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Hauv tsab ntawv no, ib lub raj xa hluav taws xob broadband high-power interleaved double-blade travelling wave tube uas muaj 220GHz broadband tau tsim thiab txheeb xyuas. Ua ntej, ib lub qauv planar double-beam staggered double-blade slow-wave tau muab tso tawm. Los ntawm kev siv ob hom kev ua haujlwm, kev ua haujlwm kis tau zoo thiab bandwidth yuav luag ob npaug ntawm ib hom. Qhov thib ob, txhawm rau kom ua tau raws li qhov xav tau ntawm lub zog tso zis siab thiab txhim kho kev ruaj khov ntawm lub raj xa hluav taws xob, ib lub tshuab hluav taws xob optical zoo li ob lub cwj mem tau tsim, lub zog tsav yog 20 ~ 21 kV, thiab tam sim no yog 2 × 80 mA. Lub hom phiaj tsim. Los ntawm kev siv lub ntsej muag thiab lub electrode tswj hauv rab phom ob lub teeb, ob lub teeb cwj mem tuaj yeem tsom mus rau lawv qhov chaw nrog qhov sib piv ntawm 7, qhov deb ntawm kev tsom mus rau yog li 0.18 hli, thiab kev ruaj khov yog qhov zoo. Lub kaw lus tsom mus rau magnetic kuj tau ua kom zoo dua. Qhov deb ntawm kev kis tau ruaj khov ntawm lub teeb hluav taws xob ob lub teeb tuaj yeem ncav cuag 45 hli, thiab lub teb magnetic tsom mus rau yog 0.6 T, uas txaus los npog tag nrho lub kaw lus zaus siab (HFS). Tom qab ntawd, los txheeb xyuas Kev siv tau ntawm lub tshuab hluav taws xob-kho qhov muag thiab kev ua haujlwm ntawm cov qauv qeeb-nthwv dej, cov hlwb me me (PIC) kev sim kuj tau ua tiav rau tag nrho HFS. Cov txiaj ntsig qhia tau tias lub kaw lus sib cuam tshuam ntawm lub teeb tuaj yeem ua tiav lub zog tso zis siab tshaj plaws ntawm ze li ntawm 310 W ntawm 220 GHz, qhov hluav taws xob zoo tshaj plaws ntawm lub teeb yog 20.6 kV, lub zog tam sim no ntawm lub teeb yog 2 × 80 mA, qhov nce yog 38 dB, thiab bandwidth 3-dB tshaj 35 dB txog 70 GHz. Thaum kawg, kev tsim cov qauv microstructure siab raug ua los xyuas qhov kev ua haujlwm ntawm HFS, thiab cov txiaj ntsig qhia tau tias cov yam ntxwv ntawm bandwidth thiab kev sib kis tau zoo sib xws nrog cov txiaj ntsig simulation. Yog li ntawd, cov phiaj xwm tau hais hauv daim ntawv no xav tias yuav tsim cov chaw hluav taws xob muaj zog, ultra-broadband terahertz-band nrog rau peev xwm rau kev siv yav tom ntej.
Raws li ib lub tshuab nqus tsev hluav taws xob ib txwm muaj, lub raj xa dej mus ncig (TWT) ua lub luag haujlwm tseem ceeb hauv ntau daim ntawv thov xws li radar siab daws teeb meem, cov kab ke sib txuas lus satellite, thiab kev tshawb nrhiav qhov chaw1,2,3. Txawm li cas los xij, thaum lub zaus ua haujlwm nkag mus rau hauv terahertz band, cov TWT thiab helical TWT ib txwm tsis tuaj yeem ua tau raws li cov neeg xav tau vim muaj zog tso zis tsawg, bandwidth nqaim, thiab cov txheej txheem tsim khoom nyuaj. Yog li ntawd, yuav ua li cas txhim kho kev ua tau zoo ntawm THz band tau dhau los ua qhov teeb meem txhawj xeeb heev rau ntau lub tsev kawm tshawb fawb. Nyob rau hauv xyoo tas los no, cov qauv qeeb qeeb tshiab (SWSs), xws li cov qauv staggered dual-blade (SDV) thiab cov qauv folded waveguide (FW), tau txais kev saib xyuas ntau vim lawv cov qauv planar ntuj, tshwj xeeb tshaj yog cov SDV-SWSs tshiab nrog lub peev xwm cog lus. Cov qauv no tau thov los ntawm UC-Davis hauv xyoo 20084. Cov qauv planar tuaj yeem tsim tau yooj yim los ntawm cov txheej txheem ua micro-nano xws li kev tswj hwm computer numerical (CNC) thiab UV-LIGA, cov qauv pob khoom tag nrho tuaj yeem muab lub peev xwm thermal loj dua. nrog lub zog tso zis siab dua thiab nce siab dua, thiab cov qauv zoo li waveguide kuj tseem tuaj yeem muab cov bandwidth ua haujlwm dav dua. Tam sim no, UC Davis tau ua pov thawj thawj zaug hauv xyoo 2017 tias SDV-TWT tuaj yeem tsim cov zis muaj zog siab tshaj 100 W thiab ze li ntawm 14 GHz bandwidth teeb liab hauv G-band5. Txawm li cas los