Mahalo no ke kipa ʻana iā Nature.com. Loaʻa i ka mana polokalamu kele pūnaewele āu e hoʻohana nei ke kākoʻo palena no CSS. No ka ʻike maikaʻi loa, paipai mākou iā ʻoe e hoʻohana i kahi polokalamu kele pūnaewele i hōʻano hou ʻia (a i ʻole e hoʻopau i ke ʻano hoʻohālikelike ma Internet Explorer). I kēia manawa, no ka hōʻoia ʻana i ke kākoʻo mau ʻana, e hōʻike mākou i ka pūnaewele me ka ʻole o nā kaila a me JavaScript.
Ma kēia pepa, ua hoʻolālā ʻia a ua hōʻoia ʻia kahi paipu nalu hele pālua interleaved mana kiʻekiʻe 220GHz broadband. ʻO ka mea mua, ua manaʻo ʻia kahi ʻano nalu lohi pālua planar. Ma ka hoʻohana ʻana i kahi papahana hana dual-mode, ʻaneʻane pālua ka hana hoʻoili a me ka bandwidth o ke ʻano hoʻokahi. ʻO ka lua, i mea e hoʻokō ai i nā koi o ka mana hoʻopuka kiʻekiʻe a hoʻomaikaʻi i ke kūpaʻa o ka paipu nalu hele, ua hoʻolālā ʻia kahi ʻōnaehana optical uila penikala pālua, ʻo ka volta hoʻokele he 20 ~ 21 kV, a ʻo ke au he 2 × 80 mA. Nā pahuhopu hoʻolālā. Ma ka hoʻohana ʻana i ka ʻāpana mask a me ka electrode control i loko o ka pū beam pālua, hiki ke hoʻopili ʻia nā kukuna penikala ʻelua ma ko lākou mau kikowaena me ka lakio compression o 7, ʻo ka mamao o ka nānā ʻana ma kahi o 0.18mm, a maikaʻi ke kūpaʻa. Ua hoʻomaikaʻi ʻia hoʻi ka ʻōnaehana nānā magnetic like. Hiki i ka mamao o ka hoʻoili paʻa o ka beam electron pālua planar ke hiki i 45 mm, a ʻo ke kahua magnetic focusing he 0.6 T, ua lawa ia e uhi i ka ʻōnaehana alapine kiʻekiʻe holoʻokoʻa (HFS). A laila, i e hōʻoia i ka hoʻohana ʻana o ka ʻōnaehana electron-optical a me ka hana o ka hoʻolālā nalu lohi, ua hana ʻia nā simulations cell particle (PIC) ma ka HFS holoʻokoʻa. Hōʻike nā hopena e hiki i ka ʻōnaehana beam-interaction ke hoʻokō i kahi mana puka kiʻekiʻe o kahi kokoke i 310 W ma 220 GHz, ʻo ka volta beam i hoʻonui ʻia he 20.6 kV, ʻo ke au beam he 2 × 80 mA, ʻo ka loaʻa he 38 dB, a ʻoi aku ka bandwidth 3-dB ma mua o 35 dB ma kahi o 70 GHz. ʻO ka hope loa, hana ʻia ka hana microstructure kiʻekiʻe e hōʻoia i ka hana o ka HFS, a hōʻike nā hopena ua kūlike ka bandwidth a me nā ʻano hoʻoili me nā hopena simulation. No laila, manaʻo ʻia ka papahana i manaʻo ʻia ma kēia pepa e hoʻomohala i nā kumu radiation terahertz-band mana kiʻekiʻe, ultra-broadband me ka hiki no nā noi e hiki mai ana.
Ma ke ʻano he mea uila vacuum kuʻuna, hoʻokani ka paipu nalu huakaʻi (TWT) i kahi kuleana nui i nā noi he nui e like me ka radar hoʻonā kiʻekiʻe, nā ʻōnaehana kamaʻilio ukali, a me ka ʻimi ākea1,2,3. Eia nō naʻe, i ka wā e komo ai ke alapine hana i ka hui terahertz, ʻaʻole hiki i ka TWT coupled-cavity kuʻuna a me ka TWT helical ke hoʻokō i nā pono o ka poʻe ma muli o ka mana hoʻopuka haʻahaʻa, ka bandwidth haiki, a me nā kaʻina hana paʻakikī. No laila, pehea e hoʻomaikaʻi piha ai i ka hana o ka hui THz ua lilo i mea hopohopo nui no nā ʻoihana noiʻi ʻepekema he nui. I nā makahiki i hala iho nei, ua loaʻa i nā ʻano nalu lohi hou (SWSs), e like me nā ʻano staggered dual-blade (SDV) a me nā ʻano waveguide pelu (FW), ka nānā nui ʻia ma muli o kā lākou mau ʻano planar kūlohelohe, ʻoi aku ka SDV-SWSs hou me ka hiki ke hoʻohiki. Ua hāpai ʻia kēia ʻano e UC-Davis i ka makahiki 20084. Hiki ke hana maʻalahi ʻia ka ʻano planar e nā ʻenehana hana micro-nano e like me ka mana helu kamepiula (CNC) a me UV-LIGA, hiki i ka ʻano pūʻolo metala āpau ke hāʻawi i ka mana wela nui me ka mana hoʻopuka kiʻekiʻe. a me ka loaʻa, a hiki i ke ʻano waveguide-like ke hāʻawi i kahi bandwidth hana ākea. I kēia manawa, ua hōʻike ʻo UC Davis no ka manawa mua ma 2017 hiki i ka SDV-TWT ke hoʻopuka i nā hopena mana kiʻekiʻe ma mua o 100 W a kokoke i 14 GHz bandwidth hōʻailona ma ka