Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет. Сіз қолданып жатқан шолғыш нұсқасында CSS қолдауы шектеулі. Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз). Әзірге қолдауды жалғастыру үшін сайтты мәнерлерсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бұл мақалада 220 ГГц кең жолақты жоғары қуатты аралық қос пышақ қозғалатын толқын түтігі жобаланған және тексерілген. Біріншіден, жазық қос сәулелі тізбегі бар екі жүзді баяу толқынды құрылым ұсынылады. Қос режимді жұмыс схемасын пайдалану арқылы беріліс өнімділігі мен өткізу қабілеттілігі бір режимдегі қуаттың тұрақтылығынан екі есе дерлік және бір режимнің шығысының тұрақтылық талаптарына сәйкес келеді. қозғалатын толқын түтігінде қос қарындаш тәрізді электронды оптикалық жүйе жобаланған, қозғаушы кернеуі 20~21 кВ, ал ток күші 2 × 80 мА. Дизайн мақсаттары. Қос сәулелі пистолеттегі маска бөлігін және басқару электродын пайдалану арқылы екі қарындаш сәулесін тиісті орталықтары бойымен фокуслауға болады, қысу аралығы шамамен 18 мм. Жақсы. Біркелкі магниттік фокустау жүйесі де оңтайландырылған. Жазық қос электронды сәуленің тұрақты беріліс қашықтығы 45 мм-ге жетуі мүмкін, ал фокустау магнит өрісі 0,6 Т, бұл бүкіл жоғары жиілікті жүйені (HFS) қамту үшін жеткілікті. Содан кейін электронды-оптикалық жүйенің жарамдылығын тексеру үшін және баяу толқындар құрылымының жұмыс істеу қабілетін тексеру үшін барлық симуляциялық ұяшықтар (P) орындалды. HFS. Нәтижелер сәулелік өзара әрекеттесу жүйесі 220 ГГц жиілікте 310 Вт-қа жуық ең жоғары шығыс қуатына қол жеткізе алатынын көрсетеді, оңтайландырылған сәуле кернеуі 20,6 кВ, сәуле тогы 2 × 80 мА, күшейту 38 дБ және 3 дБ өткізу қабілеттілігі 35 дБ-ден асады. HFS өнімділігін тексеру үшін және нәтижелер өткізу қабілеттілігі мен беру сипаттамалары модельдеу нәтижелерімен жақсы сәйкес келетінін көрсетеді.Сондықтан, осы құжатта ұсынылған схема болашақ қолданбалар үшін әлеуеті бар жоғары қуатты, ультра кең жолақты терагерц-жолақты сәулелену көздерін жасайды деп күтілуде.
Дәстүрлі вакуумды электронды құрылғы ретінде қозғалатын толқын түтігі (TWT) жоғары ажыратымдылықтағы радар, спутниктік байланыс жүйелері және ғарышты зерттеу сияқты көптеген қолданбаларда таптырмас рөл атқарады1,2,3. Дегенмен, жұмыс жиілігі терагерц диапазонына енетіндіктен, дәстүрлі біріктірілген қуысты TWT және бұрандалы TWT салыстырмалы түрде төмен қуаттың қажеттіліктерін қанағаттандыра алмады, салыстырмалы түрде төмен қуаттың шығу ені және салыстырмалы түрде төмен жолақ қажеттіліктеріне байланысты. өндірістік процестер. Сондықтан THz диапазонының өнімділігін қалай жан-жақты жақсарту көптеген ғылыми-зерттеу институттары үшін өте маңызды мәселе болды. Соңғы жылдары жаңа баяу толқынды құрылымдар (SWS), мысалы, сатылы қос жүзді (SDV) құрылымдар және бүктелген толқын өткізгіш (FW) құрылымдары, олардың табиғи жоспарлы құрылымына байланысты, әсіресе SDV-SW-SW-ға байланысты емес, көп көңіл бөлді. перспективалы потенциал. Бұл құрылымды 20084 жылы UC-Davis ұсынған. Жазық құрылымды компьютерлік сандық басқару (CNC) және UV-LIGA сияқты микро-нано өңдеу әдістерімен оңай жасауға болады, толығымен металдан жасалған қаптама құрылымы жоғары шығыс қуаты мен күшейтумен үлкен жылу сыйымдылығын қамтамасыз ете алады, ал толқын бағыттағышы тәрізді құрылым сонымен қатар Дэвистегі ең кең жұмыс уақытының кең ауқымын қамтамасыз ете алады. 