xij, cov txiaj ntsig no tseem muaj qhov sib txawv uas tsis tuaj yeem ua tau raws li qhov xav tau ntawm lub zog siab thiab bandwidth dav hauv terahertz band. Rau UC-Davis's G-band SDV-TWT, cov ntawv electron beams tau siv. Txawm hais tias cov phiaj xwm no tuaj yeem txhim kho lub peev xwm nqa tam sim no ntawm lub beam, nws nyuaj rau tswj qhov deb kis tau ntev vim qhov tsis ruaj khov ntawm daim ntawv beam electron optical system (EOS), thiab muaj qhov over-mode beam tunnel, uas kuj tseem yuav ua rau lub beam tswj tus kheej. - Kev txhawb siab thiab kev co 6,7. Yuav kom ua tau raws li qhov xav tau ntawm lub zog tso zis siab, bandwidth dav thiab kev ruaj khov zoo ntawm THz TWT, dual-beam SDV-SWS nrog kev ua haujlwm dual-hom tau muab tso rau hauv daim ntawv no. Ntawd yog, txhawm rau kom nce qhov bandwidth ua haujlwm, dual-hom kev ua haujlwm tau muab tso rau thiab qhia hauv cov qauv no. Thiab, txhawm rau kom nce lub zog tso zis, kev faib tawm ntawm ob lub teeb cwj mem kuj tseem siv. Cov xov tooj cua cwj mem ib leeg me me vim muaj kev txwv qhov loj me ntsug. Yog tias qhov ceev tam sim no siab dhau, qhov tam sim no yuav tsum txo qis, ua rau muaj lub zog tso zis qis. Txhawm rau txhim kho qhov tam sim no, planar faib multibeam EOS tau tshwm sim, uas siv qhov loj me ntawm SWS. Vim yog qhov kev sib txuas ntawm lub teeb ywj pheej, lub teeb faib ntau lub teeb tuaj yeem ua tiav lub zog tso zis siab los ntawm kev tswj hwm qhov tam sim no tag nrho siab thiab qhov tam sim no me me ib lub teeb, uas tuaj yeem zam kev overmode beam tunneling piv rau cov khoom siv ntawv-beam. Yog li ntawd, nws yog qhov zoo los tswj hwm qhov ruaj khov ntawm lub raj xa dej mus ncig. Raws li kev ua haujlwm yav dhau los8,9, Daim ntawv no qhia txog G-band sib nqus sib nqus uas tsom mus rau ob lub teeb ci EOS, uas tuaj yeem txhim kho qhov kev sib kis ruaj khov ntawm lub teeb thiab ua rau thaj chaw sib cuam tshuam ntawm lub teeb nce ntxiv, yog li ua rau lub zog tso zis zoo dua.
Cov qauv ntawm daim ntawv no yog raws li nram no. Ua ntej, kev tsim qauv ntawm SWS cell nrog cov kev ntsuas, kev tshuaj xyuas cov yam ntxwv ntawm kev sib kis thiab cov txiaj ntsig simulation siab tau piav qhia. Tom qab ntawd, raws li cov qauv ntawm lub unit cell, ob lub EOS thiab lub zog sib cuam tshuam tau tsim hauv daim ntawv no. Cov txiaj ntsig simulation ntawm cov khoom me me hauv lub cell kuj tau nthuav tawm los xyuas kom meej tias EOS siv tau thiab kev ua tau zoo ntawm SDV-TWT. Tsis tas li ntawd, daim ntawv luv luv nthuav tawm cov txiaj ntsig ntawm kev tsim khoom thiab kev sim txias los xyuas kom meej tias tag nrho HFS yog qhov tseeb. Thaum kawg ua ib qho kev luv luv.
Raws li ib qho ntawm cov khoom tseem ceeb tshaj plaws ntawm TWT, cov khoom sib kis ntawm cov qauv qeeb-nthwv dej qhia seb qhov ceev ntawm electron sib xws nrog qhov ceev ntawm SWS, thiab yog li muaj kev cuam tshuam loj rau kev sib cuam tshuam ntawm lub teeb-nthwv dej. Txhawm rau txhim kho kev ua tau zoo ntawm tag nrho TWT, cov qauv sib cuam tshuam zoo dua tau tsim. Cov qauv ntawm lub cell chav tsev tau pom hauv Daim Duab 1. Xav txog qhov tsis ruaj khov ntawm daim ntawv beam thiab lub zog txwv ntawm ib lub cwj mem beam, cov qauv txais yuav ob lub cwj mem beam los txhim kho lub zog tso zis thiab kev ua haujlwm ruaj khov. Lub caij no, txhawm rau kom nce qhov bandwidth ua haujlwm, ob hom tau raug pom zoo rau SWS ua haujlwm. Vim yog qhov sib xws ntawm SDV qauv, kev daws teeb meem ntawm cov kab zauv sib kis ntawm lub teb hluav taws xob tuaj yeem faib ua hom khib thiab txawm. Tib lub sijhawm, hom khib tseem ceeb ntawm cov zaus qis thiab hom txawm tseem ceeb ntawm cov zaus siab yog siv los paub txog kev sib txuas broadband ntawm kev sib cuam tshuam ntawm lub teeb, yog li txhim kho qhov bandwidth ua haujlwm ntxiv.
