeánann Fíor 5 na léaráidí scéimeacha cothrománacha agus ingearacha den ghunna, faoi seach. Is féidir a fheiceáil go bhfuil próifíl an ghunna leictreon sa treo-x beagnach mar an gcéanna le próifíl gunna leictreon tipiciúil cosúil le leathán, agus sa treo-y tá an dá bhíoma leictreon scartha go páirteach ag an masc. Tá suíomhanna an dá chatóid ag x = – 0.155 mm, y = 0 mm agus x = 0.155 mm, y = 0 mm, faoi seach. De réir na gceanglas dearaidh maidir le cóimheas comhbhrúite agus méid insteallta leictreon, socraítear go bhfuil toisí an dá dhromchla catóide 0.91 mm × 0.13 mm.
Chun an réimse leictreach fócasaithe a fhaigheann gach bhíoma leictreon sa treo-x a dhéanamh siméadrach faoina lár féin, cuireann an páipéar seo leictreoid rialaithe i bhfeidhm ar an ngunna leictreon. Trí voltas an leictreoid fhócasaithe agus an leictreoid rialaithe a shocrú go −20 kV, agus voltas an anóid go 0 V, is féidir linn dáileadh trajectory an ghunna dé-bhíoma a fháil, mar a thaispeántar i bhFíor 6. Is féidir a fheiceáil go bhfuil dea-chomhbhrúiteacht ag na leictreoin a astaítear sa treo-y, agus go dtagann gach bhíoma leictreon i dtreo an treo-x feadh a lár siméadrachta féin, rud a léiríonn go gcothromaíonn an leictreoid rialaithe an réimse leictreach míchothrom a ghineann an leictreoid fhócasaithe.
Taispeánann Fíor 7 clúdach an bhíoma sna treoracha x agus y. Léiríonn na torthaí go bhfuil achar teilgean an bhíoma leictreon sa treo x difriúil ón achar sa treo y. Tá an t-achar caithimh sa treo x thart ar 4mm, agus tá an t-achar caithimh sa treo y gar do 7mm. Dá bhrí sin, ba cheart an t-achar caithimh iarbhír a roghnú idir 4 agus 7 mm. Taispeánann Fíor 8 trasghearradh an bhíoma leictreon ag 4.6 mm ó dhromchla an chatóide. Is féidir linn a fheiceáil gurb é cruth an trasghearrtha is gaire do bhíoma leictreon ciorclach caighdeánach. Tá an t-achar idir an dá bhíoma leictreon gar don 0.31 mm atá deartha, agus tá an ga thart ar 0.13 mm, rud a chomhlíonann na ceanglais deartha. Taispeánann Fíor 9 torthaí insamhalta an tsrutha bhíoma. Is féidir a fheiceáil go bhfuil 76mA idir an dá shruth bhíoma, rud atá i gcomhréir mhaith leis an 80mA atá deartha.
Agus luaineacht an voltais tiomána in iarratais phraiticiúla á cur san áireamh, is gá íogaireacht voltais an mhúnla seo a staidéar. Sa raon voltais 19.8 ~ 20.6 kV, faightear na clúdaigh reatha agus srutha bhíoma, mar a thaispeántar i bhFíor 1 agus i bhFíor 1.10 agus 11. Ó na torthaí, is léir nach bhfuil aon éifeacht ag an athrú voltais tiomána ar chlúdach an bhíoma leictreon, agus ní athraíonn sruth an bhíoma leictreon ach ó 0.74 go 0.78 A. Dá bhrí sin, is féidir a mheas go bhfuil íogaireacht mhaith voltais ag an ngunna leictreon atá deartha sa pháipéar seo.
Éifeacht luaineachtaí voltais tiomána ar chlúdaigh bhíoma treo-x agus y.
