Misaotra anao nitsidika ny Nature.com. Voafetra ny fanohanana ny CSS amin'ny dikan-tranonkala ampiasainao. Ho an'ny traikefa tsara indrindra, manoro hevitra anao izahay hampiasa navigateur nohavaozina (na hamono ny fomba mifanaraka amin'ny Internet Explorer). Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa mitohy ny fanohanana, dia hampiseho ny tranonkala tsy misy styles sy JavaScript izahay.
Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia noforonina sy nohamarinina ny fantsona onja roa sosona misy tsipika roa mifampitohy amin'ny herinaratra avo lenta 220GHz. Voalohany, dia naroso ny rafitra onja miadana misy tsipika roa sosona. Amin'ny fampiasana tetika fandidiana fomba roa, ny fahombiazan'ny fandefasana sy ny bandwidth dia efa ho avo roa heny noho ny an'ny fomba tokana. Faharoa, mba hamenoana ny fepetra takian'ny hery avo lenta sy hanatsarana ny fahamarinan'ny fantsona onja mifampitohy, dia noforonina ny rafitra optika elektronika miendrika pensilihazo roa, ny voltase mitondra dia 20 ~ 21 kV, ary ny courant dia 2 × 80 mA. Tanjona amin'ny famolavolana. Amin'ny fampiasana ny ampahany saron-tava sy ny elektroda fanaraha-maso ao amin'ny basy tsipika roa, ny taratra pensilihazo roa dia azo ifantohana manaraka ny afovoany tsirairay avy miaraka amin'ny tahan'ny famatrarana 7, ny halaviran'ny fifantohana dia eo amin'ny 0.18mm eo ho eo, ary ny fahamarinan-toerana dia tsara. Ny rafitra fifantohana magnetika mitovy dia nohatsaraina ihany koa. Ny halaviran'ny fandefasana marin-toerana amin'ny taratra elektronika roa sosona dia mety hahatratra 45 mm, ary ny saha magnetika mifantoka dia 0.6 T, izay ampy handrakofana ny rafitra matetika avo lenta manontolo (HFS). Avy eo, mba Mba hanamarinana ny fahafahan'ny rafitra elektrôna-optika ampiasaina sy ny fahombiazan'ny rafitra onja miadana, dia natao tamin'ny HFS manontolo ihany koa ny simulation sela particle (PIC). Ny valiny dia mampiseho fa ny rafitra fifandraisana amin'ny taratra dia afaka mahatratra ny hery avo indrindra amin'ny 310 W amin'ny 220 GHz, ny voltase taratra nohatsaraina dia 20.6 kV, ny courant taratra dia 2 × 80 mA, ny gain dia 38 dB, ary ny bandwidth 3-dB dia mihoatra ny 35 dB eo amin'ny 70 GHz eo ho eo. Farany, ny fanamboarana microstructure avo lenta dia atao mba hanamarinana ny fahombiazan'ny HFS, ary ny valiny dia mampiseho fa ny bandwidth sy ny toetran'ny fandefasana dia mifanaraka tsara amin'ny valin'ny simulation. Noho izany, ny tetika natolotra ato amin'ity lahatsoratra ity dia antenaina hampivelatra loharanon-taratra terahertz-band mahery vaika, ultra-broadband miaraka amin'ny mety ho fampiharana amin'ny ho avy.
Amin'ny maha-fitaovana elektronika banga nentim-paharazana azy, ny fantsona onja mandeha (TWT) dia mitana anjara toerana tsy azo soloina amin'ny fampiharana maro toy ny radar avo lenta, rafitra fifandraisana amin'ny zanabolana, ary ny fikarohana habakabaka1,2,3. Na izany aza, rehefa miditra amin'ny tarika terahertz ny matetika fiasana, ny TWT coupled-cavity nentim-paharazana sy ny TWT helical dia tsy afaka mamaly ny filan'ny olona noho ny hery famoahana ambany, ny bandwidth tery, ary ny dingana famokarana sarotra. Noho izany, ny fomba hanatsarana tanteraka ny fahombiazan'ny tarika THz dia lasa olana mampanahy ho an'ny andrim-pikarohana siantifika maro. Tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny rafitra onja miadana vaovao (SWS), toy ny rafitra staggered dual-blade (SDV) sy ny rafitra folded waveguide (FW), dia nahazo fiheverana betsaka noho ny rafitra planar voajanahary, indrindra fa ny SDV-SWS vaovao izay manana fahafahana mampanantena. Ity rafitra ity dia natolotry ny UC-Davis tamin'ny 20084. Ny rafitra planar dia azo amboarina mora foana amin'ny alàlan'ny teknika fanodinana micro-nano toy ny fanaraha-maso nomerika amin'ny solosaina (CNC) sy UV-LIGA, ny rafitra fonosana metaly rehetra dia afaka manome fahafaha-manao hafanana lehibe kokoa miaraka amin'ny hery famoahana ambony kokoa. sy ny tombony, ary ny rafitra toy ny waveguide dia afaka manome bandwidth miasa midadasika kokoa ihany koa. Amin'izao fotoana izao, ny UC Davis dia naneho voalohany tamin'ny