ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com เบราว์เซอร์ที่คุณใช้อยู่มีการรองรับ CSS อย่างจำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าเว็บไซต์จะยังคงได้รับการสนับสนุนต่อไป เราจะแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
ในบทความนี้ ได้ออกแบบและตรวจสอบหลอดคลื่นเดินทางแบบใบมีดคู่สลับกำลังสูงบรอดแบนด์ 220GHz โดยเริ่มจากการเสนอโครงสร้างคลื่นช้าแบบใบมีดคู่สลับลำแสงคู่แบบระนาบ โดยใช้รูปแบบการทำงานแบบสองโหมด ทำให้ประสิทธิภาพการส่งผ่านและแบนด์วิดท์เกือบเป็นสองเท่าของโหมดเดี่ยว ประการที่สอง เพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดของกำลังเอาต์พุตสูงและปรับปรุงเสถียรภาพของหลอดคลื่นเดินทาง จึงได้ออกแบบระบบออปติกอิเล็กทรอนิกส์รูปทรงดินสอคู่ โดยใช้แรงดันขับ 20~21 kV และกระแส 2 × 80 mA โดยการใช้ส่วนหน้ากากและอิเล็กโทรดควบคุมในปืนลำแสงคู่ ทำให้ลำแสงดินสอทั้งสองสามารถโฟกัสไปตามจุดศูนย์กลางของแต่ละลำแสงด้วยอัตราส่วนการบีบอัด 7 ระยะการโฟกัสประมาณ 0.18 มม. และมีความเสถียรดี ระบบโฟกัสแม่เหล็กแบบสม่ำเสมอยังได้รับการปรับให้เหมาะสม ระยะการส่งผ่านที่เสถียรของลำแสงอิเล็กตรอนคู่แบบระนาบสามารถเข้าถึง 45 มม. และสนามแม่เหล็กโฟกัสคือ 0.6 T ซึ่งเพียงพอที่จะครอบคลุมระบบความถี่สูงทั้งหมด (HFS) จากนั้น เพื่อตรวจสอบความสามารถในการใช้งานของระบบอิเล็กตรอนออปติกและประสิทธิภาพของโครงสร้างคลื่นช้า จึงได้ทำการจำลองเซลล์อนุภาค (PIC) บน HFS ทั้งหมด ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระบบปฏิสัมพันธ์ของลำแสงสามารถให้กำลังเอาต์พุตสูงสุดเกือบ 310 วัตต์ที่ 220 GHz แรงดันลำแสงที่เหมาะสมที่สุดคือ 20.6 kV กระแสลำแสงคือ 2 × 80 mA อัตราขยายคือ 38 dB และแบนด์วิดท์ 3 dB เกิน 35 dB ที่ประมาณ 70 GHz สุดท้าย ได้ทำการผลิตโครงสร้างขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงเพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของ HFS และผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าแบนด์วิดท์และลักษณะการส่งผ่านสอดคล้องกับผลการจำลองเป็นอย่างดี ดังนั้น คาดว่าแผนการที่เสนอในเอกสารนี้จะพัฒนาแหล่งกำเนิดรังสีเทราเฮิร์ตซ์กำลังสูงและแบนด์วิดท์กว้างพิเศษที่มีศักยภาพสำหรับการใช้งานในอนาคต
หลอดคลื่นเดินทาง (TWT) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศแบบดั้งเดิม มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการใช้งานหลายอย่าง เช่น เรดาร์ความละเอียดสูง ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม และการสำรวจอวกาศ1,2,3 อย่างไรก็ตาม เมื่อความถี่ในการทำงานเข้าสู่ย่านเทราเฮิร์ตซ์ หลอด TWT แบบโพรงคู่และแบบเกลียวแบบดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการของผู้คนได้เนื่องจากกำลังเอาต์พุตค่อนข้างต่ำ แบนด์วิดท์แคบ และกระบวนการผลิตที่ยุ่งยาก ดังนั้น วิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพในย่านเทราเฮิร์ตซ์อย่างครอบคลุมจึงกลายเป็นประเด็นที่สถาบันวิจัยทางวิทยาศาสตร์หลายแห่งให้ความสนใจอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา โครงสร้างคลื่นช้าแบบใหม่ (SWSs) เช่น โครงสร้างใบมีดคู่แบบสลับ (SDV) และโครงสร้างท่อนำคลื่นแบบพับ (FW) ได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางเนื่องจากโครงสร้างระนาบตามธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง SDV-SWSs แบบใหม่ที่มีศักยภาพที่น่าสนใจ โครงสร้างนี้ได้รับการเสนอโดย UC-Davis ในปี 20084 โครงสร้างระนาบสามารถผลิตได้ง่ายโดยใช้เทคนิคการประมวลผลระดับไมโครและนาโน เช่น การควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) และ UV-LIGA โครงสร้างแบบโลหะทั้งหมดสามารถให้ความจุความร้อนที่มากขึ้นพร้อมกำลังเอาต์พุตและอัตราขยายที่สูงขึ้น และโครงสร้างคล้ายท่อนำคลื่นยังสามารถให้แบนด์วิดธ์การทำงานที่กว้างขึ้น ปัจจุบัน UC Davis ได้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกในปี 2017 ว่า SDV-TWT สามารถสร้างเอาต์พุตกำลังสูงเกิน 100 วัตต์และสัญญาณแบนด์วิดธ์เกือบ 14 GHz ในย่านความถี่ G-band5 อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์เหล่านี้ยังมีช่องว่างที่ไม่สามารถตอบสนองความต้องการที่เกี่ยวข้องกับกำลังสูงและแบนด์วิดธ์กว้างในย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์ได้ สำหรับ SDV-TWT ย่านความถี่ G-band ของ UC-Davis นั้น ได้มีการใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแบบแผ่น แม้ว่าวิธีการนี้จะสามารถปรับปรุงความสามารถในการนำกระแสของลำแสงได้อย่างมาก แต่ก็ยากที่จะรักษาระยะการส่งผ่านที่ยาวนานเนื่องจากความไม่เสถียรของระบบออปติคอลอิเล็กตรอนแบบแผ่น (EOS) และยังมีอุโมงค์ลำแสงแบบโอเวอร์โหมด ซึ่งอาจทำให้ลำแสงควบคุมตัวเองได้ – การกระตุ้นและการสั่น 6,7 เพื่อตอบสนองความต้องการกำลังเอาต์พุตสูง แบนด์วิดท์กว้าง และเสถียรภาพที่ดีของ THz TWT บทความนี้จึงเสนอ SDV-SWS แบบลำแสงคู่ที่มีการทำงานแบบสองโหมด กล่าวคือ เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์การทำงาน จึงได้เสนอและนำการทำงานแบบสองโหมดมาใช้ในโครงสร้างนี้ และเพื่อเพิ่มกำลังเอาต์พุต จึงได้ใช้การกระจายแบบระนาบของลำแสงดินสอคู่ด้วย เสาอากาศลำแสงดินสอเดี่ยวมีขนาดค่อนข้างเล็กเนื่องจากข้อจำกัดด้านขนาดในแนวตั้ง หากความหนาแน่นของกระแสสูงเกินไป กระแสลำแสงจะต้องลดลง ส่งผลให้กำลังเอาต์พุตค่อนข้างต่ำ เพื่อปรับปรุงกระแสลำแสง จึงได้เกิด EOS แบบหลายลำแสงกระจายแบบระนาบขึ้น ซึ่งใช้ประโยชน์จากขนาดด้านข้างของ SWS เนื่องจากการทะลุผ่านของลำแสงอย่างอิสระ EOS แบบหลายลำแสงกระจายแบบระนาบสามารถให้กำลังเอาต์พุตสูงได้โดยการรักษากระแสลำแสงรวมสูงและกระแสต่อลำแสงต่ำ ซึ่งสามารถหลีกเลี่ยงการทะลุผ่านของลำแสงเกินโหมดเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ลำแสงแผ่น ดังนั้นจึงเป็นประโยชน์ในการรักษาเสถียรภาพของท่อคลื่นเดินทาง บนพื้นฐานของสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น ในงานวิจัยนี้ เสนอ EOS ลำแสงดินสอคู่แบบโฟกัสด้วยสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอในย่านความถี่ G ซึ่งสามารถปรับปรุงระยะการส่งผ่านที่เสถียรของลำแสงได้อย่างมาก และยังเพิ่มพื้นที่ปฏิสัมพันธ์ของลำแสงได้อีกด้วย ส่งผลให้กำลังเอาต์พุตเพิ่มขึ้นอย่างมาก
โครงสร้างของบทความนี้มีดังต่อไปนี้ ขั้นแรก จะอธิบายการออกแบบเซลล์ SWS พร้อมพารามิเตอร์ การวิเคราะห์ลักษณะการกระจายตัว และผลการจำลองความถี่สูง จากนั้น ตามโครงสร้างของเซลล์หน่วย บทความนี้ได้ออกแบบสมการสถานะลำแสงคู่ (Double Pencil Beam EOS) และระบบปฏิสัมพันธ์ของลำแสง ผลการจำลองอนุภาคภายในเซลล์ยังถูกนำเสนอเพื่อตรวจสอบความสามารถในการใช้งานของสมการสถานะและประสิทธิภาพของ SDV-TWT นอกจากนี้ บทความนี้ยังนำเสนอผลการผลิตและการทดสอบในสภาวะเย็นโดยสังเขปเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของ HFS ทั้งหมด สุดท้ายนี้ จะสรุปผล
โครงสร้างคลื่นช้าเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของ TWT ซึ่งคุณสมบัติการกระจายตัวบ่งชี้ว่าความเร็วของอิเล็กตรอนตรงกับความเร็วเฟสของ SWS หรือไม่ และมีอิทธิพลอย่างมากต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงและคลื่น เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของ TWT โดยรวม จึงได้ออกแบบโครงสร้างปฏิสัมพันธ์ที่ได้รับการปรับปรุง โครงสร้างของเซลล์หน่วยแสดงในรูปที่ 1 เมื่อพิจารณาถึงความไม่เสถียรของลำแสงแผ่นและข้อจำกัดด้านกำลังของลำแสงปากกาเดี่ยว โครงสร้างจึงใช้ลำแสงปากกาคู่เพื่อปรับปรุงกำลังเอาต์พุตและความเสถียรในการทำงานให้ดียิ่งขึ้น ในขณะเดียวกัน เพื่อเพิ่มแบนด์วิดท์การทำงาน จึงได้เสนอโหมดคู่สำหรับการทำงานของ SWS เนื่องจากความสมมาตรของโครงสร้าง SDV การแก้สมการการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแบ่งออกเป็นโหมดคี่และโหมดคู่ ในขณะเดียวกัน โหมดคี่พื้นฐานของย่านความถี่ต่ำและโหมดคู่พื้นฐานของย่านความถี่สูงถูกนำมาใช้เพื่อให้เกิดการซิงโครไนซ์แบบบรอดแบนด์ของปฏิสัมพันธ์ของลำแสง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงแบนด์วิดท์การทำงานให้ดียิ่งขึ้น
ตามข้อกำหนดด้านพลังงาน ท่อทั้งหมดได้รับการออกแบบด้วยแรงดันขับ 20 kV และกระแสลำแสงคู่ 2 × 80 mA เพื่อให้แรงดันตรงกับแบนด์วิดท์การทำงานของ SDV-SWS มากที่สุด เราจำเป็นต้องคำนวณความยาวของคาบ p ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันลำแสงและคาบแสดงในสมการ (1)10:
โดยการตั้งค่าการเลื่อนเฟสเป็น 2.5π ที่ความถี่ศูนย์กลาง 220 GHz สามารถคำนวณคาบ p ได้เป็น 0.46 มม. รูปที่ 2a แสดงคุณสมบัติการกระจายตัวของเซลล์หน่วย SWS ลำแสง 20 kV เข้ากันได้ดีกับเส้นโค้งแบบสองโหมด แถบความถี่ที่เข้ากันได้สามารถเข้าถึงได้ประมาณ 70 GHz ในช่วง 210–265.3 GHz (โหมดคี่) และ 265.4–280 GHz (โหมดคู่) รูปที่ 2b แสดงค่าความต้านทานเฉลี่ยของการเชื่อมต่อ ซึ่งมากกว่า 0.6 Ω ตั้งแต่ 210 ถึง 290 GHz แสดงให้เห็นว่าอาจเกิดปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงในแบนด์วิดท์การทำงาน
(a) ลักษณะการกระจายตัวของ SDV-SWS แบบสองโหมดที่มีลำแสงอิเล็กตรอน 20 kV (b) อิมพีแดนซ์ปฏิสัมพันธ์ของวงจรคลื่นช้า SDV
อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ มีช่องว่างของแถบความถี่ระหว่างโหมดคี่และโหมดคู่ และโดยทั่วไปเราจะเรียกช่องว่างของแถบความถี่นี้ว่า แถบหยุด (stop band) ดังแสดงในรูปที่ 2a หากใช้งาน TWT ใกล้กับแถบความถี่นี้ อาจเกิดความแรงของการเชื่อมต่อลำแสงสูง ซึ่งจะนำไปสู่การสั่นที่ไม่พึงประสงค์ ในการใช้งานจริง เรามักจะหลีกเลี่ยงการใช้ TWT ใกล้กับแถบหยุด อย่างไรก็ตาม จะเห็นได้ว่าช่องว่างของแถบความถี่ของโครงสร้างคลื่นช้าแบบนี้มีเพียง 0.1 GHz เท่านั้น จึงเป็นการยากที่จะระบุว่าช่องว่างของแถบความถี่ขนาดเล็กนี้ทำให้เกิดการสั่นหรือไม่ ดังนั้น ในส่วนการจำลอง PIC ต่อไปนี้ จะทำการตรวจสอบเสถียรภาพของการทำงานรอบๆ แถบหยุด เพื่อวิเคราะห์ว่าอาจเกิดการสั่นที่ไม่พึงประสงค์หรือไม่
แบบจำลองของ HFS ทั้งหมดแสดงอยู่ในรูปที่ 3 ประกอบด้วย SDV-SWS สองขั้นตอนที่เชื่อมต่อกันด้วยตัวสะท้อนแบบแบร็ก หน้าที่ของตัวสะท้อนคือการตัดการส่งสัญญาณระหว่างสองขั้นตอน ระงับการสั่นและการสะท้อนของโหมดที่ไม่ทำงาน เช่น โหมดลำดับสูงที่เกิดขึ้นระหว่างใบมีดบนและล่าง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงเสถียรภาพของท่อทั้งหมดได้อย่างมาก สำหรับการเชื่อมต่อกับสภาพแวดล้อมภายนอก ยังใช้ตัวเชื่อมต่อแบบเรียวเชิงเส้นเพื่อเชื่อมต่อ SWS กับท่อนำคลื่นมาตรฐาน WR-4 ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของโครงสร้างสองระดับวัดโดยใช้ตัวแก้ปัญหาโดเมนเวลาในซอฟต์แวร์จำลอง 3 มิติ เมื่อพิจารณาถึงผลกระทบที่แท้จริงของย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์ต่อวัสดุ วัสดุของซองสุญญากาศจึงถูกกำหนดให้เป็นทองแดงในเบื้องต้น และลดค่าการนำไฟฟ้าลงเหลือ 2.25×10⁷ S/m¹²
รูปที่ 4 แสดงผลการส่งสัญญาณของ HFS ทั้งแบบมีและไม่มีตัวเชื่อมต่อแบบเรียวเชิงเส้น ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าตัวเชื่อมต่อมีผลกระทบเพียงเล็กน้อยต่อประสิทธิภาพการส่งสัญญาณของ HFS โดยรวม ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ (S11 < − 10 dB) และค่าการสูญเสียการแทรก (S21 > − 5 dB) ของระบบทั้งหมดในช่วงความถี่ 207~280 GHz แสดงให้เห็นว่า HFS มีคุณลักษณะการส่งสัญญาณที่ดี
ปืนอิเล็กตรอนซึ่งเป็นแหล่งจ่ายไฟของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศ เป็นตัวกำหนดโดยตรงว่าอุปกรณ์นั้นสามารถสร้างพลังงานเอาต์พุตได้เพียงพอหรือไม่ เมื่อรวมกับการวิเคราะห์ HFS ในส่วนที่ II จึงจำเป็นต้องออกแบบ EOS แบบลำแสงคู่เพื่อให้พลังงานเพียงพอ ในส่วนนี้ โดยอิงจากงานก่อนหน้าในย่านความถี่ W8,9 จึงได้ออกแบบปืนอิเล็กตรอนแบบแท่งคู่โดยใช้ส่วนหน้ากากระนาบและอิเล็กโทรดควบคุม ก่อนอื่น ตามข้อกำหนดการออกแบบของ SWS ในส่วนที่ ดังแสดงในรูปที่ 2. แรงดันขับ Ua ของลำอิเล็กตรอนถูกตั้งค่าเริ่มต้นไว้ที่ 20 kV กระแส I ของลำอิเล็กตรอนทั้งสองเท่ากับ 80 mA และเส้นผ่านศูนย์กลางลำอิเล็กตรอน dw เท่ากับ 0.13 มม. ในขณะเดียวกัน เพื่อให้แน่ใจว่าความหนาแน่นกระแสของลำอิเล็กตรอนและแคโทดสามารถบรรลุได้ อัตราส่วนการบีบอัดของลำอิเล็กตรอนจึงถูกตั้งค่าเป็น 7 ดังนั้นความหนาแน่นกระแสของลำอิเล็กตรอนจึงเท่ากับ 603 A/cm2 และความหนาแน่นกระแสของแคโทดเท่ากับ 86 A/cm2 ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้วัสดุแคโทดใหม่ ตามทฤษฎีการออกแบบ 14, 15, 16, 17 ปืนอิเล็กตรอน Pierce ทั่วไปสามารถระบุได้อย่างเฉพาะเจาะจง
รูปที่ 5 แสดงแผนภาพโครงร่างแนวนอนและแนวตั้งของปืนอิเล็กตรอนตามลำดับ จะเห็นได้ว่ารูปทรงของปืนอิเล็กตรอนในทิศทาง x เกือบจะเหมือนกับปืนอิเล็กตรอนแบบแผ่นทั่วไป ในขณะที่ในทิศทาง y ลำแสงอิเล็กตรอนทั้งสองถูกแยกออกจากกันบางส่วนโดยหน้ากาก ตำแหน่งของแคโทดทั้งสองอยู่ที่ x = – 0.155 มม., y = 0 มม. และ x = 0.155 มม., y = 0 มม. ตามลำดับ ตามข้อกำหนดการออกแบบของอัตราส่วนการบีบอัดและขนาดการฉีดอิเล็กตรอน ขนาดของพื้นผิวแคโทดทั้งสองจึงถูกกำหนดให้เป็น 0.91 มม. × 0.13 มม.