Raws li qhov yuav tsum tau muaj zog, tag nrho lub raj yog tsim los nrog lub zog tsav tsheb ntawm 20 kV thiab ob lub teeb ci ntsa iab ntawm 2 × 80 mA. Yuav kom phim lub zog kom ze li sai tau rau qhov bandwidth ua haujlwm ntawm SDV-SWS, peb yuav tsum xam qhov ntev ntawm lub sijhawm p. Kev sib raug zoo ntawm lub zog hluav taws xob thiab lub sijhawm tau qhia hauv kab zauv (1) 10:
Los ntawm kev teeb tsa qhov hloov pauv theem mus rau 2.5π ntawm qhov nruab nrab zaus ntawm 220 GHz, lub sijhawm p tuaj yeem suav tau tias yog 0.46 hli. Daim duab 2a qhia txog cov khoom sib cais ntawm SWS unit cell. Lub 20 kV beamline phim cov kab bimodal zoo heev. Kev sib phim zaus bands tuaj yeem ncav cuag li 70 GHz hauv 210–265.3 GHz (hom khib) thiab 265.4–280 GHz (hom txawm). Daim duab 2b qhia qhov nruab nrab coupling impedance, uas yog ntau dua 0.6 Ω los ntawm 210 txog 290 GHz, qhia tias kev sib cuam tshuam muaj zog yuav tshwm sim hauv qhov bandwidth ua haujlwm.
(a) Cov yam ntxwv ntawm kev tawg ntawm ob hom SDV-SWS nrog 20 kV electron beamline. (b) Kev cuam tshuam ntawm SDV slow-wave circuit.
Txawm li cas los xij, nws yog ib qho tseem ceeb uas yuav tsum nco ntsoov tias muaj qhov sib txawv ntawm cov qauv khib thiab txawm tias, thiab peb feem ntau xa mus rau qhov sib txawv ntawm cov kab no ua qhov nres band, raws li pom hauv Daim Duab 2a. Yog tias TWT ua haujlwm ze ntawm qhov zaus no, lub zog sib txuas ntawm lub zog muaj zog yuav tshwm sim, uas yuav ua rau muaj kev oscillations tsis xav tau. Hauv kev siv ua haujlwm, peb feem ntau zam kev siv TWT ze ntawm qhov nres band. Txawm li cas los xij, nws tuaj yeem pom tias qhov sib txawv ntawm cov qauv qeeb qeeb no tsuas yog 0.1 GHz. Nws nyuaj rau txiav txim siab seb qhov sib txawv me me no ua rau oscillations. Yog li ntawd, qhov ruaj khov ntawm kev ua haujlwm nyob ib puag ncig qhov nres band yuav raug tshawb xyuas hauv ntu PIC simulation hauv qab no los tshuaj xyuas seb qhov oscillations tsis xav tau yuav tshwm sim.
Tus qauv ntawm tag nrho HFS tau qhia nyob rau hauv Daim Duab 3. Nws muaj ob theem ntawm SDV-SWS, txuas nrog Bragg reflectors. Lub luag haujlwm ntawm lub reflector yog txiav tawm qhov kev xa xov ntawm ob theem, tswj qhov oscillation thiab kev cuam tshuam ntawm cov hom tsis ua haujlwm xws li cov hom kev txiav txim siab siab tsim ntawm cov hniav sab saud thiab qis, yog li txhim kho qhov ruaj khov ntawm tag nrho lub raj. Rau kev sib txuas rau ib puag ncig sab nraud, lub linear tapered coupler kuj tseem siv los txuas SWS rau WR-4 tus qauv waveguide. Tus coefficient kis ntawm ob-theem qauv yog ntsuas los ntawm lub sijhawm sau solver hauv 3D simulation software. Xav txog qhov cuam tshuam tiag tiag ntawm terahertz band ntawm cov khoom siv, cov khoom siv ntawm lub hnab ntawv nqus tsev yog pib teeb tsa rau tooj liab, thiab qhov conductivity raug txo kom 2.25 × 107 S / m12.
Daim Duab 4 qhia txog cov txiaj ntsig ntawm kev xa xov rau HFS nrog thiab tsis muaj cov couplers linear tapered. Cov txiaj ntsig qhia tau tias lub coupler muaj qhov cuam tshuam me ntsis rau kev ua haujlwm ntawm kev xa xov ntawm tag nrho HFS. Qhov poob rov qab (S11 < − 10 dB) thiab kev poob ntxig (S21 > − 5 dB) ntawm tag nrho lub kaw lus hauv 207 ~ 280 GHz broadband qhia tau tias HFS muaj cov yam ntxwv zoo ntawm kev xa xov.
