د Nature.com د لیدنې لپاره مننه. هغه براوزر نسخه چې تاسو یې کاروئ د CSS لپاره محدود ملاتړ لري. د غوره تجربې لپاره، موږ سپارښتنه کوو چې تاسو یو تازه شوی براوزر وکاروئ (یا په انټرنیټ اکسپلورر کې د مطابقت حالت بند کړئ). په ورته وخت کې، د دوامداره ملاتړ ډاډ ترلاسه کولو لپاره، موږ به سایټ پرته له سټایلونو او جاواسکریپټ څخه وښیو.
په دې مقاله کې، د 220GHz براډبنډ لوړ ځواک انټرلیوډ ډبل بلیډ سفري څپې ټیوب ډیزاین او تایید شوی. لومړی، د پلانر ډبل بیم سټیګرډ ډبل بلیډ سست څپې جوړښت وړاندیز شوی. د دوه ګوني حالت عملیاتي سکیم په کارولو سره، د لیږد فعالیت او بینډ ویت د واحد حالت په پرتله نږدې دوه چنده دی. دوهم، د لوړ تولید بریښنا اړتیاو پوره کولو او د سفري څپې ټیوب ثبات ښه کولو لپاره، د دوه ګوني پنسل په شکل بریښنایی نظری سیسټم ډیزاین شوی، د موټر چلولو ولټاژ 20 ~ 21 kV دی، او جریان 2 × 80 mA دی. د ډیزاین اهداف. په دوه ګوني بیم ټوپک کې د ماسک برخې او کنټرول الیکټروډ په کارولو سره، دوه پنسل بیمونه د 7 د کمپریشن تناسب سره د دوی اړوند مرکزونو سره متمرکز کیدی شي، د تمرکز فاصله شاوخوا 0.18 ملي میتره ده، او ثبات ښه دی. د یونیفورم مقناطیسي تمرکز سیسټم هم غوره شوی. د پلانر ډبل الیکټرون بیم مستحکم لیږد فاصله 45 ملي میتر ته رسیدلی شي، او د تمرکز مقناطیسي ساحه 0.6 T ده، کوم چې د ټول لوړ پوښښ لپاره کافي ده. د فریکونسۍ سیسټم (HFS). بیا، د الکترون-نظری سیسټم د کارونې وړتیا او د ورو څپې جوړښت فعالیت تاییدولو لپاره، د ذرې حجرو (PIC) سمولیشنونه هم په ټول HFS کې ترسره شول. پایلې ښیې چې د بیم-متقابل عمل سیسټم کولی شي په 220 GHz کې نږدې 310 W لوړ تولید ځواک ترلاسه کړي، د بیم مطلوب ولټاژ 20.6 kV دی، د بیم جریان 2 × 80 mA دی، ګټه 38 dB ده، او د 3-dB بینډ ویت د 70 GHz شاوخوا 35 dB څخه ډیر دی. په نهایت کې، د HFS فعالیت تاییدولو لپاره د لوړ دقیق مایکرو جوړښت جوړول ترسره کیږي، او پایلې ښیې چې د بینډ ویت او لیږد ځانګړتیاوې د سمولیشن پایلو سره په ښه موافقت کې دي. له همدې امله، تمه کیږي چې پدې مقاله کې وړاندیز شوی سکیم به د راتلونکي غوښتنلیکونو لپاره د لوړ ځواک، الټرا-براډ بینډ terahertz-بینډ وړانګو سرچینې رامینځته کړي.
د دودیز ویکیوم الکترونیکي وسیلې په توګه، د سفر څپې ټیوب (TWT) په ډیری غوښتنلیکونو لکه د لوړ ریزولوشن رادار، سپوږمکۍ مخابراتي سیسټمونو، او فضا سپړنې کې نه بدلیدونکی رول لوبوي 1,2,3. په هرصورت، لکه څنګه چې عملیاتي فریکونسۍ د terahertz بانډ ته ننوځي، دودیز جوړه شوې غار TWT او هیلیکل TWT د نسبتا ټیټ تولید بریښنا، تنګ بینډ ویت، او ستونزمن تولیدي پروسو له امله د خلکو اړتیاوې پوره کولو توان نلري. له همدې امله، د THz بانډ فعالیت په جامع ډول ښه کولو څرنګوالی د ډیری ساینسي څیړنیزو ادارو لپاره خورا اندیښنه موضوع ګرځیدلې ده. په وروستیو کلونو کې، د نوي سست څپې جوړښتونه (SWSs)، لکه د سټیجر شوي دوه ګوني تیغ (SDV) جوړښتونه او فولډ شوي ویو ګایډ (FW) جوړښتونه، د دوی د طبیعي پلانر جوړښتونو له امله پراخه پاملرنه ترلاسه کړې، په ځانګړي توګه د نوي SDV-SWSs د ژمنې وړتیا سره. دا جوړښت په 20084 کې د UC-Davis لخوا وړاندیز شوی و. د پلانر جوړښت په اسانۍ سره د مایکرو نانو پروسس کولو تخنیکونو لکه د کمپیوټر عددي کنټرول (CNC) او UV-LIGA لخوا جوړ کیدی شي، د ټولو فلزي کڅوړې جوړښت کولی شي د لوړ تولید ځواک او ګټې سره لوی حرارتي ظرفیت چمتو کوي، او د ویو ګایډ په څیر جوړښت کولی شي پراخه کاري بینډ ویت هم چمتو کړي. اوس مهال، UC ډیوس په 2017 کې د لومړي ځل لپاره