2017 жылы SDV-TWT G-диапазонында 100 Вт-тан асатын жоғары қуатты шығыстарды және 14 ГГц-ке жуық өткізу қабілеттілігі сигналдарын генерациялай алады5. Дегенмен, бұл нәтижелерде терагерц диапазонындағы жоғары қуат пен кең өткізу қабілетіне қатысты талаптарды қанағаттандыра алмайтын бос орындар әлі де бар. UC-Davis's G-диапазон SDV-TWT үшін бұл схема электронды түрде айтарлықтай жақсартылған болса да, пайдаланылуы мүмкін. сәуленің ток өткізу қабілеті, парақ сәулесінің электронды-оптикалық жүйесінің (EOS) тұрақсыздығына байланысты ұзақ беріліс аралығын сақтау қиын, сонымен қатар сәуленің өздігінен реттелуін тудыруы мүмкін артық режимдегі сәулелік туннель бар. – Қозу және тербеліс 6,7. Жоғары шығыс қуаты, кең өткізу қабілеттілігі және THz TWT жақсы тұрақтылығы талаптарын қанағаттандыру үшін бұл жұмыста қос режімде жұмыс істейтін қос сәулелі SDV-SWS ұсынылған. Яғни, жұмыс өткізу қабілеттілігін арттыру үшін қос режимді жұмыс ұсынылады және осы құрылымда қуатты бөлудің екі еселенген бөлу тәртібімен енгізілді. сәулелер де қолданылады. Бір қарындаш сәулелі радиостанциялар тік өлшем шектеулеріне байланысты салыстырмалы түрде аз. Егер ток тығыздығы тым жоғары болса, сәулелік токты азайту керек, бұл салыстырмалы түрде төмен шығыс қуатына әкеледі. Сәулелік токты жақсарту үшін жазық бөлінген көп сәулелі EOS пайда болды, ол SW-ге бөлінетін жолдың бүйірлік өлшемін пайдаланады. көп сәулелі жоғары жалпы сәулелік токты және бір сәулеге аз токты ұстап тұру арқылы жоғары шығыс қуатына қол жеткізуге болады, бұл парақ-арқалық құрылғылармен салыстырғанда шамадан тыс сәуле туннельденуін болдырмайды. Сондықтан, қозғалатын толқын түтігінің тұрақтылығын сақтау пайдалы. Алдыңғы жұмыс8,9 негізінде бұл құжат G-диапазонын біркелкі ұсынады. сәуле және сәуленің өзара әрекеттесу аймағын одан әрі ұлғайтады, осылайша шығыс қуатын айтарлықтай жақсартады.
Бұл құжаттың құрылымы төмендегідей. Алдымен параметрлері, дисперсиялық сипаттамаларын талдауы және жоғары жиілікті модельдеу нәтижелері бар SWS ұяшықтарының дизайны сипатталған. Содан кейін бірлік ұяшықтың құрылымына сәйкес қос қарындаш сәулесінің EOS және сәуленің өзара әрекеттесу жүйесі осы құжатта жобаланған. Сондай-ақ, EOS-кескінінің және осы қағаздың өнімділігін тексеру үшін жасушаішілік бөлшектерді модельдеу нәтижелері ұсынылған. бүкіл HFS дұрыстығын тексеру үшін дайындау және суық сынақ нәтижелері. Соңында қорытынды жасаңыз.
TWT ең маңызды құрамдастарының бірі ретінде, баяу толқын құрылымының дисперсиялық қасиеттері электрон жылдамдығының SWS фазалық жылдамдығына сәйкес келетінін көрсетеді және осылайша сәуле-толқын өзара әрекеттесуіне үлкен әсер етеді. Бүкіл TWT өнімділігін жақсарту үшін жақсартылған өзара әрекеттесу құрылымы жобаланған. Бірлік ұяшығының құрылымы 1-ші суретте көрсетілген. жалғыз қалам сәулесін шектеу, құрылым шығыс қуаты мен жұмыс тұрақтылығын одан әрі жақсарту үшін қос қалам сәулесін қабылдайды. Сонымен қатар, жұмыс өткізу қабілеттілігін арттыру үшін SWS жұмыс істеуге қосарлы режим ұсынылды. SDV құрылымының симметриясына байланысты электромагниттік өріс дисперсиясының теңдеуінің шешімін тақ және жұп режимдерге бөлуге болады. Сонымен қатар, төменгі жиілік диапазонының негізгі тақ режимі және жоғары жиілік диапазонының синхрондауының іргелі жұп режимі қолданылады. осылайша жұмыс өткізу қабілеттілігін одан әрі жақсартады.