G-band5. Eia nō naʻe, aia nō i kēia mau hopena nā hakahaka i hiki ʻole ke hoʻokō i nā koi pili o ka mana kiʻekiʻe a me ka bandwidth ākea ma ka terahertz band. No ka G-band SDV-TWT o UC-Davis, ua hoʻohana ʻia nā kaola electron pepa. ʻOiai hiki i kēia hoʻolālā ke hoʻomaikaʻi nui i ka hiki ke lawe i kēia manawa o ka beam, he paʻakikī ke mālama i kahi mamao hoʻoili lōʻihi ma muli o ka paʻa ʻole o ka ʻōnaehana optical electron sheet beam (EOS), a aia kahi tunnel beam over-mode, hiki ke hana i ka beam e hoʻoponopono ponoʻī. – Hoʻonāukiuki a me ka oscillation 6,7. I mea e hoʻokō ai i nā koi o ka mana hoʻopuka kiʻekiʻe, ka bandwidth ākea a me ke kūpaʻa maikaʻi o THz TWT, ua hāpai ʻia kahi SDV-SWS dual-beam me ka hana dual-mode i loko o kēia pepa. ʻO ia hoʻi, i mea e hoʻonui ai i ka bandwidth hana, ua hāpai ʻia ka hana dual-mode a hoʻokomo ʻia i loko o kēia ʻano. A, i mea e hoʻonui ai i ka mana hoʻopuka, ua hoʻohana pū ʻia kahi hoʻolaha planar o nā kukuna penikala pālua. He liʻiliʻi iki nā lekiō kukuna penikala hoʻokahi ma muli o nā palena nui kū pololei. Inā kiʻekiʻe loa ka nui o kēia manawa, pono e hoʻemi ʻia ke au kukuna, e hopena ana i kahi mana hoʻopuka haʻahaʻa. No ka hoʻomaikaʻi ʻana i ke au kukuna, ua puka mai ka planar distributed multibeam EOS, kahi e hoʻohana ai i ka nui lateral o ka SWS. Ma muli o ke tunneling kukuna kūʻokoʻa, hiki i ka planar distributed multi-beam ke hoʻokō i ka mana hoʻopuka kiʻekiʻe ma ka mālama ʻana i kahi au kukuna holoʻokoʻa kiʻekiʻe a me kahi au liʻiliʻi no kēlā me kēia kukuna, hiki ke pale aku i ka tunneling kukuna overmode i hoʻohālikelike ʻia me nā mea hana sheet-beam. No laila, he mea pono ke mālama i ke kūpaʻa o ka paipu nalu huakaʻi. Ma ke kumu o ka hana ma mua 8,9, Manaʻo kēia pepa i kahi kahua magnetic like G-band e kālele ana i ke kukuna penikala pālua EOS, hiki ke hoʻomaikaʻi nui i ka mamao hoʻoili paʻa o ke kukuna a hoʻonui hou i ka wahi launa pū ʻana o ke kukuna, a pēlā e hoʻomaikaʻi nui ai i ka mana hoʻopuka.
ʻO ke ʻano o kēia pepa penei. ʻO ka mea mua, ua wehewehe ʻia ka hoʻolālā cell SWS me nā palena, ka nānā ʻana i nā ʻano hoʻolaha a me nā hopena simulation alapine kiʻekiʻe. A laila, e like me ke ʻano o ke cell unit, ua hoʻolālā ʻia kahi beam penikala pālua EOS a me ka ʻōnaehana launa pū beam ma kēia pepa. Hōʻike pū ʻia nā hopena simulation particle intracellular e hōʻoia i ka hoʻohana ʻana o EOS a me ka hana o SDV-TWT. Eia kekahi, hōʻike pōkole ka pepa i ka hana ʻana a me nā hopena hoʻāʻo anu e hōʻoia i ka pololei o ka HFS holoʻokoʻa. ʻO ka hope loa e hana i kahi hōʻuluʻulu manaʻo.
Ma ke ʻano he hoʻokahi o nā ʻāpana koʻikoʻi o ka TWT, ʻo nā waiwai hoʻolaha o ka hoʻolālā nalu lohi e hōʻike ana inā kūlike ka wikiwiki o ka electron me ka wikiwiki o ka pae o ka SWS, a no laila he mana nui ia i ka pilina beam-wave. No ka hoʻomaikaʻi ʻana i ka hana o ka TWT holoʻokoʻa, ua hoʻolālā ʻia kahi hoʻolālā pilina i hoʻomaikaʻi ʻia. Hōʻike ʻia ke ʻano o ka cell unit ma ke Kiʻi 1. Ke noʻonoʻo nei i ka paʻa ʻole o ka beam pepa a me ka palena mana o ka beam peni hoʻokahi, hoʻohana ka hoʻolālā i kahi beam peni pālua e hoʻomaikaʻi hou aku i ka mana hoʻopuka a me ke kūpaʻa o ka hana. I kēia manawa, i mea e hoʻonui ai i ka bandwidth hana, ua hāpai ʻia kahi ʻano pālua e hana ai ʻo SWS. Ma muli o ka symmetry o ka hoʻolālā SDV, hiki ke hoʻokaʻawale ʻia ka hoʻonā o ka hoʻohālikelike hoʻolaha kahua electromagnetic i nā ʻano ʻē a me nā ʻano like. I ka manawa like, hoʻohana ʻia ke ʻano ʻē kumu o ka band alapine haʻahaʻa a me ke ʻano like kumu o ka band alapine kiʻekiʻe e hoʻomaopopo i ka synchronization broadband o ka pilina beam, no laila e hoʻomaikaʻi hou aku i ka bandwidth hana.
