Spas ji bo serdana Nature.com. Guhertoya geroka ku hûn bikar tînin piştgiriya CSS-ê bi sînor e. Ji bo ezmûna çêtirîn, em pêşniyar dikin ku hûn gerokek nûvekirî bikar bînin (an jî moda lihevhatinê di Internet Explorer-ê de vemirînin). Di vê navberê de, ji bo ku piştgiriya berdewam misoger bikin, em ê malperê bêyî şêwaz û JavaScript-ê nîşan bidin.
Di vê gotarê de, lûleyek pêla gerok a du-perçeyî ya 220GHz-a firehfireh a bi hêza bilind a navberkirî tê sêwirandin û verast kirin. Pêşîn, avahiyek pêla hêdî ya du-perçeyî ya planar a bi tîrêjên ducar ên çerxkirî tê pêşniyar kirin. Bi karanîna nexşeyek xebitandina du-modî, performansa veguheztinê û bandfireh hema hema du qat ji ya yek-modî ne. Ya duyemîn, ji bo ku hewcedariyên hêza derana bilind bicîh bîne û aramiya lûleya pêla gerok baştir bike, pergalek optîkî ya elektronîkî ya du-şiklî ya qelemê tê sêwirandin, voltaja ajotinê 20~21 kV ye, û herikîn 2 × 80 mA ye. Armancên sêwiranê. Bi karanîna beşa maskê û elektroda kontrolê di çeka tîrêjê ducar de, her du tîrêjên qelemê dikarin bi rêjeya zextê ya 7 li ser navendên xwe yên têkildar werin fokus kirin, dûrahiya fokuskirinê bi qasî 0.18 mm ye, û aramî baş e. Pergala fokuskirina magnetîkî ya yekreng jî hatiye çêtir kirin. Dûrahiya veguheztina stabîl a tîrêjê elektrona ducar a planar dikare bigihîje 45 mm, û zeviya magnetîkî ya fokuskirinê 0.6 T ye, ku ji bo vegirtina tevahiya pergala frekansa bilind (HFS) bes e. Dûv re, ji bo verastkirinê Bikaranîna sîstema elektron-optîkî û performansa avahiya pêla hêdî, simulasyonên hucreya perçeyan (PIC) jî li ser tevahiya HFS hatin kirin. Encam nîşan didin ku sîstema têkiliya tîrêjê dikare di 220 GHz de bigihîje hêzek derketinê ya lûtkeyî ya nêzîkî 310 W, voltaja tîrêjê ya çêtirînkirî 20.6 kV ye, herika tîrêjê 2 × 80 mA ye, qezenc 38 dB ye, û bandfirehiya 3-dB ji 35 dB-ê li dora 70 GHz derbas dibe. Di dawiyê de, çêkirina mîkroavahiyê ya rastbûna bilind tê kirin da ku performansa HFS-ê were verast kirin, û encam nîşan didin ku taybetmendiyên bandfirehiyê û veguhastinê bi encamên simulasyonê re li hev dikin. Ji ber vê yekê, tê payîn ku nexşeya ku di vê gotarê de tê pêşniyar kirin çavkaniyên tîrêjê yên terahertz-banda hêza bilind, ultra-fireh bi potansiyela serîlêdanên pêşerojê pêş bixe.
Wekî amûrek elektronîkî ya valahiya kevneşopî, lûleya pêla rêwîtî (TWT) di gelek serlêdanan de wekî radara çareseriya bilind, pergalên ragihandinê yên satelîtê û keşifkirina fezayê roleke bêhempa dilîze1,2,3. Lêbelê, her ku frekansa xebitandinê dikeve benda terahertz, TWT-ya kevneşopî ya bi kavîtîya hevgirtî û TWT-ya helîkalî ji ber hêza derketinê ya nisbeten kêm, bandfirehiya teng û pêvajoyên çêkirinê yên dijwar nekarîne hewcedariyên mirovan bicîh bînin. Ji ber vê yekê, ka meriv çawa performansa benda THz bi berfirehî baştir bike ji bo gelek saziyên lêkolînê yên zanistî bûye mijarek pir fikar. Di salên dawî de, avahiyên nû yên pêla hêdî (SWS), wekî avahiyên du-teht ên lerzok (SDV) û avahiyên rêberê pêla qatkirî (FW), ji ber avahiyên xwe yên planar ên xwezayî, nemaze SDV-SWS-yên nû yên bi potansiyela sozdar, bala berfireh kişandine. Ev avahî ji hêla UC-Davis ve di sala 2008-an de hate pêşniyar kirin4. Avahiya planar dikare bi hêsanî bi teknîkên pêvajoya mîkro-nano wekî kontrola hejmarî ya komputerê (CNC) û UV-LIGA were çêkirin, avahiya pakêta hemî-metalî dikare kapasîteya germî ya mezintir peyda bike. hêza derketinê û qezenckirina bilindtir, û avahiya mîna rêberê pêlê dikare bandfirehiyek xebatê ya firehtir jî peyda bike. Niha, UC Davis di sala 2017-an de cara yekem nîşan da ku SDV-TWT dikare derketinên bi