Қуат талаптарына сәйкес, бүкіл түтік 20 кВ қозғаушы кернеумен және 2 × 80 мА қос сәулелік токпен жобаланған. Кернеуді SDV-SWS жұмыс өткізу қабілетіне мүмкіндігінше сәйкес келтіру үшін біз p периодының ұзындығын есептеуіміз керек. Сәулелік кернеу мен кезең арасындағы байланыс (1)10 теңдеуінде көрсетілген:
220 ГГц орталық жиілікте фазалық ығысуды 2,5π мәніне орнату арқылы p кезеңін 0,46 мм етіп есептеуге болады. 2а-суретте SWS бірлігі ұяшығының дисперсиялық қасиеттері көрсетілген. 20 кВ сәуле сызығы бимодальды қисыққа өте жақсы сәйкес келеді. Сәйкес келетін жиілік диапазондары шамамен 72 ГГц және 6-да 72 ГГц және 6-да жетуі мүмкін. 265,4–280 ГГц (жұп режим) диапазондары. 2b-суретте 210-дан 290 ГГц-ке дейінгі 0,6 Ом-нан асатын орташа қосылыс кедергісі көрсетілген, бұл жұмыс өткізу жолағында күшті өзара әрекеттесулердің болуы мүмкін екенін көрсетеді.
(a) 20 кВ электронды сәуле сызығы бар қос режимді SDV-SWS дисперсиялық сипаттамалары. (b) SDV баяу толқын тізбегінің өзара әрекеттесу кедергісі.
Дегенмен, тақ және жұп режимдер арасында жолақ алшақтығы бар екенін ескеру маңызды және біз әдетте 2а-суретте көрсетілгендей бұл жолақ аралығын тоқтату жолағы деп атаймыз. Егер TWT осы жиілік диапазонының жанында жұмыс істесе, күшті сәуленің қосылысы күші пайда болуы мүмкін, бұл қажетсіз тербелістерге әкеледі. Практикалық қолданбаларда, біз әдетте TWT диапазонының жанында пайдаланудан аулақ боламыз, ол тоқтау диапазонының құрылымы H бұл баяу көрінуі мүмкін. бар болғаны 0,1 ГГц. Бұл шағын жолақ саңылауының тербеліс тудыратынын анықтау қиын. Сондықтан тоқтату жолағы айналасындағы жұмыс тұрақтылығы қажетсіз тербелістердің орын алуын талдау үшін келесі PIC модельдеу бөлімінде зерттелетін болады.
Бүкіл HFS моделі 3-суретте көрсетілген. Ол Bragg рефлекторлары арқылы жалғанған SDV-SWS екі сатысынан тұрады. Шағылдырғыштың қызметі екі кезең арасындағы сигнал беруді тоқтату, тербеліс пен жұмыс істемейтін режимдердің шағылысуын басу, мысалы, жоғарғы және төменгі жақтар арасында пайда болатын жоғары ретті режимдер, сол арқылы түтіктердің сыртқы байланысының тұрақтылығын арттыру. ортада, SWS-ті WR-4 стандартты толқын өткізгішіне қосу үшін сызықты конустық муфта да пайдаланылады. Екі деңгейлі құрылымның өткізу коэффициенті 3D модельдеу бағдарламалық құралында уақыт доменінің шешушісі арқылы өлшенеді. Терагерц жолағының материалға нақты әсерін ескере отырып, вакуумдық конверттің материалы бастапқыда мыс күйіне орнатылады және өткізгіштігі 125 × 20-ға төмендейді. S/m12.
4-суретте сызықты конустық қосқыштары бар және жоқ HFS үшін беру нәтижелері көрсетілген. Нәтижелер муфтаның бүкіл HFS беру өнімділігіне аз әсер ететінін көрсетеді. 207~280 ГГц кең жолақты HFS кең жолағындағы бүкіл жүйенің қайтару жоғалуы (S11 < − 10 дБ) және кірістіру жоғалуы (S21 > − 5 дБ) жақсы екенін көрсетеді.