Raws li lub zog muab rau cov khoom siv hluav taws xob nqus tsev, rab phom hluav taws xob ncaj qha txiav txim siab seb lub cuab yeej puas tuaj yeem tsim lub zog tso zis txaus. Ua ke nrog kev tshuaj xyuas ntawm HFS hauv Ntu II, lub EOS ob-beam yuav tsum tau tsim los muab lub zog txaus. Hauv ntu no, raws li kev ua haujlwm yav dhau los hauv W-band8,9, rab phom hluav taws xob ob chav cwj mem yog tsim los siv lub ntsej muag planar thiab tswj cov electrodes. Ua ntej, raws li cov qauv tsim ntawm SWS hauv Ntu. Raws li qhia hauv daim duab. 2, qhov tsav voltage Ua ntawm cov electron beams yog pib teeb tsa rau 20 kV, cov tam sim no I ntawm ob lub electron beams yog ob qho tib si 80 mA, thiab lub beam diameter dw ntawm cov electron beams yog 0.13 hli. Tib lub sijhawm, txhawm rau kom ntseeg tau tias qhov ceev tam sim no ntawm cov electron beam thiab cathode tuaj yeem ua tiav, qhov sib piv ntawm cov electron beam yog teeb tsa rau 7, yog li qhov ceev tam sim no ntawm cov electron beam yog 603 A / cm2, thiab qhov ceev tam sim no ntawm cathode yog 86 A / cm2, uas tuaj yeem ua tiav los ntawm Qhov no yog ua tiav siv cov ntaub ntawv cathode tshiab. Raws li kev tsim qauv 14, 15, 16, 17, ib rab phom Pierce electron ib txwm tuaj yeem txheeb xyuas tau tshwj xeeb.
Daim Duab 5 qhia cov duab kos kab rov tav thiab ntsug ntawm rab phom, raws li. Nws tuaj yeem pom tias qhov profile ntawm rab phom hluav taws xob hauv x-kev taw qhia yuav luag zoo ib yam li rab phom hluav taws xob zoo li daim ntawv, thaum nyob rau hauv y-kev taw qhia ob lub teeb hluav taws xob raug sib cais los ntawm lub ntsej muag. Qhov chaw ntawm ob lub cathodes yog ntawm x = - 0.155 hli, y = 0 hli thiab x = 0.155 hli, y = 0 hli, raws li. Raws li qhov xav tau tsim ntawm qhov sib piv compression thiab qhov loj me ntawm kev txhaj tshuaj hluav taws xob, qhov ntev ntawm ob qhov chaw cathode tau txiav txim siab tias yog 0.91 hli × 0.13 hli.
Yuav kom ua rau lub zog hluav taws xob uas tau txais los ntawm txhua lub teeb hluav taws xob hauv x-kev taw qhia sib npaug ncig nws qhov chaw, daim ntawv no siv lub electrode tswj rau rab phom hluav taws xob. Los ntawm kev teeb tsa lub zog hluav taws xob ntawm lub electrode tsom thiab lub electrode tswj rau −20 kV, thiab lub zog hluav taws xob ntawm lub anode rau 0 V, peb tuaj yeem tau txais qhov kev faib tawm ntawm rab phom ob lub teeb, raws li pom hauv daim duab 6. Nws tuaj yeem pom tias cov electrons uas tau tso tawm muaj qhov compressibility zoo hauv y-kev taw qhia, thiab txhua lub teeb hluav taws xob sib sau ua ke rau x-kev taw qhia raws li nws qhov chaw ntawm symmetry, uas qhia tau tias lub electrode tswj sib npaug lub zog hluav taws xob tsis sib npaug uas tsim los ntawm lub electrode tsom.
Daim Duab 7 qhia txog lub hnab ntawm lub teeb nyob rau hauv x thiab y cov lus qhia. Cov txiaj ntsig qhia tau tias qhov deb ntawm lub teeb hluav taws xob hauv x-kev taw qhia txawv ntawm qhov nyob rau hauv y-kev taw qhia. Qhov deb ntawm lub teeb hauv x-kev taw qhia yog li 4 hli, thiab qhov deb ntawm lub teeb hauv y-kev taw qhia yog ze rau 7 hli. Yog li ntawd, qhov deb tiag tiag yuav tsum xaiv ntawm 4 thiab 7 hli. Daim Duab 8 qhia txog qhov seem ntawm lub teeb hluav taws xob ntawm 4.6 hli ntawm qhov chaw cathode. Peb tuaj yeem pom tias cov duab ntawm qhov seem yog ze tshaj plaws rau lub teeb hluav taws xob ib puag ncig. Qhov deb ntawm ob lub teeb hluav taws xob yog ze rau qhov tsim 0.31 hli, thiab lub vojvoog yog li 0.13 hli, uas ua tau raws li qhov yuav tsum tau tsim. Daim Duab 9 qhia txog cov txiaj ntsig simulation ntawm lub teeb tam sim no. Nws tuaj yeem pom tias ob lub teeb tam sim no yog 76mA, uas yog qhov zoo sib xws nrog 80mA tsim.
Xav txog qhov kev hloov pauv ntawm lub zog tsav tsheb hauv kev siv tiag tiag, nws yog qhov tsim nyog los kawm txog qhov rhiab heev ntawm lub zog ntawm tus qauv no. Hauv qhov ntau ntawm lub zog ntawm 19.8 ~ 20.6 kV, cov ntaub ntawv tam sim no thiab lub zog ntawm lub teeb tau txais, raws li pom hauv Daim Duab 1 thiab Daim Duab 1.10 thiab 11. Los ntawm cov txiaj ntsig, nws tuaj yeem pom tias qhov kev hloov pauv ntawm lub zog tsav tsheb tsis muaj kev cuam tshuam rau lub hnab hluav taws xob, thiab lub zog ntawm lub teeb tsuas yog hloov pauv ntawm 0.74 txog 0.78 A. Yog li ntawd, nws tuaj yeem xav tias rab phom hluav taws xob tsim hauv daim ntawv no muaj qhov rhiab heev rau lub zog.