เพื่อให้สนามไฟฟ้าที่แต่ละลำอิเล็กตรอนได้รับในทิศทาง x มีความสมมาตรเกี่ยวกับจุดศูนย์กลางของตัวเอง บทความนี้จึงใช้ขั้วไฟฟ้าควบคุมกับปืนอิเล็กตรอน โดยการตั้งค่าแรงดันของขั้วไฟฟ้าโฟกัสและขั้วไฟฟ้าควบคุมเป็น −20 kV และแรงดันของขั้วบวกเป็น 0 V เราจะได้การกระจายวิถีของปืนอิเล็กตรอนแบบสองลำ ดังแสดงในรูปที่ 6 จะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมามีการบีบอัดที่ดีในทิศทาง y และแต่ละลำอิเล็กตรอนจะลู่เข้าสู่ทิศทาง x ตามจุดศูนย์กลางสมมาตรของตัวเอง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าขั้วไฟฟ้าควบคุมช่วยปรับสมดุลสนามไฟฟ้าที่ไม่เท่ากันที่เกิดจากขั้วไฟฟ้าโฟกัส
รูปที่ 7 แสดงซองลำแสงในทิศทาง x และ y ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระยะการฉายลำแสงอิเล็กตรอนในทิศทาง x แตกต่างจากในทิศทาง y ระยะการฉายในทิศทาง x ประมาณ 4 มม. และระยะการฉายในทิศทาง y ใกล้เคียงกับ 7 มม. ดังนั้นระยะการฉายจริงควรเลือกระหว่าง 4 ถึง 7 มม. รูปที่ 8 แสดงหน้าตัดของลำแสงอิเล็กตรอนที่ระยะ 4.6 มม. จากพื้นผิวแคโทด เราจะเห็นว่ารูปร่างของหน้าตัดใกล้เคียงกับลำแสงอิเล็กตรอนทรงกลมมาตรฐาน ระยะห่างระหว่างลำแสงอิเล็กตรอนทั้งสองใกล้เคียงกับค่าที่ออกแบบไว้ที่ 0.31 มม. และรัศมีประมาณ 0.13 มม. ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ รูปที่ 9 แสดงผลการจำลองกระแสลำแสง จะเห็นได้ว่ากระแสลำแสงทั้งสองคือ 76 mA ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่ออกแบบไว้ที่ 80 mA เป็นอย่างดี
เมื่อพิจารณาถึงความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนในการใช้งานจริง จึงจำเป็นต้องศึกษาความไวต่อแรงดันไฟฟ้าของแบบจำลองนี้ ในช่วงแรงดันไฟฟ้า 19.8 ~ 20.6 kV ได้มีการหาค่ากระแสและกระแสลำแสงอิเล็กตรอน ดังแสดงในรูปที่ 1 และรูปที่ 1.10 และ 11 จากผลลัพธ์ จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนไม่มีผลต่อค่ากระแสลำแสงอิเล็กตรอน และกระแสลำแสงอิเล็กตรอนเปลี่ยนแปลงเพียงจาก 0.74 เป็น 0.78 A ดังนั้นจึงถือได้ว่าปืนอิเล็กตรอนที่ออกแบบในบทความนี้มีความไวต่อแรงดันไฟฟ้าที่ดี
ผลกระทบของการผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนต่อรูปทรงลำแสงในทิศทาง x และ y
สนามแม่เหล็กโฟกัสแบบสม่ำเสมอเป็นระบบโฟกัสแม่เหล็กถาวรทั่วไป เนื่องจากมีการกระจายสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอทั่วทั้งช่องลำแสง จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับลำแสงอิเล็กตรอนแบบสมมาตรตามแกน ในส่วนนี้ ระบบโฟกัสแม่เหล็กแบบสม่ำเสมอสำหรับการรักษาการส่งผ่านลำแสงคู่แบบดินสอในระยะทางไกลได้รับการเสนอขึ้น โดยการวิเคราะห์สนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นและซองลำแสง ได้มีการเสนอแผนการออกแบบของระบบโฟกัส และศึกษาปัญหาความไว ตามทฤษฎีการส่งผ่านที่เสถียรของลำแสงดินสอเดี่ยว18,19 ค่าสนามแม่เหล็กบริลลูอินสามารถคำนวณได้จากสมการ (2) ในบทความนี้ เรายังใช้ความเท่าเทียมกันนี้เพื่อประมาณค่าสนามแม่เหล็กของลำแสงคู่แบบดินสอที่กระจายตัวในแนวด้านข้าง เมื่อรวมกับปืนอิเล็กตรอนที่ออกแบบในบทความนี้ ค่าสนามแม่เหล็กที่คำนวณได้อยู่ที่ประมาณ 4000 Gs ตามเอกสารอ้างอิง 20 โดยทั่วไปจะเลือกค่าที่คำนวณได้ 1.5-2 เท่าในการออกแบบเชิงปฏิบัติ