hêza bilind ên ji 100 W zêdetir û sînyalên bandfirehiya nêzîkî 14 GHz di benda G de çêbike5. Lêbelê, di van encaman de hîn jî valahî hene ku nikarin hewcedariyên têkildar ên hêza bilind û bandfirehiya fireh di benda terahertz de bicîh bînin. Ji bo SDV-TWT ya benda G ya UC-Davis, tîrêjên elektronê yên pelê hatine bikar anîn. Her çend ev nexşe dikare kapasîteya hilgirtina niha ya tîrêjê bi girîngî baştir bike jî, ji ber bêîstîqrariya pergala optîkî ya elektronê ya tîrêjê pelê (EOS) dijwar e ku meriv dûrbûnek veguhestinê ya dirêj biparêze, û tunelek tîrêjê ya moda zêde heye, ku dibe ku bibe sedema ku tîrêj xwe-rêkûpêk bike. – Tehrîk û lerizîn 6,7. Ji bo ku hewcedariyên hêza derana bilind, bandfirehiya fireh û aramiya baş a THz TWT bicîh bîne, di vê gotarê de SDV-SWS-ya du-tîrêjî ya tîrêjî bi xebata du-modî tê pêşniyar kirin. Ango, ji bo zêdekirina bandfirehiya xebitandinê, xebata du-modî di vê avahiyê de tê pêşniyar kirin û destnîşan kirin. Û, ji bo zêdekirina hêza deranê, belavkirinek planar a tîrêjên qelemê yên ducar jî tê bikar anîn. Radyoyên tîrêjên qelemê yên yekane ji ber sînorkirinên mezinahiya vertîkal nisbeten piçûk in. Ger dendika herikê pir zêde be, divê herika tîrêjê were kêm kirin, ku di encamê de hêzek deranê ya nisbeten kêm dibe. Ji bo baştirkirina herika tîrêjê, EOS-ya pir-tîrêjî ya belavkirî ya planar derketiye holê, ku mezinahiya alî ya SWS-ê bikar tîne. Ji ber tunelkirina tîrêjê ya serbixwe, pir-tîrêjiya belavkirî ya planar dikare bi parastina herika tîrêjê ya giştî ya bilind û herika piçûk a her tîrêjê hêza deranê ya bilind bi dest bixe, ku dikare tunelkirina tîrêjê ya zêde-modî li gorî cîhazên tîrêj-pelan dûr bixe. Ji ber vê yekê, sûdmend e ku aramiya lûleya pêla rêwîtiyê were parastin. Li ser bingeha xebata berê8,9, ev gotar pêşniyarek dike EOS ya tîrêjê ducarî ya qelemê ya bi qada magnetîkî ya yekreng a band-G, ku dikare mesafeya veguhestina stabîl a tîrêjê pir baştir bike û qada têkiliya tîrêjê bêtir zêde bike, bi vî rengî hêza derketinê pir baştir dike.
Pêkhateya vê gotarê wiha ye. Pêşî, sêwirana şaneya SWS bi parametreyan, analîza taybetmendiyên belavbûnê û encamên simulasyona frekansa bilind tê vegotin. Dû re, li gorî avahiya şaneya yekîneyê, di vê gotarê de EOS-ya tîrêjê ducarî û pergala têkiliya tîrêjê têne sêwirandin. Encamên simulasyona perçeyên nav-hucreyî jî têne pêşkêş kirin da ku bikêrhatîbûna EOS û performansa SDV-TWT-ê were verast kirin. Wekî din, gotar bi kurtasî encamên çêkirin û ceribandina sar pêşkêş dike da ku rastbûna tevahiya HFS-ê were verast kirin. Di dawiyê de, kurteyek çêbikin.
Wek yek ji pêkhateyên herî girîng ên TWT, taybetmendiyên belavbûna avahiya pêla hêdî nîşan didin ka leza elektronê bi leza qonaxa SWS re li hev dike an na, û bi vî rengî bandorek mezin li ser têkiliya tîrêj-pêlê dike. Ji bo baştirkirina performansa tevahiya TWT, avahiyek têkiliyê ya başkirî hatiye sêwirandin. Avahiya şaneya yekîneyê di Şekil 1 de tê nîşandan. Bi berçavgirtina bêîstîqrariya tîrêja pelê û sînorkirina hêzê ya tîrêja yekane, avahî tîrêjek ducarî ya qelemê qebûl dike da ku hêza derketinê û aramiya xebitandinê bêtir baştir bike. Di vê navberê de, ji bo zêdekirina bandfirehiya xebatê, moda dualî ji bo xebitandina SWS hatiye pêşniyar kirin. Ji ber simetrîya avahiya SDV, çareseriya hevkêşeya belavbûna zeviya elektromagnetîk dikare were dabeş kirin modên tek û cot. Di heman demê de, moda tek a bingehîn a benda frekansa nizm û moda bingehîn a cot a benda frekansa bilind têne bikar anîn da ku senkronîzasyona fireh a têkiliya tîrêjê pêk bînin, bi vî rengî bandfirehiya xebatê bêtir baştir bikin.