وښودله چې SDV-TWT کولی شي د 100 W څخه ډیر لوړ بریښنا تولید او په G-band5 کې نږدې 14 GHz بینډ ویت سیګنالونه تولید کړي. په هرصورت، دا پایلې لاهم تشې لري چې نشي کولی د terahertz بینډ کې د لوړ بریښنا او پراخه بینډ ویت اړوند اړتیاوې پوره کړي. د UC-Davis د G-band SDV-TWT لپاره، د شیټ الکترون بیمونه کارول شوي. که څه هم دا سکیم کولی شي د بیم د اوسني لیږد ظرفیت د پام وړ ښه کړي، د شیټ بیم الکترون آپټیکل سیسټم (EOS) د بې ثباتۍ له امله د اوږد لیږد واټن ساتل ستونزمن دي، او د بیم یو ډیر موډ تونل شتون لري، کوم چې ممکن د بیم د ځان تنظیم کولو لامل هم شي. – جوش او څپې ۶،۷. د لوړ تولیدي ځواک، پراخ بینډ ویت او د THz TWT ښه ثبات اړتیاو پوره کولو لپاره، په دې مقاله کې د دوه ګوني حالت عملیاتو سره د دوه ګوني بیم SDV-SWS وړاندیز شوی دی. دا دی، د عملیاتي بینډ ویت زیاتولو لپاره، د دوه ګوني حالت عملیات وړاندیز شوي او پدې جوړښت کې معرفي شوي. او، د تولیدي ځواک زیاتولو لپاره، د دوه ګوني پنسل بیمونو پلانر ویش هم کارول کیږي. د واحد پنسل بیم راډیوګانې د عمودی اندازې محدودیتونو له امله نسبتا کوچنۍ دي. که چیرې د اوسني کثافت ډیر لوړ وي، د بیم جریان باید کم شي، چې پایله یې نسبتا ټیټ تولیدي ځواک وي. د بیم جریان ښه کولو لپاره، پلانر ویشل شوی ملټي بیم EOS راڅرګند شوی، کوم چې د SWS د اړخ اندازې څخه ګټه پورته کوي. د خپلواک بیم تونل کولو له امله، پلانر ویشل شوی ملټي بیم کولی شي د لوړ ټول بیم جریان او په هر بیم کې یو کوچنی جریان ساتلو سره لوړ تولید ځواک ترلاسه کړي، کوم چې کولی شي د شیټ بیم وسیلو په پرتله د اوور موډ بیم تونل کولو څخه مخنیوی وکړي. له همدې امله، دا ګټوره ده چې د سفر څپې ټیوب ثبات وساتي. د تیرو پر بنسټ work8,9، دا مقاله د G-band یونیفورم مقناطیسي ساحه وړاندیز کوي چې د دوه ګوني پنسل بیم EOS تمرکز کوي، کوم چې کولی شي د بیم مستحکم لیږد فاصله خورا ښه کړي او د بیم تعامل ساحه نوره هم زیاته کړي، په دې توګه د تولید ځواک خورا ښه کوي.
د دې مقالې جوړښت په لاندې ډول دی. لومړی، د SWS حجرو ډیزاین د پیرامیټرو سره، د خپریدو ځانګړتیاو تحلیل او د لوړ فریکونسۍ سمولیشن پایلې تشریح شوي. بیا، د واحد حجرو د جوړښت سره سم، په دې مقاله کې د دوه ګوني پنسل بیم EOS او بیم تعامل سیسټم ډیزاین شوی. د انټراسیلولر ذراتو سمولیشن پایلې هم د EOS د کارونې وړتیا او د SDV-TWT فعالیت تاییدولو لپاره وړاندې کیږي. برسېره پردې، مقاله په لنډ ډول د ټول HFS د سموالي تصدیق کولو لپاره د جوړونې او سړې ازموینې پایلې وړاندې کوي. په پای کې لنډیز جوړ کړئ.
د TWT د یو له مهمو برخو څخه په توګه، د ورو څپې جوړښت د خپریدو ځانګړتیاوې ښیي چې ایا د الکترون سرعت د SWS د مرحلې سرعت سره سمون لري، او پدې توګه د بیم-څپې تعامل باندې لوی نفوذ لري. د ټول TWT فعالیت ښه کولو لپاره، د تعامل یو ښه جوړښت ډیزاین شوی. د واحد حجرو جوړښت په شکل 1 کې ښودل شوی. د شیټ بیم بې ثباتۍ او د واحد قلم بیم د بریښنا محدودیت په پام کې نیولو سره، جوړښت د تولید ځواک او عملیاتي ثبات نور هم ښه کولو لپاره دوه ګونی قلم بیم غوره کوي. په ورته وخت کې، د کاري بینډ ویت زیاتولو لپاره، د SWS چلولو لپاره دوه ګونی حالت وړاندیز شوی. د SDV جوړښت د هم آهنګۍ له امله، د بریښنایی مقناطیسي ساحې د خپریدو معادلې حل په طاق او حتی حالتونو ویشل کیدی شي. په ورته وخت کې، د ټیټ فریکونسۍ بینډ بنسټیز طاق حالت او د لوړ فریکونسۍ بینډ بنسټیز حتی حالت د بیم تعامل د براډبنډ همغږي کولو لپاره کارول کیږي، په دې توګه د کاري بینډ ویت نور هم ښه کوي.