รูปที่ 12 แสดงโครงสร้างของระบบสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอแบบโฟกัส ส่วนสีน้ำเงินคือแม่เหล็กถาวรที่ถูกทำให้เป็นแม่เหล็กในทิศทางแกน วัสดุที่เลือกใช้คือ NdFeB หรือ FeCoNi ค่าความคงเหลือของแม่เหล็ก Br ที่ตั้งไว้ในแบบจำลองคือ 1.3 T และค่าการซึมผ่านของแม่เหล็กคือ 1.05 เพื่อให้แน่ใจว่าการส่งผ่านลำแสงมีความเสถียรในวงจรทั้งหมด ความยาวของแม่เหล็กจึงถูกตั้งค่าเริ่มต้นไว้ที่ 70 มม. นอกจากนี้ ขนาดของแม่เหล็กในทิศทาง x จะเป็นตัวกำหนดว่าสนามแม่เหล็กตามขวางในช่องลำแสงมีความสม่ำเสมอหรือไม่ ซึ่งหมายความว่าขนาดในทิศทาง x จะต้องไม่เล็กเกินไป ในขณะเดียวกัน เมื่อพิจารณาถึงต้นทุนและน้ำหนักของท่อทั้งหมด ขนาดของแม่เหล็กก็ไม่ควรใหญ่เกินไป ดังนั้น แม่เหล็กจึงถูกตั้งค่าเริ่มต้นไว้ที่ 150 มม. × 150 มม. × 70 มม. ในขณะเดียวกัน เพื่อให้แน่ใจว่าวงจรคลื่นช้าทั้งหมดสามารถวางไว้ในระบบโฟกัสได้ ระยะห่างระหว่างแม่เหล็กจึงถูกตั้งค่าไว้ที่ 20 มม.
ในปี 2558 Purna Chandra Panda21 ได้เสนอชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กที่มีรูแบบขั้นบันไดใหม่ในระบบโฟกัสแม่เหล็กแบบสม่ำเสมอ ซึ่งสามารถลดขนาดของการรั่วไหลของฟลักซ์ไปยังแคโทดและสนามแม่เหล็กตามขวางที่เกิดขึ้นที่รูของชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กได้ ในบทความนี้ เราได้เพิ่มโครงสร้างแบบขั้นบันไดให้กับชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กของระบบโฟกัส โดยความหนาของชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กถูกกำหนดไว้ที่ 1.5 มม. ในตอนเริ่มต้น ความสูงและความกว้างของขั้นบันไดทั้งสามขั้นคือ 0.5 มม. และระยะห่างระหว่างรูของชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กคือ 2 มม. ดังแสดงในรูปที่ 13
รูปที่ 14a แสดงการกระจายสนามแม่เหล็กตามแนวแกนตามแนวเส้นศูนย์กลางของลำอิเล็กตรอนทั้งสอง จะเห็นได้ว่าแรงสนามแม่เหล็กตามแนวลำอิเล็กตรอนทั้งสองมีค่าเท่ากัน ค่าสนามแม่เหล็กอยู่ที่ประมาณ 6000 Gs ซึ่งมากกว่าสนามบริลลูอินตามทฤษฎี 1.5 เท่า เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการส่งผ่านและการโฟกัส ในขณะเดียวกัน สนามแม่เหล็กที่แคโทดมีค่าเกือบเป็นศูนย์ แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กมีผลดีในการป้องกันการรั่วไหลของฟลักซ์แม่เหล็ก รูปที่ 14b แสดงการกระจายสนามแม่เหล็กตามแนวขวางในทิศทาง z ที่ขอบด้านบนของลำอิเล็กตรอนทั้งสอง จะเห็นได้ว่าสนามแม่เหล็กตามแนวขวางมีค่าน้อยกว่า 200 Gs เฉพาะที่รูของชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กเท่านั้น ในขณะที่ในวงจรคลื่นช้า สนามแม่เหล็กตามแนวขวางมีค่าเกือบเป็นศูนย์ ซึ่งพิสูจน์ได้ว่าอิทธิพลของสนามแม่เหล็กตามแนวขวางต่อลำอิเล็กตรอนนั้นน้อยมาก เพื่อป้องกันการอิ่มตัวของสนามแม่เหล็กในชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก จำเป็นต้องศึกษาความแรงของสนามแม่เหล็กภายในชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก รูปที่ 14c แสดงค่าสัมบูรณ์ของ จากการวิเคราะห์การกระจายตัวของสนามแม่เหล็กภายในชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก จะเห็นได้ว่าค่าสัมบูรณ์ของความแรงสนามแม่เหล็กมีค่าน้อยกว่า 1.2 เทสลา ซึ่งบ่งชี้ว่าชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็กจะไม่เกิดการอิ่มตัวทางแม่เหล็ก
การกระจายความแรงของสนามแม่เหล็กสำหรับ Br = 1.3 T (a) การกระจายสนามตามแนวแกน (b) การกระจายสนามด้านข้าง By ในทิศทาง z (c) ค่าสัมบูรณ์ของการกระจายสนามภายในชิ้นส่วนขั้วแม่เหล็ก
จากโมดูล CST PS ตำแหน่งสัมพัทธ์ตามแนวแกนของปืนลำแสงคู่และระบบโฟกัสได้รับการปรับให้เหมาะสม ตามเอกสารอ้างอิงที่ 9 และการจำลอง ตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดคือตำแหน่งที่ชิ้นส่วนแอโนดทับซ้อนกับชิ้นส่วนขั้วที่อยู่ห่างจากแม่เหล็ก อย่างไรก็ตาม พบว่าหากตั้งค่าความคงเหลือของแม่เหล็กไว้ที่ 1.3T การส่งผ่านของลำอิเล็กตรอนจะไม่ถึง 99% การเพิ่มความคงเหลือของแม่เหล็กเป็น 1.4 T จะทำให้สนามแม่เหล็กโฟกัสเพิ่มขึ้นเป็น 6500 Gs วิถีของลำแสงบนระนาบ xoz และ yoz แสดงในรูปที่ 15 จะเห็นได้ว่าลำแสงมีการส่งผ่านที่ดี มีความผันผวนน้อย และระยะการส่งผ่านมากกว่า 45 มม.