Li gorî pêdiviyên hêzê, tevahiya lûle bi voltaja ajotinê ya 20 kV û herika tîrêjê ya ducarî ya 2 × 80 mA hatiye sêwirandin. Ji bo ku voltaja bi qasî ku pêkan nêzîkî firehiya xebitandinê ya SDV-SWS-ê were hevber kirin, divê em dirêjahiya peryoda p hesab bikin. Têkiliya di navbera voltaja tîrêjê û peryodê de di hevkêşeya (1)10 de tê nîşandan:
Bi danîna guheztina qonaxê li ser 2.5π li frekansa navendî ya 220 GHz, dewra p dikare wekî 0.46 mm were hesibandin. Wêne 2a taybetmendiyên belavbûna şaneya yekîneya SWS nîşan dide. Xeta tîrêjê ya 20 kV bi xêza dumodal re pir baş li hev dike. Bandên frekansê yên lihevhatî dikarin di rêzên 210–265.3 GHz (moda tek) û 265.4–280 GHz (moda cot) de bigihîjin dora 70 GHz. Wêne 2b împedansa girêdana navînî nîşan dide, ku ji 210 heta 290 GHz ji 0.6 Ω mezintir e, ku nîşan dide ku têkiliyên xurt dikarin di bandwidtha xebitandinê de çêbibin.
(a) Taybetmendiyên belavbûna SDV-SWS-ek du-modî bi xêzek tîrêjê elektronê ya 20 kV. (b) Împedansa têkiliyê ya devreya pêla hêdî ya SDV.
Lêbelê, girîng e ku were zanîn ku di navbera modên tek û cot de valahiyek bendê heye, û em bi gelemperî vê valahiya bendê wekî benda rawestandinê bi nav dikin, wekî ku di Wêne 2a de tê xuyang kirin. Ger TWT li nêzî vê benda frekansê were xebitandin, dibe ku hêza girêdana tîrêjê ya bihêz çêbibe, ku dê bibe sedema lerizînên nexwestî. Di sepanên pratîkî de, em bi gelemperî ji karanîna TWT li nêzî benda rawestandinê dûr dikevin. Lêbelê, tê dîtin ku valahiya bendê ya vê avahiya pêla hêdî tenê 0.1 GHz e. Zehmet e ku meriv diyar bike ka ev valahiya bendê ya piçûk dibe sedema lerizînan. Ji ber vê yekê, aramiya xebatê li dora benda rawestandinê dê di beşa simulasyona PIC ya jêrîn de were lêkolîn kirin da ku were analîz kirin ka dibe ku lerizînên nexwestî çêbibin.
Modela tevahiya HFS di Şekil 3 de tê nîşandan. Ew ji du qonaxên SDV-SWS pêk tê, ku bi reflektorên Bragg ve girêdayî ne. Karê reflektor ew e ku veguhestina sînyalê di navbera her du qonaxan de qut bike, lerzîn û refleksa modên nexebitî yên wekî modên rêza bilind ên di navbera pelikên jorîn û jêrîn de çêdibin tepeser bike, bi vî rengî aramiya tevahiya lûleyê pir baştir bike. Ji bo girêdana bi jîngeha derve re, girêdanek konîk a xêzik jî tê bikar anîn da ku SWS bi rêberek pêlê ya standard WR-4 ve girêbide. Koefîsyenta veguhestinê ya avahiya du-astî ji hêla çareserkerek qada demê di nermalava simulasyona 3D de tê pîvandin. Bi berçavgirtina bandora rastîn a benda terahertz li ser materyalê, materyalê zarfa valahiyê di destpêkê de wekî sifir tê danîn, û konduktîvîtî kêm dibe 2.25×107 S/m12.
Wêne 4 encamên veguhestinê ji bo HFS bi û bêyî girêdanên konîk ên xêzikî nîşan dide. Encam nîşan didin ku girêdan bandorek hindik li ser performansa veguhestinê ya tevahiya HFS dike. Windabûna vegerê (S11 < − 10 dB) û windabûna danînê (S21 > − 5 dB) ya tevahiya pergalê di înterneta 207~280 GHz de nîşan didin ku HFS xwedî taybetmendiyên veguhestinê yên baş e.