Is córas fócasaithe maighnéad buan coitianta é réimse fócasaithe maighnéadach aonfhoirmeach. Mar gheall ar an dáileadh aonfhoirmeach réimse maighnéadach ar fud an chainéil bhíoma, tá sé an-oiriúnach do bhíomaí leictreon ais-shiméadracha. Sa chuid seo, moltar córas fócasaithe maighnéadach aonfhoirmeach chun tarchur fad-achair bhíomaí peann luaidhe dúbailte a chothabháil. Trí anailís a dhéanamh ar an réimse maighnéadach agus ar chlúdach an bhíoma a ghintear, moltar scéim dearaidh an chórais fócasaithe, agus déantar staidéar ar an bhfadhb íogaireachta. De réir theoiric tarchuir chobhsaí bhíoma peann luaidhe aonair18,19, is féidir luach réimse maighnéadach Brillouin a ríomh trí chothromóid (2). Sa pháipéar seo, úsáidimid an choibhéis seo freisin chun réimse maighnéadach bhíoma peann luaidhe dúbailte atá dáilte go cliathánach a mheas. I dteannta an ghunna leictreon atá deartha sa pháipéar seo, is é thart ar 4000 Gs an luach réimse maighnéadach ríofa. De réir Thagairt 20, roghnaítear 1.5-2 oiread an luach ríofa de ghnáth i ndearaí praiticiúla.
Taispeánann Fíor 12 struchtúr córas réimse fócasaithe aonfhoirmeach maighnéadaigh. Is é an chuid ghorm an maighnéad buan atá maighnéadaithe sa treo aiseach. Is é NdFeB nó FeCoNi an rogha ábhair. Is é 1.3 T an t-iarmhar Br atá socraithe sa mhúnla insamhalta agus is é 1.05 an tréscaoilteacht. Chun tarchur cobhsaí an bhíoma sa chiorcad iomlán a chinntiú, socraítear fad an mhaighnéid ar dtús go 70 mm. Ina theannta sin, cinneann méid an mhaighnéid sa treo x an bhfuil an réimse maighnéadach trasnach sa chainéal bhíoma aonfhoirmeach, rud a éilíonn nach féidir leis an méid sa treo x a bheith róbheag. Ag an am céanna, agus costas agus meáchan an fheadáin iomláin á gcur san áireamh, níor cheart go mbeadh méid an mhaighnéid ró-mhór. Dá bhrí sin, socraítear na maighnéid ar dtús go 150 mm × 150 mm × 70 mm. Idir an dá linn, chun a chinntiú gur féidir an ciorcad tonn mall iomlán a chur sa chóras fócasaithe, socraítear an fad idir na maighnéid go 20mm.
Sa bhliain 2015, mhol Purna Chandra Panda21 píosa cuaille le poll céimnithe nua i gcóras fócais maighnéadach aonfhoirmeach, rud a fhéadann méid an sceite flosc chuig an gcatóid agus an réimse maighnéadach trasnach a ghintear ag poll an phíosa cuaille a laghdú tuilleadh. Sa pháipéar seo, cuirimid struchtúr céimnithe leis an bpíosa cuaille den chóras fócais. Socraítear tiús an phíosa cuaille go 1.5mm ar dtús, is é 0.5mm airde agus leithead na dtrí chéim, agus is é 2mm an fad idir poill an phíosa cuaille, mar a thaispeántar i bhFíor 13.