Qhov cuam tshuam ntawm kev hloov pauv ntawm lub zog hluav taws xob rau ntawm lub hnab ntawv x- thiab y-kev taw qhia.
Ib lub teb sib nqus sib npaug yog ib lub tshuab sib nqus sib npaug uas siv tas mus li. Vim yog qhov sib npaug ntawm lub teb sib nqus thoob plaws hauv lub beam channel, nws yog qhov tsim nyog heev rau cov electron beams axisymmetric. Hauv seem no, ib lub tshuab sib nqus sib npaug rau kev tswj hwm kev sib kis ntev ntawm ob lub beams cwj mem tau muab tso tawm. Los ntawm kev tshuaj xyuas lub teb sib nqus thiab lub hnab ntawv beam, cov qauv tsim ntawm lub tshuab sib nqus tau muab tso tawm, thiab qhov teeb meem rhiab heev tau kawm. Raws li txoj kev xav ntawm kev sib kis ruaj khov ntawm ib lub beam cwj mem ib leeg18,19, tus nqi teb sib nqus Brillouin tuaj yeem suav los ntawm kab zauv (2). Hauv daim ntawv no, peb kuj siv qhov sib npaug no los kwv yees lub teb sib nqus ntawm ob lub beam cwj mem uas faib rau sab nraud. Ua ke nrog rab phom hluav taws xob tsim hauv daim ntawv no, tus nqi teb sib nqus uas tau xam yog li 4000 Gs. Raws li Ref. 20, 1.5-2 npaug ntawm tus nqi xam feem ntau yog xaiv hauv cov qauv tsim.
Daim Duab 12 qhia txog cov qauv ntawm lub zog sib nqus sib npaug. Qhov xiav yog lub hlau nplaum tas mus li uas muaj hlau nplaum nyob rau hauv qhov kev taw qhia axial. Kev xaiv cov khoom siv yog NdFeB lossis FeCoNi. Lub remanence Br teeb tsa hauv tus qauv simulation yog 1.3 T thiab qhov permeability yog 1.05. Txhawm rau kom ntseeg tau tias qhov kev sib kis ruaj khov ntawm lub beam hauv tag nrho lub voj voog, qhov ntev ntawm lub hlau nplaum yog teeb tsa rau 70 hli. Tsis tas li ntawd, qhov loj ntawm lub hlau nplaum hauv x kev taw qhia txiav txim siab seb lub zog sib nqus transverse hauv lub beam channel yog sib npaug, uas yuav tsum tau tias qhov loj me hauv x kev taw qhia tsis tuaj yeem me dhau. Tib lub sijhawm, xav txog tus nqi thiab qhov hnyav ntawm tag nrho lub raj, qhov loj ntawm lub hlau nplaum yuav tsum tsis txhob loj dhau. Yog li ntawd, cov hlau nplaum yog teeb tsa rau 150 hli × 150 hli × 70 hli. Lub caij no, kom ntseeg tau tias tag nrho lub voj voog qeeb tuaj yeem tso rau hauv lub kaw lus tsom mus rau, qhov deb ntawm cov hlau nplaum yog teeb tsa rau 20 hli.
Xyoo 2015, Purna Chandra Panda21 tau tshaj tawm ib daim ncej uas muaj ib lub qhov tshiab uas muaj cov kauj ruam hauv ib lub tshuab sib nqus sib npaug, uas tuaj yeem txo qhov loj ntawm cov dej ntws mus rau cathode thiab lub zog sib nqus transverse uas tsim los ntawm lub qhov ntawm daim ncej. Hauv tsab ntawv no, peb ntxiv ib qho qauv kauj ruam rau daim ncej ntawm lub tshuab sib nqus. Qhov tuab ntawm daim ncej yog pib teeb tsa rau 1.5 hli, qhov siab thiab dav ntawm peb kauj ruam yog 0.5 hli, thiab qhov deb ntawm cov qhov ntawm daim ncej yog 2 hli, raws li pom hauv Daim Duab 13.
Daim Duab 14a qhia txog kev faib tawm ntawm lub zog magnetic axial raws cov kab nruab nrab ntawm ob lub electron beams. Nws tuaj yeem pom tias lub zog magnetic field raws ob lub electron beams yog sib npaug. Tus nqi magnetic field yog li 6000 Gs, uas yog 1.5 npaug ntawm lub zog Brillouin theoretical los ua kom muaj kev sib kis thiab kev ua haujlwm tsom mus rau. Tib lub sijhawm, lub zog magnetic ntawm cathode yog yuav luag 0, qhia tias lub ncej muaj qhov cuam tshuam zoo rau kev tiv thaiv kev xau magnetic flux. Daim Duab 14b qhia txog kev faib tawm ntawm lub zog magnetic transverse Los ntawm hauv qhov kev taw qhia z ntawm ntug sab saud ntawm ob lub electron beams. Nws tuaj yeem pom tias lub zog magnetic transverse tsawg dua 200 Gs tsuas yog ntawm qhov ncej ncej, thaum nyob hauv lub voj voog qeeb qeeb, lub zog magnetic transverse yog yuav luag xoom, uas ua pov thawj tias qhov cuam tshuam ntawm lub zog magnetic transverse ntawm lub electron beam yog qhov tsis tseem ceeb. Txhawm rau tiv thaiv kev sib nqus ntawm cov ncej ncej, nws yog qhov tsim nyog los kawm txog lub zog magnetic hauv cov ncej ncej. Daim Duab 14c qhia txog tus nqi tseeb ntawm kev faib tawm ntawm lub zog magnetic hauv cov ncej ncej. Nws tuaj yeem pom tias tus nqi tseeb ntawm Lub zog ntawm lub zog sib nqus tsawg dua 1.2T, qhia tias qhov sib nqus ntawm lub ncej yuav tsis tshwm sim.