Wahi a nā koi mana, ua hoʻolālā ʻia ka paipu holoʻokoʻa me kahi volta hoʻokele o 20 kV a me kahi au kukuna pālua o 2 × 80 mA. I mea e hoʻohālikelike ai i ka volta e like me ka hiki i ka bandwidth hana o ka SDV-SWS, pono mākou e helu i ka lōʻihi o ka wā p. Hōʻike ʻia ka pilina ma waena o ka volta kukuna a me ka wā ma ka hoohalike (1)10:
Ma ke kau ʻana i ka neʻe ʻana o ka pae i 2.5π ma ke alapine waena o 220 GHz, hiki ke helu ʻia ka wā p i 0.46 mm. Hōʻike ka Kiʻi 2a i nā waiwai hoʻopuehu o ke kelepona ʻāpana SWS. Hoʻohālikelike maikaʻi loa ka beamline 20 kV i ka piʻo bimodal. Hiki i nā hui alapine hoʻohālikelike ke hiki ma kahi o 70 GHz i nā pae 210-265.3 GHz (ʻano ʻē) a me 265.4-280 GHz (ʻano like). Hōʻike ka Kiʻi 2b i ka awelika coupling impedance, ʻoi aku ka nui ma mua o 0.6 Ω mai 210 a 290 GHz, e hōʻike ana e hiki ke hana i nā pilina ikaika ma ka bandwidth hana.
(a) Nā ʻano hoʻopuehu o kahi SDV-SWS ʻano pālua me kahi laina beam electron 20 kV. (b) Ka impedance launa pū ʻana o ke kaapuni nalu lohi SDV.
Eia nō naʻe, he mea nui e hoʻomaopopo he ʻokoʻa ka band gap ma waena o nā ʻano ʻē a me nā ʻano like, a kapa pinepine mākou i kēia band gap ma ke ʻano he stop band, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 2a. Inā hana ʻia ka TWT kokoke i kēia alapine (frequency band), hiki ke loaʻa ka ikaika o ka hoʻopili ʻana o ke kukuna, kahi e alakaʻi ai i nā oscillations i makemake ʻole ʻia. I nā noi hana, pale mākou i ka hoʻohana ʻana iā TWT kokoke i ka stopband. Eia nō naʻe, hiki ke ʻike ʻia ʻo ka band gap o kēia ʻano nalu lohi he 0.1 GHz wale nō. He mea paʻakikī ke hoʻoholo inā paha e hoʻoulu kēia band gap liʻiliʻi i nā oscillations. No laila, e noiʻi ʻia ke kūpaʻa o ka hana a puni ka stop band ma ka ʻāpana simulation PIC e hiki mai ana e kālailai inā paha e loaʻa nā oscillations i makemake ʻole ʻia.
Ua hōʻike ʻia ke kumu hoʻohālike o ka HFS holoʻokoʻa ma ke Kiʻi 3. Loaʻa iā ia ʻelua mau pae o SDV-SWS, i hoʻopili ʻia e nā mea hoʻomālamalama Bragg. ʻO ka hana o ka mea hoʻomālamalama, ʻo ia ke ʻoki ʻana i ka hoʻoili ʻana o ka hōʻailona ma waena o nā pae ʻelua, e kāohi i ka oscillation a me ka noʻonoʻo ʻana o nā ʻano hana ʻole e like me nā ʻano hana kiʻekiʻe i hana ʻia ma waena o nā lau o luna a me lalo, a laila e hoʻomaikaʻi nui ana i ke kūpaʻa o ka paipu holoʻokoʻa. No ka pili ʻana i ke kaiapuni waho, hoʻohana ʻia kekahi coupler tapered linear e hoʻopili i ka SWS i kahi waveguide maʻamau WR-4. Ana ʻia ke coefficient hoʻoili o ka hale ʻelua-pae e kahi mea hoʻonā manawa manawa i ka polokalamu simulation 3D. Ke noʻonoʻo nei i ka hopena maoli o ke kāʻei terahertz ma ka mea, ua hoʻonohonoho mua ʻia ka mea o ka envelope vacuum i ke keleawe, a ua hoʻemi ʻia ka conductivity i 2.25 × 107 S / m12.
Hōʻike ka Kiʻi 4 i nā hopena hoʻoili no HFS me a me ka ʻole o nā couplers tapered linear. Hōʻike nā hopena he liʻiliʻi ka hopena o ka coupler i ka hana hoʻoili o ka HFS holoʻokoʻa. ʻO ka pohō hoʻihoʻi (S11 < − 10 dB) a me ka pohō hoʻokomo (S21 > − 5 dB) o ka ʻōnaehana holoʻokoʻa ma ka broadband 207 ~ 280 GHz e hōʻike ana he maikaʻi nā ʻano hoʻoili o HFS.