Taispeánann Fíor 14a dáileadh an réimse mhaighnéadaigh aiseach feadh lárlínte an dá bhíoma leictreon. Is féidir a fheiceáil go bhfuil fórsaí an réimse mhaighnéadaigh feadh an dá bhíoma leictreon cothrom. Tá luach an réimse mhaighnéadaigh thart ar 6000 Gs, arb ionann é agus 1.5 oiread an réimse teoiriciúil Brillouin chun feidhmíocht tarchuir agus fócais a mhéadú. Ag an am céanna, tá an réimse maighnéadach ag an gcatóid beagnach 0, rud a léiríonn go bhfuil éifeacht mhaith ag an bpíosa cuaille ar sceitheadh ​​​​sreabh maighnéadaigh a chosc. Taispeánann Fíor 14b dáileadh an réimse mhaighnéadaigh thrasnaigh By sa treo z ag imeall uachtarach an dá bhíoma leictreon. Is féidir a fheiceáil go bhfuil an réimse maighnéadach trasnaigh níos lú ná 200 Gs ag poll an phíosa cuaille amháin, agus sa chiorcad tonn mall, tá an réimse maighnéadach trasnaigh beagnach nialas, rud a chruthaíonn go bhfuil tionchar an réimse mhaighnéadaigh thrasnaigh ar an bhíoma leictreon neamhbhríoch. Chun sáithiú maighnéadach na bpíosaí cuaille a chosc, is gá neart an réimse mhaighnéadaigh taobh istigh de na píosaí cuaille a scrúdú. Taispeánann Fíor 14c luach absalóideach an dáileadh réimse mhaighnéadaigh taobh istigh den phíosa cuaille. Is féidir a fheiceáil gurb é luach absalóideach neart an réimse mhaighnéadaigh ná níos lú ná 1.2T, rud a léiríonn nach dtarlóidh sáithiú maighnéadach an phíosa cuaille.
Dáileadh neart réimse maighnéadaigh do Br = 1.3 T. (a) Dáileadh réimse aiseach. (b) Dáileadh réimse cliathánach By sa treo z. (c) Luach absalóideach an dáileadh réimse laistigh den phíosa cuaille.
Bunaithe ar an modúl CST PS, tá suíomh coibhneasta aiseach an ghunna dé-bhíoma agus an chórais fhócasaithe optamaithe. De réir Thagairt 9 agus insamhaltaí, is é an suíomh is fearr ná an áit a bhfuil an píosa anóid ag forluí leis an bpíosa cuaille ar shiúl ón maighnéad. Mar sin féin, fuarthas amach, dá socrófaí an t-iarmhar go 1.3T, nach bhféadfadh tarchur an bhíoma leictreon 99% a bhaint amach. Trí an t-iarmhar a mhéadú go 1.4 T, méadófar an réimse maighnéadach fócasaithe go 6500 Gs. Taispeántar na conairí bhíoma ar na pláin xoz agus yoz i bhFíor 15. Is féidir a fheiceáil go bhfuil tarchur maith ag an bhíoma, luaineacht bheag, agus achar tarchuir níos mó ná 45mm.
Traictéir bhíomaí peann luaidhe dúbailte faoi chóras maighnéadach aonchineálach le Br = 1.4 T. (a) eitleán xoz. (b) aerárthach yoz.
Taispeánann Fíor 16 trasghearradh an bhíoma ag suíomhanna éagsúla ar shiúl ón gcatóid. Is léir go gcoimeádtar cruth an chuid bhíoma sa chóras fócais go maith, agus nach n-athraíonn trastomhas an chuid mórán. Taispeánann Fíor 17 clúdaigh an bhíoma sna treoracha x agus y, faoi seach. Is léir go bhfuil luaineacht an bhíoma sa dá threo an-bheag. Taispeánann Fíor 18 torthaí insamhalta sruth an bhíoma. Léiríonn na torthaí go bhfuil an sruth thart ar 2 × 80 mA, rud atá comhsheasmhach leis an luach ríofa i ndearadh an ghunna leictreon.
Trasghearradh bhíoma leictreon (le córas fócais) ag suíomhanna éagsúla ar shiúl ón gcatóid.