taona 2017 fa ny SDV-TWT dia afaka mamokatra output mahery vaika mihoatra ny 100 W ary famantarana bandwidth efa ho 14 GHz ao amin'ny G-band5. Na izany aza, ireo valiny ireo dia mbola misy banga izay tsy mahafeno ny fepetra takiana mifandraika amin'ny bandwidth mahery vaika sy midadasika ao amin'ny terahertz band. Ho an'ny G-band SDV-TWT an'ny UC-Davis, dia nampiasaina ny takelaka elektrôna takelaka. Na dia afaka manatsara be ny fahafahan'ny taratra mitondra ny courant aza ity tetika ity, dia sarotra ny mitazona elanelana fandefasana lavitra noho ny tsy fahamarinan'ny rafitra optika elektrôna takelaka (EOS), ary misy tonelina taratra over-mode, izay mety hahatonga ny taratra hifehy tena ihany koa. – Fihetseham-po sy fihozongozonana 6,7. Mba hamenoana ny fepetra takian'ny hery avo lenta, bandwidth midadasika ary fahamarinan-toerana tsara an'ny THz TWT, dia atolotra ato amin'ity lahatsoratra ity ny SDV-SWS roa-taratra miaraka amin'ny fiasan'ny dual-mode. Izany hoe, mba hampitomboana ny bandwidth miasa, dia atolotra ary ampidirina ato amin'ity rafitra ity ny fiasan'ny dual-mode. Ary, mba hampitomboana ny hery mivoaka, dia ampiasaina ihany koa ny fizarana planar amin'ny taratra pensilihazo roa. Somary kely ny radio taratra pensilihazo tokana noho ny fameperana ny haben'ny mitsangana. Raha avo loatra ny hakitroky ny courant, dia tsy maintsy ahena ny courant beam, ka miteraka hery mivoaka ambany. Mba hanatsarana ny courant beam, dia nipoitra ny planar distributed multibeam EOS, izay mampiasa ny haben'ny SWS. Noho ny tunneling beam tsy miankina, ny planar distributed multi-beam dia afaka mahazo hery mivoaka avo lenta amin'ny fitazonana courant beam manontolo avo lenta sy courant kely isaky ny beam, izay afaka misoroka ny tunneling beam overmode raha oharina amin'ny fitaovana sheet-beam. Noho izany, dia mahasoa ny mitazona ny fahamarinan'ny fantsona onja mandeha. Mifototra amin'ny asa teo aloha 8,9, Ity lahatsoratra ity dia manolotra saha andriamby mitovy amin'ny G-band izay mifantoka amin'ny taratra pensilihazo roa sosona EOS, izay afaka manatsara be dia be ny halavirana fandefasana marin-toerana amin'ny taratra ary mampitombo bebe kokoa ny velaran'ny fifandraisan'ny taratra, ka manatsara be dia be ny hery mivoaka.
Toy izao ny firafitry ny lahatsoratra. Voalohany, voalaza ny famolavolana ny sela SWS miaraka amin'ny masontsivana, ny famakafakana ny toetran'ny fiparitahana ary ny valin'ny simulation matetika avo lenta. Avy eo, araka ny firafitry ny sela singa, dia noforonina ato amin'ity lahatsoratra ity ny EOS misy taratra pensilihazo roa sy ny rafitra fifandraisana taratra. Aseho ihany koa ny valin'ny simulation poti-javatra ao anaty sela mba hanamarinana ny fampiasana ny EOS sy ny fahombiazan'ny SDV-TWT. Ho fanampin'izany, aseho fohifohy ny valin'ny fanamboarana sy ny fitsapana mangatsiaka mba hanamarinana ny fahamarinan'ny HFS manontolo. Farany, manaova famintinana.
Amin'ny maha-singa manan-danja indrindra amin'ny TWT, ny toetran'ny fiparitahan'ny rafitra onja miadana dia manondro raha mifanaraka amin'ny hafainganam-pandehan'ny dingana SWS ny hafainganam-pandehan'ny elektrôna, ary noho izany dia misy fiantraikany lehibe amin'ny fifandraisan'ny taratra amin'ny onja. Mba hanatsarana ny fahombiazan'ny TWT manontolo, dia noforonina ny rafitra fifandraisana nohatsaraina. Ny rafitry ny sela singa dia aseho amin'ny Sary 1. Raha jerena ny tsy fahamarinan'ny taratra takelaka sy ny fetran'ny herin'ny taratra penina tokana, dia mampiasa taratra penina roa ny rafitra mba hanatsarana bebe kokoa ny hery famoahana sy ny fahamarinan'ny asa. Mandritra izany fotoana izany, mba hampitomboana ny bandwidth miasa, dia natolotra ny fomba roa sosona mba hiasan'ny SWS. Noho ny simetrian'ny rafitra SDV, ny vahaolana amin'ny fampitoviana ny saha elektromagnetika dia azo zaraina ho fomba hafahafa sy mitovy. Mandritra izany fotoana izany, ny fomba hafahafa fototra amin'ny tarika ambany matetika sy ny fomba mitovy fototra amin'ny tarika avo matetika dia ampiasaina mba hahatratrarana ny fampifanarahana broadband amin'ny fifandraisan'ny taratra, ka hanatsara bebe kokoa ny bandwidth miasa.