د بریښنا اړتیاو سره سم، ټول ټیوب د 20 kV د چلولو ولتاژ او د 2 × 80 mA دوه ګونی بیم جریان سره ډیزاین شوی. د دې لپاره چې ولتاژ د SDV-SWS د عملیاتي بینډ ویت سره څومره چې امکان ولري نږدې کړو، موږ اړتیا لرو چې د دورې اوږدوالی محاسبه کړو. د بیم ولتاژ او دورې ترمنځ اړیکه په مساوات (1)10 کې ښودل شوې ده:
د 220 GHz په مرکزي فریکونسۍ کې د فیز شفټ 2.5π ته ټاکلو سره، د p دوره 0.46 ملي میتر محاسبه کیدی شي. شکل 2a د SWS واحد حجرو د خپریدو ځانګړتیاوې ښیې. د 20 kV بیم لاین د بایموډل منحني سره خورا ښه سمون لري. د مطابقت فریکونسي بانډونه کولی شي د 210-265.3 GHz (عجیب حالت) او 265.4-280 GHz (حتی حالت) رینجونو کې شاوخوا 70 GHz ته ورسیږي. شکل 2b د اوسط جوړه کولو خنډ ښیې، کوم چې د 210 څخه تر 290 GHz پورې د 0.6 Ω څخه ډیر دی، دا په ګوته کوي چې قوي تعاملات ممکن په عملیاتي بینډ ویت کې واقع شي.
(a) د 20 kV الکترون بیم لاین سره د دوه ګوني حالت SDV-SWS د خپریدو ځانګړتیاوې. (b) د SDV ورو څپې سرکټ د تعامل خنډ.
په هرصورت، دا مهمه ده چې په یاد ولرئ چې د طاق او حتی حالتونو ترمنځ د بینډ تشه شتون لري، او موږ معمولا دې بینډ تشې ته د سټاپ بینډ په توګه اشاره کوو، لکه څنګه چې په شکل 2a کې ښودل شوي. که چیرې TWT د دې فریکونسي بینډ ته نږدې عملیات شي، نو د قوي بیم کوپلینګ ځواک ممکن رامینځته شي، کوم چې به د ناغوښتل شوي څپو لامل شي. په عملي غوښتنلیکونو کې، موږ عموما د سټاپ بینډ ته نږدې د TWT کارولو څخه ډډه کوو. په هرصورت، دا لیدل کیدی شي چې د دې ورو څپې جوړښت د بینډ تشه یوازې 0.1 GHz ده. دا ستونزمنه ده چې معلومه شي چې ایا دا کوچنی بینډ تشه د څپو لامل کیږي. له همدې امله، د سټاپ بینډ شاوخوا د عملیاتو ثبات به د PIC سمولیشن برخې کې په لاندې ډول وڅیړل شي ترڅو تحلیل شي چې ایا ناغوښتل شوي څپې ممکن واقع شي.
د ټول HFS ماډل په شکل 3 کې ښودل شوی. دا د SDV-SWS دوه مرحلې لري، چې د بریګ انعکاس کونکو لخوا وصل شوي. د انعکاس کونکي دنده دا ده چې د دوو مرحلو ترمنځ د سیګنال لیږد قطع کړي، د غیر کاري حالتونو لکه د لوړ ترتیب حالتونو د oscillation او انعکاس مخه ونیسي چې د پورتنۍ او ښکته تیغونو ترمنځ رامینځته کیږي، په دې توګه د ټول ټیوب ثبات خورا ښه کوي. د بهرني چاپیریال سره د اړیکې لپاره، یو خطي ټیپر شوی کوپلر هم کارول کیږي ترڅو SWS د WR-4 معیاري څپې لارښود سره وصل کړي. د دوه کچې جوړښت د لیږد کوفیشینټ د 3D سمولیشن سافټویر کې د وخت ډومین حل کونکي لخوا اندازه کیږي. په موادو باندې د terahertz بینډ اصلي اغیز په پام کې نیولو سره، د ویکیوم لفافې مواد په پیل کې مسو ته ټاکل شوي، او چالکتیا 2.25×107 S/m12 ته راټیټه شوې.
شکل ۴ د HFS لپاره د لیږد پایلې د خطي ټیټ شوي کوپلرونو سره او پرته ښیې. پایلې ښیې چې کوپلر د ټول HFS د لیږد فعالیت باندې لږ اغیزه لري. د 207~280 GHz براډبنډ کې د ټول سیسټم د بیرته راستنیدو ضایع (S11 <− 10 dB) او د داخلولو ضایع (S21 > − 5 dB) ښیې چې HFS د لیږد ښه ځانګړتیاوې لري.
د ویکیوم بریښنایی وسیلو د بریښنا رسولو په توګه، د الکترون ټوپک مستقیم دا ټاکي چې ایا وسیله کولی شي کافي تولیدي بریښنا تولید کړي. په دویمه برخه کې د HFS تحلیل سره یوځای، د دوه ګوني بیم EOS ډیزاین ته اړتیا ده ترڅو کافي بریښنا چمتو کړي. پدې برخه کې، د W-band8,9 کې د پخوانیو کارونو پراساس، د دوه ګوني پنسل الکترون ټوپک د پلانر ماسک برخې او کنټرول الکترودونو په کارولو سره ډیزاین شوی. لومړی، په برخه کې د SWS د ډیزاین اړتیاو سره سم. لکه څنګه چې په FIG کې ښودل شوي. ۲، د الکترون بیمونو د چلولو ولتاژ Ua په پیل کې ۲۰ kV ته ټاکل شوی، د دوو الکترون بیمونو د جریان I دواړه ۸۰ mA دي، او د الکترون بیمونو د بیم قطر dw ۰.۱۳ ملي میتر دی. په ورته وخت کې، د دې لپاره چې ډاډ ترلاسه شي چې د الکترون بیم او کیتوډ اوسنی کثافت ترلاسه کیدی شي، د الکترون بیم د کمپریشن تناسب ۷ ته ټاکل شوی، نو د الکترون بیم اوسنی کثافت ۶۰۳ A/cm2 دی، او د کیتوډ اوسنی کثافت ۸۶ A/cm2 دی، کوم چې د دې لخوا ترلاسه کیدی شي. دا د نوي کیتوډ موادو په کارولو سره ترلاسه کیږي. د ډیزاین تیوري ۱۴، ۱۵، ۱۶، ۱۷ سره سم، یو عادي پییرس الکترون ټوپک په ځانګړي ډول پیژندل کیدی شي.