Wekî dabînkirina hêzê ya cîhazên elektronîkî yên valahiyê, çeka elektronê rasterast diyar dike ka cîhaz dikare hêza derketinê ya têr çêbike an na. Bi analîza HFS-ê ya di Beşa II-an de, EOS-yek tîrêj-dual divê were sêwirandin da ku hêza têr peyda bike. Di vê beşê de, li gorî xebata berê ya di W-band8,9 de, çeka elektronê ya qelem-dual bi karanîna beşek maskeya planar û elektrodên kontrolê tê sêwirandin. Pêşîn, li gorî hewcedariyên sêwirana SWS-ê di Beşê de. Wekî ku di Şekil 1 de tê xuyang kirin. 2, voltaja ajotinê Ua ya tîrêjên elektronê di destpêkê de li ser 20 kV tê danîn, herikên I yên her du tîrêjên elektronê herdu jî 80 mA ne, û qûtra tîrêjê dw ya tîrêjên elektronê 0.13 mm ye. Di heman demê de, ji bo ku were misogerkirin ku dendika herikê ya tîrêjên elektronê û katodê dikare were bidestxistin, rêjeya pêçandinê ya tîrêjên elektronê li ser 7 tê danîn, ji ber vê yekê dendika herikê ya tîrêjên elektronê 603 A/cm2 ye, û dendika herikê ya katodê 86 A/cm2 ye, ku dikare bi vê were bidestxistin. Ev bi karanîna materyalên katodê yên nû tê bidestxistin. Li gorî teoriya sêwiranê 14, 15, 16, 17, çekek elektronê ya tîpîk a Pierce dikare bi rengek bêhempa were nas kirin.
Wêne 5 bi rêzê diyagramên şematîk ên horizontî û vertîkal ên çekê nîşan dide. Diyar e ku profîla çekê elektronê di rêça x de hema hema bi ya çekê elektronê yê pel-şiklî yê tîpîk re yek e, lê di rêça y de her du tîrêjên elektronê bi qismî ji hev veqetandî ne. Cihên her du katodan bi rêzê ve li x = – 0.155 mm, y = 0 mm û x = 0.155 mm, y = 0 mm ne. Li gorî hewcedariyên sêwiranê yên rêjeya zextê û mezinahiya derzîkirina elektronê, pîvanên her du rûyên katodê wekî 0.91 mm × 0.13 mm têne destnîşankirin.
Ji bo ku qada elektrîkê ya fokuskirî ya ku ji hêla her tîrêjê elektronê ve di rêça x-ê de li dora navenda xwe tê wergirtin simetrîk be, ev gotar elektrodek kontrolê li ser tifinga elektronê dixe. Bi danîna voltaja elektroda fokuskirinê û elektroda kontrolê li ser -20 kV, û voltaja anodê li ser 0 V, em dikarin belavkirina rêgeha tifinga tîrêjê dualî bi dest bixin, wekî ku di Şekil 6-an de tê xuyang kirin. Diyar e ku elektronên hatine derxistin di rêça y-ê de xwedî kompresîbilîteyek baş in, û her tîrêjek elektronê li ser navenda xwe ya simetrî ber bi rêça x-ê ve dicive, ku nîşan dide ku elektroda kontrolê qada elektrîkê ya newekhev a ku ji hêla elektroda fokuskirinê ve hatî çêkirin hevseng dike.
Wêne 7 zarfê tîrêjê di rêwerzên x û y de nîşan dide. Encam nîşan didin ku dûrahiya projeksiyonê ya tîrêjê elektronê di rêwerza x de ji ya di rêwerza y ​​de cuda ye. Dûrahiya avêtinê di rêwerza x de nêzîkî 4 mm ye, û dûrahiya avêtinê di rêwerza y ​​de nêzîkî 7 mm ye. Ji ber vê yekê, divê dûrahiya avêtina rastîn di navbera 4 û 7 mm de were hilbijartin. Wêne 8 xaçerêya tîrêjê elektronê li 4.6 mm ji rûyê katodê nîşan dide. Em dikarin bibînin ku şeklê xaçerêyê herî nêzîkê tîrêjek elektronê ya dorhêl a standard e. Dûrahiya di navbera her du tîrêjên elektronê de nêzîkî 0.31 mm ya sêwirandî ye, û nîv-radyus nêzîkî 0.13 mm ye, ku hewcedariyên sêwirandinê pêk tîne. Wêne 9 encamên simulasyonê yên herika tîrêjê nîşan dide. Diyar e ku herikên herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna herikîna 76mA ne, ku bi 80mA ya sêwirandî re lihevhatî ye.
Dema ku guherîna voltaja ajotinê di sepanên pratîkî de tê hesibandin, pêdivî ye ku hesasiyeta voltaja vê modelê were lêkolîn kirin. Di navbera voltaja 19.8 ~ 20.6 kV de, zerfên herikîna tîrêjê û herikîna tîrêjê têne bidestxistin, wekî ku di Şekil 1 û Şekil 1.10 û 11 de têne nîşandan. Ji encaman, tê dîtin ku guherîna voltaja ajotinê bandorek li ser zerfa tîrêjiya elektronê nake, û herikîna tîrêjiya elektronê tenê ji 0.74 berbi 0.78 A diguhere. Ji ber vê yekê, dikare were hesibandin ku çeka elektronê ya ku di vê gotarê de hatî sêwirandin hesasiyetek baş ji bo voltaja heye.
Bandora guherînên voltaja ajotinê li ser zerfên tîrêjê yên di rêça x- û y de.