Araka ny fepetra takian'ny herinaratra, ny fantsona manontolo dia natao miaraka amin'ny voltase mitondra 20 kV sy courant roa sosona 2 × 80 mA. Mba hampifanarahana ny voltase araka izay azo atao amin'ny bandwidth fiasan'ny SDV-SWS, dia mila kajy ny halavan'ny fe-potoana p isika. Ny fifandraisana misy eo amin'ny voltase taratra sy ny fe-potoana dia aseho amin'ny equation (1)10:
Amin'ny fametrahana ny fiovan'ny dingana ho 2.5π amin'ny matetika afovoany 220 GHz, dia azo kajy ho 0.46 mm ny fe-potoana p. Ny Sary 2a dia mampiseho ny toetran'ny fiparitahan'ny sela singa SWS. Ny tsipika taratra 20 kV dia mifanaraka tsara amin'ny fiolahana bimodal. Ny tarika matetika mifanaraka dia mety hahatratra manodidina ny 70 GHz amin'ny elanelana 210–265.3 GHz (mode hafahafa) sy 265.4–280 GHz (mode mitovy). Ny Sary 2b dia mampiseho ny impedance coupling antonony, izay mihoatra ny 0.6 Ω manomboka amin'ny 210 ka hatramin'ny 290 GHz, izay manondro fa mety hitranga ny fifandraisana matanjaka amin'ny bandwidth miasa.
(a) Toetran'ny fiparitahan'ny SDV-SWS fomba roa miaraka amin'ny tsipika elektrôna 20 kV. (b) Fanoherana ny fifandraisan'ny fizaran-tany onja miadana SDV.
Na izany aza, zava-dehibe ny manamarika fa misy elanelan'ny tarika eo amin'ny fomba hafahafa sy mitovy, ary matetika isika no miantso io elanelan'ny tarika io ho toy ny tarika fijanonana, araka ny aseho amin'ny Sary 2a. Raha miasa akaikin'io tarika matetika io ny TWT, dia mety hitranga ny tanjaky ny fifandraisan'ny taratra matanjaka, izay hitarika ho amin'ny fihovitrovitra tsy ilaina. Amin'ny fampiharana azo ampiharina, dia matetika isika no tsy mampiasa TWT akaikin'ny tarika fijanonana. Na izany aza, dia hita fa ny elanelan'ny tarika amin'ity rafitra onja miadana ity dia 0.1 GHz monja. Sarotra ny mamaritra raha miteraka fihovitrovitra io elanelan'ny tarika kely io. Noho izany, ny fahamarinan'ny fiasana manodidina ny tarika fijanonana dia hodinihina ao amin'ny fizarana simulation PIC manaraka mba handinihana raha mety hitranga ny fihovitrovitra tsy ilaina.
Aseho amin'ny Sary 3 ny modely amin'ny HFS manontolo. Misy dingana roa amin'ny SDV-SWS izy io, ampifandraisin'ny taratra Bragg. Ny asan'ny taratra dia ny manapaka ny fifindran'ny famantarana eo amin'ny dingana roa, manakana ny fihovitrovitra sy ny taratry ny fomba tsy miasa toy ny fomba avo lenta novokarina teo anelanelan'ny lelany ambony sy ambany, ka manatsara be ny fahamarinan'ny fantsona manontolo. Ho an'ny fifandraisana amin'ny tontolo ivelany, dia ampiasaina ihany koa ny coupler linear tapered mba hampifandraisana ny SWS amin'ny waveguide mahazatra WR-4. Ny coefficient fandefasana ny rafitra roa ambaratonga dia refesina amin'ny alàlan'ny solver domaine fotoana ao amin'ny rindrambaiko simulation 3D. Raha jerena ny fiantraikan'ny tarika terahertz amin'ny fitaovana, ny fitaovana amin'ny valopy banga dia apetraka voalohany amin'ny varahina, ary ny conductivity dia ahena ho 2.25 × 107 S / m 12.
Ny Sary 4 dia mampiseho ny valin'ny fandefasana ho an'ny HFS misy sy tsy misy coupler linear tapered. Ny valiny dia mampiseho fa tsy dia misy fiantraikany firy amin'ny fahombiazan'ny fandefasana ny HFS manontolo ny coupler. Ny fatiantoka miverina (S11 < − 10 dB) sy ny fatiantoka fampidirana (S21 > − 5 dB) an'ny rafitra manontolo ao amin'ny broadband 207~280 GHz dia mampiseho fa manana toetra tsara amin'ny fandefasana ny HFS.
Amin'ny maha-mpamatsy herinaratra ho an'ny fitaovana elektronika banga azy, ny basy elektrôna no mamaritra mivantana raha afaka mamokatra hery ampy ny fitaovana. Miaraka amin'ny famakafakana ny HFS ao amin'ny Fizarana II, dia mila atao ny EOS roa-taratra mba hanomezana hery ampy. Amin'ity fizarana ity, mifototra amin'ny asa teo aloha tao amin'ny W-band8,9, dia natao ny basy elektrôna pensilihazo roa sosona amin'ny fampiasana ampahany saron-tava fisaka sy elektroda fanaraha-maso. Voalohany, araka ny fepetra takian'ny famolavolana SWS ao amin'ny Fizarana. Araka ny aseho amin'ny SARY. 2, ny voltazy mitondra ny taratra elektrôna Ua dia napetraka voalohany ho 20 kV, ny courant I amin'ny taratra elektrôna roa dia samy 80 mA, ary ny savaivony dw amin'ny taratra elektrôna dia 0.13 mm. Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa azo tratrarina ny hakitroky ny courant an'ny taratra elektrôna sy ny katôda, ny tahan'ny famatrarana ny taratra elektrôna dia napetraka ho 7, ka ny hakitroky ny courant an'ny taratra elektrôna dia 603 A/cm2, ary ny hakitroky ny courant an'ny katôda dia 86 A/cm2, izay azo tratrarina amin'ny alàlan'ny fampiasana fitaovana katôda vaovao. Araka ny teoria famolavolana 14, 15, 16, 17, ny basy elektrôna Pierce mahazatra dia azo fantarina amin'ny fomba miavaka.