شکل ۵ په ترتیب سره د ټوپک افقي او عمودي سکیماتیک ډیاګرامونه ښیې. دا لیدل کیدی شي چې د x-لارښودنې کې د الکترون ټوپک پروفایل تقریبا د عادي شیټ په څیر الکترون ټوپک سره ورته دی، پداسې حال کې چې په y-لارښودنې کې دوه الکترون بیمونه په جزوي ډول د ماسک لخوا جلا شوي دي. د دوو کیتوډونو موقعیتونه په ترتیب سره په x = – 0.155 mm، y = 0 mm او x = 0.155 mm، y = 0 mm کې دي. د کمپریشن تناسب او د الکترون انجیکشن اندازې د ډیزاین اړتیاو سره سم، د دوو کیتوډ سطحو ابعاد 0.91 mm × 0.13 mm ټاکل شوي.
د دې لپاره چې د x-لارښودنې په هر الیکترون بیم کې د هر الیکترون بیم لخوا ترلاسه شوي متمرکز بریښنایی ساحه د خپل مرکز په اړه متناسب شي، دا مقاله د الیکترون ټوپک ته د کنټرول الکترود پلي کوي. د تمرکز الکترود او کنټرول الکترود ولتاژ -20 kV ته او د انود ولتاژ 0 V ته تنظیم کولو سره، موږ کولی شو د دوه ګوني بیم ټوپک ټراژیکري ویش ترلاسه کړو، لکه څنګه چې په شکل 6 کې ښودل شوي. دا لیدل کیدی شي چې خارج شوي الکترونونه په y-لارښودنه کې ښه کمپریشن وړتیا لري، او هر الکترون بیم د خپل سمیټري مرکز سره د x-لارښودنې په لور سره یوځای کیږي، کوم چې دا په ګوته کوي چې د کنټرول الکترود د تمرکز الکترود لخوا رامینځته شوي غیر مساوي بریښنایی ساحه متوازن کوي.
شکل ۷ د x او y په لارښوونو کې د بیم لفافه ښیي. پایلې ښیي چې د x-لارښود کې د الکترون بیم د پروجیکشن فاصله د y-لارښود څخه توپیر لري. د x په لوري کې د غورځولو فاصله شاوخوا 4 ملي میتره ده، او د y په لوري کې د غورځولو فاصله نږدې 7 ملي میتره ده. له همدې امله، د غورځولو اصلي فاصله باید د 4 او 7 ملي میترو ترمنځ غوره شي. شکل ۸ د کیتوډ سطحې څخه په 4.6 ملي میتر کې د الکترون بیم د کراس سیکشن ښیې. موږ لیدلی شو چې د کراس سیکشن شکل د معیاري سرکلر الکترون بیم ته نږدې دی. د دوو الکترون بیمونو ترمنځ فاصله د ډیزاین شوي 0.31 ملي میتر سره نږدې ده، او شعاع شاوخوا 0.13 ملي میتره ده، کوم چې د ډیزاین اړتیاوې پوره کوي. شکل ۹ د بیم جریان د سمولیشن پایلې ښیې. دا لیدل کیدی شي چې دوه بیم جریان 76mA دي، کوم چې د ډیزاین شوي 80mA سره ښه موافق دي.
په عملي غوښتنلیکونو کې د موټر چلولو ولتاژ بدلون په پام کې نیولو سره، د دې ماډل د ولتاژ حساسیت مطالعه کول اړین دي. د 19.8 ~ 20.6 kV ولتاژ حد کې، د اوسني او بیم اوسني لفافې ترلاسه کیږي، لکه څنګه چې په شکل 1 او شکل 1.10 او 11 کې ښودل شوي. د پایلو څخه، دا لیدل کیدی شي چې د موټر چلولو ولتاژ بدلون د الکترون بیم لفافې باندې هیڅ اغیزه نلري، او د الکترون بیم جریان یوازې له 0.74 څخه 0.78 A ته بدلیږي. له همدې امله، دا په پام کې نیول کیدی شي چې پدې مقاله کې ډیزاین شوی الکترون ټوپک ولتاژ ته ښه حساسیت لري.
د x- او y- لوري بیم په پوښونو باندې د موټر چلولو ولتاژ بدلونونو اغیز.
یو یونیفورم مقناطیسي تمرکز ساحه یو عام دایمي مقناطیس تمرکز سیسټم دی. د بیم چینل په اوږدو کې د یونیفورم مقناطیسي ساحې ویش له امله، دا د محور متناسب الکترون بیمونو لپاره خورا مناسب دی. پدې برخه کې، د دوه ګوني پنسل بیمونو د اوږد واټن لیږد ساتلو لپاره یو یونیفورم مقناطیسي تمرکز سیسټم وړاندیز شوی. د تولید شوي مقناطیسي ساحې او بیم لفافې تحلیل کولو سره، د تمرکز سیسټم ډیزاین سکیم وړاندیز شوی، او د حساسیت ستونزه مطالعه کیږي. د یو واحد پنسل بیم 18,19 د مستحکم لیږد تیوري له مخې، د بریلوین مقناطیسي ساحې ارزښت د مساوات (2) لخوا محاسبه کیدی شي. پدې مقاله کې، موږ دا مساوات د یو اړخیز ویشل شوي دوه ګوني پنسل بیم مقناطیسي ساحې اټکل کولو لپاره هم کاروو. پدې مقاله کې ډیزاین شوي الکترون ټوپک سره یوځای، د محاسبه شوي مقناطیسي ساحې ارزښت شاوخوا 4000 Gs دی. د حوالې 20 له مخې، د محاسبه شوي ارزښت 1.5-2 ځله معمولا په عملي ډیزاینونو کې غوره کیږي.
