Grazzi talli żort Nature.com. Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għas-CSS. Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew titfi l-modalità ta' kompatibilità fl-Internet Explorer). Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, se nuru s-sit mingħajr stili u JavaScript.
F'dan id-dokument, huwa ddisinjat u vverifikat tubu tal-mewġa li tivvjaġġa b'żewġ xafra interleaved ta' qawwa għolja broadband ta' 220GHz. L-ewwel, hija proposta struttura ta' mewġa bil-mod b'żewġ xafra mqassma b'żewġ raġġi planari. Bl-użu ta' skema ta' operazzjoni b'modalità doppja, il-prestazzjoni tat-trażmissjoni u l-bandwidth huma kważi d-doppju ta' dawk tal-modalità waħda. It-tieni, sabiex jintlaħqu r-rekwiżiti ta' qawwa għolja tal-ħruġ u titjieb l-istabbiltà tat-tubu tal-mewġa li tivvjaġġa, hija ddisinjata sistema ottika elettronika b'forma ta' lapes doppju, il-vultaġġ tas-sewqan huwa 20~21 kV, u l-kurrent huwa 2 × 80 mA. Għanijiet tad-disinn. Bl-użu tal-parti tal-maskra u l-elettrodu tal-kontroll fil-pistola b'raġġ doppju, iż-żewġ raġġi tal-lapes jistgħu jiġu ffukati tul iċ-ċentri rispettivi tagħhom b'proporzjon ta' kompressjoni ta' 7, id-distanza tal-iffukar hija madwar 0.18mm, u l-istabbiltà hija tajba. Is-sistema uniformi tal-iffukar manjetiku ġiet ottimizzata wkoll. Id-distanza stabbli tat-trażmissjoni tar-raġġ doppju tal-elettroni planari tista' tilħaq 45 mm, u l-kamp manjetiku tal-iffukar huwa 0.6 T, li huwa biżżejjed biex ikopri s-sistema ta' frekwenza għolja (HFS) kollha. Imbagħad, biex jiġi vverifikat il- Fir-rigward tal-użabilità tas-sistema elettron-ottika u l-prestazzjoni tal-istruttura tal-mewġa bil-mod, saru wkoll simulazzjonijiet taċ-ċelluli tal-partiċelli (PIC) fuq l-HFS kollu. Ir-riżultati juru li s-sistema ta' interazzjoni tar-raġġ tista' tikseb qawwa massima ta' ħruġ ta' kważi 310 W f'220 GHz, il-vultaġġ tar-raġġ ottimizzat huwa 20.6 kV, il-kurrent tar-raġġ huwa 2 × 80 mA, il-qligħ huwa 38 dB, u l-bandwidth ta' 3 dB jaqbeż il-35 dB madwar 70 GHz. Fl-aħħarnett, titwettaq fabbrikazzjoni ta' mikrostruttura ta' preċiżjoni għolja biex tiġi vverifikata l-prestazzjoni tal-HFS, u r-riżultati juru li l-karatteristiċi tal-bandwidth u tat-trażmissjoni huma fi qbil tajjeb mar-riżultati tas-simulazzjoni. Għalhekk, l-iskema proposta f'dan id-dokument hija mistennija li tiżviluppa sorsi ta' radjazzjoni ta' terahertz-band ultra-broadband ta' qawwa għolja b'potenzjal għal applikazzjonijiet futuri.
Bħala apparat elettroniku tradizzjonali tal-vakwu, it-tubu tal-mewġa li tivvjaġġa (TWT) għandu rwol insostitwibbli f'ħafna applikazzjonijiet bħal radar b'riżoluzzjoni għolja, sistemi ta' komunikazzjoni bis-satellita, u esplorazzjoni tal-ispazju1,2,3. Madankollu, hekk kif il-frekwenza operattiva tidħol fil-medda tat-terahertz, it-TWT tradizzjonali b'kavità akkoppjata u t-TWT spirali ma setgħux jissodisfaw il-ħtiġijiet tan-nies minħabba qawwa tal-ħruġ relattivament baxxa, bandwidth dejqa, u proċessi ta' manifattura diffiċli. Għalhekk, kif tittejjeb b'mod komprensiv il-prestazzjoni tal-medda THz saret kwistjoni ta' tħassib kbir għal ħafna istituzzjonijiet ta' riċerka xjentifika. Fi snin reċenti, strutturi ġodda ta' mewġa bil-mod (SWSs), bħal strutturi b'xafra doppja mqassma (SDV) u strutturi ta' gwida tal-mewġa mitwija (FW), irċevew attenzjoni estensiva minħabba l-istrutturi planari naturali tagħhom, speċjalment l-SDV-SWSs ġodda b'potenzjal promettenti. Din l-istruttura ġiet proposta minn UC-Davis fl-20084. L-istruttura planari tista' tiġi fabbrikata faċilment permezz ta' tekniki ta' pproċessar mikro-nano bħal kontroll numeriku tal-kompjuter (CNC) u UV-LIGA, l-istruttura tal-pakkett kollu tal-metall tista' tipprovdi kapaċità termali akbar b'ogħla Qawwa u qligħ tal-ħruġ, u l-istruttura simili għal waveguide tista' wkoll tipprovdi bandwidth tax-xogħol usa'. Bħalissa, UC Davis uriet għall-ewwel darba fl-2017 li SDV-TWT jista' jiġġenera outputs ta' qawwa għolja li jaqbżu l-100 W u sinjali ta' bandwidth ta' kważi 14 GHz fil-G-band5. Madankollu, dawn ir-riżultati għad għandhom lakuni li ma jistgħux jissodisfaw ir-rekwiżiti relatati ta' qawwa għolja u bandwidth wiesgħa fil-medda ta' terahertz. Għall-G-band SDV-TWT ta' UC-Davis, intużaw raġġi ta' elettroni tal-folja. Għalkemm din l-iskema tista' ttejjeb b'mod sinifikanti l-kapaċità li ġġorr il-kurrent tar-raġġ, huwa diffiċli li tinżamm distanza twila ta' trasmissjoni minħabba l-instabbiltà tas-sistema ottika tal-elettroni tar-raġġ tal-folja (EOS), u hemm mina tar-raġġ over-mode, li tista' wkoll tikkawża li r-raġġ jirregola lilu nnifsu. – Eċċitazzjoni u oxxillazzjoni 6,7. Sabiex jintlaħqu r-rekwiżiti ta' qawwa għolja tal-ħruġ, bandwidth wiesgħa u stabbiltà tajba ta' THz TWT, f'dan id-dokument qed jiġi propost SDV-SWS b'raġġ doppju b'operazzjoni b'modalità doppja. Jiġifieri, sabiex tiżdied il-bandwidth operattiva, qed jiġi propost u introdott operazzjoni b'modalità doppja f'din l-istruttura. U, sabiex tiżdied il-qawwa tal-ħruġ, tintuża wkoll distribuzzjoni planari ta' raġġi doppji bil-lapes. Ir-radjijiet b'raġġ wieħed bil-lapes huma relattivament żgħar minħabba r-restrizzjonijiet tad-daqs vertikali. Jekk id-densità tal-kurrent hija għolja wisq, il-kurrent tar-raġġ irid jitnaqqas, li jirriżulta f'qawwa tal-ħruġ relattivament baxxa. Biex tittejjeb il-kurrent tar-raġġ, ħarġet EOS multi-raġġ distribwit planari, li tisfrutta d-daqs laterali tal-SWS. Minħabba t-tunnellar indipendenti tar-raġġ, il-multi-raġġ distribwit planari jista' jikseb qawwa għolja tal-ħruġ billi jżomm kurrent totali għoli tar-raġġ u kurrent żgħir għal kull raġġ, li jista' jevita t-tunnellar tar-raġġ overmode meta mqabbel ma' apparati b'raġġ folja. Għalhekk, huwa ta' benefiċċju li tinżamm l-istabbiltà tat-tubu tal-mewġa li tivvjaġġa. Abbażi ta' xogħol preċedenti8,9, dan id-dokument jipproponi kamp manjetiku uniformi tal-G-band Raġġ doppju tal-lapes li jiffoka EOS, li jista' jtejjeb ħafna d-distanza stabbli tat-trażmissjoni tar-raġġ u jżid aktar iż-żona ta' interazzjoni tar-raġġ, u b'hekk itejjeb ħafna l-qawwa tal-ħruġ.
L-istruttura ta' dan id-dokument hija kif ġej. L-ewwel, id-disinn taċ-ċellula SWS bil-parametri, l-analiżi tal-karatteristiċi tad-dispersjoni u r-riżultati tas-simulazzjoni ta' frekwenza għolja huma deskritti. Imbagħad, skont l-istruttura taċ-ċellula unitarja, EOS b'raġġ doppju tal-lapes u sistema ta' interazzjoni tar-raġġ huma ddisinjati f'dan id-dokument. Ir-riżultati tas-simulazzjoni ta' partiċelli intraċellulari huma ppreżentati wkoll biex jivverifikaw l-użabilità tal-EOS u l-prestazzjoni tal-SDV-TWT. Barra minn hekk, id-dokument jippreżenta fil-qosor ir-riżultati tal-fabbrikazzjoni u tat-test tal-kesħa biex jivverifika l-korrettezza tal-HFS kollu. Fl-aħħarnett agħmel sommarju.
Bħala wieħed mill-aktar komponenti importanti tat-TWT, il-proprjetajiet dispersivi tal-istruttura tal-mewġa bil-mod jindikaw jekk il-veloċità tal-elettroni taqbilx mal-veloċità tal-fażi tal-SWS, u għalhekk għandha influwenza kbira fuq l-interazzjoni bejn ir-raġġ u l-mewġa. Biex tittejjeb il-prestazzjoni tat-TWT kollu, hija ddisinjata struttura ta' interazzjoni mtejba. L-istruttura taċ-ċellula tal-unità hija murija fil-Figura 1. Meta wieħed iqis l-instabbiltà tar-raġġ tal-folja u l-limitazzjoni tal-qawwa tar-raġġ tal-pinna waħda, l-istruttura tadotta raġġ tal-pinna doppja biex ittejjeb aktar il-qawwa tal-ħruġ u l-istabbiltà tat-tħaddim. Sadanittant, sabiex tiżdied il-bandwidth tax-xogħol, ġiet proposta modalità doppja biex topera l-SWS. Minħabba s-simetrija tal-istruttura SDV, is-soluzzjoni tal-ekwazzjoni tat-tixrid tal-kamp elettromanjetiku tista' tinqasam f'modi fard u pari. Fl-istess ħin, il-mod fundamentali fard tal-medda ta' frekwenza baxxa u l-mod fundamentali pari tal-medda ta' frekwenza għolja jintużaw biex jirrealizzaw is-sinkronizzazzjoni tal-broadband tal-interazzjoni tar-raġġ, u b'hekk itejbu aktar il-bandwidth tax-xogħol.