Agus sraith fadhbanna á mbreithniú amhail earráidí cóimeála, luaineachtaí voltais, agus athruithe i neart an réimse mhaighnéadaigh in iarratais phróiseála praiticiúla, is gá íogaireacht an chórais fhócasaithe a anailísiú. Toisc go bhfuil bearna idir an píosa anóid agus an píosa cuaille sa phróiseáil iarbhír, ní mór an bhearna seo a shocrú san insamhalta. Socraíodh luach na bearna go 0.2 mm agus taispeánann Fíor 19a clúdach an bhíoma agus sruth an bhíoma sa treo y. Taispeánann an toradh seo nach bhfuil an t-athrú i gclúdach an bhíoma suntasach agus nach n-athraíonn sruth an bhíoma beagnach go mór. Dá bhrí sin, tá an córas neamhíogair d'earráidí cóimeála. Maidir le luaineacht an voltais tiomána, socraítear an raon earráide go ±0.5 kV. Taispeánann Fíor 19b na torthaí comparáide. Is féidir a fheiceáil nach bhfuil mórán tionchair ag an athrú voltais ar chlúdach an bhíoma. Socraítear an raon earráide ó -0.02 go +0.03 T le haghaidh athruithe i neart an réimse mhaighnéadaigh. Taispeántar na torthaí comparáide i bhFíor 20. Is féidir a fheiceáil nach n-athraíonn clúdach an bhíoma beagnach go mór, rud a chiallaíonn go bhfuil an EOS iomlán neamhíogair d'athruithe i neart an réimse mhaighnéadaigh.
Clúdach bhíoma agus torthaí reatha faoi chóras fócasaithe maighnéadach aonfhoirmeach. (a) Is é 0.2 mm an lamháltas tionóil. (b) Is é ±0.5 kV an luaineacht voltais tiomána.
Clúdach bhíoma faoi chóras fócais mhaighnéadach aonfhoirmeach le luaineachtaí neart réimse maighnéadach aiseach idir 0.63 agus 0.68 T.
Chun a chinntiú go mbeidh an córas fócais atá deartha sa pháipéar seo in ann teacht le HFS, is gá an córas fócais agus an HFS a chomhcheangal le haghaidh taighde. Taispeánann Fíor 21 comparáid idir clúdaigh bhíoma le HFS luchtaithe agus gan HFS. Léiríonn na torthaí nach n-athraíonn clúdach an bhíoma mórán nuair a bhíonn an HFS iomlán luchtaithe. Dá bhrí sin, tá an córas fócais oiriúnach don HFS feadán tonnta taistil den dearadh thuas.
Chun cruinneas an EOS atá molta i Roinn III a fhíorú agus feidhmíocht an SDV-TWT 220 GHz a imscrúdú, déantar insamhalta 3D-PIC ar idirghníomhaíocht bhíoma-tonn. Mar gheall ar theorainneacha bogearraí insamhalta, ní raibh muid in ann an EOS iomlán a chur le HFS. Dá bhrí sin, cuireadh dromchla astaíochta coibhéiseach in ionad an ghunna leictreon le trastomhas de 0.13mm agus achar idir an dá dhromchla de 0.31mm, na paraiméadair chéanna leis an ngunna leictreon atá deartha thuas. Mar gheall ar neamhíogaireacht agus dea-chobhsaíocht EOS, is féidir an voltas tiomána a bharrfheabhsú i gceart chun an chumhacht aschuir is fearr a bhaint amach san insamhalta PIC. Léiríonn torthaí an insamhalta gur féidir an chumhacht aschuir sháithithe agus an gnóthachan a fháil ag voltas tiomána de 20.6 kV, sruth bhíoma de 2 × 80 mA (603 A/cm2), agus cumhacht ionchuir de 0.05 W.
Chun an comhartha aschuir is fearr a fháil, ní mór líon na dtimthriallta a bharrfheabhsú freisin. Faightear an chumhacht aschuir is fearr nuair a bhíonn líon an dá chéim 42 + 48 timthriall, mar a thaispeántar i bhFíor 22a. Déantar comhartha ionchuir 0.05 W aimpliú go 314 W le gnóthachan 38 dB. Tá an speictream cumhachta aschuir a fhaightear trí Chlaochlú Fourier Tapa (FFT) íon, ag buaicphointe ag 220 GHz. Taispeánann Fíor 22b dáileadh suíomh aiseach fuinnimh leictreon sa SWS, agus an chuid is mó de na leictreoin ag cailleadh fuinnimh. Léiríonn an toradh seo gur féidir leis an SDV-SWS fuinneamh cinéiteach leictreon a thiontú ina gcomharthaí RF, rud a fhágann aimpliú comhartha.