Ma ke ʻano he lako mana o nā mea uila vacuum, hoʻoholo pololei ka pū electron inā hiki i ka mea hana ke hoʻopuka i ka mana hoʻopuka lawa. I hui pū ʻia me ka nānā ʻana o HFS ma ka Māhele II, pono e hoʻolālā ʻia kahi EOS dual-beam e hāʻawi i ka mana lawa. Ma kēia ʻāpana, ma muli o ka hana ma mua ma W-band8,9, ua hoʻolālā ʻia kahi pū electron penikala pālua me ka hoʻohana ʻana i kahi ʻāpana pale planar a me nā electrodes kaohi. ʻO ka mea mua, e like me nā koi hoʻolālā o SWS ma ka Māhele. E like me ka mea i hōʻike ʻia ma FIG. 2, ua hoʻonohonoho mua ʻia ke anakahi hoʻokele Ua o nā kukuna electron i 20 kV, ʻo ke au I o nā kukuna electron ʻelua he 80 mA, a ʻo ke anawaena kukuna dw o nā kukuna electron he 0.13 mm. I ka manawa like, i mea e hōʻoia ai e hiki ke hoʻokō ʻia ka nui o ke au o ke kukuna electron a me ka cathode, ua hoʻonohonoho ʻia ka lakio compression o ke kukuna electron i 7, no laila ʻo ke au o ke kukuna electron he 603 A/cm2, a ʻo ke au o ke cathode he 86 A/cm2, hiki ke hoʻokō ʻia e Hoʻokō ʻia kēia me ka hoʻohana ʻana i nā mea cathode hou. Wahi a ke kumumanaʻo hoʻolālā 14, 15, 16, 17, hiki ke ʻike kūikawā ʻia kahi pū electron Pierce maʻamau.
Hōʻike ka Kiʻi 5 i nā kiʻikuhi hoʻolālā ākea a me ke kū pololei o ka pū, kēlā me kēia. Hiki ke ʻike ʻia ua aneane like ke ʻano o ka pū electron ma ke kuhikuhi-x me ko kahi pū electron pepa maʻamau, ʻoiai ma ke kuhikuhi-y ua hoʻokaʻawale hapa ʻia nā kukuna electron ʻelua e ka mask. Aia nā kūlana o nā cathodes ʻelua ma x = - 0.155 mm, y = 0 mm a me x = 0.155 mm, y = 0 mm, kēlā me kēia. Wahi a nā koi hoʻolālā o ka lakio compression a me ka nui o ka injection electron, ua hoʻoholo ʻia nā ana o nā ʻili cathode ʻelua he 0.91 mm × 0.13 mm.
I mea e hoʻohālikelike ai ke kahua uila i kālele ʻia e kēlā me kēia kukuna uila ma ke kuhikuhi-x e pili ana i kona kikowaena ponoʻī, hoʻopili kēia pepa i kahi electrode hoʻomalu i ka pū uila. Ma ka hoʻonohonoho ʻana i ka uila o ka electrode kālele a me ka electrode hoʻomalu i −20 kV, a me ka uila o ka anode i 0 V, hiki iā mākou ke loaʻa ka hoʻolaha trajectory o ka pū kukuna pālua, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 6. Hiki ke ʻike ʻia he maikaʻi ka compressibility o nā electrons i hoʻopuka ʻia ma ke kuhikuhi-y, a hui pū kēlā me kēia kukuna uila i ke kuhikuhi-x ma kona kikowaena symmetry ponoʻī, e hōʻike ana e kaulike ana ka electrode hoʻomalu i ke kahua uila like ʻole i hana ʻia e ka electrode kālele.
Hōʻike ka Kiʻi 7 i ka ʻeke kukuna ma nā kuhikuhi x a me y. Hōʻike nā hopena he ʻokoʻa ka mamao hoʻolei o ke kukuna electron ma ke kuhikuhi x mai ka mea ma ke kuhikuhi y. ʻO ka mamao hoʻolei ma ke kuhikuhi x ma kahi o 4mm, a ʻo ka mamao hoʻolei ma ke kuhikuhi y ua kokoke i 7mm. No laila, pono e koho ʻia ka mamao hoʻolei maoli ma waena o 4 a me 7 mm. Hōʻike ka Kiʻi 8 i ka ʻāpana kea o ke kukuna electron ma 4.6 mm mai ka ʻili cathode. Hiki iā mākou ke ʻike ʻo ke ʻano o ka ʻāpana kea kokoke loa i kahi kukuna electron poepoe maʻamau. ʻO ka mamao ma waena o nā kukuna electron ʻelua ua kokoke i ka 0.31 mm i hoʻolālā ʻia, a ʻo ka radius ma kahi o 0.13 mm, kahi e hoʻokō ai i nā koi hoʻolālā. Hōʻike ka Kiʻi 9 i nā hopena simulation o ke au kukuna. Hiki ke ʻike ʻia he 76mA nā au kukuna ʻelua, kahi e kūlike maikaʻi me ka 80mA i hoʻolālā ʻia.
Ke noʻonoʻo nei i ka loli o ka volta hoʻokele i nā noi hana, pono e aʻo i ka ʻike volta o kēia kumu hoʻohālike. Ma ka pae volta o 19.8 ~ 20.6 kV, ua loaʻa nā envelopes o kēia manawa a me ke kaola, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 1 a me ke Kiʻi 1.10 a me 11. Mai nā hopena, hiki ke ʻike ʻia ʻaʻohe hopena o ka loli o ka volta hoʻokele i ka envelope beam electron, a ʻo ke au o ka beam electron e loli wale mai 0.74 a i 0.78 A. No laila, hiki ke noʻonoʻo ʻia he ʻike maikaʻi ka pū electron i hoʻolālā ʻia ma kēia pepa i ka volta.
Ka hopena o ka hoʻokele ʻana i nā loli uila ma nā envelopes kukuna x- a me y-direction.