شکل ۱۲ د یو شان مقناطیسي ساحې تمرکز کولو ساحې سیسټم جوړښت ښیي. نیلي برخه دایمي مقناطیس دی چې په محوري لوري کې مقناطیس شوی دی. د موادو انتخاب NdFeB یا FeCoNi دی. د سمولیشن ماډل کې د ریماننس Br سیټ 1.3 T دی او د نفوذ وړتیا 1.05 ده. د دې لپاره چې په ټول سرکټ کې د بیم مستحکم لیږد ډاډمن شي، د مقناطیس اوږدوالی په پیل کې 70 ملي میتر ته ټاکل شوی. برسېره پردې، د x لوري کې د مقناطیس اندازه دا ټاکي چې ایا د بیم چینل کې د ټرانسورس مقناطیسي ساحه یونیفورم ده، کوم چې اړتیا لري چې د x لوري کې اندازه ډیره کوچنۍ نه وي. په ورته وخت کې، د ټول ټیوب لګښت او وزن په پام کې نیولو سره، د مقناطیس اندازه باید ډیره لویه نه وي. له همدې امله، مقناطیسونه په پیل کې 150 ملي میتر × 150 ملي میتر × 70 ملي میتر ته ټاکل شوي دي. په عین حال کې، د دې لپاره چې ډاډ ترلاسه شي چې ټول ورو څپې سرکټ په تمرکز سیسټم کې ځای په ځای کیدی شي، د مقناطیسونو ترمنځ فاصله 20 ملي میتر ته ټاکل شوې ده.
په ۲۰۱۵ کال کې، پورنا چندرا پانډا ۲۱ د یو قطب ټوټه وړاندیز کړه چې په یو یونیفورم مقناطیسي تمرکز سیسټم کې د نوي ګام شوي سوري سره وي، کوم چې کولی شي کیتوډ ته د فلکس لیک شدت او د قطب ټوټې سوري کې رامینځته شوي ټرانسورس مقناطیسي ساحه نوره هم کمه کړي. پدې مقاله کې، موږ د تمرکز سیسټم د قطب ټوټې ته یو ګام شوی جوړښت اضافه کوو. د قطب ټوټې ضخامت په پیل کې 1.5 ملي میتر ته ټاکل شوی، د دریو مرحلو لوړوالی او عرض 0.5 ملي میتر دی، او د قطب ټوټې سوري ترمنځ فاصله 2 ملي میتر ده، لکه څنګه چې په 13 شکل کې ښودل شوي.
شکل ۱۴a د دوو الکترون بیمونو د مرکزي کرښو په اوږدو کې د محوري مقناطیسي ساحې ویش ښیي. دا لیدل کیدی شي چې د دوو الکترون بیمونو په اوږدو کې د مقناطیسي ساحې ځواکونه مساوي دي. د مقناطیسي ساحې ارزښت شاوخوا ۶۰۰۰ Gs دی، کوم چې د تیوریکي بریلوین ساحې څخه ۱.۵ ځله دی ترڅو د لیږد او تمرکز فعالیت زیات کړي. په ورته وخت کې، په کیتوډ کې مقناطیسي ساحه نږدې ۰ ده، دا په ګوته کوي چې د قطب ټوټه د مقناطیسي فلکس لیکیدو مخنیوي کې ښه اغیزه لري. شکل ۱۴b د دوه الکترون بیمونو په پورتنۍ څنډه کې د z لوري کې د انتقالي مقناطیسي ساحې ویش ښیي. دا لیدل کیدی شي چې د انتقالي مقناطیسي ساحه یوازې د قطب ټوټې سوري کې له ۲۰۰ Gs څخه کمه ده، پداسې حال کې چې د ورو څپې سرکټ کې، انتقالي مقناطیسي ساحه تقریبا صفر ده، کوم چې ثابتوي چې د الکترون بیم باندې د انتقالي مقناطیسي ساحې نفوذ د پام وړ نه دی. د قطب ټوټو د مقناطیسي سنتریت مخنیوي لپاره، دا اړینه ده چې د قطب ټوټو دننه د مقناطیسي ساحې ځواک مطالعه کړئ. شکل ۱۴c د قطب ټوټې دننه د مقناطیسي ساحې ویش مطلق ارزښت ښیې. دا لیدل کیدی شي چې د مقناطیسي ساحې د ځواک مطلق ارزښت له 1.2T څخه کم دی، چې دا په ګوته کوي چې د قطب ټوټې مقناطیسي سنتریت به واقع نشي.
د Br = 1.3 T لپاره د مقناطیسي ساحې د ځواک ویش. (a) د محوري ساحې ویش. (b) د z لوري په واسطه د اړخ ساحې ویش. (c) د قطب ټوټې دننه د ساحې ویش مطلق ارزښت.