Comhartha aschuir SDV-SWS ag 220 GHz. (a) Cumhacht aschuir leis an speictream san áireamh. (b) Dáileadh fuinnimh leictreon leis an bhíoma leictreon ag deireadh an iontráil SWS.
Taispeánann Fíor 23 bandaleithead cumhachta aschuir agus gnóthachan SDV-TWT dé-mhód dé-bhíoma. Is féidir feidhmíocht aschuir a fheabhsú tuilleadh trí mhinicíochtaí a scuabadh ó 200 go 275 GHz agus an voltas tiomána a bharrfheabhsú. Léiríonn an toradh seo gur féidir leis an mbandaleithead 3-dB 205 go 275 GHz a chlúdach, rud a chiallaíonn gur féidir le hoibriú dé-mhód an bandaleithead oibriúcháin a leathnú go mór.
Mar sin féin, de réir Fíor 2a, tá a fhios againn go bhfuil banda stad idir na modhanna corr agus cothrom, rud a d'fhéadfadh luaineachtaí nach dteastaíonn a bheith mar thoradh air. Dá bhrí sin, ní mór cobhsaíocht oibre timpeall na stad a scrúdú. Is iad Fíor 24a-c na torthaí insamhalta 20 ns ag 265.3 GHz, 265.35 GHz, agus 265.4 GHz, faoi seach. Is léir, cé go bhfuil roinnt luaineachtaí sna torthaí insamhalta, go bhfuil an chumhacht aschuir réasúnta cobhsaí. Taispeántar an speictream i bhFíor 24 faoi seach freisin, tá an speictream íon. Léiríonn na torthaí seo nach bhfuil aon fhéin-luainíocht in aice leis an mbanda stad.
Tá gá le monarú agus tomhas chun cruinneas an HFS iomláin a fhíorú. Sa chuid seo, déantar an HFS a mhonarú ag baint úsáide as teicneolaíocht rialaithe uimhriúil ríomhaireachta (CNC) le trastomhas uirlis de 0.1 mm agus cruinneas meaisínithe de 10 μm. Soláthraítear an t-ábhar don struchtúr ard-minicíochta le copar ard-sheoltachta saor ó ocsaigine (OFHC). Taispeánann Fíor 25a an struchtúr monaraithe. Tá fad 66.00 mm, leithead 20.00 mm agus airde 8.66 mm ag an struchtúr iomlán. Tá ocht bpoll bioráin dáilte timpeall an struchtúir. Taispeánann Fíor 25b an struchtúr trí mhicreascópacht leictreon scanála (SEM). Déantar lanna an struchtúir seo a tháirgeadh go haonfhoirmeach agus tá garbh-dhromchla maith acu. Tar éis tomhais bheacht, tá an earráid meaisínithe iomlán níos lú ná 5%, agus tá an garbh-dhromchla thart ar 0.4μm. Comhlíonann an struchtúr meaisínithe na ceanglais dearaidh agus cruinnis.
Taispeánann Fíor 26 an chomparáid idir torthaí iarbhír na tástála agus insamhaltaí feidhmíochta tarchurtha. Freagraíonn Port 1 agus Port 2 i bhFíor 26a do na calafoirt ionchuir agus aschuir den HFS, faoi seach, agus tá siad coibhéiseach le Port 1 agus Port 4 i bhFíor 3. Tá torthaí iarbhír tomhais S11 beagán níos fearr ná na torthaí insamhalta. Ag an am céanna, tá torthaí tomhaiste an S21 beagán níos measa. Is féidir gurb é an chúis atá leis seo ná go bhfuil an seoltacht ábhair atá socraithe san insamhalta ró-ard agus go bhfuil an garbh-dhromchla tar éis an mheaisínithe iarbhír lag. Tríd is tríd, tá na torthaí tomhaiste i gcomhréir mhaith leis na torthaí insamhalta, agus comhlíonann an bandaleithead tarchurtha an riachtanas de 70 GHz, rud a fhíoraíonn indéantacht agus ceartúlacht an SDV-TWT dé-mhód atá beartaithe. Dá bhrí sin, in éineacht leis an bpróiseas monaraíochta iarbhír agus torthaí tástála, is féidir an dearadh SDV-TWT dé-bhíoma ultra-leathanbhanda atá beartaithe sa pháipéar seo a úsáid le haghaidh monaraíochta agus feidhmchlár ina dhiaidh sin.