Kev faib tawm lub zog ntawm lub zog sib nqus rau Br = 1.3 T.(a) Kev faib tawm ntawm lub zog axial.(b) Kev faib tawm ntawm lub zog sab nraud Los ntawm hauv kev taw qhia z.(c) Tus nqi tag nrho ntawm kev faib tawm ntawm lub zog hauv daim ncej.
Raws li CST PS module, qhov chaw axial ntawm rab phom ob lub teeb thiab lub kaw lus tsom xam tau zoo tshaj plaws. Raws li Ref. 9 thiab kev simulations, qhov chaw zoo tshaj plaws yog qhov chaw uas daim anode sib tshooj nrog daim ncej ntawm lub hlau nplaum. Txawm li cas los xij, nws tau pom tias yog tias qhov remanence tau teeb tsa rau 1.3T, qhov kev xa tawm ntawm lub teeb hluav taws xob tsis tuaj yeem ncav cuag 99%. Los ntawm kev nce qhov remanence mus rau 1.4 T, lub zog tsom xam magnetic yuav raug nce mus rau 6500 Gs. Cov kab ke ntawm lub teeb ntawm xoz thiab yoz dav hlau tau qhia hauv Daim Duab 15. Nws tuaj yeem pom tias lub teeb muaj kev xa tawm zoo, kev hloov pauv me me, thiab qhov deb ntawm kev xa tawm ntau dua 45mm.
Cov kev taw qhia ntawm ob lub teeb xaum nyob rau hauv lub kaw lus sib nqus homogeneous nrog Br = 1.4 T.(a) xoz dav hlau.(b) yoz dav hlau.
Daim Duab 16 qhia txog qhov seem ntawm lub teeb ntawm ntau qhov chaw sib txawv ntawm lub cathode. Nws tuaj yeem pom tias cov duab ntawm qhov seem ntawm lub teeb hauv lub kaw lus tsom mus rau qhov zoo, thiab qhov seem ntawm lub cheeb tsis hloov pauv ntau. Daim Duab 17 qhia txog lub hnab ntawv ntawm lub teeb hauv x thiab y cov lus qhia, raws li. Nws tuaj yeem pom tias qhov kev hloov pauv ntawm lub teeb hauv ob qho kev qhia yog me me heev. Daim Duab 18 qhia txog cov txiaj ntsig simulation ntawm lub teeb tam sim no. Cov txiaj ntsig qhia tau tias qhov tam sim no yog li 2 × 80 mA, uas yog sib xws nrog tus nqi xam hauv kev tsim phom hluav taws xob.
Qhov seem ntawm lub teeb hluav taws xob (nrog rau lub kaw lus tsom mus rau) ntawm ntau qhov chaw sib txawv ntawm cathode.
Xav txog ntau yam teeb meem xws li kev sib dhos yuam kev, kev hloov pauv ntawm lub zog hluav taws xob, thiab kev hloov pauv ntawm lub zog sib nqus hauv cov ntawv thov ua haujlwm, nws yog qhov tsim nyog los tshuaj xyuas qhov rhiab heev ntawm lub kaw lus tsom mus rau. Vim tias muaj qhov sib txawv ntawm daim anode thiab daim ncej hauv kev ua haujlwm tiag tiag, qhov sib txawv no yuav tsum tau teeb tsa hauv kev simulation. Tus nqi sib txawv tau teeb tsa rau 0.2 hli thiab Daim Duab 19a qhia lub hnab ntawv beam thiab lub zog hluav taws xob hauv y kev taw qhia. Qhov tshwm sim no qhia tau tias qhov kev hloov pauv hauv lub hnab ntawv beam tsis tseem ceeb thiab lub zog hluav taws xob tsis tshua hloov pauv. Yog li ntawd, lub kaw lus tsis cuam tshuam rau qhov yuam kev sib dhos. Rau qhov kev hloov pauv ntawm lub zog tsav tsheb, qhov ntau yam yuam kev tau teeb tsa rau ± 0.5 kV. Daim Duab 19b qhia cov txiaj ntsig sib piv. Nws tuaj yeem pom tias qhov kev hloov pauv voltage muaj qhov cuam tshuam me ntsis rau lub hnab ntawv beam. Qhov ntau yam yuam kev tau teeb tsa ntawm -0.02 txog +0.03 T rau kev hloov pauv ntawm lub zog sib nqus. Cov txiaj ntsig sib piv tau qhia hauv Daim Duab 20. Nws tuaj yeem pom tias lub hnab ntawv beam tsis tshua hloov pauv, uas txhais tau tias tag nrho EOS tsis cuam tshuam rau kev hloov pauv ntawm lub zog sib nqus.