ʻO ke kahua hoʻoikaika magnetic like he ʻōnaehana hoʻoikaika magnet mau loa. Ma muli o ka hoʻolaha like ʻana o ke kahua magnetic ma ke kahawai beam, kūpono loa ia no nā kukuna electron axisymmetric. Ma kēia ʻāpana, ua manaʻo ʻia kahi ʻōnaehana hoʻoikaika magnetic like no ka mālama ʻana i ka hoʻoili lōʻihi o nā kukuna penikala pālua. Ma ka nānā ʻana i ke kahua magnetic i hana ʻia a me ka envelope beam, ua manaʻo ʻia ka hoʻolālā hoʻolālā o ka ʻōnaehana hoʻoikaika, a ua aʻo ʻia ka pilikia ʻike. Wahi a ke kumumanaʻo hoʻoili paʻa o kahi kukuna penikala hoʻokahi18,19, hiki ke helu ʻia ka waiwai kahua magnetic Brillouin e ka hoohalike (2). Ma kēia pepa, hoʻohana pū mākou i kēia like e kuhi i ke kahua magnetic o kahi kukuna penikala pālua i hoʻokaʻawale ʻia ma ka ʻaoʻao. I hui pū ʻia me ka pū electron i hoʻolālā ʻia ma kēia pepa, ʻo ka waiwai kahua magnetic i helu ʻia ma kahi o 4000 Gs. Wahi a Ref. 20, 1.5-2 mau manawa i koho pinepine ʻia ai ka waiwai i helu ʻia i nā hoʻolālā hana.
Hōʻike ka Kiʻi 12 i ke ʻano o kahi ʻōnaehana kahua hoʻoikaika kino magnetic like. ʻO ka ʻāpana polū ka magnet mau loa i magnetized i ke kuhikuhi axial. ʻO ke koho mea ʻo NdFeB a i ʻole FeCoNi. ʻO ka remanence Br i hoʻonohonoho ʻia i loko o ke kumu hoʻohālike he 1.3 T a ʻo ka permeability he 1.05. I mea e hōʻoia ai i ka hoʻoili paʻa o ke kukuna ma ke kaapuni holoʻokoʻa, ua hoʻonohonoho mua ʻia ka lōʻihi o ka magnet i 70 mm. Eia kekahi, ʻo ka nui o ka magnet ma ke kuhikuhi x e hoʻoholo ai inā like ke kahua magnetic transverse ma ke kahawai kukuna, ʻo ia hoʻi ʻaʻole hiki ke liʻiliʻi loa ka nui ma ke kuhikuhi x. I ka manawa like, e noʻonoʻo ana i ke kumukūʻai a me ke kaumaha o ka paipu holoʻokoʻa, ʻaʻole pono e nui loa ka nui o ka magnet. No laila, ua hoʻonohonoho mua ʻia nā magnet i 150 mm × 150 mm × 70 mm. I kēia manawa, no ka hōʻoia ʻana e hiki ke kau ʻia ke kaapuni nalu lohi holoʻokoʻa i loko o ka ʻōnaehana hoʻoikaika kino, ua hoʻonohonoho ʻia ka mamao ma waena o nā magnet i 20mm.
I ka makahiki 2015, ua hāpai ʻo Purna Chandra Panda21 i kahi ʻāpana pou me kahi lua ʻanuʻu hou i loko o kahi ʻōnaehana hoʻoikaika magnetic like, hiki ke hōʻemi hou i ka nui o ka leakage flux i ka cathode a me ke kahua magnetic transverse i hana ʻia ma ka lua ʻāpana pou. Ma kēia pepa, hoʻohui mākou i kahi ʻano ʻanuʻu i ka ʻāpana pou o ka ʻōnaehana hoʻoikaika. Ua hoʻonohonoho mua ʻia ka mānoanoa o ka ʻāpana pou i 1.5mm, ʻo ke kiʻekiʻe a me ka laulā o nā ʻanuʻu ʻekolu he 0.5mm, a ʻo ka mamao ma waena o nā lua ʻāpana pou he 2mm, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 13.
Hōʻike ka Kiʻi 14a i ka hoʻolaha ʻana o ke kahua magnetic axial ma nā kikowaena o nā kukuna electron ʻelua. Hiki ke ʻike ʻia ua like nā ikaika o ke kahua magnetic ma nā kukuna electron ʻelua. ʻO ka waiwai o ke kahua magnetic ma kahi o 6000 Gs, ʻo ia hoʻi he 1.5 mau manawa o ke kahua Brillouin theoretical e hoʻonui i ka hoʻoili ʻana a me ka hana kālele. I ka manawa like, kokoke i ka 0 ke kahua magnetic ma ka cathode, e hōʻike ana he hopena maikaʻi ko ka ʻāpana pole i ka pale ʻana i ka leakage flux magnetic. Hōʻike ka Kiʻi 14b i ka hoʻolaha ʻana o ke kahua magnetic transverse Ma ke kuhikuhi z ma ka lihi o luna o nā kukuna electron ʻelua. Hiki ke ʻike ʻia ʻo ka ʻāpana magnetic transverse he emi ma mua o 200 Gs wale nō ma ka lua o ka ʻāpana pole, ʻoiai ma ke kaapuni nalu lohi, kokoke i ka ʻole o ke kahua magnetic transverse, kahi e hōʻike ana he mea ʻole ka mana o ke kahua magnetic transverse ma ke kukuna electron. No ka pale ʻana i ka saturation magnetic o nā ʻāpana pole, pono e aʻo i ka ikaika o ke kahua magnetic i loko o nā ʻāpana pole. Hōʻike ka Kiʻi 14c i ka waiwai paʻa o ka hoʻolaha ʻana o ke kahua magnetic i loko o ka ʻāpana pole. Hiki ke ʻike ʻia ʻo ka waiwai paʻa o ke kahua magnetic ʻoi aku ka ikaika ma mua o 1.2T, e hōʻike ana ʻaʻole e loaʻa ka saturation magnetic o ka ʻāpana pou.