วิถีการเคลื่อนที่ของลำแสงดินสอคู่ภายใต้ระบบแม่เหล็กเอกพันธ์ที่มี Br = 1.4 T (a) ระนาบ xoz (b) เครื่องบิน yoz
รูปที่ 16 แสดงภาพตัดขวางของลำแสงที่ตำแหน่งต่างๆ ห่างจากแคโทด จะเห็นได้ว่ารูปร่างของหน้าตัดลำแสงในระบบโฟกัสยังคงรักษาไว้ได้ดี และเส้นผ่านศูนย์กลางของหน้าตัดไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก รูปที่ 17 แสดงซองลำแสงในทิศทาง x และ y ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าความผันผวนของลำแสงในทั้งสองทิศทางนั้นน้อยมาก รูปที่ 18 แสดงผลการจำลองกระแสลำแสง ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่ากระแสอยู่ที่ประมาณ 2 × 80 mA ซึ่งสอดคล้องกับค่าที่คำนวณได้ในการออกแบบปืนอิเล็กตรอน
ภาพตัดขวางของลำอิเล็กตรอน (พร้อมระบบโฟกัส) ที่ตำแหน่งต่างๆ ห่างจากแคโทด
เมื่อพิจารณาปัญหาต่างๆ เช่น ข้อผิดพลาดในการประกอบ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้า และการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็กในการใช้งานจริง จำเป็นต้องวิเคราะห์ความไวของระบบโฟกัส เนื่องจากมีช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนแอโนดและชิ้นส่วนโพลในการประมวลผลจริง ช่องว่างนี้จึงจำเป็นต้องตั้งค่าในการจำลอง ค่าช่องว่างถูกตั้งไว้ที่ 0.2 มม. และรูปที่ 19a แสดงซองลำแสงและกระแสลำแสงในทิศทาง y ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงของซองลำแสงไม่สำคัญ และกระแสลำแสงแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น ระบบจึงไม่ไวต่อข้อผิดพลาดในการประกอบ สำหรับความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าขับเคลื่อน ช่วงข้อผิดพลาดถูกตั้งไว้ที่ ±0.5 kV รูปที่ 19b แสดงผลการเปรียบเทียบ จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้ามีผลกระทบต่อซองลำแสงน้อยมาก ช่วงข้อผิดพลาดถูกตั้งไว้ตั้งแต่ -0.02 ถึง +0.03 T สำหรับการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็ก ผลการเปรียบเทียบแสดงในรูปที่ 20 จะเห็นได้ว่าซองลำแสงแทบจะไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่า EOS ทั้งหมดไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงความแรงของสนามแม่เหล็ก
ผลลัพธ์ของซองลำแสงและกระแสไฟฟ้าภายใต้ระบบโฟกัสแม่เหล็กแบบสม่ำเสมอ (a) ค่าความคลาดเคลื่อนในการประกอบคือ 0.2 มม. (b) ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนคือ ±0.5 kV
ขอบเขตลำแสงภายใต้ระบบโฟกัสแม่เหล็กสม่ำเสมอที่มีความผันผวนของความแรงสนามแม่เหล็กตามแนวแกนตั้งแต่ 0.63 ถึง 0.68 เทสลา
เพื่อให้แน่ใจว่าระบบโฟกัสที่ออกแบบในบทความนี้สามารถใช้งานร่วมกับ HFS ​​ได้ จำเป็นต้องรวมระบบโฟกัสและ HFS เข้าด้วยกันในการวิจัย รูปที่ 21 แสดงการเปรียบเทียบซองลำแสงทั้งแบบที่มีและไม่มี HFS ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าซองลำแสงไม่เปลี่ยนแปลงมากนักเมื่อติดตั้ง HFS ทั้งหมด ดังนั้น ระบบโฟกัสนี้จึงเหมาะสมกับ HFS ​​ของท่อคลื่นเดินทางที่ออกแบบไว้ข้างต้น
เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของสมการสถานะ (EOS) ที่เสนอในส่วนที่ III และเพื่อศึกษาประสิทธิภาพของ SDV-TWT 220 GHz จึงได้ทำการจำลองปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงและคลื่นด้วยโปรแกรม 3D-PIC เนื่องจากข้อจำกัดของซอฟต์แวร์จำลอง เราจึงไม่สามารถเพิ่มสมการสถานะทั้งหมดลงใน HFS ได้ ดังนั้นจึงได้เปลี่ยนปืนอิเล็กตรอนด้วยพื้นผิวปล่อยอิเล็กตรอนที่เทียบเท่ากัน โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.13 มม. และระยะห่างระหว่างสองพื้นผิว 0.31 มม. ซึ่งมีพารามิเตอร์เดียวกันกับปืนอิเล็กตรอนที่ออกแบบไว้ข้างต้น เนื่องจากความไม่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงและความเสถียรที่ดีของสมการสถานะ แรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อนจึงสามารถปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้กำลังเอาต์พุตที่ดีที่สุดในการจำลอง PIC ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าสามารถได้กำลังเอาต์พุตและอัตราขยายที่อิ่มตัวที่แรงดันไฟฟ้าในการขับเคลื่อน 20.6 kV กระแสลำแสง 2 × 80 mA (603 A/cm2) และกำลังไฟฟ้าขาเข้า 0.05 W