Вакуумды электронды құрылғылардың қуат көзі ретінде электронды пистолет құрылғының жеткілікті шығыс қуатын генерациялай алатындығын тікелей анықтайды. II бөлімдегі HFS талдауымен бірге қос сәулелі EOS жеткілікті қуатты қамтамасыз ету үшін жобалануы керек. Бұл бөлімде W-диапазондағы 8,9 алдыңғы жұмыстардың негізінде қос қарындашты электронды пистолет жазық масканы пайдаланып жобаланған, SW-дағы бақылау электродтары. суретте көрсетілген. 2 , электронды сәулелердің қозғаушы кернеуі Ua бастапқыда 20 кВ-қа орнатылады, екі электронды сәуленің токтары I екеуі де 80 мА, ал электрон сәулелерінің сәулесінің диаметрі dw 0,13 мм. Сонымен қатар, электронды сәуленің ток тығыздығын қамтамасыз ету үшін және электродтың сығымдау қатынасын орнатуға болады. 7, сондықтан электронды сәуленің ағымдағы тығыздығы 603 А/см2, ал катодтың ағымдағы тығыздығы 86 А/см2, бұл арқылы қол жеткізуге болады. Бұл жаңа катодтық материалдарды пайдалану арқылы қол жеткізіледі. 14, 15, 16, 17 дизайн теориясына сәйкес, типтік Пирс электронды тапаншасы бірегей болуы мүмкін.
5-суретте сәйкесінше мылтықтың көлденең және тік схемалық диаграммалары көрсетілген. Х-бағытындағы электронды тапаншаның профилі кәдімгі парақ тәрізді электронды тапаншаның профилімен дерлік бірдей екенін көруге болады, ал y-бағытта екі электронды сәулелер маскамен ішінара бөлінген. y = 0 мм және х = 0,155 мм, у = 0 мм, тиісінше. Қысу коэффициенті және электрон бүрку өлшемі бойынша жобалық талаптарға сәйкес, екі катод бетінің өлшемдері 0,91 мм × 0,13 мм деп анықталады.
Әрбір электронды сәуленің x-бағыты бойынша алатын фокусталған электр өрісін өз центріне симметриялы ету үшін, бұл қағазда электронды пистолетке басқару электрод қолданылады. Фокустау электродының және басқару электродының кернеуін -20 кВ, ал анодтың кернеуін 0 В-қа орнату арқылы біз Fig 6-да көрсетілгендей траекторияның таралуын алуға болады. шығарылатын электрондардың y-бағыты бойынша жақсы сығылу қабілеті бар екенін және әрбір электронды сәуленің өзінің симметрия центрінің бойымен x-бағыты бойынша жинақталатынын көрді, бұл басқару электродының фокустау электродынан туындайтын тең емес электр өрісін теңестіретінін көрсетеді.
7-суретте x және y бағыттағы сәуле қабығы көрсетілген. Нәтижелер x-бағытындағы электронды сәуленің проекциялық қашықтығы y-бағытындағыдан басқаша екенін көрсетеді. x бағытында лақтыру қашықтығы шамамен 4мм, ал y бағытында лақтыру қашықтығы 7мм-ге жақын.Сондықтан, нақты лақтыру қашықтығы мм-ден 48-ге дейін болуы керек. Электрондық сәуленің көлденең қимасы катод бетінен 4,6 мм. Біз көлденең қиманың пішіні стандартты дөңгелек электрон сәулесіне ең жақын екенін көреміз. Екі электронды сәуленің арасындағы қашықтық жобаланған 0,31 мм-ге жақын, ал радиусы шамамен 0,13 мм, бұл дизайн талаптарына сәйкес келеді. 76 мА, бұл жобаланған 80 мА-ға жақсы сәйкес келеді.
Практикалық қолдануда қозғаушы кернеудің ауытқуын ескере отырып, осы модельдің кернеу сезімталдығын зерттеу қажет. 19,8 ~ 20,6 кВ кернеу диапазонында ток және сәулелік ток конверттері 1-суретте және 1.10 және 11-суретте көрсетілгендей алынады. Нәтижелерден электр тогы мен электр тоғының өзгеруінің қозғаушы кернеуінің өзгеруіне тек әсер етпейтінін көруге болады. 0,74-тен 0,78 А-ға дейін. Сондықтан, осы мақалада әзірленген электронды тапаншаның кернеуге жақсы сезімталдығы бар деп санауға болады.
Жүргізу кернеуінің ауытқуының x және y бағыттағы сәулелердің конверттеріне әсері.