Ka hoʻolaha ikaika o ke kahua magnetic no Br = 1.3 T.(a) Ka hoʻolaha kahua axial.(b) Ka hoʻolaha kahua ʻaoʻao E ma ke kuhikuhi z.(c) Ka waiwai piha o ka hoʻolaha kahua i loko o ka ʻāpana pou.
Ma muli o ka module CST PS, ua hoʻonohonoho pono ʻia ke kūlana pili axial o ka pū kukuna pālua a me ka ʻōnaehana kālele. Wahi a Ref. 9 a me nā simulations, ʻo kahi kūpono loa kahi e uhi ai ka ʻāpana anode i ka ʻāpana pole mai ka magnet. Eia nō naʻe, ua ʻike ʻia inā ua hoʻonohonoho ʻia ka remanence i 1.3T, ʻaʻole hiki i ka transmittance o ke kukuna electron ke hiki i 99%. Ma ka hoʻonui ʻana i ka remanence i 1.4 T, e hoʻonui ʻia ke kahua magnetic kālele i 6500 Gs. Hōʻike ʻia nā trajectories kukuna ma nā mokulele xoz a me yoz ma ke Kiʻi 15. Hiki ke ʻike ʻia he maikaʻi ka hoʻoili ʻana o ke kukuna, liʻiliʻi ka fluctuation, a me ka mamao hoʻoili ʻoi aku ma mua o 45mm.
Nā alahele o nā kukuna penikala pālua ma lalo o kahi ʻōnaehana makeneka homogeneous me Br = 1.4 T.(a) mokulele xoz.(b) mokulele yoz.
Hōʻike ka Kiʻi 16 i ka ʻāpana kea o ke kukuna ma nā wahi like ʻole mai ka cathode. Hiki ke ʻike ʻia ua mālama maikaʻi ʻia ke ʻano o ka ʻāpana kukuna i loko o ka ʻōnaehana kālele, a ʻaʻole loli nui ke anawaena o ka ʻāpana. Hōʻike ka Kiʻi 17 i nā envelopes kukuna ma nā kuhikuhi x a me y, kēlā me kēia. Hiki ke ʻike ʻia he liʻiliʻi loa ka loli ʻana o ke kukuna ma nā ʻaoʻao ʻelua. Hōʻike ka Kiʻi 18 i nā hopena simulation o ke au kukuna. Hōʻike nā hopena he 2 × 80 mA ke au, kahi e kūlike me ka waiwai i helu ʻia ma ka hoʻolālā pū electron.
ʻO ka ʻāpana kea o ke kukuna uila (me ka ʻōnaehana kālele) ma nā wahi like ʻole mai ka cathode.
Ke noʻonoʻo nei i kahi moʻo o nā pilikia e like me nā hewa hōʻuluʻulu, nā loli voltage, a me nā loli i ka ikaika o ke kahua magnetic i nā noi hana hana, pono e kālailai i ka ʻike o ka ʻōnaehana kālele. No ka mea aia kahi hakahaka ma waena o ka ʻāpana anode a me ka ʻāpana pole i ka hana maoli, pono e hoʻonohonoho ʻia kēia hakahaka i ka simulation. Ua hoʻonohonoho ʻia ka waiwai hakahaka i 0.2 mm a hōʻike ʻo Figure 19a i ka envelope beam a me ke au beam ma ke kuhikuhi y. Hōʻike kēia hopena ʻaʻole koʻikoʻi ka loli i loko o ka envelope beam a ʻaneʻane loli ke au beam. No laila, ʻaʻole ʻike ka ʻōnaehana i nā hewa hōʻuluʻulu. No ka loli ʻana o ka voltage hoʻokele, ua hoʻonohonoho ʻia ka laulā hewa i ± 0.5 kV. Hōʻike ʻo Figure 19b i nā hopena hoʻohālikelike. Hiki ke ʻike ʻia he liʻiliʻi ka hopena o ka loli voltage i ka envelope beam. Ua hoʻonohonoho ʻia ka laulā hewa mai -0.02 a i +0.03 T no nā loli i ka ikaika o ke kahua magnetic. Hōʻike ʻia nā hopena hoʻohālikelike ma ke Figure 20. Hiki ke ʻike ʻia ʻaʻole loli ka envelope beam, ʻo ia hoʻi, ʻaʻole ʻike ka EOS holoʻokoʻa i nā loli i ka ikaika o ke kahua magnetic.
ʻO ka envelope kukuna a me nā hopena o ke au ma lalo o kahi ʻōnaehana hoʻoikaika magnetic like. (a) ʻO ke ahonui o ka ʻaha he 0.2 mm. (b) ʻO ka loli o ke volta hoʻokele he ±0.5 kV.
ʻO ka ʻeke kukuna ma lalo o kahi ʻōnaehana hoʻoikaika magnetic like me nā loli o ka ikaika o ke kahua magnetic axial mai 0.63 a 0.68 T.
I mea e hōʻoia ai e hiki i ka ʻōnaehana kālele i hoʻolālā ʻia ma kēia pepa ke kūlike me HFS, pono e hoʻohui i ka ʻōnaehana kālele a me HFS no ka noiʻi. Hōʻike ka Kiʻi 21 i kahi hoʻohālikelike o nā envelopes beam me a me ka ʻole o HFS i hoʻouka ʻia. Hōʻike nā hopena ʻaʻole loli nui ka envelope beam ke hoʻouka ʻia ka HFS holoʻokoʻa. No laila, kūpono ka ʻōnaehana kālele no ka paipu nalu hele HFS o ka hoʻolālā ma luna.