د CST PS ماډل پر بنسټ، د دوه ګوني بیم ټوپک او تمرکز سیسټم محوري نسبي موقعیت غوره شوی دی. د حوالې 9 او سمولیشنونو له مخې، غوره موقعیت هغه ځای دی چیرې چې د انود ټوټه د مقناطیس څخه لرې د قطب ټوټې سره وصل کیږي. په هرصورت، دا وموندل شوه چې که چیرې ریماننس 1.3T ته ټاکل شوی وي، د الکترون بیم لیږد 99٪ ته نشي رسیدلی. د ریماننس 1.4 T ته لوړولو سره، د تمرکز مقناطیسي ساحه به 6500 Gs ته لوړه شي. په xoz او yoz الوتکو کې د بیم ټراجیکټوري په 15 شکل کې ښودل شوي. دا لیدل کیدی شي چې بیم ښه لیږد، کوچنی بدلون، او د 45mm څخه ډیر لیږد واټن لري.
د Br = 1.4 T.(a) xoz الوتکه.(b) yoz الوتکې سره د یو همجنس مقناطیسي سیسټم لاندې د دوه ګوني پنسل بیمونو لارې.
شکل ۱۶ د کیتوډ څخه لرې په مختلفو موقعیتونو کې د بیم کراس سیکشن ښیي. دا لیدل کیدی شي چې د تمرکز سیسټم کې د بیم برخې شکل ښه ساتل شوی، او د برخې قطر ډیر بدلون نه کوي. شکل ۱۷ په ترتیب سره د x او y لارښوونو کې د بیم لفافې ښیې. دا لیدل کیدی شي چې په دواړو لوریو کې د بیم بدلون خورا کوچنی دی. شکل ۱۸ د بیم جریان د سمولیشن پایلې ښیې. پایلې ښیې چې جریان شاوخوا ۲ × ۸۰ mA دی، کوم چې د الکترون ټوپک ډیزاین کې د محاسبې ارزښت سره مطابقت لري.
د الکترون بیم کراس سیکشن (د تمرکز سیسټم سره) د کیتوډ څخه لرې په مختلفو موقعیتونو کې.
د عملي پروسس کولو غوښتنلیکونو کې د اسمبلۍ غلطیو، ولتاژ بدلونونو، او د مقناطیسي ساحې ځواک کې بدلونونو په څیر د ستونزو لړۍ په پام کې نیولو سره، دا اړینه ده چې د تمرکز سیسټم حساسیت تحلیل شي. ځکه چې په ریښتیني پروسس کې د انود ټوټې او قطب ټوټې ترمنځ واټن شتون لري، دا تشه باید په سمولیشن کې تنظیم شي. د تشې ارزښت 0.2 ملي میتر ته ټاکل شوی و او شکل 19a د بیم لفافه او د بیم جریان په y لوري کې ښیې. دا پایله ښیې چې د بیم لفافه کې بدلون د پام وړ ندی او د بیم جریان په سختۍ سره بدلون مومي. له همدې امله، سیسټم د اسمبلۍ غلطیو ته حساس نه دی. د موټر چلولو ولتاژ د بدلون لپاره، د غلطۍ حد ±0.5 kV ته ټاکل شوی. شکل 19b د پرتله کولو پایلې ښیې. دا لیدل کیدی شي چې د ولتاژ بدلون په بیم لفافه کې لږ اغیزه لري. د غلطۍ حد د مقناطیسي ساحې ځواک کې بدلونونو لپاره له -0.02 څخه +0.03 T ته ټاکل شوی. د پرتله کولو پایلې په 20 شکل کې ښودل شوي. دا لیدل کیدی شي چې د بیم لفافه په سختۍ سره بدلون مومي، پدې معنی چې ټول EOS د مقناطیسي بدلونونو ته حساس نه دی د ساحې ځواک.
د بیم پوښ او جریان د یو یونیفورم مقناطیسي تمرکز سیسټم لاندې پایلې ورکوي. (a) د اسمبلۍ زغم 0.2 ملي میتر دی. (b) د موټر چلولو ولتاژ بدلون ±0.5 kV دی.
د بیم پوښ د یو یونیفورم مقناطیسي تمرکز سیسټم لاندې د محوري مقناطیسي ساحې ځواک بدلونونو سره چې له 0.63 څخه تر 0.68 T پورې وي.
د دې لپاره چې ډاډ ترلاسه شي چې پدې مقاله کې ډیزاین شوی تمرکز سیسټم د HFS سره سمون لري، د څیړنې لپاره د تمرکز سیسټم او HFS سره یوځای کول اړین دي. شکل 21 د HFS بار شوي او پرته د بیم لفافو پرتله کول ښیې. پایلې ښیې چې د بیم لفافه ډیر بدلون نه کوي کله چې ټول HFS بار شي. له همدې امله، د تمرکز سیسټم د پورته ډیزاین د سفر څپې ټیوب HFS لپاره مناسب دی.
د دریمې برخې کې وړاندیز شوي EOS د سموالي تصدیق کولو او د 220 GHz SDV-TWT فعالیت څیړلو لپاره، د بیم-څپې تعامل 3D-PIC سمولیشن ترسره کیږي. د سمولیشن سافټویر محدودیتونو له امله، موږ نشو کولی ټول EOS HFS ته اضافه کړو. له همدې امله، د الکترون ټوپک د مساوي خارجونکي سطح سره بدل شو چې د 0.13mm قطر او د 0.31mm د دواړو سطحو ترمنځ فاصله لري، د پورته ډیزاین شوي الکترون ټوپک په څیر ورته پیرامیټرې. د EOS د غیر حساسیت او ښه ثبات له امله، د موټر چلولو ولټاژ په سمه توګه غوره کیدی شي ترڅو د PIC سمولیشن کې غوره تولید ځواک ترلاسه کړي. د سمولیشن پایلې ښیې چې د سنتر شوي تولید ځواک او لاسته راوړنه د 20.6 kV د موټر چلولو ولټاژ، د 2 × 80 mA (603 A/cm2) د بیم جریان، او د 0.05 W د ان پټ ځواک کې ترلاسه کیدی شي.