Sa pháipéar seo, cuirtear dearadh mionsonraithe ar SDV-TWT dé-bhíoma dáilte plánach 220 GHz i láthair. Méadaíonn an teaglaim d'oibriú dé-mhód agus d'spreagadh dé-bhíoma an bandaleithead oibriúcháin agus an chumhacht aschuir tuilleadh. Déantar an tástáil monaraíochta agus fuar freisin chun cruinneas an HFS iomláin a fhíorú. Tá na torthaí tomhais iarbhír i gcomhréir mhaith leis na torthaí insamhalta. Maidir leis an EOS dhá-bhíoma atá deartha, úsáideadh cuid masc agus leictreoidí rialaithe le chéile chun bhíoma dhá pheann luaidhe a tháirgeadh. Faoin réimse maighnéadach fócasaithe aonfhoirmeach atá deartha, is féidir an bhíoma leictreon a tharchur go cobhsaí thar achair fhada le cruth maith. Amach anseo, déanfar táirgeadh agus tástáil ar EOS, agus déanfar tástáil theirmeach ar an TWT iomláin freisin. Comhcheanglaíonn an scéim deartha SDV-TWT seo atá molta sa pháipéar seo an teicneolaíocht próiseála plánach aibí reatha go hiomlán, agus taispeánann sé acmhainneacht mhór i dtáscairí feidhmíochta agus i bpróiseáil agus i dtionól. Dá bhrí sin, creideann an páipéar seo gurb é an struchtúr plánach is dóichí a bheidh mar threocht forbartha gléasanna leictreonacha folúis sa bhanda teirehertz.
Tá an chuid is mó de na sonraí amha agus na samhlacha anailíseacha sa staidéar seo curtha san áireamh sa pháipéar seo. Is féidir tuilleadh eolais ábhartha a fháil ón údar comhfhreagrach ar iarratas réasúnta.
Gamzina, D. et al. Meaisínithe CNC nanoscála ar leictreonaic folúis faoi theirahertz. IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. agus Paoloni, C. Micrea-dhéanamh UV-LIGA de threorthonnta fo-theirahertz ag baint úsáide as fótafhriotaíocht ilchiseal SU-8. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 Treochlár teicneolaíochta THz.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 Srianadh láidir ar iomadú tonnta plasmónacha trí threoraithe tonnta dúbailte-ghrátála ultra-leathanbhanda.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Feidhmíocht Aimplitheoir Feadáin Tonnta Taistil 220-GHz Meaisínithe le Nano CNC. IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Ag fiosrú éagobhsaíocht déchotrón bhíomaí leictreon leatháin atá leathan go neamhtheoranta ag baint úsáide as teoiric mhúnla sreabhán fuar macrascópach. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV ar an deis bandaleithead a mhéadú trí leagan amach plánach an bhíoma i gclystron ilbhíoma. I 12ú Comhdháil Idirnáisiúnta IEEE ar Leictreonaic Fholúis, Bangalore, an India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al.Dearadh gunnaí leictreon trí-bhíoma le dáileadh plána scoilte bhíoma caol i bhfeadán tonn taistil dé-lann stadach banda-W [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 Córas optúil leictreon trí-bhíoma dáilte phleanála le scaradh bhíoma caol le haghaidh mód bunúsach banda-W TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Taighde ar Fheadán Tonnta Taistil Dúbailte Idirnasctha le Bíomaí Bileoige Tonnta Milliméadair 20-22 (PhD, Ollscoil Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Staidéar ar chobhsaíocht idirghníomhaíochta bhíoma-thonn i bhfeadán tonn taistil dé-lann idirnasctha G-bhanda. 43ú Comhdháil Idirnáisiúnta 2018 ar Thonnta Milliméadair agus Terahertz Infridhearg, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).