Біртекті магниттік фокустау өрісі тұрақты магнитті фокустаудың жалпы жүйесі болып табылады. Магнит өрісінің сәулелік арна бойынша біркелкі таралуына байланысты ол осьтік симметриялы емес электронды сәулелер үшін өте қолайлы. Бұл бөлімде қос қарындаш сәулелерінің алыс қашықтыққа берілуін қамтамасыз ету үшін біркелкі магниттік фокустау жүйесі ұсынылған. ұсынылған, және сезімталдық мәселесі зерттелген. Бір қарындаш сәулесінің тұрақты беріліс теориясына сәйкес18,19, Бриллуен магнит өрісінің мәнін (2) теңдеу арқылы есептеуге болады. Бұл жұмыста біз сонымен қатар бұл эквивалентті бүйірлік таралған қос қарындаштың магнит өрісінің магнит өрісін бағалау үшін пайдаланамыз. мәні шамамен 4000 Гс. Анықтамаға сәйкес. 20, 1,5-2 есе есептелген мән әдетте практикалық конструкцияларда таңдалады.
12-суретте біркелкі магнит өрісінің фокустау өрісі жүйесінің құрылымы көрсетілген. Көк бөлік осьтік бағытта магниттелген тұрақты магнит болып табылады. Материалды таңдау NdFeB немесе FeCoNi болып табылады. Модельдеу үлгісінде орнатылған Br ремененті 1,3 Т және өткізгіштігі 1,05. Магниттің бүкіл ұзындығына тұрақты берілуін қамтамасыз ету үшін бастапқы жиынтықта магниттің бастапқы ұзындығын құрайды. мм.Сонымен қатар, x бағыттағы магниттің өлшемі сәулелік арнадағы көлденең магнит өрісінің біркелкі екендігін анықтайды, бұл x бағыттағы өлшемнің тым аз болуын талап етеді. Сонымен бірге, бүкіл түтіктің құны мен салмағын ескере отырып, магниттің өлшемі тым үлкен болмауы керек.Сондықтан, магниттер бастапқыда 150 мм × 150 мм × 150 мм-ге орнатылады. бүкіл баяу толқынды тізбекті фокустау жүйесіне орналастыруға болатынын, магниттер арасындағы қашықтық 20 мм-ге орнатылған.
2015 жылы Purna Chandra Panda21 біркелкі магниттік фокустау жүйесінде жаңа сатылы тесігі бар полюс бөлігін ұсынды, ол катодқа ағынның ағуының шамасын және полюс бөлігінің тесігінде пайда болатын көлденең магнит өрісін одан әрі азайта алады. Бұл қағазда біз фокустау жүйесінің бастапқы бөлігінің қалыңдығына полюс жинағының қалыңдығына сатылы құрылымды қосамыз. 1,5 мм, үш қадамның биіктігі мен ені 0,5 мм, полюс бөлігінің тесіктері арасындағы қашықтық 13-суретте көрсетілгендей 2 мм.
14a-суретте екі электронды сәуленің орталық сызықтары бойымен осьтік магнит өрісінің таралуы көрсетілген. Екі электронды сәуленің бойындағы магнит өрісінің күштері тең екенін көруге болады. Магнит өрісінің мәні шамамен 6000 Гс, бұл беріліс пен фокустау өрісінің өнімділігін арттыру үшін теориялық Брилуен өрісінен 1,5 есе көп. полюс бөлігінің магнит ағынының ағып кетуіне жол бермеуге жақсы әсер ететінін көрсетеді. 14б-суретте көлденең магнит өрісінің таралуы z бағытында екі электронды сәуленің жоғарғы жиегінде көрсетілген. Көлденең магнит өрісі тек полюс бөлігінің тесігінде 200 Гс-тан аз екенін көруге болады, ал магнит өрісі көлденең, ал магнит өрісі баяу болып табылады. Көлденең магнит өрісінің электронды сәулеге әсері шамалы екенін дәлелдейді. Полюс бөліктерінің магниттік қанығуын болдырмау үшін полюс бөліктерінің ішіндегі магнит өрісінің кернеулігін зерттеу қажет. 14в-суретте полюс кесіндісінің ішіндегі магнит өрісінің таралуының абсолютті мәні көрсетілген.Одан көруге болады. полюс бөлігі пайда болмайды.
Br = 1,3 Т үшін магнит өрісінің кернеулігінің таралуы.(а) осьтік өрістің таралуы.(b) өрістің бүйірлік таралуы z бағыты бойынша.(c) полюс бөлігінің ішіндегі өрістің таралуының абсолютті мәні.