Qada fokuskirina manyetîk a yekreng sîstemeke fokuskirina manyetîk a daîmî ya hevpar e. Ji ber belavbûna qada manyetîk a yekreng li seranserê kanala tîrêjê, ew ji bo tîrêjên elektronê yên eksenîmetrîk pir guncaw e. Di vê beşê de, sîstemeke fokuskirina manyetîk a yekreng ji bo parastina veguhestina dûr û dirêj a tîrêjên qelemê ducar tê pêşniyar kirin. Bi analîzkirina qada manyetîk a çêkirî û zarfê tîrêjê, nexşeya sêwirana sîstema fokuskirinê tê pêşniyar kirin, û pirsgirêka hesasiyetê tê lêkolîn kirin. Li gorî teoriya veguhestina sabît a tîrêjek qelemê ya yekane18,19, nirxa qada manyetîk a Brillouin dikare bi hevkêşeya (2) were hesab kirin. Di vê gotarê de, em vê wekheviyê jî bikar tînin da ku qada manyetîk a tîrêjek qelemê ya ducar a bi alî ve belavbûyî texmîn bikin. Bi hev re bi çeka elektronê ya ku di vê gotarê de hatî çêkirin, nirxa qada manyetîk a hesabkirî bi qasî 4000 Gs ye. Li gorî Ref. 20, 1.5-2 caran nirxa hesabkirî bi gelemperî di sêwiranên pratîkî de tê hilbijartin.
Wêneya 12 avahiya pergala qada fokuskirina zeviya manyetîk a yekreng nîşan dide. Beşa şîn manyetîka daîmî ye ku di rêça eksîyal de manyetîk bûye. Hilbijartina materyalê NdFeB an FeCoNi ye. Br ya mayî ya ku di modela simulasyonê de hatî danîn 1.3 T ye û permeabilîte 1.05 e. Ji bo ku veguhestina stabîl a tîrêjê di tevahiya devreyê de were misoger kirin, dirêjahiya manyetîkê di destpêkê de li ser 70 mm tê danîn. Wekî din, mezinahiya manyetîkê di rêça x de diyar dike ka zeviya manyetîk a transversal di kanala tîrêjê de yekreng e, ku ev yek hewce dike ku mezinahiya di rêça x de pir piçûk nebe. Di heman demê de, bihesibînin lêçûn û giraniya tevahiya lûleyê, mezinahiya manyetîkê divê pir mezin nebe. Ji ber vê yekê, manyetîk di destpêkê de li ser 150 mm × 150 mm × 70 mm têne danîn. Di vê navberê de, ji bo ku piştrast bikin ku tevahiya devreya pêla hêdî dikare di pergala fokuskirinê de were danîn, dûrahiya di navbera manyetîkan de li ser 20 mm tê danîn.
Di sala 2015an de, Purna Chandra Panda21 perçeyek pol bi qulikek gav bi gav di pergalek fokuskirina magnetîkî ya yekreng de pêşniyar kir, ku dikare mezinbûna rijandina herikînê ber bi katodê û zeviya magnetîkî ya transversal a ku di qulika perçeya pol de çêdibe kêm bike. Di vê gotarê de, em avahiyek gav bi gav li perçeya pol a pergala fokuskirinê zêde dikin. Qalindahiya perçeya pol di destpêkê de li ser 1.5 mm, bilindahî û firehiya sê gavan 0.5 mm ye, û dûrahiya di navbera qulikên perçeya pol de 2 mm ye, wekî ku di Wêne 13an de tê xuyang kirin.
Wêneya 14a belavkirina qada manyetîk a eksenî li ser xetên navendî yên her du tîrêjên elektronê nîşan dide. Diyar e ku hêzên qada manyetîk li ser her du tîrêjên elektronê wekhev in. Nirxa qada manyetîk nêzîkî 6000 Gs e, ku 1.5 carî qada teorîk a Brillouin e da ku performansa veguhestin û fokuskirinê zêde bike. Di heman demê de, qada manyetîk li katodê hema hema 0 e, ku nîşan dide ku perçeya polê bandorek baş li ser pêşîgirtina li rijandina herikîna manyetîk dike. Wêneya 14b belavkirina qada manyetîk a transversal By di rêça z de li qiraxa jorîn a her du tîrêjên elektronê nîşan dide. Diyar e ku qada manyetîk a transversal tenê li qulika perçeya polê ji 200 Gs kêmtir e, lê di çerxa pêla hêdî de, qada manyetîk a transversal hema hema sifir e, ku îspat dike ku bandora qada manyetîk a transversal li ser tîrêjên elektronê hindik e. Ji bo pêşîgirtina li têrbûna manyetîk a perçeyên polê, pêdivî ye ku hêza qada manyetîk a di hundurê perçeyên polê de were lêkolîn kirin. Wêneya 14c nirxa mutleq a belavkirina qada manyetîk a di hundurê perçeya polê de nîşan dide. Diyar e ku nirxa mutleq a hêza qada manyetîk ji 1.2T kêmtir e, ev nîşan dide ku têrbûna magnetîkî ya perçeya qutbê çênabe.