د غوره محصول سیګنال ترلاسه کولو لپاره، د سایکلونو شمیر هم باید اصلاح شي. غوره تولیدي ځواک هغه وخت ترلاسه کیږي کله چې د دوو مرحلو شمیر 42 + 48 سایکلونه وي، لکه څنګه چې په شکل 22a کې ښودل شوي. د 0.05 واټ ان پټ سیګنال د 38 dB ګټې سره 314 واټ ته لوړ شوی. د فاسټ فوریر ټرانسفارم (FFT) لخوا ترلاسه شوی د آوټ پټ بریښنا سپیکٹرم خالص دی، په 220 GHz کې لوړیږي. شکل 22b په SWS کې د الکترون انرژۍ محوري موقعیت ویش ښیې، چې ډیری الکترونونه انرژي له لاسه ورکوي. دا پایله ښیي چې SDV-SWS کولی شي د الکترونونو متحرک انرژي په RF سیګنالونو بدل کړي، په دې توګه د سیګنال پراخوالی احساس کړي.
د SDV-SWS د محصول سیګنال په 220 GHz کې. (a) د شامل شوي سپیکٹرم سره د محصول ځواک. (b) د SWS انسیټ په پای کې د الکترون بیم سره د الکترونونو انرژي ویش.
شکل ۲۳ د دوه ګوني حالت دوه ګوني بیم SDV-TWT د تولید بریښنا بینډ ویت او لاسته راوړنه ښیې. د محصول فعالیت د ۲۰۰ څخه تر ۲۷۵ GHz پورې فریکونسۍ پراخولو او د ډرایو ولټاژ غوره کولو سره نور هم ښه کیدی شي. دا پایله ښیې چې د ۳-dB بینډ ویت کولی شي له ۲۰۵ څخه تر ۲۷۵ GHz پورې پوښښ وکړي، پدې معنی چې د دوه ګوني حالت عملیات کولی شي عملیاتي بینډ ویت خورا پراخه کړي.
په هرصورت، د شکل 2a له مخې، موږ پوهیږو چې د طاق او حتی حالتونو ترمنځ د تمځای بند شتون لري، کوم چې ممکن د ناغوښتل شوي څپو لامل شي. له همدې امله، د تمځایونو شاوخوا د کار ثبات باید مطالعه شي. شکل 24a-c په ترتیب سره د 265.3 GHz، 265.35 GHz، او 265.4 GHz کې د 20 ns سمولیشن پایلې دي. دا لیدل کیدی شي چې که څه هم د سمولیشن پایلې ځینې بدلونونه لري، د تولید ځواک نسبتا مستحکم دی. سپیکٹرم په ترتیب سره په 24 شکل کې هم ښودل شوی، سپیکٹرم خالص دی. دا پایلې ښیي چې د سټاپ بند ته نږدې هیڅ ځان-دوزخ شتون نلري.
د ټول HFS د سموالي د تایید لپاره جوړول او اندازه کول اړین دي. پدې برخه کې، HFS د کمپیوټر عددي کنټرول (CNC) ټیکنالوژۍ په کارولو سره جوړ شوی چې د وسیلې قطر 0.1 ملي میتر او د ماشین کولو دقت 10 μm دی. د لوړ فریکونسۍ جوړښت لپاره مواد د اکسیجن څخه پاک لوړ چالکتیا (OFHC) مسو لخوا چمتو شوي. شکل 25a جوړ شوی جوړښت ښیې. ټول جوړښت 66.00 ملي میتر اوږدوالی، 20.00 ملي میتر پلنوالی او 8.66 ملي میتر لوړوالی لري. د جوړښت شاوخوا اته پن سوري ویشل شوي دي. شکل 25b جوړښت د الکترون مایکروسکوپي (SEM) سکین کولو سره ښیې. د دې جوړښت تیغونه په مساوي ډول تولید شوي او د سطحې ښه ناهمواریت لري. د دقیق اندازه کولو وروسته، د ماشین کولو عمومي تېروتنه له 5٪ څخه کمه ده، او د سطحې ناهمواریت شاوخوا 0.4μm دی. د ماشین کولو جوړښت ډیزاین او دقیق اړتیاوې پوره کوي.
شکل ۲۶ د اصلي ازموینې پایلو او د لیږد فعالیت سمولیشنونو ترمنځ پرتله کول ښیې. په شکل ۲۶a کې پورټ ۱ او پورټ ۲ په ترتیب سره د HFS د ان پټ او آوټ پټ پورټونو سره مطابقت لري، او په شکل ۳ کې د پورټ ۱ او پورټ ۴ سره مساوي دي. د S11 اصلي اندازه کولو پایلې د سمولیشن پایلو څخه یو څه غوره دي. په ورته وخت کې، د S21 اندازه شوي پایلې یو څه خرابې دي. دلیل ممکن دا وي چې په سمولیشن کې د موادو چلښت ډیر لوړ دی او د اصلي ماشین کولو وروسته د سطحې ناهموارۍ ضعیفه ده. په ټولیز ډول، اندازه شوي پایلې د سمولیشن پایلو سره په ښه موافقت کې دي، او د لیږد بینډ ویت د 70 GHz اړتیا پوره کوي، کوم چې د وړاندیز شوي دوه ګوني حالت SDV-TWT د امکان او سموالي تصدیق کوي. له همدې امله، د اصلي جوړونې پروسې او ازموینې پایلو سره یوځای، پدې مقاله کې وړاندیز شوی الټرا براډ بانډ دوه ګونی بیم SDV-TWT ډیزاین د راتلونکو جوړولو او غوښتنلیکونو لپاره کارول کیدی شي.