CST PS модулінің негізінде қос сәулелік мылтық пен фокустау жүйесінің осьтік салыстырмалы орналасуы оңтайландырылған. Анықтамаға сәйкес. 9 және модельдеу кезінде оңтайлы орын анод бөлігінің магниттен алыс полюс бөлігінің қабаттасатын жері болып табылады. Алайда, егер реманенттілік 1,3T мәніне орнатылса, электронды сәуленің өткізгіштігі 99% жете алмайтыны анықталды. Реманентті 1,4 Т дейін арттыру арқылы фокустаушы магнит өрісі xo500 траекториясына жоғарылайды. және ёз жазықтықтары 15-суретте көрсетілген. Сәуленің жақсы өткізгіштігі, аз ауытқуы және 45 мм-ден асатын жіберу қашықтығы бар екенін көруге болады.
Br = 1,4 T.(а) xoz жазықтығы.(б) ёз ұшағы бар біртекті магниттік жүйедегі қос қарындаш сәулелерінің траекториялары.
16-суретте катодтан алыс орналасқан әртүрлі позициялардағы сәуленің көлденең қимасы көрсетілген. Фокустау жүйесіндегі сәуле қимасының пішіні жақсы сақталғанын және қиманың диаметрі көп өзгермейтінін көруге болады. 17-суретте сәуленің конверттері сәйкесінше x және y бағыттарында көрсетілген. сәулелік токты модельдеу нәтижелері. Нәтижелер токтың шамамен 2 × 80 мА екенін көрсетеді, бұл электронды тапаншаның конструкциясындағы есептелген мәнге сәйкес келеді.
Электрондық сәуленің көлденең қимасы (фокустау жүйесі бар) катодтан әртүрлі позицияларда.
Практикалық өңдеу қолданбаларында құрастыру қателері, кернеудің ауытқуы және магнит өрісінің кернеулігінің өзгеруі сияқты бірқатар проблемаларды қарастыра отырып, фокустау жүйесінің сезімталдығын талдау қажет. Нақты өңдеу кезінде анод бөлігі мен полюс бөлігінің арасында бос орын болғандықтан, бұл алшақтықты модельдеуде орнату қажет. Саңылау мәні орнатылды және ток күші 0,2 мм-ге тең болады және суретте ток күші 0,2 мм болуы мүмкін. y бағыты.Бұл нәтиже сәулелік қабықшаның өзгеруінің маңызды емес екенін және сәуле тоғының әрең өзгеретінін көрсетеді. Сондықтан жүйе құрастыру қателеріне сезімтал емес. Қозғалыс кернеуінің ауытқуы үшін қателер диапазоны ±0,5 кВ-қа орнатылады. 19б-суретте салыстыру нәтижелері көрсетілген. Кернеудің өзгеруі диапазонына аз әсер ететінін көруге болады. Магнит өрісінің кернеулігінің өзгеруі үшін +0,03 Т дейін. Салыстыру нәтижелері 20-суретте көрсетілген. Сәулелік қабықтың әрең өзгеретінін көруге болады, бұл бүкіл EOS магнит өрісінің кернеулігінің өзгеруіне сезімтал емес екенін білдіреді.
Біркелкі магниттік фокустау жүйесі кезінде сәулелік қабық пен ток нәтиже береді.(a) Жинақтауға төзімділік 0,2 мм.(b) Қозғалтқыш кернеуінің ауытқуы ±0,5 кВ.
0,63-тен 0,68 Т-ға дейінгі осьтік магнит өрісінің күші ауытқулары бар біркелкі магниттік фокустау жүйесінің астындағы сәулелік қабық.
Осы құжатта жобаланған фокустау жүйесі HFS сәйкес келуін қамтамасыз ету үшін зерттеу үшін фокустау жүйесі мен HFS біріктіру қажет. 21-суретте HFS жүктелген және жоқ сәулелік конверттердің салыстырылуы көрсетілген. Нәтижелер бүкіл HFS жүктелген кезде сәулелік конверттің көп өзгермейтінін көрсетеді. Сондықтан жоғарыдағы фокустау жүйесі HF толқынының дизайнына сәйкес келеді.
III бөлімде ұсынылған EOS дұрыстығын тексеру және 220 ГГц SDV-TWT өнімділігін зерттеу үшін сәуле-толқын өзара әрекеттесуінің 3D-PIC симуляциясы орындалды. Модельдеу бағдарламалық жасақтамасының шектеулеріне байланысты біз HFS жүйесіне толық EOS қоса алмадық. Сондықтан, электронды тапанша диаметрлі эквиваленттік диаметрлі бетпен ауыстырылды. 0,13 мм және екі бет арасындағы қашықтық 0,31 мм, жоғарыда жобаланған электронды тапаншамен бірдей параметрлер. EOS сезімталдығы мен жақсы тұрақтылығына байланысты PIC симуляциясында ең жақсы шығыс қуатына қол жеткізу үшін қозғаушы кернеуді дұрыс оңтайландыруға болады. Модельдеу нәтижелері қаныққан шығыс қуаты мен күшейтуді 6 кВ, 2A кВ ток күші кезінде алуға болатынын көрсетеді. (603 А/см2) және кіріс қуаты 0,05 Вт.