Ny Sary 5 dia mampiseho ny kisarisary mitsivalana sy mitsangana amin'ny basy. Hita fa ny endriky ny basy elektrôna amin'ny lalana x dia saika mitovy amin'ny an'ny basy elektrôna mahazatra, raha amin'ny lalana y kosa dia misaraka amin'ny ampahany amin'ny saron-tava ny taratra elektrôna roa. Ny toerana misy ny katôda roa dia amin'ny x = – 0.155 mm, y = 0 mm ary x = 0.155 mm, y = 0 mm. Araka ny fepetra takian'ny famolavolana ny tahan'ny famatrarana sy ny haben'ny tsindrona elektrôna, ny refin'ny velaran'ny katôda roa dia voafaritra ho 0.91 mm × 0.13 mm.
Mba hahatonga ny saha elektrika mifantoka voarain'ny taratra elektrôna tsirairay amin'ny lalana x ho simetrika manodidina ny afovoany, ity lahatsoratra ity dia mampihatra elektroda fanaraha-maso amin'ny basy elektrôna. Amin'ny fametrahana ny voltase an'ny elektroda mifantoka sy ny elektroda fanaraha-maso ho −20 kV, ary ny voltase an'ny anoda ho 0 V, dia afaka mahazo ny fizarana ny lalan'ny basy taratra roa isika, araka ny aseho amin'ny Sary 6. Hita fa ny elektrôna avoaka dia manana fahafaha-mihetsika tsara amin'ny lalana y, ary ny taratra elektrôna tsirairay dia mihaona mankany amin'ny lalana x manaraka ny foiben'ny simetrika azy manokana, izay midika fa ny elektroda fanaraha-maso dia mandanjalanja ny saha elektrika tsy mitovy ateraky ny elektroda mifantoka.
Ny Sary 7 dia mampiseho ny fonosan'ny taratra amin'ny lalana x sy y. Ny valiny dia mampiseho fa ny elanelan'ny taratra elektrôna amin'ny lalana x dia tsy mitovy amin'ny lalana y. Ny elanelana atsipy amin'ny lalana x dia eo amin'ny 4mm eo ho eo, ary ny elanelana atsipy amin'ny lalana y dia akaiky ny 7mm. Noho izany, ny elanelana atsipy tena izy dia tokony hofidiana eo anelanelan'ny 4 sy 7 mm. Ny Sary 8 dia mampiseho ny fizarana mitsivalana amin'ny taratra elektrôna amin'ny 4.6 mm miala amin'ny velaran'ny katôda. Hitantsika fa ny endriky ny fizarana mitsivalana dia akaiky indrindra ny taratra elektrôna boribory mahazatra. Ny elanelana misy eo amin'ny taratra elektrôna roa dia akaiky ny 0.31 mm namboarina, ary ny radius dia eo amin'ny 0.13 mm eo ho eo, izay mahafeno ny fepetra takian'ny famolavolana. Ny Sary 9 dia mampiseho ny valin'ny simulation ny courant de beam. Hita fa ny courant de beam roa dia 76mA, izay mifanaraka tsara amin'ny 80mA namboarina.
Raha jerena ny fiovaovan'ny voltazy mitondra amin'ny fampiharana azo ampiharina, dia ilaina ny mandinika ny fahatsapana voltazy amin'ity modely ity. Ao amin'ny elanelan'ny voltazy 19.8 ~ 20.6 kV, dia azo ny fonosan'ny courant sy ny courant beam, araka ny aseho amin'ny Sary 1 sy Sary 1.10 ary 11. Avy amin'ny valiny, dia hita fa ny fiovan'ny voltazy mitondra dia tsy misy fiantraikany amin'ny fonosan'ny beam elektrôna, ary ny courant beam elektrôna dia miovaova eo amin'ny 0.74 ka hatramin'ny 0.78 A ihany. Noho izany, dia azo heverina fa ny basy elektrôna natao ato amin'ity lahatsoratra ity dia manana fahatsapana voltazy tsara.
Ny fiantraikan'ny fiovaovan'ny voltase eo amin'ny fonosan'ny taratra amin'ny lalana x sy y.
