Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta para sa CSS. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o i-off ang compatibility mode sa Internet Explorer). Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipapakita namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Sa papel na ito, ang isang 220GHz broadband high-power interleaved double-blade traveling wave tube ay idinisenyo at na-verify.Una, iminungkahi ang planar double-beam staggered double-blade slow-wave na istraktura. Ang hugis ng lapis na electronic optical system ay idinisenyo, ang boltahe sa pagmamaneho ay 20~21 kV, at ang kasalukuyang ay 2 × 80 mA. Mga layunin sa disenyo. Sa pamamagitan ng paggamit ng bahagi ng mask at control electrode sa double beam gun, ang dalawang pencil beam ay maaaring ituon sa kahabaan ng kani-kanilang mga sentro na may compression ratio na 7, ang distansya ng pagtutok ay halos 0.18mm din ang pagkaka-optimize ng magnetic system, at ang magnetic focusing system ay mabuti. Ang matatag na distansya ng paghahatid ng planar double electron beam ay maaaring umabot sa 45 mm, at ang nakatutok na magnetic field ay 0.6 T, na sapat upang masakop ang buong high frequency system (HFS). Pagkatapos, upang mapatunayan ang kakayahang magamit ng electron-optical system at ang pagganap ng istraktura ng mabagal na alon, ang particle cell (PIC) simulation ay isinagawa din malapit sa buong HFS. Ang mga resulta ay maaaring makamit ang peak output ng isang peak output sa buong HFS. 310 W sa 220 GHz, ang na-optimize na boltahe ng beam ay 20.6 kV, ang kasalukuyang beam ay 2 × 80 mA, ang pakinabang ay 38 dB, at ang 3-dB bandwidth ay lumampas sa 35 dB tungkol sa 70 GHz. Sa wakas, ang high-precision microstructure fabrication ay ginanap upang ma-verify ang simulation na kasunduan at ang pagganap ng bandwidth ay nagpapakita ng mahusay na mga katangian ng HFS. mga resulta.Samakatuwid, ang scheme na iminungkahi sa papel na ito ay inaasahang bubuo ng high-power, ultra-broadband terahertz-band na mga mapagkukunan ng radiation na may potensyal para sa mga aplikasyon sa hinaharap.
Bilang isang tradisyunal na vacuum electronic device, ang traveling wave tube (TWT) ay gumaganap ng isang hindi mapapalitang papel sa maraming mga aplikasyon tulad ng high-resolution na radar, satellite communication system, at space exploration1,2,3. Gayunpaman, habang ang operating frequency ay pumapasok sa terahertz band, ang tradisyonal na coupled-cavity TWT at helical TWT ay hindi nakakatugon sa medyo mababa ang mga pangangailangan ng mga tao, mga proseso ng pagmamanupaktura, at mahirap na paggawa. kung paano komprehensibong pagbutihin ang pagganap ng banda ng THz ay ​​naging isang lubhang nababahala na isyu para sa maraming institusyong pang-agham na pananaliksik. Sa mga nagdaang taon, ang mga novel slow-wave structures (SWSs), tulad ng staggered dual-blade (SDV) structures at folded waveguide (FW) structures, ay nakatanggap ng malawak na atensyon dahil sa kanilang natural na planar structures, lalo na ang nobelang SDV-SWS na istruktura na iminungkahi ng UC. 20084. Ang istraktura ng planar ay madaling malikha sa pamamagitan ng mga micro-nano processing techniques tulad ng computer numerical control (CNC) at UV-LIGA, ang all-metal package structure ay maaaring magbigay ng mas malaking thermal capacity na may mas mataas na output power at gain, at ang waveguide-like structure ay maaari ding magbigay ng mas malawak na working bandwidth. Sa kasalukuyan, ang UC Davis ay nagpakita sa unang pagkakataon noong 2017 na mataas ang output ng SDV-TWT1. W at halos 14 GHz bandwidth signal sa G-band5. Gayunpaman, ang mga resultang ito ay may mga gaps pa rin na hindi nakakatugon sa mga kaugnay na pangangailangan ng mataas na kapangyarihan at malawak na bandwidth sa terahertz band. Para sa G-band SDV-TWT ng UC-Davis, ginamit ang mga sheet electron beam. optical system (EOS), at mayroong over-mode beam tunnel, na maaari ring maging sanhi ng pag-regulate ng beam. – Excitation at oscillation 6,7.Upang matugunan ang mga kinakailangan ng mataas na output power, malawak na bandwidth at magandang