په دې مقاله کې، د 220 GHz دوه ګونی بیم SDV-TWT د پلانر ویش مفصل ډیزاین وړاندې شوی. د دوه ګونی حالت عملیاتو او دوه ګونی بیم هڅونې ترکیب د عملیاتي بینډ ویت او تولید ځواک نور هم زیاتوي. د ټول HFS د سموالي تصدیق کولو لپاره جوړونه او سړه ازموینه هم ترسره کیږي. د اندازه کولو اصلي پایلې د سمولیشن پایلو سره په ښه موافقت کې دي. د ډیزاین شوي دوه ګونی بیم EOS لپاره، د ماسک برخه او کنټرول الکترودونه یوځای کارول شوي ترڅو دوه پنسل بیم تولید کړي. د ډیزاین شوي یونیفورم تمرکز مقناطیسي ساحې لاندې، د الکترون بیم په ښه شکل سره په اوږد واټن کې په ثابت ډول لیږدول کیدی شي. په راتلونکي کې، د EOS تولید او ازموینه به ترسره شي، او د ټول TWT حرارتي ازموینه به هم ترسره شي. دا SDV-TWT ډیزاین سکیم چې پدې مقاله کې وړاندیز شوی په بشپړ ډول د اوسني بالغ الوتکې پروسس کولو ټیکنالوژۍ سره یوځای کوي، او د فعالیت شاخصونو او پروسس کولو او اسمبلۍ کې لوی ظرفیت ښیې. له همدې امله، دا مقاله باور لري چې د پلانر جوړښت خورا احتمال لري چې په terahertz بینډ کې د ویکیوم بریښنایی وسیلو پراختیا رجحان شي.
په دې څېړنه کې ډیری خام معلومات او تحلیلي ماډلونه پدې مقاله کې شامل شوي دي. نور اړونده معلومات د اړونده لیکوال څخه د معقول غوښتنې په صورت کې ترلاسه کیدی شي.
ګامزینا، ډي. او نور. د فرعي تیراهرتز ویکیوم الیکترونیکونو نانوسکل CNC ماشین کول. IEEE Trans.electronic devices.63، 4067–4073 (2016).
ملکابادي، اې او پاولوني، سي. د څو پوړیزو SU-8 فوتوریزیسټ په کارولو سره د فرعي تیراهرتز څپې لارښودونو UV-LIGA مایکرو فابریکیشن. J. مایکرومیکانکس.مایکرو الیکترونیک.26، 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
ډیلون، ایس ایس او نور. ۲۰۱۷ د THz ټیکنالوژۍ سړک نقشه. جي. فزیک. ډي ته اپل. فزیک.۵۰، ۰۴۳۰۰۱. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (۲۰۱۷).
شین، وای ایم، بارنیټ، ایل آر او لوهمن، این سي د الټرا براډبینډ سټیګرډ ډبل ګریټینګ ویو ګایډز له لارې د پلازمونیک څپې د تکثیر قوي محدودیت. اپلیکېشن.فیزکس.رایټ.۹۳، ۲۲۱۵۰۴. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (۲۰۰۸).
بیګ، اې او نور. د نانو CNC ماشین شوي 220-GHz سفري څپې ټیوب امپلیفیر فعالیت. IEEE Trans.electronic devices.64، 590–592 (2017).
هان، وای او روان، سي جي د میکروسکوپي سړې مایع ماډل تیوري په کارولو سره د لامحدود پراخ شیټ الکترون بیمونو ډایوکوټرون بې ثباتۍ څیړنه کوي. چین فزیک بي. ۲۰، ۱۰۴۱۰۱. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (۲۰۱۱).
ګالډیټسکي، AV د څو بیم کلیسټرون کې د بیم د پلانر ترتیب له لارې د بینډ ویت زیاتولو فرصت په اړه. د ویکیوم الیکترونیک په اړه د IEEE په 12م نړیوال کنفرانس کې، بنګلور، هند، 5747003، 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
نګوین، سي جي او نور. د درې بیم الیکترون ټوپکونو ډیزاین چې د تنګ بیم ویشلو الوتکې ویش سره په W-band staggered double-blade traveling wave tube [J] کې.Science.Rep. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
وانګ، پي پي، سو، وای، ژانګ، زی.، وانګ، ډبلیو بي او روان، سي جي پلانر د W-band بنسټیز حالت TWT.IEEE Trans.electronic devices.68، 5215–5219 (2021) لپاره د تنګ بیم جلا کولو سره د درې بیم الکترون نظري سیسټم توزیع کړ.
ژان، ایم. د ملی میتر-څپې شیټ بیمونو سره د انټرلیوډ ډبل-بلیډ سفر کولو څپې ټیوب په اړه څیړنه 20-22 (پی ایچ ډي، د بیهانګ پوهنتون، 2018).
روان، سي جي، ژانګ، ایچ ایف، تاو، جي او هو، وای. د جی-بینډ انټرلیوډ ډبل بلیډ سفري څپې ټیوب د بیم-څپې تعامل ثبات په اړه مطالعه. د انفراریډ ملی میټر او تیراهرتز څپو په اړه د ۲۰۱۸ کال ۴۳م نړیوال کنفرانس، ناګویا.۸۵۱۰۲۶۳، https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (۲۰۱۸).