เพื่อให้ได้สัญญาณเอาต์พุตที่ดีที่สุด จำนวนรอบการทำงานก็จำเป็นต้องได้รับการปรับให้เหมาะสมด้วยเช่นกัน กำลังเอาต์พุตที่ดีที่สุดจะได้เมื่อจำนวนสองขั้นตอนเท่ากับ 42 + 48 รอบ ดังแสดงในรูปที่ 22a สัญญาณอินพุต 0.05 วัตต์ถูกขยายเป็น 314 วัตต์ด้วยอัตราขยาย 38 เดซิเบล สเปกตรัมกำลังเอาต์พุตที่ได้จากการแปลงฟูริเยร์แบบเร็ว (FFT) มีความบริสุทธิ์ โดยมีจุดสูงสุดที่ 220 กิกะเฮิร์ตซ์ รูปที่ 22b แสดงการกระจายตำแหน่งตามแนวแกนของพลังงานอิเล็กตรอนใน SWS โดยอิเล็กตรอนส่วนใหญ่สูญเสียพลังงาน ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่า SDV-SWS สามารถแปลงพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนเป็นสัญญาณ RF ได้ จึงทำให้เกิดการขยายสัญญาณ
สัญญาณเอาต์พุต SDV-SWS ที่ 220 GHz (a) กำลังเอาต์พุตพร้อมสเปกตรัมที่รวมอยู่ (b) การกระจายพลังงานของอิเล็กตรอนด้วยลำแสงอิเล็กตรอนที่ปลาย SWS แทรก
รูปที่ 23 แสดงแบนด์วิดท์กำลังเอาต์พุตและอัตราขยายของ SDV-TWT แบบสองโหมดสองลำแสง ประสิทธิภาพการทำงานสามารถปรับปรุงได้ดียิ่งขึ้นโดยการกวาดความถี่ตั้งแต่ 200 ถึง 275 GHz และปรับแรงดันขับให้เหมาะสม ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นว่าแบนด์วิดท์ 3 dB สามารถครอบคลุมช่วง 205 ถึง 275 GHz ซึ่งหมายความว่าการทำงานแบบสองโหมดสามารถขยายแบนด์วิดท์การทำงานได้อย่างมาก
อย่างไรก็ตาม จากรูปที่ 2a เราทราบว่ามีแถบหยุดระหว่างโหมดคี่และโหมดคู่ ซึ่งอาจนำไปสู่การสั่นที่ไม่พึงประสงค์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องศึกษาเสถียรภาพการทำงานรอบๆ แถบหยุด รูปที่ 24a-c แสดงผลการจำลอง 20 ns ที่ 265.3 GHz, 265.35 GHz และ 265.4 GHz ตามลำดับ จะเห็นได้ว่าแม้ผลการจำลองจะมีความผันผวนบ้าง แต่กำลังเอาต์พุตค่อนข้างคงที่ สเปกตรัมก็แสดงอยู่ในรูปที่ 24 เช่นกัน ซึ่งสเปกตรัมมีความบริสุทธิ์ ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าไม่มีการสั่นเองใกล้กับแถบหยุด
การผลิตและการวัดมีความจำเป็นเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของโครงสร้างความถี่สูง (HFS) ทั้งหมด ในส่วนนี้ โครงสร้าง HFS ถูกผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีการควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) ด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางของเครื่องมือ 0.1 มม. และความแม่นยำในการขึ้นรูป 10 ไมโครเมตร วัสดุสำหรับโครงสร้างความถี่สูงคือทองแดงนำไฟฟ้าสูงปราศจากออกซิเจน (OFHC) รูปที่ 25a แสดงโครงสร้างที่ผลิตขึ้น โครงสร้างทั้งหมดมีความยาว 66.00 มม. ความกว้าง 20.00 มม. และความสูง 8.66 มม. มีรูสำหรับเสียบหมุดแปดรูกระจายอยู่รอบโครงสร้าง รูปที่ 25b แสดงโครงสร้างโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบสแกน (SEM) ใบมีดของโครงสร้างนี้ผลิตได้อย่างสม่ำเสมอและมีความเรียบของพื้นผิวที่ดี หลังจากการวัดอย่างแม่นยำ ข้อผิดพลาดในการขึ้นรูปโดยรวมน้อยกว่า 5% และความเรียบของพื้นผิวอยู่ที่ประมาณ 0.4 ไมโครเมตร โครงสร้างที่ขึ้นรูปตรงตามข้อกำหนดด้านการออกแบบและความแม่นยำ
รูปที่ 26 แสดงการเปรียบเทียบระหว่างผลการทดสอบจริงและการจำลองประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ พอร์ต 1 และพอร์ต 2 ในรูปที่ 26a สอดคล้องกับพอร์ตอินพุตและเอาต์พุตของ HFS ตามลำดับ และเทียบเท่ากับพอร์ต 1 และพอร์ต 4 ในรูปที่ 3 ผลการวัดจริงของ S11 ดีกว่าผลการจำลองเล็กน้อย ในขณะเดียวกัน ผลการวัดของ S21 แย่กว่าเล็กน้อย สาเหตุอาจเป็นเพราะค่าการนำไฟฟ้าของวัสดุที่ตั้งไว้ในการจำลองสูงเกินไป และความหยาบของพื้นผิวหลังจากการกลึงจริงไม่ดี โดยรวมแล้ว ผลการวัดสอดคล้องกับผลการจำลองเป็นอย่างดี และแบนด์วิดท์การส่งสัญญาณตรงตามข้อกำหนด 70 GHz ซึ่งเป็นการยืนยันความเป็นไปได้และความถูกต้องของ SDV-TWT แบบสองโหมดที่เสนอ ดังนั้น เมื่อรวมกับกระบวนการผลิตจริงและผลการทดสอบ การออกแบบ SDV-TWT แบบลำแสงคู่อัลตร้าบรอดแบนด์ที่เสนอในเอกสารนี้สามารถนำไปใช้ในการผลิตและการใช้งานต่อไปได้