Rafitra fifantohana andriamby maharitra mahazatra ny sehatra fifantohana andriamby mitovy. Noho ny fizarana andriamby mitovy manerana ny fantsona taratra, dia tena mety amin'ny taratra elektrôna axisymmetric izy io. Ato amin'ity fizarana ity, dia atolotra ny rafitra fifantohana andriamby mitovy ho an'ny fitazonana ny fandefasana lavitra ny taratra pensilihazo roa. Amin'ny alàlan'ny famakafakana ny sehatra andriamby novokarina sy ny valopy taratra, dia atolotra ny tetika famolavolana ny rafitra fifantohana, ary ianarana ny olana momba ny fahatsapana. Araka ny teoria momba ny fandefasana marin-toerana amin'ny taratra pensilihazo tokana 18,19, ny sandan'ny sehatra andriamby Brillouin dia azo kajy amin'ny alàlan'ny fampitoviana (2). Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia mampiasa io fitoviana io ihany koa izahay mba hanombanana ny sehatra andriamby amin'ny taratra pensilihazo roa mizara amin'ny lafiny. Miaraka amin'ny basy elektrôna natao ato amin'ity lahatsoratra ity, ny sandan'ny sehatra andriamby kajy dia eo amin'ny 4000 Gs eo ho eo. Araka ny Ref. 20, in-1.5-2 ny sanda kajy dia matetika nofidina amin'ny famolavolana azo ampiharina.
Ny Sary 12 dia mampiseho ny rafitry ny rafitra fifantohana saha magnetika mitovy. Ny ampahany manga dia ny andriamby maharitra voageja amin'ny lalana axial. Ny fitaovana nofidiana dia NdFeB na FeCoNi. Ny remanence Br napetraka ao amin'ny modely simulation dia 1.3 T ary ny permeability dia 1.05. Mba hahazoana antoka ny fifindran'ny taratra marin-toerana amin'ny circuit manontolo, ny halavan'ny andriamby dia apetraka voalohany amin'ny 70 mm. Ho fanampin'izany, ny haben'ny andriamby amin'ny lalana x no mamaritra raha mitovy ny saha magnetika transverse ao amin'ny fantsona taratra, izay mitaky fa tsy tokony ho kely loatra ny habeny amin'ny lalana x. Mandritra izany fotoana izany, raha jerena ny vidiny sy ny lanjan'ny fantsona manontolo, ny haben'ny andriamby dia tsy tokony ho lehibe loatra. Noho izany, ny andriamby dia apetraka voalohany amin'ny 150 mm × 150 mm × 70 mm. Mandritra izany fotoana izany, mba hahazoana antoka fa azo apetraka ao amin'ny rafitra fifantohana ny circuit onja miadana manontolo, ny elanelana misy eo amin'ny andriamby dia apetraka amin'ny 20mm.
Tamin'ny taona 2015, nanolotra sombin-javatra misy lavaka vaovao misy dingana ao anaty rafitra fifantohana magnetika mitovy i Purna Chandra Panda21, izay afaka mampihena bebe kokoa ny haben'ny fivoahan'ny flux mankany amin'ny cathode sy ny saha magnetika mivelatra ateraky ny lavaka misy ny sombin-javatra. Ato amin'ity lahatsoratra ity, dia manampy rafitra misy dingana amin'ny sombin-javatra misy ny rafitra fifantohana izahay. Ny hatevin'ny sombin-javatra misy ny tsorakazo dia napetraka voalohany amin'ny 1.5mm, ny haavony sy ny sakany amin'ireo dingana telo dia 0.5mm, ary ny elanelana misy eo amin'ny lavaka misy ny sombin-javatra misy ny tsorakazo dia 2mm, araka ny aseho amin'ny Sary 13.
Ny Sary 14a dia mampiseho ny fizarana ny saha magnetika axial eo afovoan'ny taratra elektrôna roa. Hita fa mitovy ny herin'ny saha magnetika eo amin'ny taratra elektrôna roa. Ny sandan'ny saha magnetika dia eo amin'ny 6000 Gs eo ho eo, izay in-1.5 heny noho ny saha Brillouin teorika mba hampitomboana ny fahombiazan'ny fandefasana sy ny fifantohana. Mandritra izany fotoana izany, ny saha magnetika eo amin'ny katôda dia saika 0, izay midika fa ny sombin-javatra pôle dia misy fiantraikany tsara amin'ny fisorohana ny fivoahan'ny flux magnetika. Ny Sary 14b dia mampiseho ny fizarana ny saha magnetika transverse amin'ny lalana z eo amin'ny sisiny ambony amin'ny taratra elektrôna roa. Hita fa ny saha magnetika transverse dia latsaky ny 200 Gs eo amin'ny lavaka sombin-javatra pôle ihany, raha ao amin'ny circuit onja miadana kosa, ny saha magnetika transverse dia saika aotra, izay manaporofo fa tsy dia misy fiantraikany firy ny fiantraikan'ny saha magnetika transverse amin'ny taratra elektrôna. Mba hisorohana ny saturation magnetika amin'ny sombin-javatra pôle, dia ilaina ny mandinika ny tanjaky ny saha magnetika ao anatin'ny sombin-javatra pôle. Ny Sary 14c dia mampiseho ny sanda absolute amin'ny fizarana ny saha magnetika ao anatin'ny sombin-javatra pôle. Hita fa ny sanda absolute amin'ny saha magnetika latsaky ny 1.2T ny tanjaka, izay midika fa tsy hitranga ny saturation magnetika amin'ny sombin-tsabatra.
Fizarana tanjaky ny saha andriamby ho an'ny Br = 1.3 T.(a) Fizarana saha axial.(b) Fizarana saha lateral By amin'ny lalana z.(c) Sanda tanteraka amin'ny fizarana saha ao anatin'ny sombin-tsatony.