Ең жақсы шығыс сигналын алу үшін циклдар санын да оңтайландыру қажет. Ең жақсы шығыс қуаты 22а-суретте көрсетілгендей екі кезеңнің саны 42 + 48 цикл болғанда алынады. 0,05 Вт кіріс сигналы 38 дБ күшейтумен 314 Вт-қа дейін күшейтілген. Шығу қуатының спектрі Трансформатор арқылы (FFFT, Трансформатор арқылы алынған) 220 ГГц. 22b-суретте электрондардың көпшілігі энергияны жоғалтатын SWS жүйесіндегі электрон энергиясының осьтік орналасуының таралуы көрсетілген. Бұл нәтиже SDV-SWS электрондардың кинетикалық энергиясын РЖ сигналдарына түрлендіре алатынын көрсетеді, осылайша сигналды күшейтуді жүзеге асырады.
220 ГГц жиіліктегі SDV-SWS шығыс сигналы.(a) Қосылған спектрі бар шығыс қуаты.(b) SWS кірістірмесінің соңында электронды сәулемен электрондардың энергиясының таралуы.
23-сурет қос режимді қос сәулелі SDV-TWT шығыс қуатының өткізу қабілеттілігін және күшейтуін көрсетеді. Шығу өнімділігін 200-ден 275 ГГц-ке дейінгі жиіліктерді жылжыту және жетек кернеуін оңтайландыру арқылы одан әрі жақсартуға болады. Бұл нәтиже 3-дБ өткізу қабілеттілігінің 205-тен 275 ГГц-ке дейінгі диапазонды қамтуы мүмкін екенін көрсетеді, бұл екі жолақты жұмыс істеу қабілеттілігін айтарлықтай арттырады.
Дегенмен, 2а-суретке сәйкес, біз тақ және жұп режимдер арасында қажетсіз тербелістерге әкелуі мүмкін тоқтату жолағы бар екенін білеміз. Сондықтан аялдамалар айналасындағы жұмыс тұрақтылығын зерттеу қажет. 24a-c суреттері 265,3 ГГц, 265,3425 ГГц және 265,3425 ГГц жиілікте 20 нс модельдеу нәтижелері болып табылады. Модельдеу нәтижелерінде кейбір ауытқулар болғанымен, шығыс қуаты салыстырмалы түрде тұрақты. Спектр сәйкесінше 24-суретте де көрсетілген, спектр таза. Бұл нәтижелер тоқтату жолағына жақын жерде өздігінен тербеліс жоқ екенін көрсетеді.
Бүкіл HFS дұрыстығын тексеру үшін дайындау және өлшеу қажет. Бұл бөлікте HFS құрал диаметрі 0,1 мм және өңдеу дәлдігі 10 мкм болатын компьютерлік сандық басқару (CNC) технологиясын қолдану арқылы дайындалады. Жоғары жиілікті құрылымға арналған материал оттегісіз жоғары өткізгіштікпен қамтамасыз етілген (OFFaC). бүкіл құрылымның ұзындығы 66,00 мм, ені 20,00 мм және биіктігі 8,66 мм. Құрылымның айналасында сегіз түйреуіш тесігі бөлінген. 25б-суретте құрылымды сканерлеу электрондық микроскопия (SEM) арқылы көрсетілген. Бұл құрылымның қалақтары біркелкі жасалған және жақсы бетінің кедір-бұдырына ие. кедір-бұдыр шамамен 0,4μm. Өңдеу құрылымы дизайн және дәлдік талаптарына сәйкес келеді.