ในบทความนี้ นำเสนอการออกแบบโดยละเอียดของ SDV-TWT แบบกระจายระนาบสองลำแสง 220 GHz การผสมผสานการทำงานแบบสองโหมดและการกระตุ้นด้วยลำแสงคู่ช่วยเพิ่มแบนด์วิดท์การทำงานและกำลังเอาต์พุตให้สูงขึ้น การผลิตและการทดสอบในสภาวะเย็นได้ดำเนินการเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของ HFS ทั้งหมด ผลการวัดจริงสอดคล้องกับผลการจำลองเป็นอย่างดี สำหรับ EOS สองลำแสงที่ออกแบบไว้ ได้มีการใช้ส่วนของหน้ากากและอิเล็กโทรดควบคุมร่วมกันเพื่อสร้างลำแสงสองลำ ภายใต้สนามแม่เหล็กโฟกัสสม่ำเสมอที่ออกแบบไว้ ลำแสงอิเล็กตรอนสามารถส่งผ่านได้อย่างเสถียรในระยะทางไกลด้วยรูปร่างที่ดี ในอนาคต จะมีการดำเนินการผลิตและทดสอบ EOS และจะทำการทดสอบความร้อนของ TWT ทั้งหมดด้วย แผนการออกแบบ SDV-TWT ที่เสนอในบทความนี้ได้รวมเอาเทคโนโลยีการประมวลผลระนาบที่พัฒนาแล้วในปัจจุบันเข้าไว้ด้วยกันอย่างสมบูรณ์ และแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่ยอดเยี่ยมในด้านตัวชี้วัดประสิทธิภาพ การประมวลผล และการประกอบ ดังนั้น บทความนี้เชื่อว่าโครงสร้างระนาบมีแนวโน้มที่จะกลายเป็นแนวโน้มการพัฒนาของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศในย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์
ข้อมูลดิบและแบบจำลองวิเคราะห์ส่วนใหญ่ในงานวิจัยนี้ได้รวมอยู่ในเอกสารฉบับนี้แล้ว หากต้องการข้อมูลเพิ่มเติมที่เกี่ยวข้อง สามารถติดต่อผู้เขียนที่รับผิดชอบบทความได้ตามความเหมาะสม
Gamzina, D. และคณะ การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศระดับนาโนด้วยเครื่อง CNC ความถี่ซับเทราเฮิร์ตซ์ IEEE Trans.electronic devices. 63, 4067–4073 (2016)
Malekabadi, A. และ Paoloni, C. การผลิตไมโครอิเล็กโทรดนำคลื่นความถี่ซับเทราเฮิร์ตซ์ด้วย UV-LIGA โดยใช้โฟโตเรซิสต์ SU-8 หลายชั้น J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016)
Dhillon, SS และคณะ 2017 แผนงานเทคโนโลยี THz วารสารฟิสิกส์ D เพื่อการประยุกต์ใช้ฟิสิกส์ 50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017)
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC การกักกันการแพร่กระจายของคลื่นพลาสมอนิกอย่างเข้มข้นผ่านท่อนำคลื่นแบบตะแกรงคู่สลับย่านความถี่กว้างพิเศษ application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008)
Baig, A. และคณะ ประสิทธิภาพของเครื่องขยายสัญญาณแบบท่อคลื่นเดินทาง 220 GHz ที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC ระดับนาโน IEEE Trans.electronic devices. 64, 590–592 (2017)
Han, Y. & Ruan, CJ การตรวจสอบความไม่เสถียรของไดโอคอตรอนของลำแสงอิเล็กตรอนแผ่นกว้างอนันต์โดยใช้ทฤษฎีแบบจำลองของไหลเย็นระดับมหภาค Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011)
Galdetskiy, AV เกี่ยวกับโอกาสในการเพิ่มแบนด์วิดท์โดยการจัดวางลำแสงแบบระนาบในไคลสตรอนแบบหลายลำแสง ในการประชุมนานาชาติ IEEE ครั้งที่ 12 ว่าด้วยอิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศ บังกาลอร์ อินเดีย 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011)
Nguyen, CJ และคณะ การออกแบบปืนอิเล็กตรอนสามลำแสงที่มีการกระจายระนาบการแยกแสงแคบในหลอดคลื่นเดินทางแบบใบมีดคู่สลับย่านความถี่ 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 ระบบอิเล็กตรอนออปติกแบบกระจายระนาบสามลำแสงที่มีการแยกแสงแคบสำหรับ TWT โหมดพื้นฐานย่านความถี่ W IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021)
Zhan, M. งานวิจัยเกี่ยวกับท่อคลื่นเดินทางแบบใบมีดคู่สลับซ้อนที่มีลำแสงแผ่นคลื่นมิลลิเมตร 20-22 (ปริญญาเอก มหาวิทยาลัยเป่ยหาง, 2018)
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. การศึกษาเสถียรภาพปฏิสัมพันธ์ระหว่างลำแสงและคลื่นของหลอดคลื่นเดินทางแบบใบมีดคู่สลับย่านความถี่ G การประชุมนานาชาติว่าด้วยคลื่นอินฟราเรด มิลลิเมตร และเทราเฮิร์ตซ์ ครั้งที่ 43 ประจำปี 2018 ณ เมืองนาโกยา 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018)