Lub hnab ntawm lub teeb thiab cov txiaj ntsig tam sim no nyob rau hauv ib lub tshuab sib nqus sib npaug. (a) Kev kam rau ua ke yog 0.2 hli. (b) Qhov hloov pauv hluav taws xob tsav yog ± 0.5 kV.
Lub hnab ntawv beam nyob rau hauv ib lub tshuab sib nqus sib npaug nrog lub zog axial magnetic teb hloov pauv ntawm 0.63 txog 0.68 T.
Yuav kom ntseeg tau tias lub kaw lus tsom xam uas tsim los hauv daim ntawv no tuaj yeem phim nrog HFS, nws yog qhov tsim nyog los ua ke lub kaw lus tsom xam thiab HFS rau kev tshawb fawb. Daim duab 21 qhia txog kev sib piv ntawm cov hnab looj tes nrog thiab tsis muaj HFS thauj khoom. Cov txiaj ntsig qhia tau tias lub hnab looj tes tsis hloov pauv ntau thaum tag nrho HFS thauj khoom. Yog li ntawd, lub kaw lus tsom xam yog qhov tsim nyog rau lub raj xa dej HFS ntawm tus qauv saum toj no.
Yuav kom paub tseeb tias EOS tau hais nyob rau hauv Seem III yog qhov tseeb thiab tshawb nrhiav kev ua haujlwm ntawm 220 GHz SDV-TWT, kev simulation 3D-PIC ntawm kev sib cuam tshuam ntawm beam-wave tau ua tiav. Vim muaj kev txwv ntawm software simulation, peb tsis tuaj yeem ntxiv tag nrho EOS rau HFS. Yog li ntawd, rab phom hluav taws xob tau hloov nrog qhov chaw emitting sib npaug nrog lub cheeb ntawm 0.13 hli thiab qhov deb ntawm ob qhov chaw ntawm 0.31 hli, tib yam li rab phom hluav taws xob tsim saum toj no. Vim yog qhov tsis hnov ​​​​​​mob thiab kev ruaj khov zoo ntawm EOS, lub zog tsav tsheb tuaj yeem ua kom zoo dua kom ua tiav lub zog tso zis zoo tshaj plaws hauv PIC simulation. Cov txiaj ntsig simulation qhia tau tias lub zog tso zis saturated thiab qhov nce tuaj yeem tau txais ntawm lub zog tsav tsheb ntawm 20.6 kV, lub zog tam sim no ntawm 2 × 80 mA (603 A / cm2), thiab lub zog nkag ntawm 0.05 W.
Yuav kom tau txais cov teeb liab zoo tshaj plaws, tus naj npawb ntawm cov voj voog kuj tseem yuav tsum tau ua kom zoo dua. Lub zog tso zis zoo tshaj plaws tau txais thaum tus naj npawb ntawm ob theem yog 42 + 48 voj voog, raws li pom hauv Daim Duab 22a. Lub teeb liab nkag 0.05 W raug nthuav dav mus rau 314 W nrog qhov nce ntawm 38 dB. Lub zog tso zis spectrum tau txais los ntawm Fast Fourier Transform (FFT) yog ntshiab, peaking ntawm 220 GHz. Daim Duab 22b qhia txog kev faib tawm axial ntawm lub zog hluav taws xob hauv SWS, nrog rau feem ntau ntawm cov hluav taws xob poob zog. Qhov tshwm sim no qhia tau hais tias SDV-SWS tuaj yeem hloov lub zog kinetic ntawm cov hluav taws xob mus rau hauv RF teeb liab, yog li ua tiav cov teeb liab amplification.
SDV-SWS cov teeb liab tso zis ntawm 220 GHz.(a) Lub zog tso zis nrog rau cov spectrum suav nrog.(b) Kev faib zog ntawm cov electrons nrog lub electron beam ntawm qhov kawg ntawm SWS inset.
Daim Duab 23 qhia txog qhov tso zis hluav taws xob bandwidth thiab qhov nce ntawm dual-mode dual-beam SDV-TWT. Kev ua tau zoo ntawm cov zis tuaj yeem txhim kho ntxiv los ntawm kev siv zaus ntawm 200 txog 275 GHz thiab ua kom lub zog tsav zoo dua. Qhov tshwm sim no qhia tau tias 3-dB bandwidth tuaj yeem npog 205 txog 275 GHz, uas txhais tau tias kev ua haujlwm dual-hom tuaj yeem ua rau qhov bandwidth ua haujlwm dav dua.
Txawm li cas los xij, raws li daim duab 2a, peb paub tias muaj ib txoj kab nres ntawm cov hom khib thiab txawm, uas yuav ua rau muaj kev co tsis xav tau. Yog li ntawd, kev ruaj khov ua haujlwm nyob ib puag ncig qhov nres yuav tsum tau kawm. Cov duab 24a-c yog cov txiaj ntsig simulation 20 ns ntawm 265.3 GHz, 265.35 GHz, thiab 265.4 GHz, raws li. Nws tuaj yeem pom tias txawm hais tias cov txiaj ntsig simulation muaj qee qhov kev hloov pauv, lub zog tso zis yog qhov ruaj khov. Lub spectrum kuj tau pom hauv daim duab 24 raws li, lub spectrum yog dawb huv. Cov txiaj ntsig no qhia tias tsis muaj kev co tus kheej nyob ze ntawm qhov nres.