Mifototra amin'ny môdioly CST PS, ny toerana axial-n'ny basy roa sosona sy ny rafitra fifantohana dia nohatsaraina. Araka ny Ref. 9 sy ny simulations, ny toerana tsara indrindra dia ny toerana mifanindry ny sombin-anode amin'ny sombin-tôla lavitry ny andriamby. Na izany aza, hita fa raha napetraka ho 1.3T ny remanence, dia tsy afaka hahatratra 99% ny fifindran'ny taratra elektrôna. Amin'ny fampitomboana ny remanence ho 1.4 T, dia hitombo ho 6500 Gs ny saha magnetika mifantoka. Ny lalan'ny taratra eo amin'ny fiaramanidina xoz sy yoz dia aseho amin'ny Sary 15. Hita fa manana fifindrana tsara ny taratra, fiovaovana kely, ary halavirana fifindrana mihoatra ny 45mm.
Ny lalan'ny taratra pensilihazo roa sosona eo ambanin'ny rafitra andriamby homogeneous miaraka amin'ny Br = 1.4 T.(a) xoz plane.(b) yoz aircraft.
Ny Sary 16 dia mampiseho ny fizarana mitsivalana amin'ny andry amin'ny toerana samihafa lavitry ny katôda. Hita fa voatazona tsara ny endriky ny fizarana andry ao amin'ny rafitra fifantohana, ary tsy miova firy ny savaivony fizarana. Ny Sary 17 dia mampiseho ny valopy andry amin'ny lalana x sy y. Hita fa kely dia kely ny fiovaovan'ny andry amin'ny lalana roa. Ny Sary 18 dia mampiseho ny valin'ny simulation amin'ny courant andry. Ny valiny dia mampiseho fa eo amin'ny 2 × 80 mA eo ho eo ny courant, izay mifanaraka amin'ny sanda kajy amin'ny famolavolana basy elektrôna.
Fizarana miampita ny taratra elektrôna (miaraka amin'ny rafitra fifantohana) amin'ny toerana samihafa lavitry ny katôda.
Raha jerena ireo olana maro toy ny lesoka amin'ny fivoriambe, ny fiovaovan'ny voltazy, ary ny fiovan'ny tanjaky ny saha magnetika amin'ny fampiharana fanodinana azo ampiharina, dia ilaina ny mandinika ny fahatsapana ny rafitra fifantohana. Satria misy elanelana eo amin'ny sombin-anoda sy ny sombin-tsatony amin'ny fanodinana tena izy, dia mila apetraka amin'ny simulation io elanelana io. Napetraka ho 0.2 mm ny sandan'ny elanelana ary ny Sary 19a dia mampiseho ny valopy taratra sy ny courant taratra amin'ny lalana y. Ity vokatra ity dia mampiseho fa tsy dia misy dikany ny fiovan'ny valopy taratra ary zara raha miova ny courant taratra. Noho izany, tsy mahatsapa ny lesoka amin'ny fivoriambe ny rafitra. Ho an'ny fiovaovan'ny voltazy mitondra, ny elanelan'ny lesoka dia napetraka ho ±0.5 kV. Ny Sary 19b dia mampiseho ny valin'ny fampitahana. Hita fa tsy dia misy fiantraikany amin'ny valopy taratra ny fiovan'ny voltazy. Ny elanelan'ny lesoka dia napetraka manomboka amin'ny -0.02 ka hatramin'ny +0.03 T ho an'ny fiovan'ny tanjaky ny saha magnetika. Ny valin'ny fampitahana dia aseho amin'ny Sary 20. Hita fa zara raha miova ny valopy taratra, izay midika fa ny EOS manontolo dia tsy mahatsapa ny fiovan'ny tanjaky ny saha magnetika.
Ny vokatry ny taratra sy ny fikorianan'ny herinaratra eo ambanin'ny rafitra fifantohana magnetika mitovy. (a) Ny fandeferana amin'ny fivoriambe dia 0.2 mm. (b) Ny fiovaovan'ny voltase mitondra dia ±0.5 kV.
Valopy taratra eo ambanin'ny rafitra fifantohana andriamby mitovy miaraka amin'ny fiovaovan'ny tanjaky ny saha andriamby aksial manomboka amin'ny 0.63 ka hatramin'ny 0.68 T.
Mba hahazoana antoka fa mifanaraka amin'ny HFS ny rafitra fifantohana natao ato amin'ity lahatsoratra ity, dia ilaina ny mampiaraka ny rafitra fifantohana sy ny HFS ho an'ny fikarohana. Ny Sary 21 dia mampiseho ny fampitahana ny valopy misy sy tsy misy HFS. Ny valiny dia mampiseho fa tsy miova firy ny valopy misy rehefa fenoina ny HFS manontolo. Noho izany, ny rafitra fifantohana dia mety amin'ny HFS fantsona onja mandeha amin'ny endrika etsy ambony.