Skont ir-rekwiżiti tal-enerġija, it-tubu kollu huwa ddisinjat b'vultaġġ tas-sewqan ta' 20 kV u kurrent ta' raġġ doppju ta' 2 × 80 mA. Sabiex inqabblu l-vultaġġ kemm jista' jkun mal-bandwidth operattiva tal-SDV-SWS, irridu nikkalkulaw it-tul tal-perjodu p. Ir-relazzjoni bejn il-vultaġġ tar-raġġ u l-perjodu hija murija fl-ekwazzjoni (1)10:
Billi tissettja l-ispostament tal-fażi għal 2.5π fil-frekwenza ċentrali ta' 220 GHz, il-perjodu p jista' jiġi kkalkulat li huwa 0.46 mm. Il-Figura 2a turi l-proprjetajiet ta' dispersjoni taċ-ċellula tal-unità SWS. Il-linja tar-raġġ ta' 20 kV taqbel tajjeb ħafna mal-kurva bimodali. Il-meded ta' frekwenza li jaqblu jistgħu jilħqu madwar 70 GHz fil-firxiet ta' 210–265.3 GHz (modalità fard) u 265.4–280 GHz (modalità par). Il-Figura 2b turi l-impedenza medja tal-akkoppjar, li hija akbar minn 0.6 Ω minn 210 sa 290 GHz, li tindika li jistgħu jseħħu interazzjonijiet qawwija fil-bandwidth operattiva.
(a) Karatteristiċi ta' dispersjoni ta' SDV-SWS b'modalità doppja b'linja ta' raġġ ta' elettroni ta' 20 kV. (b) Impedenza ta' interazzjoni taċ-ċirkwit SDV b'mewġa bil-mod.
Madankollu, huwa importanti li wieħed jinnota li hemm medda ta' frekwenza bejn il-modi par u fard, u ġeneralment nirreferu għal din il-medda ta' frekwenza bħala l-medda ta' waqfien, kif muri fil-Figura 2a. Jekk it-TWT jitħaddem ħdejn din il-medda ta' frekwenza, tista' sseħħ saħħa qawwija ta' akkoppjar tar-raġġ, li twassal għal oxxillazzjonijiet mhux mixtieqa. F'applikazzjonijiet prattiċi, ġeneralment nevitaw li nużaw TWT ħdejn il-medda ta' waqfien. Madankollu, jista' jidher li l-medda ta' frekwenza ta' din l-istruttura ta' mewġa bil-mod hija biss 0.1 GHz. Huwa diffiċli li jiġi ddeterminat jekk din il-medda ta' frekwenza żgħira tikkawżax oxxillazzjonijiet. Għalhekk, l-istabbiltà tat-tħaddim madwar il-medda ta' waqfien se tiġi investigata fit-taqsima tas-simulazzjoni PIC li ġejja biex jiġi analizzat jekk jistgħux iseħħu oxxillazzjonijiet mhux mixtieqa.
Il-mudell tal-HFS kollu jidher fil-Figura 3. Jikkonsisti f'żewġ stadji ta' SDV-SWS, konnessi permezz ta' rifletturi Bragg. Il-funzjoni tar-riflettur hija li jaqta' t-trażmissjoni tas-sinjal bejn iż-żewġ stadji, jrażżan l-oxxillazzjoni u r-riflessjoni ta' modi li ma jaħdmux bħal modi ta' ordni għolja ġġenerati bejn ix-xfafar ta' fuq u ta' isfel, u b'hekk itejjeb ħafna l-istabbiltà tat-tubu kollu. Għall-konnessjoni mal-ambjent estern, jintuża wkoll coupler lineari koniku biex jgħaqqad l-SWS ma' waveguide standard WR-4. Il-koeffiċjent tat-trażmissjoni tal-istruttura b'żewġ livelli jitkejjel minn solver tad-dominju tal-ħin fis-softwer tas-simulazzjoni 3D. Meta wieħed iqis l-effett attwali tal-medda tat-terahertz fuq il-materjal, il-materjal tal-pakkett tal-vakwu huwa inizjalment issettjat għar-ram, u l-konduttività titnaqqas għal 2.25 × 107 S/m12.
Il-Figura 4 turi r-riżultati tat-trażmissjoni għall-HFS b'akkoppjaturi lineari koniċi u mingħajrhom. Ir-riżultati juru li l-akkoppjatur għandu ftit effett fuq il-prestazzjoni tat-trażmissjoni tal-HFS kollu. It-telf tar-ritorn (S11 < − 10 dB) u t-telf tal-inserzjoni (S21 > − 5 dB) tas-sistema kollha fil-broadband ta' 207~280 GHz juru li l-HFS għandu karatteristiċi tajbin tat-trażmissjoni.
Bħala l-provvista tal-enerġija ta' apparati elettroniċi bil-vakwu, il-kanun tal-elettroni jiddetermina direttament jekk l-apparat jistax jiġġenera biżżejjed qawwa tal-ħruġ. Flimkien mal-analiżi tal-HFS fit-Taqsima II, EOS b'raġġ doppju jeħtieġ li jiġi ddisinjat biex jipprovdi qawwa suffiċjenti. F'din il-parti, ibbażat fuq xogħol preċedenti fil-W-band8,9, kanun tal-elettroni b'lapes doppju huwa ddisinjat bl-użu ta' parti ta' maskra planari u elettrodi ta' kontroll. L-ewwel, skont ir-rekwiżiti tad-disinn tal-SWS fit-Taqsima. Kif muri fil-FIG. 2, il-vultaġġ tas-sewqan Ua tar-raġġi tal-elettroni huwa inizjalment issettjat għal 20 kV, il-kurrenti I taż-żewġ raġġi tal-elettroni huma t-tnejn 80 mA, u d-dijametru tar-raġġ dw tar-raġġi tal-elettroni huwa 0.13 mm. Fl-istess ħin, sabiex jiġi żgurat li d-densità tal-kurrent tar-raġġ tal-elettroni u l-katodu tista' tinkiseb, il-proporzjon tal-kompressjoni tar-raġġ tal-elettroni huwa ssettjat għal 7, għalhekk id-densità tal-kurrent tar-raġġ tal-elettroni hija 603 A/cm2, u d-densità tal-kurrent tal-katodu hija 86 A/cm2, li tista' tinkiseb billi Dan jinkiseb bl-użu ta' materjali katodiċi ġodda. Skont it-teorija tad-disinn 14, 15, 16, 17, pistola elettronika Pierce tipika tista' tiġi identifikata b'mod uniku.