Belavbûna hêza zeviya manyetîkî ji bo Br = 1.3 T. (a) Belavbûna zeviya eksenî. (b) Belavbûna zeviya alî By di rêça z de. (c) Nirxa mutleq a belavbûna zeviyê di nav perçeya qutbê de.
Li gorî modula CST PS, pozîsyona nisbî ya eksenî ya çeka tîrêjê dualî û pergala fokuskirinê hatiye çêtirkirin. Li gorî Ref. 9 û simulasyonan, cîhê çêtirîn ew e ku perçeya anodê li ser perçeya qutbê dûrî mıknatîsê ye. Lêbelê, hat dîtin ku heke mayî li ser 1.3T were danîn, veguhestina tîrêjê elektronê nikare bigihîje 99%. Bi zêdekirina mayî li ser 1.4 T, zeviya mıknatîsî ya fokuskirinê dê bigihîje 6500 Gs. Rêgehên tîrêjê li ser balafirên xoz û yoz di Wêne 15 de têne nîşandan. Diyar e ku tîrêj xwedan veguhestinek baş, lerzînek piçûk, û dûrahiya veguhestinê ji 45 mm mezintir e.
Rêgehên tîrêjên qelemê yên ducar di bin pergaleke manyetîk a homojen de bi Br = 1.4 T.(a) balafira xoz.(b) balafira yoz.
Wêne 16 xaçerêya tîrêjê li pozîsyonên cuda dûrî katodê nîşan dide. Diyar e ku şeklê beşa tîrêjê di pergala fokuskirinê de baş tê parastin, û qûtra beşê zêde naguhere. Wêne 17 zerfên tîrêjê di rêwerzên x û y de, bi rêzê ve, nîşan dide. Diyar e ku guherîna tîrêjê di her du aliyan de pir piçûk e. Wêne 18 encamên simulasyonê yên herika tîrêjê nîşan dide. Encam nîşan didin ku herik bi qasî 2 × 80 mA ye, ku bi nirxa hesabkirî di sêwirana çeka elektronê de lihevhatî ye.
Beşa xaçerêya tîrêjê elektronê (bi pergala fokuskirinê) li pozîsyonên cûda dûrî katodê.
Bi berçavgirtina rêze pirsgirêkan wekî xeletiyên montajê, guherînên voltaja, û guhertinên di hêza qada magnetîkî de di sepanên pêvajoyê yên pratîkî de, pêdivî ye ku hesasiyeta pergala fokuskirinê were analîzkirin. Ji ber ku di pêvajoya rastîn de di navbera perçeya anodê û perçeya polê de valahiyek heye, ev valahî divê di simulasyonê de were danîn. Nirxa valahiyê li ser 0.2 mm hate danîn û Wêne 19a zarfê tîrêjê û herika tîrêjê di rêça y de nîşan dide. Ev encam nîşan dide ku guhertina di zarfê tîrêjê de ne girîng e û herika tîrêjê hema hema naguhere. Ji ber vê yekê, pergal ji xeletiyên montajê re bêhesas e. Ji bo guherîna voltaja ajotinê, rêjeya xeletiyê li ser ±0.5 kV hatî danîn. Wêne 19b encamên berawirdkirinê nîşan dide. Diyar dibe ku guhertina voltaja bandorek hindik li ser zarfê tîrêjê dike. Rêjeya xeletiyê ji bo guhertinên di hêza qada magnetîkî de ji -0.02 heta +0.03 T hatî danîn. Encamên berawirdkirinê di Wêne 20 de têne nîşandan. Diyar dibe ku zarfê tîrêjê hema hema naguhere, ku tê vê wateyê ku tevahiya EOS ji guhertinên di hêza qada magnetîkî de bêhesas e.
Encamên zerf û herikê yên tîrêjê di bin pergaleke fokuskirina magnetîkî ya yekreng de ne.(a) Toleransa montajê 0.2 mm ye.(b) Guherîna voltaja ajotinê ±0.5 kV ye.
Zarfa tîrêjê di bin pergaleke fokuskirina manyetîk a yekreng de bi guherînên hêza zeviya manyetîk a eksenî di navbera 0.63 û 0.68 T de.
Ji bo ku pergala fokuskirinê ya ku di vê gotarê de hatiye sêwirandin bi HFS re li hev bike, pêdivî ye ku pergala fokuskirinê û HFS ji bo lêkolînê werin hev kirin. Wêne 21 berawirdkirina zarfên tîrêjê bi û bê HFS-ya barkirî nîşan dide. Encam nîşan didin ku dema ku tevahiya HFS-ê barkirî be, zarfa tîrêjê zêde naguhere. Ji ber vê yekê, pergala fokuskirinê ji bo HFS-ya lûleya pêla rêwiyan a sêwirana jorîn guncan e.