No ka hōʻoia ʻana i ka pololei o ka EOS i hāpai ʻia ma ka Māhele III a noiʻi i ka hana o ka 220 GHz SDV-TWT, ua hana ʻia kahi simulation 3D-PIC o ka pilina beam-wave. Ma muli o nā palena o ka polokalamu simulation, ʻaʻole hiki iā mākou ke hoʻohui i ka EOS holoʻokoʻa i HFS. No laila, ua pani ʻia ka pū electron me kahi ʻili hoʻopuka like me ke anawaena o 0.13mm a me ka mamao ma waena o nā ʻili ʻelua o 0.31mm, nā palena like me ka pū electron i hoʻolālā ʻia ma luna. Ma muli o ka naʻau ʻole a me ke kūpaʻa maikaʻi o EOS, hiki ke hoʻomaikaʻi pono ʻia ka volta hoʻokele e hoʻokō i ka mana hoʻopuka maikaʻi loa ma ka simulation PIC. Hōʻike nā hopena simulation hiki ke loaʻa ka mana hoʻopuka saturated a me ka loaʻa ma kahi volta hoʻokele o 20.6 kV, kahi au beam o 2 × 80 mA (603 A/cm2), a me ka mana hoʻokomo o 0.05 W.
I mea e loaʻa ai ka hōʻailona hoʻopuka maikaʻi loa, pono e hoʻonui ʻia ka helu o nā pōʻaiapuni. Loaʻa ka mana hoʻopuka maikaʻi loa ke helu ʻia nā pae ʻelua he 42 + 48 pōʻaiapuni, e like me ka mea i hōʻike ʻia ma ke Kiʻi 22a. Hoʻonui ʻia kahi hōʻailona hoʻokomo 0.05 W i 314 W me ka loaʻa o 38 dB. ʻO ka spectrum mana hoʻopuka i loaʻa e ka Fast Fourier Transform (FFT) he maʻemaʻe, e piʻi ana ma 220 GHz. Hōʻike ke Kiʻi 22b i ka hoʻokaʻawale kūlana axial o ka ikehu electron ma ka SWS, me ka hapa nui o nā electrons e nalowale ana ka ikehu. Hōʻike kēia hopena hiki i ka SDV-SWS ke hoʻololi i ka ikehu kinetic o nā electrons i nā hōʻailona RF, no laila e hoʻokō ana i ka hoʻonui ʻana i ka hōʻailona.
Hōʻailona hoʻopuka SDV-SWS ma 220 GHz.(a) Mana hoʻopuka me ka spectrum i hoʻokomo ʻia.(b) Ka hoʻolaha ikehu o nā electrons me ke kukuna electron ma ka hopena o ka hoʻokomo SWS.
Hōʻike ka Kiʻi 23 i ka bandwidth mana hoʻopuka a me ka loaʻa o kahi dual-mode dual-beam SDV-TWT. Hiki ke hoʻomaikaʻi hou ʻia ka hana hoʻopuka ma o ka hoʻonui ʻana i nā alapine (frequencies) mai 200 a 275 GHz a me ka hoʻonui ʻana i ka voltage drive. Hōʻike kēia hopena hiki i ka bandwidth 3-dB ke uhi i 205 a 275 GHz, ʻo ia hoʻi, hiki i ka hana dual-mode ke hoʻonui nui i ka bandwidth hana.
Eia nō naʻe, e like me ke Kiʻi 2a, ʻike mākou aia kahi hui kū ma waena o nā ʻano ʻē a me nā ʻano like, kahi e alakaʻi ai i nā oscillations i makemake ʻole ʻia. No laila, pono e aʻo ʻia ke kūpaʻa hana a puni nā kū. ʻO nā Kiʻi 24a-c nā hopena simulation 20 ns ma 265.3 GHz, 265.35 GHz, a me 265.4 GHz, kēlā me kēia. Hiki ke ʻike ʻia ʻoiai he mau fluctuations nā hopena simulation, ua paʻa ka mana output. Hōʻike pū ʻia ka spectrum ma ke Kiʻi 24, ua maʻemaʻe ka spectrum. Hōʻike kēia mau hopena ʻaʻohe oscillation ponoʻī kokoke i ka stopband.
Pono ka hana ʻana a me ke ana ʻana e hōʻoia i ka pololei o ka HFS holoʻokoʻa. Ma kēia ʻāpana, hana ʻia ka HFS me ka hoʻohana ʻana i ka ʻenehana mana helu kamepiula (CNC) me ke anawaena o ka mea hana he 0.1 mm a me ka pololei o ka mīkini ʻana he 10 μm. Hāʻawi ʻia ka mea no ke ʻano alapine kiʻekiʻe e ke keleawe conductivity kiʻekiʻe ʻole oxygen (OFHC). Hōʻike ka Kiʻi 25a i ke ʻano i hana ʻia. He 66.00 mm ka lōʻihi o ke ʻano holoʻokoʻa, he 20.00 mm ka laulā a he 8.66 mm ke kiʻekiʻe. Ua hoʻolaha ʻia nā lua pine ʻewalu a puni ke ʻano. Hōʻike ka Kiʻi 25b i ke ʻano ma o ka microscopy electron scanning (SEM). Hana like ʻia nā pahi o kēia ʻano a he ʻili maikaʻi ko lākou. Ma hope o ke ana pololei ʻana, ʻoi aku ka liʻiliʻi o ka hewa o ka mīkini holoʻokoʻa ma mua o 5%, a ʻo ka ʻili ma kahi o 0.4μm. Hoʻokō ke ʻano mīkini i nā koi hoʻolālā a me ka pololei.