Mba hanamarinana ny fahamarinan'ny EOS natolotra tao amin'ny Fizarana III sy handinihana ny fahombiazan'ny SDV-TWT 220 GHz, dia misy simulation 3D-PIC momba ny fifandraisan'ny taratra amin'ny onja. Noho ny fetran'ny rindrambaiko simulation, dia tsy afaka nanampy ny EOS manontolo tao amin'ny HFS izahay. Noho izany, ny basy elektrôna dia nosoloina velarana mamoaka mitovy amin'ny savaivony 0.13mm ary elanelana eo amin'ny velarana roa 0.31mm, ireo masontsivana mitovy amin'ny basy elektrôna natao etsy ambony. Noho ny tsy fahatsapana sy ny fahamarinan-toerana tsara an'ny EOS, dia azo amboarina tsara ny voltase mitondra mba hahazoana ny hery famoahana tsara indrindra amin'ny simulation PIC. Ny valin'ny simulation dia mampiseho fa ny hery famoahana sy ny tombony mahavoky dia azo alaina amin'ny voltase mitondra 20.6 kV, courant taratra 2 × 80 mA (603 A/cm2), ary hery fidirana 0.05 W.
Mba hahazoana ny famantarana fivoahana tsara indrindra, dia mila hatsaraina ihany koa ny isan'ny tsingerina. Ny hery fivoahana tsara indrindra dia azo rehefa 42 + 48 tsingerina ny isan'ny dingana roa, araka ny aseho amin'ny Sary 22a. Ny famantarana fidirana 0.05 W dia nohamafisina ho 314 W miaraka amin'ny tombony 38 dB. Ny spektrum hery fivoahana azo avy amin'ny Fast Fourier Transform (FFT) dia madio, mahatratra ny fara tampony amin'ny 220 GHz. Ny Sary 22b dia mampiseho ny fizarana toerana axial an'ny angovo elektrôna ao amin'ny SWS, miaraka amin'ny ankamaroan'ny elektrôna very angovo. Ity vokatra ity dia manondro fa ny SDV-SWS dia afaka manova ny angovo kinetika an'ny elektrôna ho famantarana RF, ka mahatratra ny fanamafisana ny famantarana.
Famantarana famoahana SDV-SWS amin'ny 220 GHz. (a) Hery famoahana miaraka amin'ny spectrum tafiditra. (b) Fizarana angovon'ny elektrôna miaraka amin'ny taratra elektrôna amin'ny faran'ny SWS inset.
Ny Sary 23 dia mampiseho ny bandwidth output power sy ny gain an'ny dual-mode dual-beam SDV-TWT. Azo hatsaraina bebe kokoa ny fahombiazan'ny output amin'ny alàlan'ny fampitomboana ny matetika manomboka amin'ny 200 ka hatramin'ny 275 GHz sy ny fanatsarana ny voltase drive. Ity vokatra ity dia mampiseho fa ny bandwidth 3-dB dia afaka mandrakotra 205 ka hatramin'ny 275 GHz, izay midika fa ny fiasan'ny dual-mode dia afaka manitatra be ny bandwidth miasa.
Na izany aza, araka ny Sary 2a, fantatsika fa misy fehikibo fijanonana eo anelanelan'ny fomba hafahafa sy mitovy, izay mety hiteraka fihozongozonana tsy ilaina. Noho izany, mila ianarana ny fahamarinan'ny asa manodidina ny fijanonana. Ny Sary 24a-c dia ny valin'ny simulation 20 ns amin'ny 265.3 GHz, 265.35 GHz, ary 265.4 GHz tsirairay avy. Hita fa na dia misy fiovaovana aza ny valin'ny simulation, dia somary marin-toerana ny hery mivoaka. Aseho amin'ny Sary 24 ihany koa ny spectrum, madio ny spectrum. Ireo valiny ireo dia manondro fa tsy misy fihozongozonana tena eo akaikin'ny stopband.
Ilaina ny fanamboarana sy ny fandrefesana mba hanamarinana ny fahamarinan'ny HFS manontolo. Amin'ity fizarana ity, ny HFS dia amboarina amin'ny alàlan'ny teknolojia fanaraha-maso nomerika amin'ny solosaina (CNC) miaraka amin'ny savaivony fitaovana 0.1 mm ary fahamarinan'ny fanodinana 10 μm. Ny fitaovana ho an'ny rafitra avo lenta dia omen'ny varahina tsy misy oksizenina (OFHC). Ny Sary 25a dia mampiseho ny rafitra namboarina. Ny rafitra manontolo dia manana halavana 66.00 mm, sakany 20.00 mm ary haavony 8.66 mm. Lavaka fantsika valo no miparitaka manodidina ny rafitra. Ny Sary 25b dia mampiseho ny rafitra amin'ny alàlan'ny mikroskopia elektronika scanning (SEM). Ny lelan'ity rafitra ity dia vokarina mitovy ary manana harafesina tsara amin'ny velarana. Rehefa avy nandrefy mazava tsara, ny hadisoana amin'ny fanodinana ankapobeny dia latsaky ny 5%, ary ny harafesina amin'ny velarana dia eo amin'ny 0.4 μm eo ho eo. Ny rafitra fanodinana dia mahafeno ny fepetra takiana amin'ny famolavolana sy ny fahamarinan-toerana.