Il-Figura 5 turi d-dijagrammi skematiċi orizzontali u vertikali tal-kanun, rispettivament. Jidher li l-profil tal-kanun tal-elettroni fid-direzzjoni x huwa kważi identiku għal dak ta' kanun tal-elettroni tipiku f'forma ta' folja, filwaqt li fid-direzzjoni y iż-żewġ raġġi tal-elettroni huma parzjalment separati mill-maskra. Il-pożizzjonijiet taż-żewġ katodi huma f'x = – 0.155 mm, y = 0 mm u x = 0.155 mm, y = 0 mm, rispettivament. Skont ir-rekwiżiti tad-disinn tal-proporzjon tal-kompressjoni u d-daqs tal-injezzjoni tal-elettroni, id-dimensjonijiet taż-żewġ uċuħ tal-katodu huma determinati li huma 0.91 mm × 0.13 mm.
Sabiex il-kamp elettriku ffukat riċevut minn kull raġġ ta' elettroni fid-direzzjoni x ikun simmetriku madwar iċ-ċentru tiegħu stess, dan id-dokument japplika elettrodu ta' kontroll mal-kanun tal-elettroni. Billi nissettjaw il-vultaġġ tal-elettrodu tal-iffukar u l-elettrodu ta' kontroll għal −20 kV, u l-vultaġġ tal-anodu għal 0 V, nistgħu niksbu d-distribuzzjoni tat-trajettorja tal-kanun b'raġġ doppju, kif muri fil-Fig. 6. Jista' jidher li l-elettroni emessi għandhom kompressibilità tajba fid-direzzjoni y, u kull raġġ ta' elettroni jikkonverġi lejn id-direzzjoni x tul iċ-ċentru ta' simmetrija tiegħu stess, li jindika li l-elettrodu ta' kontroll jibbilanċja l-kamp elettriku mhux ugwali ġġenerat mill-elettrodu tal-iffukar.
Il-Figura 7 turi l-envelopp tar-raġġ fid-direzzjonijiet x u y. Ir-riżultati juru li d-distanza tal-projezzjoni tar-raġġ tal-elettroni fid-direzzjoni x hija differenti minn dik fid-direzzjoni y. Id-distanza tat-tfigħ fid-direzzjoni x hija madwar 4mm, u d-distanza tat-tfigħ fid-direzzjoni y hija qrib is-7mm. Għalhekk, id-distanza attwali tat-tfigħ għandha tintgħażel bejn 4 u 7 mm. Il-Figura 8 turi s-sezzjoni trasversali tar-raġġ tal-elettroni f'4.6 mm mill-wiċċ tal-katodu. Nistgħu naraw li l-forma tas-sezzjoni trasversali hija l-eqreb ta' raġġ ċirkolari standard tal-elettroni. Id-distanza bejn iż-żewġ raġġi tal-elettroni hija qrib id-disinn ta' 0.31 mm, u r-raġġ huwa madwar 0.13 mm, li jissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn. Il-Figura 9 turi r-riżultati tas-simulazzjoni tal-kurrent tar-raġġ. Jista' jidher li ż-żewġ kurrenti tar-raġġ huma 76mA, li huwa fi qbil tajjeb mat-80mA ddisinjat.
Meta wieħed iqis il-varjazzjoni tal-vultaġġ tas-sewqan f'applikazzjonijiet prattiċi, huwa meħtieġ li tiġi studjata s-sensittività tal-vultaġġ ta' dan il-mudell. Fil-medda tal-vultaġġ ta' 19.8 ~ 20.6 kV, jinkisbu l-envelops tal-kurrent u tal-kurrent tar-raġġ, kif muri fil-Figura 1 u l-Figura 1.10 u 11. Mir-riżultati, jista' jidher li l-bidla fil-vultaġġ tas-sewqan m'għandha l-ebda effett fuq l-envelop tar-raġġ tal-elettroni, u l-kurrent tar-raġġ tal-elettroni jinbidel biss minn 0.74 għal 0.78 A. Għalhekk, jista' jiġi kkunsidrat li l-kanun tal-elettroni ddisinjat f'dan id-dokument għandu sensittività tajba għall-vultaġġ.
L-effett tal-varjazzjonijiet fil-vultaġġ tas-sewqan fuq l-envelops tar-raġġ fid-direzzjoni x u y.