Hōʻike ka Kiʻi 26 i ka hoʻohālikelike ma waena o nā hopena hoʻāʻo maoli a me nā simulations o ka hana hoʻoili. Pili ka Port 1 a me ka Port 2 ma ke Kiʻi 26a i nā awa hoʻokomo a me ka hoʻopuka o ka HFS, a ua like lākou me ka Port 1 a me ka Port 4 ma ke Kiʻi 3. ʻOi aku ka maikaʻi o nā hopena ana maoli o S11 ma mua o nā hopena simulation. I ka manawa like, ʻoi aku ka ʻino o nā hopena i ana ʻia o ka S21. ʻO ke kumu paha, ʻoi aku ka kiʻekiʻe o ka conductivity mea i hoʻonohonoho ʻia i loko o ka simulation a ʻilihune ka ʻili o ka ʻili ma hope o ka machining maoli. Ma keʻano holoʻokoʻa, ua kūlike nā hopena i ana ʻia me nā hopena simulation, a ua hoʻokō ka bandwidth hoʻoili i ke koi o 70 GHz, kahi e hōʻoia ai i ka hiki a me ka pololei o ka dual-mode SDV-TWT i manaʻo ʻia. No laila, i hui pū ʻia me ke kaʻina hana hana maoli a me nā hopena hoʻāʻo, hiki ke hoʻohana ʻia ka hoʻolālā ultra-broadband dual-beam SDV-TWT i manaʻo ʻia ma kēia pepa no ka hana ʻana a me nā noi ma hope.
Ma kēia pepa, ua hōʻike ʻia kahi hoʻolālā kikoʻī o kahi hoʻolaha planar 220 GHz dual-beam SDV-TWT. ʻO ka hui pū ʻana o ka hana dual-mode a me ka hoʻonāukiuki dual-beam e hoʻonui hou i ka bandwidth hana a me ka mana hoʻopuka. Hana ʻia ka hana ʻana a me ka hoʻāʻo anuanu e hōʻoia i ka pololei o ka HFS holoʻokoʻa. Kūpono nā hopena ana maoli me nā hopena simulation. No ka EOS ʻelua-beam i hoʻolālā ʻia, ua hoʻohana pū ʻia kahi ʻāpana mask a me nā electrodes control e hana i kahi kukuna penikala ʻelua. Ma lalo o ke kahua magnetic focusing like i hoʻolālā ʻia, hiki ke hoʻouna paʻa ʻia ka kukuna electron ma nā mamao lōʻihi me ke ʻano maikaʻi. I ka wā e hiki mai ana, e hana ʻia ka hana ʻana a me ka hoʻāʻo ʻana o EOS, a e hana ʻia ka hoʻāʻo thermal o ka TWT holoʻokoʻa. Hoʻohui piha kēia hoʻolālā hoʻolālā SDV-TWT i hāpai ʻia ma kēia pepa i ka ʻenehana hana mokulele makua o kēia manawa, a hōʻike i ka hiki ke nui i nā hōʻailona hana a me ka hana ʻana a me ka ʻākoakoa. No laila, manaʻoʻiʻo kēia pepa ʻo ka hoʻolālā planar ka mea e lilo i ʻano hoʻomohala o nā mea uila vacuum ma ka hui terahertz.
Ua hoʻokomo ʻia ka hapa nui o ka ʻikepili maka a me nā hiʻohiʻona loiloi i loko o kēia haʻawina i loko o kēia pepa. Hiki ke loaʻa nā ʻike pili hou aku mai ka mea kākau pili ma ke noi kūpono.
ʻO Gamzina, D. et al. ʻO ka mīkini CNC Nanoscale o nā mea uila vacuum sub-terahertz. Nā polokalamu uila IEEE Trans.63, 4067–4073 (2016).
ʻO Malekabadi, A. lāua ʻo Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication o nā waveguides sub-terahertz me ka hoʻohana ʻana i ka multilayer SU-8 photoresist.J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
ʻO Dhillon, SS et al.2017 THz technology roadmap.J. Physics.D e hoʻopili ai.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
ʻO Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Ka hoʻopaʻa ikaika ʻana o ka hoʻolaha ʻana o ka nalu plasmonic ma o nā waveguides pālua-grating staggered ultra-broadband.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al. Hana o kahi Nano CNC Machined 220-GHz Traveling Wave Tube Amplifier. IEEE Trans. nā polokalamu uila. 64, 590–592 (2017).
ʻO Han, Y. & Ruan, CJ Ke noiʻi nei i ka paʻa ʻole o ka diocotron o nā kukuna electron pepa ākea palena ʻole me ka hoʻohana ʻana i ke kumumanaʻo hoʻohālike wai anuanu macroscopic.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
ʻO Galdetskiy, AV ma ka manawa kūpono e hoʻonui i ka bandwidth ma o ka hoʻonohonoho planar o ka beam i loko o kahi multibeam klystron. Ma ka 12th IEEE International Conference on Vacuum Electronics, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
ʻO Nguyen, CJ et al. Hoʻolālā ʻana o nā pū uila ʻekolu-kukui me ka hoʻolaha mokulele hoʻokaʻawale kukuna haiki ma ka paipu nalu huakaʻi pālua-lau ʻo W-band staggered [J]. Science.Rep. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
ʻO Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar i hoʻokaʻawale ʻia ʻekolu-beam electron optical me ka hoʻokaʻawale ʻana o ka beam haiki no ke ʻano kumu W-band TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
ʻO Zhan, M. Noiʻi ma ka Interleaved Double-Blade Traveling Wave Tube me nā Millimeter-Wave Sheet Beams 20-22 (PhD, Beihang University, 2018).
ʻO Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Haʻawina e pili ana i ke kūpaʻa o ka pilina beam-wave o kahi paipu nalu hele pālua G-band interleaved.2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).