Ji bo piştrastkirina rastbûna EOS-ê ya ku di Beşa III-an de hatiye pêşniyarkirin û lêkolîna performansa 220 GHz SDV-TWT, simulasyonek 3D-PIC a têkiliya tîrêj-pêlê tê kirin. Ji ber sînorkirinên nermalava simulasyonê, em nekarîn tevahiya EOS-ê li HFS-ê zêde bikin. Ji ber vê yekê, topa elektronê bi rûyek weşanê ya wekhev a bi qûtra 0.13 mm û dûrahiya di navbera her du rûyan de 0.31 mm, ku heman parametreyên topa elektronê ya li jor hatî sêwirandin e, hate guheztin. Ji ber bêhesasiyet û aramiya baş a EOS-ê, voltaja ajotinê dikare bi rêkûpêk were çêtir kirin da ku hêza derketinê ya çêtirîn di simulasyona PIC-ê de were bidestxistin. Encamên simulasyonê nîşan didin ku hêza derketinê ya têrbûyî û qezenc dikare bi voltaja ajotinê ya 20.6 kV, herikîna tîrêjê ya 2 × 80 mA (603 A/cm2), û hêza têketinê ya 0.05 W were bidestxistin.
Ji bo bidestxistina sînyala derketinê ya herî baş, divê hejmara çerxan jî were çêtirkirin. Hêza derketinê ya herî baş dema ku hejmara du qonaxan 42 + 48 çerx be, wekî ku di Şekil 22a de tê nîşandan, tê bidestxistin. Sînyalek têketinê ya 0.05 W bi qezenca 38 dB heta 314 W tê zêdekirin. Spektrumê hêza derketinê ya ku ji hêla Veguherîna Fourier a Bilez (FFT) ve hatî bidestxistin paqij e, li 220 GHz digihîje lûtkeyê. Şekil 22b belavkirina pozîsyona eksenî ya enerjiya elektronê di SWS de nîşan dide, ku piraniya elektronan enerjiyê winda dikin. Ev encam nîşan dide ku SDV-SWS dikare enerjiya kînetîk a elektronan veguherîne sînyalên RF, bi vî rengî amplîfîkasyona sînyalê pêk tîne.
Sînyala derketinê ya SDV-SWS li 220 GHz. (a) Hêza derketinê bi spektruma tê de. (b) Belavkirina enerjiyê ya elektronan bi tîrêjê elektronê li dawiya navika SWS.
Wêneya 23 bandfirehiya hêza derketinê û qezenca SDV-TWT-ya tîrêjê ya du-modî ya dualî nîşan dide. Performansa derketinê dikare bi firehkirina frekansan ji 200 heta 275 GHz û çêtirkirina voltaja ajotinê bêtir were baştir kirin. Ev encam nîşan dide ku bandfirehiya 3-dB dikare 205 heta 275 GHz bigire nav xwe, ku tê vê wateyê ku xebata du-modî dikare bandfirehiya xebitandinê pir fireh bike.
Lêbelê, li gorî Şekil 2a, em dizanin ku di navbera modên tek û cot de bendek rawestandinê heye, ku dibe ku bibe sedema lerizînên nexwestî. Ji ber vê yekê, divê aramiya xebatê li dora rawestgehan were lêkolîn kirin. Şekil 24a-c encamên simulasyonê yên 20 ns li 265.3 GHz, 265.35 GHz, û 265.4 GHz ne. Diyar e ku her çend encamên simulasyonê hin guherîn hebin jî, hêza derketinê bi nisbetî aram e. Spektrum di Şekil 24 de jî tê nîşandan, spektrum paqij e. Ev encam nîşan didin ku li nêzî bendika rawestandinê tu lerizînek xweser tune.
Ji bo verastkirina rastbûna tevahiya HFS-ê, çêkirin û pîvandin pêwîst in. Di vê beşê de, HFS bi karanîna teknolojiya kontrola hejmarî ya komputerê (CNC) bi qûtra amûrê ya 0.1 mm û rastbûna makînekirinê ya 10 μm tê çêkirin. Materyalê ji bo avahiya frekanseke bilind ji sifirê bê oksîjen-bilind-guhêzbar (OFHC) tê peyda kirin. Wêne 25a avahiya çêkirî nîşan dide. Dirêjahiya tevahiya avahiyê 66.00 mm, firehiya 20.00 mm û bilindahiya 8.66 mm ye. Heşt qulên pînê li dora avahiyê belav bûne. Wêne 25b avahiyê bi mîkroskopiya elektronê ya şopandinê (SEM) nîşan dide. Tîpên vê avahiyê bi rengek yekreng têne hilberandin û xwedan hişkbûna rûyê baş in. Piştî pîvandina rast, xeletiya makînekirinê ya giştî ji %5 kêmtir e, û hişkbûna rûyê nêzîkî 0.4μm e. Avahiya makînekirinê hewcedariyên sêwiran û rastbûnê bicîh tîne.