Kamp ta' ffukar manjetiku uniformi huwa sistema komuni ta' ffukar b'kalamita permanenti. Minħabba d-distribuzzjoni uniformi tal-kamp manjetiku fil-kanal tar-raġġ kollu, huwa adattat ħafna għal raġġi elettroniċi assisimetriċi. F'din it-taqsima, hija proposta sistema ta' ffukar manjetiku uniformi biex tinżamm it-trażmissjoni fuq distanza twila ta' raġġi doppji b'lapes. Billi jiġi analizzat il-kamp manjetiku ġġenerat u l-envelopp tar-raġġ, hija proposta l-iskema tad-disinn tas-sistema ta' ffukar, u l-problema tas-sensittività hija studjata. Skont it-teorija tat-trażmissjoni stabbli ta' raġġ wieħed b'lapes18,19, il-valur tal-kamp manjetiku Brillouin jista' jiġi kkalkulat bl-ekwazzjoni (2). F'dan id-dokument, nużaw ukoll din l-ekwivalenza biex nistmaw il-kamp manjetiku ta' raġġ doppju b'lapes imqassam lateralment. Flimkien mal-kanun tal-elettroni ddisinjat f'dan id-dokument, il-valur tal-kamp manjetiku kkalkulat huwa ta' madwar 4000 Gs. Skont ir-Ref. 20, ġeneralment jintgħażel 1.5-2 darbiet il-valur kkalkulat f'disinji prattiċi.
Il-Figura 12 turi l-istruttura ta' sistema ta' kamp manjetiku uniformi li jiffoka. Il-parti blu hija l-kalamita permanenti manjetizzata fid-direzzjoni assjali. L-għażla tal-materjal hija NdFeB jew FeCoNi. Ir-remanenza Br issettjata fil-mudell ta' simulazzjoni hija 1.3 T u l-permeabilità hija 1.05. Sabiex tiġi żgurata t-trażmissjoni stabbli tar-raġġ fiċ-ċirkwit kollu, it-tul tal-kalamita huwa inizjalment issettjat għal 70 mm. Barra minn hekk, id-daqs tal-kalamita fid-direzzjoni x jiddetermina jekk il-kamp manjetiku trasversali fil-kanal tar-raġġ huwiex uniformi, li jirrikjedi li d-daqs fid-direzzjoni x ma jistax ikun żgħir wisq. Fl-istess ħin, meta wieħed iqis l-ispiża u l-piż tat-tubu kollu, id-daqs tal-kalamita m'għandux ikun kbir wisq. Għalhekk, il-kalamiti huma inizjalment issettjati għal 150 mm × 150 mm × 70 mm. Sadanittant, biex jiġi żgurat li ċ-ċirkwit kollu tal-mewġa bil-mod jista' jitqiegħed fis-sistema ta' ffukar, id-distanza bejn il-kalamiti hija ssettjata għal 20 mm.
Fl-2015, Purna Chandra Panda21 ippropona biċċa polari b'toqba ġdida mtarrġa f'sistema uniformi ta' ffukar manjetiku, li tista' tnaqqas aktar il-kobor tat-tnixxija tal-fluss lejn il-katodu u l-kamp manjetiku trasversali ġġenerat fit-toqba tal-biċċa polari. F'dan id-dokument, inżidu struttura mtarrġa mal-biċċa polari tas-sistema ta' ffukar. Il-ħxuna tal-biċċa polari hija inizjalment issettjata għal 1.5mm, l-għoli u l-wisa' tat-tliet passi huma 0.5mm, u d-distanza bejn it-toqob tal-biċċa polari hija 2mm, kif muri fil-Figura 13.
Il-Figura 14a turi d-distribuzzjoni tal-kamp manjetiku assjali tul il-linji ċentrali taż-żewġ raġġi tal-elettroni. Jista' jidher li l-forzi tal-kamp manjetiku tul iż-żewġ raġġi tal-elettroni huma ugwali. Il-valur tal-kamp manjetiku huwa madwar 6000 Gs, li huwa 1.5 darbiet il-kamp teoretiku ta' Brillouin biex tiżdied il-prestazzjoni tat-trażmissjoni u l-iffukar. Fl-istess ħin, il-kamp manjetiku fil-katodu huwa kważi 0, li jindika li l-biċċa tal-pol għandu effett tajjeb fuq il-prevenzjoni tat-tnixxija tal-fluss manjetiku. Il-Figura 14b turi d-distribuzzjoni tal-kamp manjetiku trasversali By fid-direzzjoni z fit-tarf ta' fuq taż-żewġ raġġi tal-elettroni. Jista' jidher li l-kamp manjetiku trasversali huwa inqas minn 200 Gs biss fit-toqba tal-biċċa tal-pol, filwaqt li fiċ-ċirkwit tal-mewġa bil-mod, il-kamp manjetiku trasversali huwa kważi żero, li juri li l-influwenza tal-kamp manjetiku trasversali fuq ir-raġġ tal-elettroni hija negliġibbli. Biex tiġi evitata s-saturazzjoni manjetika tal-biċċiet tal-pol, huwa meħtieġ li tiġi studjata s-saħħa tal-kamp manjetiku ġewwa l-biċċiet tal-pol. Il-Figura 14c turi l-valur assolut tad-distribuzzjoni tal-kamp manjetiku ġewwa l-biċċa tal-pol. Jista' jidher li l-valur assolut tas-saħħa tal-kamp manjetiku huwa inqas minn 1.2T, li jindika li s-saturazzjoni manjetika tal-biċċa tal-pol mhux se sseħħ.
Distribuzzjoni tas-saħħa tal-kamp manjetiku għal Br = 1.3 T.(a) Distribuzzjoni tal-kamp assjali.(b) Distribuzzjoni laterali tal-kamp By fid-direzzjoni z.(c) Valur assolut tad-distribuzzjoni tal-kamp fil-biċċa tal-pol.