Kev tsim khoom thiab kev ntsuas yog qhov tsim nyog los xyuas kom meej tias tag nrho HFS yog qhov tseeb. Hauv qhov no, HFS yog tsim los ntawm kev siv tshuab computer numerical control (CNC) nrog lub cuab yeej txoj kab uas hla ntawm 0.1 hli thiab qhov tseeb ntawm kev ua haujlwm ntawm 10 μm. Cov khoom siv rau cov qauv siab-zaus yog muab los ntawm oxygen-free high-conductivity (OFHC) tooj liab. Daim duab 25a qhia cov qauv tsim. Tag nrho cov qauv muaj qhov ntev ntawm 66.00 hli, dav ntawm 20.00 hli thiab qhov siab ntawm 8.66 hli. Yim lub qhov pin tau faib nyob ib puag ncig cov qauv. Daim duab 25b qhia cov qauv los ntawm kev luam theej duab electron microscopy (SEM). Cov hniav ntawm cov qauv no tau tsim sib npaug thiab muaj qhov roughness zoo. Tom qab ntsuas qhov tseeb, qhov yuam kev machining tag nrho yog tsawg dua 5%, thiab qhov roughness ntawm qhov chaw yog li 0.4μm. Cov qauv machining ua tau raws li qhov tsim thiab qhov yuav tsum tau ua kom raug.
Daim Duab 26 qhia txog kev sib piv ntawm cov txiaj ntsig kev xeem tiag tiag thiab kev sim ua qauv ntawm kev ua haujlwm kis. Qhov chaw nres nkoj 1 thiab Qhov chaw nres nkoj 2 hauv Daim Duab 26a sib raug rau cov chaw nres nkoj nkag thiab tawm ntawm HFS, feem, thiab sib npaug rau Qhov chaw nres nkoj 1 thiab Qhov chaw nres nkoj 4 hauv Daim Duab 3. Cov txiaj ntsig kev ntsuas tiag tiag ntawm S11 zoo dua me ntsis dua li cov txiaj ntsig kev sim. Tib lub sijhawm, cov txiaj ntsig ntsuas ntawm S21 phem dua me ntsis. Qhov laj thawj yuav yog tias cov khoom siv conductivity teeb tsa hauv kev sim siab dhau thiab qhov roughness ntawm qhov chaw tom qab kev ua haujlwm tiag tiag tsis zoo. Zuag qhia tag nrho, cov txiaj ntsig ntsuas tau pom zoo zoo nrog cov txiaj ntsig kev sim, thiab qhov bandwidth kis tau raws li qhov yuav tsum tau ua ntawm 70 GHz, uas txheeb xyuas qhov ua tau thiab qhov tseeb ntawm qhov kev thov dual-mode SDV-TWT. Yog li ntawd, ua ke nrog cov txheej txheem tsim khoom tiag tiag thiab cov txiaj ntsig kev xeem, qhov kev tsim qauv ultra-broadband dual-beam SDV-TWT uas tau thov hauv daim ntawv no tuaj yeem siv rau kev tsim khoom thiab daim ntawv thov tom qab.
Hauv daim ntawv no, muaj kev tsim qauv ntxaws ntxaws ntawm kev faib tawm planar 220 GHz dual-beam SDV-TWT. Kev sib xyaw ua ke ntawm kev ua haujlwm ob hom thiab kev txhawb nqa ob-beam ntxiv ua rau muaj kev ua haujlwm bandwidth thiab lub zog tso zis ntau ntxiv. Kev tsim khoom thiab kev sim txias kuj tau ua los xyuas qhov tseeb ntawm tag nrho HFS. Cov txiaj ntsig ntsuas tiag tiag yog qhov zoo sib xws nrog cov txiaj ntsig simulation. Rau ob-beam EOS tsim, ib ntu lub ntsej muag thiab cov electrodes tswj tau siv ua ke los tsim ob-xab. Hauv qab lub teb sib nqus sib npaug tsim, lub teeb hluav taws xob tuaj yeem xa mus tau ruaj khov hla kev deb nrog cov duab zoo. Yav tom ntej, kev tsim khoom thiab kev sim ntawm EOS yuav raug ua tiav, thiab kev sim thermal ntawm tag nrho TWT kuj tseem yuav raug ua tiav. Daim phiaj xwm tsim qauv SDV-TWT no tau muab tso rau hauv daim ntawv no ua ke tag nrho cov thev naus laus zis ua tiav tam sim no, thiab qhia txog lub peev xwm zoo hauv cov ntsuas kev ua tau zoo thiab kev ua tiav thiab kev sib dhos. Yog li ntawd, daim ntawv no ntseeg tias cov qauv planar yuav dhau los ua qhov sib txawv ntawm cov khoom siv hluav taws xob nqus tsev hauv terahertz band.
Feem ntau ntawm cov ntaub ntawv raw thiab cov qauv analytical hauv txoj kev tshawb fawb no tau muab tso rau hauv daim ntawv no. Cov ntaub ntawv ntxiv tsim nyog tuaj yeem tau txais los ntawm tus sau ntawv sib raug thaum thov kom tsim nyog.
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