26-суретте нақты сынақ нәтижелері мен жіберу өнімділігінің модельдеулері арасындағы салыстыру көрсетілген. 26a-суреттегі 1-порт пен 2-порт HFS кіріс және шығыс порттарына сәйкес келеді және 3-суреттегі 1-порт пен 4-портқа баламалы. S11-нің нақты өлшеу нәтижелері модельдеу нәтижелерінен сәл жақсырақ, сол уақытта S2-нің аздап өлшенген нәтижелері 1 болуы мүмкін. модельдеуде орнатылған материалдың өткізгіштігі тым жоғары және нақты өңдеуден кейінгі беттің кедір-бұдырлығы нашар болуы мүмкін. Жалпы алғанда, өлшенген нәтижелер модельдеу нәтижелерімен жақсы сәйкес келеді және беру өткізу қабілеттілігі 70 ГГц талабына сәйкес келеді, бұл ұсынылған қос режимді SDV-TWT мүмкіндігі мен дұрыстығын тексереді. Осыған байланысты, ультражолақтық сынау және сынау нәтижелерімен бірге матаны біріктіру процесі және ультражолақты сынау нәтижесінде Осы құжатта ұсынылған қос сәулелі SDV-TWT дизайнын кейінгі дайындау және қолдану үшін пайдалануға болады.
Бұл жұмыста 220 ГГц екі сәулелі SDV-TWT жазық таратуының егжей-тегжейлі жобасы ұсынылған. Қос режимді жұмыс пен қос сәулелік қоздыру комбинациясы жұмыс өткізу қабілеттілігін және шығыс қуатын одан әрі арттырады. Сондай-ақ бүкіл HFS дұрыстығын тексеру үшін дайындау және суық сынақ жүргізіледі. Өлшеудің нақты нәтижелері модельдеу нәтижелерімен жақсы сәйкес келеді. Жобаланған екі сәулелік EOS үшін екі қарындаш сәулесін алу үшін маска бөлімі мен басқару электродтары бірге пайдаланылды. Жобаланған біркелкі фокустық магнит өрісі астында электронды сәуле жақсы пішінмен ұзақ қашықтыққа тұрақты түрде берілуі мүмкін. Болашақта EOS өндіру және сынау, сондай-ақ TW барлық сынақтары жүргізілетін болады. out.Бұл мақалада ұсынылған бұл SDV-TWT дизайн схемасы қазіргі жетілген жазықтықты өңдеу технологиясын толығымен біріктіреді және өнімділік көрсеткіштері мен өңдеу мен құрастыруда үлкен әлеуетті көрсетеді. Сондықтан, бұл қағаз жазық құрылым терагерц диапазонындағы вакуумдық электронды құрылғылардың даму трендіне айналуы мүмкін деп санайды.
Осы зерттеудегі бастапқы деректер мен аналитикалық үлгілердің көпшілігі осы құжатқа енгізілген. Қосымша тиісті ақпаратты орынды сұрау бойынша тиісті автордан алуға болады.
Gamzina, D. et al. Sub-terahertz вакуумдық электрониканы нано масштабты CNC өңдеу. IEEE Trans.electronic құрылғылар.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. және Paoloni, C. UV-LIGA көп қабатты SU-8 фоторезисті көмегімен субтерагерц толқын өткізгіштерінің микрофабрикациясы. Микромеханика.Микроэлектроника.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz Technology roadmap.J. Physics.D to application.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Ультра кең жолақты сатылы қос торлы waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.680 () арқылы плазмоникалық толқынның таралуын күшті шектеу.
Baig, A. et al. Nano CNC өңделген 220-ГГц қозғалатын толқынды түтік күшейткішінің өнімділігі.IEEE Trans.electronic құрылғылар.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Макроскопиялық суық сұйықтық моделінің теориясын пайдаланып шексіз кең парақты электронды сәулелердің диокотрондық тұрақсыздығын зерттеу. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/10411 (10410).
Галдецкий, AV көп сәулелі клистрондағы сәуленің жазық орналасуы арқылы өткізу қабілеттілігін арттыру мүмкіндігі туралы. Вакуумдық электроника бойынша 12-ші IEEE халықаралық конференциясында, Бангалор, Үндістан, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.20710 (574010).
Nguyen, CJ et al. W-диапазондағы екі жүзді қозғалатын толқын түтігінде тар сәулені бөлу жазықтығымен таралатын үш сәулелі электронды зеңбіректер дизайны [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 TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) W-диапазонының іргелі режимі үшін тар сәулелік бөлінуі бар үш сәулелі электронды оптикалық жүйені бөлді.
Жан, М. Миллиметрлік толқын парағы 20-22 арқалықтары бар аралық қос жүзді қозғалатын толқын түтігін зерттеу (PhD, Бейханг университеті, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-диапазонды қос жүзді қозғалатын толқын түтігінің сәуле-толқын әрекеттесу тұрақтылығын зерттеу. 2018 Инфрақызыл миллиметр және терагерц толқындары бойынша 43-ші халықаралық конференция, Нагоя.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).