Abbażi tal-modulu CST PS, il-pożizzjoni relattiva assjali tal-kanun b'raġġ doppju u s-sistema ta' ffukar hija ottimizzata. Skont ir-Ref. 9 u s-simulazzjonijiet, il-post ottimali huwa fejn il-biċċa tal-anodu tirkeb fuq il-biċċa tal-pol 'il bogħod mill-kalamita. Madankollu, instab li jekk ir-remanenza kienet issettjata għal 1.3T, it-trażmittanza tar-raġġ tal-elettroni ma setgħetx tilħaq id-99%. Billi tiżdied ir-remanenza għal 1.4 T, il-kamp manjetiku tal-ffukar jiżdied għal 6500 Gs. It-trajettorji tar-raġġ fuq il-pjani xoz u yoz huma murija fil-Figura 15. Jista' jidher li r-raġġ għandu trasmissjoni tajba, varjazzjoni żgħira, u distanza ta' trasmissjoni akbar minn 45mm.
Trajettorji ta' raġġi doppji tal-lapes taħt sistema manjetika omoġenja b'Br = 1.4 T.(a) pjan xoz.(b) ajruplan yoz.
Il-Figura 16 turi s-sezzjoni trasversali tar-raġġ f'pożizzjonijiet differenti 'l bogħod mill-katodu. Jista' jidher li l-forma tas-sezzjoni tar-raġġ fis-sistema ta' ffukar hija miżmuma tajjeb, u d-dijametru tas-sezzjoni ma jinbidilx ħafna. Il-Figura 17 turi l-envelops tar-raġġ fid-direzzjonijiet x u y, rispettivament. Jista' jidher li l-varjazzjoni tar-raġġ fiż-żewġ direzzjonijiet hija żgħira ħafna. Il-Figura 18 turi r-riżultati tas-simulazzjoni tal-kurrent tar-raġġ. Ir-riżultati juru li l-kurrent huwa madwar 2 × 80 mA, li huwa konsistenti mal-valur ikkalkulat fid-disinn tal-kanun tal-elettroni.
Sezzjoni trasversali tar-raġġ tal-elettroni (bis-sistema ta' ffukar) f'pożizzjonijiet differenti 'l bogħod mill-katodu.
Meta wieħed iqis serje ta' problemi bħal żbalji fl-assemblaġġ, varjazzjonijiet fil-vultaġġ, u bidliet fis-saħħa tal-kamp manjetiku f'applikazzjonijiet prattiċi tal-ipproċessar, huwa meħtieġ li tiġi analizzata s-sensittività tas-sistema ta' ffukar. Minħabba li hemm vojt bejn il-biċċa tal-anodu u l-biċċa tal-pol fl-ipproċessar attwali, dan il-vojt jeħtieġ li jiġi ssettjat fis-simulazzjoni. Il-valur tal-vojt ġie ssettjat għal 0.2 mm u l-Figura 19a turi l-pakkett tar-raġġ u l-kurrent tar-raġġ fid-direzzjoni y. Dan ir-riżultat juri li l-bidla fil-pakkett tar-raġġ mhijiex sinifikanti u l-kurrent tar-raġġ bilkemm jinbidel. Għalhekk, is-sistema mhijiex sensittiva għall-iżbalji tal-assemblaġġ. Għall-varjazzjoni tal-vultaġġ tas-sewqan, il-medda ta' żball hija ssettjata għal ±0.5 kV. Il-Figura 19b turi r-riżultati tat-tqabbil. Jista' jidher li l-bidla fil-vultaġġ għandha ftit effett fuq il-pakkett tar-raġġ. Il-medda ta' żball hija ssettjata minn -0.02 sa +0.03 T għal bidliet fis-saħħa tal-kamp manjetiku. Ir-riżultati tat-tqabbil huma murija fil-Figura 20. Jista' jidher li l-pakkett tar-raġġ bilkemm jinbidel, li jfisser li l-EOS kollu mhuwiex sensittiv għall-bidliet fis-saħħa tal-kamp manjetiku.
L-envelopp tar-raġġ u r-riżultati tal-kurrent taħt sistema uniformi ta' ffukar manjetiku. (a) It-tolleranza tal-assemblaġġ hija ta' 0.2 mm. (b) Il-varjazzjoni fil-vultaġġ tas-sewqan hija ta' ±0.5 kV.
Envelopp tar-raġġ taħt sistema uniformi ta' ffukar manjetiku b'varjazzjonijiet tas-saħħa tal-kamp manjetiku assjali li jvarjaw minn 0.63 sa 0.68 T.
Sabiex jiġi żgurat li s-sistema ta' ffukar iddisinjata f'dan id-dokument tkun tista' taqbel mal-HFS, huwa neċessarju li s-sistema ta' ffukar u l-HFS jiġu kkombinati għar-riċerka. Il-Figura 21 turi paragun tal-envelops tar-raġġ bl-HFS mgħobbi u mingħajru. Ir-riżultati juru li l-envelop tar-raġġ ma jinbidilx ħafna meta l-HFS kollu jkun mgħobbi. Għalhekk, is-sistema ta' ffukar hija adattata għat-tubu tal-mewġa li tivvjaġġa HFS tad-disinn ta' hawn fuq.