Ny Sary 26 dia mampiseho ny fampitahana eo amin'ny valin'ny fitsapana tena izy sy ny simulation ny fahombiazan'ny fandefasana. Ny Port 1 sy Port 2 ao amin'ny Sary 26a dia mifanitsy amin'ny port fidirana sy fivoahan'ny HFS, ary mitovy amin'ny Port 1 sy Port 4 ao amin'ny Sary 3. Ny valin'ny fandrefesana tena izy an'ny S11 dia somary tsara kokoa noho ny valin'ny simulation. Mandritra izany fotoana izany, ny valin'ny fandrefesana an'ny S21 dia somary ratsy kokoa. Ny antony dia mety ho avo loatra ny conductivity napetraka ao amin'ny simulation ary ratsy ny roughness surface aorian'ny machining tena izy. Amin'ny ankapobeny, ny valiny fandrefesana dia mifanaraka tsara amin'ny valin'ny simulation, ary ny bandwidth amin'ny fandefasana dia mahafeno ny fepetra takiana 70 GHz, izay manamarina ny mety ho azo atao sy ny fahamarinan'ny dual-mode SDV-TWT natolotra. Noho izany, miaraka amin'ny dingana fanamboarana sy ny valin'ny fitsapana tena izy, ny endrika ultra-broadband dual-beam SDV-TWT natolotra ato amin'ity lahatsoratra ity dia azo ampiasaina amin'ny fanamboarana sy fampiharana manaraka.
Ato amin'ity lahatsoratra ity dia aseho ny famolavolana amin'ny antsipiriany ny SDV-TWT roa-taratra 220 GHz mizara planar. Ny fampifangaroana ny fiasan'ny dual-mode sy ny fientanentanana dual-taratra dia mampitombo bebe kokoa ny bandwidth miasa sy ny herin'ny famoahana. Ny fanamboarana sy ny fitsapana mangatsiaka dia atao ihany koa mba hanamarinana ny fahamarinan'ny HFS manontolo. Ny valin'ny fandrefesana tena izy dia mifanaraka tsara amin'ny valin'ny simulation. Ho an'ny EOS roa-taratra namboarina, ny fizarana saron-tava sy ny elektroda fanaraha-maso dia nampiasaina niaraka mba hamokarana taratra pensilihazo roa. Eo ambanin'ny sehatra magnetika mifantoka mitovy namboarina, ny taratra elektrôna dia azo alefa amin'ny halavirana lavitra miaraka amin'ny endrika tsara. Amin'ny ho avy, ny famokarana sy ny fitsapana ny EOS dia hatao, ary ny fitsapana mafana ny TWT manontolo dia hatao ihany koa. Ity tetika famolavolana SDV-TWT natolotra ato amin'ity lahatsoratra ity dia mampifangaro tanteraka ny teknolojia fanodinana planar efa matotra ankehitriny, ary mampiseho fahafahana lehibe amin'ny tondro fampisehoana sy ny fanodinana ary ny fivoriambe. Noho izany, ity lahatsoratra ity dia mino fa ny rafitra planar no mety ho fironana amin'ny fampandrosoana ny fitaovana elektronika banga amin'ny tarika terahertz.
Ny ankamaroan'ny angon-drakitra manta sy ireo maodely famakafakana ato amin'ity fanadihadiana ity dia tafiditra ato amin'ity lahatsoratra ity. Azo alaina avy amin'ny mpanoratra mifandraika amin'izany ny fampahalalana fanampiny raha ilaina izany.
Gamzina, D. et al. Famokarana CNC amin'ny ambaratonga nano amin'ny elektronika banga sub-terahertz. Fitaovana elektronika IEEE Trans.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. sy Paoloni, C. Fanamboarana mikrô UV-LIGA amin'ny onjampeo ambanin'ny terahertz mampiasa photoresist SU-8 misy sosona maro.J. Micromechanics.Microelectronics.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 apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Famerana mafy ny fiparitahan'ny onja plasmonika amin'ny alàlan'ny waveguides roa sosona miendrika ultra-broadband staggered.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al. Fahombiazan'ny Fanamafisam-peo Fantsona Onja Mivezivezy 220-GHz vita amin'ny Nano CNC. Fitaovana elektronika IEEE Trans.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Fanadihadiana ny tsy fahamarinan'ny diocotron amin'ny taratra elektrôna tsy misy fetra amin'ny fampiasana ny teoria modely ranoka mangatsiaka makroskopika. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV momba ny fahafahana hampitombo ny bandwidth amin'ny alàlan'ny fisehon'ny taratra amin'ny klystron multibeam. Ao amin'ny Fihaonambe Iraisam-pirenena IEEE faha-12 momba ny Elektronika Vacuum, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al. Famolavolana basy elektrôna misy taratra telo miaraka amin'ny fizarana tery amin'ny fiaramanidina mizara taratra ao anaty fantsona onja roa sosona misy lelany mivelatra misy tarika W [J]. Science.Rep. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Rafitra optika elektrôna mizara telo taratra Planar miaraka amin'ny fisarahana taratra tery ho an'ny fomba fototra W-band TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Fikarohana momba ny fantsona onja mifampitohy misy lelany roa miaraka amin'ny taratra onja milimetatra 20-22 (PhD, Oniversiten'i Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Fandinihana ny fahamarinan'ny fifandraisan'ny taratra sy ny onja amin'ny fantsona onja roa sosona misy lelany G. 2018 Fihaonambe Iraisam-pirenena faha-43 momba ny Milimetatra Infrarouge sy ny Onja Terahertz, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).