Wêneya 26 berawirdkirina di navbera encamên ceribandina rastîn û simulasyonên performansa veguhestinê de nîşan dide. Porta 1 û Porta 2 di Wêneya 26a de bi rêzê ve bi portên ketin û derketinê yên HFS re têkildar in, û bi Porta 1 û Porta 4 di Wêneya 3 de wekhev in. Encamên pîvandina rastîn ên S11 hinekî ji encamên simulasyonê çêtir in. Di heman demê de, encamên pîvandî yên S21 hinekî xirabtir in. Sedem dibe ku ew be ku guhêrbariya materyalê ya di simulasyonê de hatî danîn pir zêde ye û hişkbûna rûyê piştî makînekirina rastîn xirab e. Bi tevahî, encamên pîvandî bi encamên simulasyonê re li hev dikin, û bandfirehiya veguhestinê hewcedariya 70 GHz pêk tîne, ku gengazbûn û rastbûna SDV-TWT-ya dual-modî ya pêşniyarkirî piştrast dike. Ji ber vê yekê, digel pêvajoya çêkirina rastîn û encamên ceribandinê, sêwirana SDV-TWT-ya dual-tîrêj a ultra-fireh a ku di vê gotarê de hatî pêşniyar kirin dikare ji bo çêkirin û serîlêdanên paşîn were bikar anîn.
Di vê gotarê de, sêwirana berfireh a SDV-TWT-ya du-tîrêjî ya belavkirina planar a 220 GHz tê pêşkêş kirin. Têkeliya xebata du-modî û teşwîqkirina du-tîrêjî bandfirehiya xebitandinê û hêza derketinê bêtir zêde dike. Çêkirin û ceribandina sar jî têne kirin da ku rastbûna tevahiya HFS-ê were verast kirin. Encamên pîvandina rastîn bi encamên simulasyonê re li hev dikin. Ji bo EOS-ya du-tîrêjî ya sêwirandî, beşek maskê û elektrodên kontrolê bi hev re hatine bikar anîn da ku tîrêjek du-qelemî hilberînin. Di bin zeviya magnetîkî ya fokuskirina yekreng a sêwirandî de, tîrêjê elektronê dikare bi awayekî stabîl li ser dûrên dirêj bi şeklek baş were veguheztin. Di pêşerojê de, hilberîn û ceribandina EOS-ê dê were kirin, û ceribandina germî ya tevahiya TWT-ê jî dê were kirin. Ev nexşeya sêwirana SDV-TWT-ê ya ku di vê gotarê de tê pêşniyar kirin bi tevahî teknolojiya pêvajoya plana gihîştî ya heyî bi hev re dike yek, û potansiyelek mezin di nîşaneyên performansê û pêvajo û komkirinê de nîşan dide. Ji ber vê yekê, ev gotar bawer dike ku avahiya planar bi îhtîmalek mezin dê bibe trenda pêşkeftina cîhazên elektronîkî yên valahiyê di benda terahertz de.
Piraniya daneyên xav û modelên analîtîk ên di vê lêkolînê de di vê gotarê de cih girtine. Agahiyên din ên têkildar dikarin li ser daxwazek maqûl ji nivîskarê têkildar werin wergirtin.
Gamzina, D. û yên din. Makîneya CNC ya pîvana nanoyê ya elektronîkên valahiyê yên sub-terahertz. Amûrên trans-elektronîkî yên IEEE.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. û Paoloni, C. Mîkroçêkirina UV-LIGA ya rêberên pêlên bin-terahertz bi karanîna fotoberxwedêrê pirqatî SU-8. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS û yên din. Nexşerêya teknolojiya THz 2017. J. Physics.D ji bo sepandina.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Sînordarkirina bihêz a belavbûna pêlên plazmonîk bi rêya rêberên pêlên ducar ên fireh-band ên staggerkirî.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. û yên din. Performansa Amplifikatorek Lûleya Pêla Gerok a 220-GHz a bi Nano CNC Makînekirî. Amûrên Trans-elektronîkî yên IEEE.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Lêkolîna bêîstîqrariya dîokotronê ya tîrêjên elektronê yên pelê yên bêdawî fireh bi karanîna teoriya modela şilava sar a makroskopîk. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV li ser derfeta zêdekirina bandfirehiyê bi rêya nexşeya planar a tîrêjê di klystronek pir-tîrêj de. Di 12emîn Konferansa Navneteweyî ya IEEE ya li ser Elektronîkên Valahîyê, Bangalore, Hindistan, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al. Sêwirana topên elektronê yên sê-tîrêjî bi belavkirina balafirê ya parçekirina tîrêjê ya teng di lûleya pêla gerok a du-teht a lerzok a W-band de [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 Sîstema optîkî ya elektronê ya sê-tîrêjî ya belavkirî ya planar bi veqetandina tîrêjê ya teng ji bo moda bingehîn a W-band TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Lêkolîn li ser Lûleya Pêla Gerok a Du-Tîp a Navberhevkirî bi Tîrêjên Pelê yên Mîlimeter-Pêla 20-22 (PhD, Zanîngeha Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Lêkolîn li ser aramiya têkiliya tîrêj-pêlê ya lûleyek pêla gerok a du-perçeyî ya bi band-G ve girêdayî. 2018 Konferansa Navneteweyî ya 43-emîn li ser Pêlên Mîlîmetreya Înfrared û Terahertz, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).