Biex tiġi vverifikata l-korrettezza tal-EOS proposta fit-Taqsima III u tiġi investigata l-prestazzjoni tal-SDV-TWT ta' 220 GHz, titwettaq simulazzjoni 3D-PIC tal-interazzjoni bejn ir-raġġ u l-mewġa. Minħabba limitazzjonijiet tas-softwer tas-simulazzjoni, ma stajniex inżidu l-EOS kollha mal-HFS. Għalhekk, il-kanun tal-elettroni ġie sostitwit b'wiċċ emittent ekwivalenti b'dijametru ta' 0.13mm u distanza bejn iż-żewġ uċuħ ta' 0.31mm, l-istess parametri bħall-kanun tal-elettroni ddisinjat hawn fuq. Minħabba n-nuqqas ta' sensittività u l-istabbiltà tajba tal-EOS, il-vultaġġ tas-sewqan jista' jiġi ottimizzat kif suppost biex tinkiseb l-aħjar qawwa tal-ħruġ fis-simulazzjoni PIC. Ir-riżultati tas-simulazzjoni juru li l-qawwa saturata tal-ħruġ u l-qligħ jistgħu jinkisbu b'vultaġġ tas-sewqan ta' 20.6 kV, kurrent tar-raġġ ta' 2 × 80 mA (603 A/cm2), u qawwa tad-dħul ta' 0.05 W.
Sabiex jinkiseb l-aħjar sinjal tal-ħruġ, in-numru ta' ċikli jeħtieġ ukoll li jiġi ottimizzat. L-aħjar qawwa tal-ħruġ tinkiseb meta n-numru ta' żewġ stadji jkun 42 + 48 ċiklu, kif muri fil-Figura 22a. Sinjal tad-dħul ta' 0.05 W jiġi amplifikat għal 314 W b'qligħ ta' 38 dB. L-ispettru tal-qawwa tal-ħruġ miksub permezz tat-Trasformazzjoni Fast Fourier (FFT) huwa pur, u jilħaq il-quċċata ta' 220 GHz. Il-Figura 22b turi d-distribuzzjoni tal-pożizzjoni assjali tal-enerġija tal-elettroni fl-SWS, bil-biċċa l-kbira tal-elettroni jitilfu l-enerġija. Dan ir-riżultat jindika li l-SDV-SWS jista' jikkonverti l-enerġija kinetika tal-elettroni f'sinjali RF, u b'hekk jirrealizza amplifikazzjoni tas-sinjal.
Sinjal tal-ħruġ SDV-SWS f'220 GHz. (a) Qawwa tal-ħruġ bl-ispettru inkluż. (b) Distribuzzjoni tal-enerġija tal-elettroni bir-raġġ tal-elettroni fit-tarf tal-inserzjoni SWS.
Il-Figura 23 turi l-bandwidth tal-qawwa tal-ħruġ u l-qligħ ta' SDV-TWT b'raġġ doppju b'modalità doppja. Il-prestazzjoni tal-ħruġ tista' tittejjeb aktar billi l-frekwenzi jinbidlu minn 200 sa 275 GHz u jiġi ottimizzat il-vultaġġ tas-sewqan. Dan ir-riżultat juri li l-bandwidth ta' 3-dB jista' jkopri minn 205 sa 275 GHz, li jfisser li t-tħaddim b'modalità doppja jista' jwessa' ħafna l-bandwidth operattiv.
Madankollu, skont il-Fig. 2a, nafu li hemm faxxa ta' waqfien bejn il-modi par u fard, li tista' twassal għal oxxillazzjonijiet mhux mixtieqa. Għalhekk, l-istabbiltà tax-xogħol madwar il-waqfiet teħtieġ li tiġi studjata. Il-Figuri 24a-c huma r-riżultati tas-simulazzjoni ta' 20 ns f'265.3 GHz, 265.35 GHz, u 265.4 GHz, rispettivament. Jista' jidher li għalkemm ir-riżultati tas-simulazzjoni għandhom xi varjazzjonijiet, il-qawwa tal-ħruġ hija relattivament stabbli. L-ispettru huwa muri wkoll fil-Figura 24 rispettivament, l-ispettru huwa pur. Dawn ir-riżultati jindikaw li m'hemm l-ebda awto-oxxillazzjoni ħdejn il-faxxa ta' waqfien.
Il-fabbrikazzjoni u l-kejl huma meħtieġa biex tiġi vverifikata l-korrettezza tal-HFS kollu. F'din il-parti, l-HFS huwa fabbrikat bl-użu tat-teknoloġija tal-kontroll numeriku tal-kompjuter (CNC) b'dijametru tal-għodda ta' 0.1 mm u preċiżjoni tal-magni ta' 10 μm. Il-materjal għall-istruttura ta' frekwenza għolja huwa pprovdut minn ram b'konduttività għolja mingħajr ossiġnu (OFHC). Il-Figura 25a turi l-istruttura fabbrikata. L-istruttura kollha għandha tul ta' 66.00 mm, wisa' ta' 20.00 mm u għoli ta' 8.66 mm. Tmien toqob tal-brilli huma mqassma madwar l-istruttura. Il-Figura 25b turi l-istruttura permezz ta' mikroskopija elettronika tal-iskannjar (SEM). Ix-xfafar ta' din l-istruttura huma prodotti b'mod uniformi u għandhom ħruxija tajba tal-wiċċ. Wara kejl preċiż, l-iżball ġenerali tal-magni huwa inqas minn 5%, u l-ħruxija tal-wiċċ hija madwar 0.4 μm. L-istruttura tal-magni tissodisfa r-rekwiżiti tad-disinn u l-preċiżjoni.
Il-Figura 26 turi t-tqabbil bejn ir-riżultati attwali tat-test u s-simulazzjonijiet tal-prestazzjoni tat-trażmissjoni. Il-Port 1 u l-Port 2 fil-Figura 26a jikkorrispondu għall-portijiet tad-dħul u tal-ħruġ tal-HFS, rispettivament, u huma ekwivalenti għall-Port 1 u l-Port 4 fil-Figura 3. Ir-riżultati attwali tal-kejl ta' S11 huma kemxejn aħjar mir-riżultati tas-simulazzjoni. Fl-istess ħin, ir-riżultati mkejla tal-S21 huma kemxejn agħar. Ir-raġuni tista' tkun li l-konduttività tal-materjal issettjata fis-simulazzjoni hija għolja wisq u l-ħruxija tal-wiċċ wara l-magni attwali hija fqira. B'mod ġenerali, ir-riżultati mkejla huma fi qbil tajjeb mar-riżultati tas-simulazzjoni, u l-bandwidth tat-trażmissjoni tissodisfa r-rekwiżit ta' 70 GHz, li jivverifika l-fattibbiltà u l-korrettezza tal-SDV-TWT dual-mode propost. Għalhekk, flimkien mal-proċess ta' fabbrikazzjoni attwali u r-riżultati tat-test, id-disinn SDV-TWT dual-beam ultra-broadband propost f'dan id-dokument jista' jintuża għal fabbrikazzjoni u applikazzjonijiet sussegwenti.
F'dan id-dokument, qed jiġi ppreżentat disinn dettaljat ta' SDV-TWT b'distribuzzjoni planari ta' 220 GHz b'raġġ doppju. Il-kombinazzjoni ta' tħaddim b'modalità doppja u eċċitazzjoni b'raġġ doppju żżid aktar il-bandwidth operattiv u l-qawwa tal-ħruġ. Il-fabbrikazzjoni u t-test kiesaħ jitwettqu wkoll biex jivverifikaw il-korrettezza tal-HFS kollu. Ir-riżultati attwali tal-kejl huma fi qbil tajjeb mar-riżultati tas-simulazzjoni. Għall-EOS b'żewġ raġġi ddisinjat, intużaw sezzjoni tal-maskra u elettrodi tal-kontroll flimkien biex jipproduċu raġġ b'żewġ lapsijiet. Taħt il-kamp manjetiku b'fokus uniformi ddisinjat, ir-raġġ tal-elettroni jista' jiġi trasmess b'mod stabbli fuq distanzi twal b'forma tajba. Fil-futur, se jitwettqu l-produzzjoni u l-ittestjar tal-EOS, u se jitwettaq ukoll it-test termali tat-TWT kollu. Din l-iskema ta' disinn SDV-TWT proposta f'dan id-dokument tgħaqqad bis-sħiħ it-teknoloġija attwali tal-ipproċessar tal-pjan matur, u turi potenzjal kbir fl-indikaturi tal-prestazzjoni u l-ipproċessar u l-assemblaġġ. Għalhekk, dan id-dokument jemmen li l-istruttura planari x'aktarx li ssir ix-xejra ta' żvilupp ta' apparati elettroniċi bil-vakwu fil-medda tat-terahertz.
Il-biċċa l-kbira tad-dejta mhux ipproċessata u l-mudelli analitiċi f'dan l-istudju ġew inklużi f'dan id-dokument. Aktar informazzjoni rilevanti tista' tinkiseb mingħand l-awtur korrispondenti fuq talba raġonevoli.
Gamzina, D. et al. Makkinar CNC fuq skala nanometrika ta' elettronika tal-vakwu sub-terahertz. Apparati transelettroniċi IEEE. 63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. u Paoloni, C. Mikrofabbrikazzjoni UV-LIGA ta' gwidi tal-mewġ sub-terahertz bl-użu ta' fotoreżist SU-8 b'ħafna saffi. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al. Pjan direzzjonali tat-teknoloġija THz tal-2017. J. Physics. D biex tapplika. physics. 50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Konfinament qawwi tal-propagazzjoni tal-mewġa plażmonika permezz ta' waveguides double-grating imqassma b'banda ultra-wiesgħa.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al. Prestazzjoni ta' Amplifikatur ta' Tubu ta' Mewġa Jivvjaġġa ta' 220-GHz Magħmul bin-Nano CNC. Apparati Transelettroniċi tal-IEEE. 64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Investigazzjoni tal-instabbiltà tad-diocotron ta' raġġi ta' elettroni b'folji infinitament wesgħin bl-użu tat-teorija makroskopika tal-mudell tal-fluwidu kiesaħ. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV dwar l-opportunità li tiżdied il-bandwidth permezz tat-tqassim planari tar-raġġ fi klystron b'ħafna raġġi. Fit-12-il Konferenza Internazzjonali tal-IEEE dwar l-Elettronika tal-Vakwu, Bangalore, l-Indja, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ et al. Disinn ta' kanuni elettroniċi bi tliet raġġi b'distribuzzjoni ta' pjan ta' qsim tar-raġġ dejjaq f'tubu ta' mewġa li tivvjaġġa b'żewġ xafriet imqassma f'medda 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 Sistema ottika elettronika bi tliet raġġi mqassma planari b'separazzjoni dejqa tar-raġġi għal TWT fil-modalità fundamentali tal-medda W. IEEE Trans.electronic devices. 68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Riċerka dwar Tubu tal-Mewġa Jivvjaġġa b'Xafra Doppja Interleaved b'Raġġi ta' Mewġa Millimetrika 20-22 (PhD, Università ta' Beihang, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Studju dwar l-istabbiltà tal-interazzjoni bejn ir-raġġ u l-mewġa ta' tubu tal-mewġa li tivvjaġġa b'żewġ xafrin interleaved b'medda G. It-43 Konferenza Internazzjonali tal-2018 dwar il-Mewġ Millimetru Infra-aħmar u t-Terahertz, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).