stability ng THz TWT, isang dual-beam SDV-SWS na may dual-mode na operasyon ang iminungkahi sa papel na ito. Iyon ay, upang mapataas ang operating bandwidth, ang dual-mode na operasyon ay iminungkahi at ipinakilala sa istrukturang ito. At, upang madagdagan ang planar na pamamahagi ng kapangyarihan ay ginagamit din ang dobleng output ng pencil. Ang mga radio ng pencil beam ay medyo maliit dahil sa vertical size constraints. Kung ang kasalukuyang density ay masyadong mataas, ang beam current ay dapat na bawasan, na magreresulta sa isang medyo mababang output power. Upang mapabuti ang beam current, ang planar distributed multibeam EOS ay lumitaw, na sinasamantala ang lateral size ng SWS. Dahil sa independent beam tunneling, ang planar beam ay nagpapanatili ng isang mataas na output current sa pamamagitan ng mataas na output na kasalukuyang naipamahagi ng planar beam sa pamamagitan ng mataas na kasalukuyang output. bawat beam, na maaaring maiwasan ang overmode beam tunneling kumpara sa mga sheet-beam device.Samakatuwid, ito ay kapaki-pakinabang upang mapanatili ang katatagan ng naglalakbay na wave tube.Sa batayan ng nakaraang trabaho8,9, ang papel na ito ay nagmumungkahi ng isang G-band uniform magnetic field na tumutuon sa double pencil beam EOS, na maaaring lubos na mapabuti ang matatag na transmission distance ng beam na lugar ng interaksyon at higit pang dagdagan ang beam na lugar ng interaksyon.
Ang istraktura ng papel na ito ay ang mga sumusunod.Una, ang disenyo ng SWS cell na may mga parameter, pagsusuri ng mga katangian ng pagpapakalat at mga resulta ng high frequency simulation ay inilarawan. Pagkatapos, ayon sa istruktura ng unit cell, isang double pencil beam na EOS at beam interaction system ang idinisenyo sa papel na ito. Ang mga resulta ng intracellular particle simulation ay ipinakita din upang mapatunayan ang kakayahang magamit ng EOS at ang pagganap ng mga resulta ng SDV-TWT upang maipakita ang mga resulta ng SDV-TWT. kawastuhan ng buong HFS.Sa wakas ay gumawa ng buod.
Bilang isa sa pinakamahalagang bahagi ng TWT, ang mga dispersive na katangian ng istraktura ng mabagal na alon ay nagpapahiwatig kung ang bilis ng elektron ay tumutugma sa bilis ng yugto ng SWS, at sa gayon ay may malaking impluwensya sa pakikipag-ugnayan ng beam-wave. Upang mapabuti ang pagganap ng buong TWT, ang isang pinahusay na istraktura ng pakikipag-ugnayan ay idinisenyo. Ang istraktura ng yunit ng cell ay ipinapakita sa Figure 1. Pagkakatatag ng kapangyarihanIsinasaalang-alang ang kawalang-tatag ng solong sheet. beam, ang istraktura ay gumagamit ng double pen beam upang higit pang mapabuti ang output power at operation stability. Samantala, upang mapataas ang working bandwidth, isang dual mode ang iminungkahi para gumana ang SWS. Dahil sa simetriya ng istraktura ng SDV, ang solusyon ng electromagnetic field dispersion equation ay maaaring hatiin sa odd at even na mga mode. Kasabay nito, ang basic odd mode ng low frequency band at ang fundamental even mode ng high frequency band ay ginagamit upang maisakatuparan ang interaksyon ng broadband, sa pamamagitan ng pag-improve ng bandwidth.
Ayon sa mga kinakailangan sa kuryente, ang buong tubo ay idinisenyo na may boltahe sa pagmamaneho na 20 kV at isang double beam na kasalukuyang 2 × 80 mA. Upang maitugma ang boltahe nang mas malapit hangga't maaari sa operating bandwidth ng SDV-SWS, kailangan nating kalkulahin ang haba ng panahon p. Ang relasyon sa pagitan ng boltahe ng beam at panahon ay ipinapakita sa equation (1)10:
Sa pamamagitan ng pagtatakda ng phase shift sa 2.5π sa gitnang frequency na 220 GHz, ang period p ay maaaring kalkulahin na 0.46 mm. Ipinapakita ng Figure 2a ang mga katangian ng dispersion ng SWS unit cell. Ang 20 kV beamline ay tumutugma sa bimodal curve. Ang pagtutugma ng frequency band ay maaaring umabot sa humigit-kumulang 70 GHz–26.210GHz (odd) 265.4–280 GHz (even mode) ranges. Ipinapakita ng Figure 2b ang average na impedance ng coupling, na mas malaki sa 0.6 Ω mula 210 hanggang 290 GHz, na nagpapahiwatig na maaaring mangyari ang malakas na pakikipag-ugnayan sa operating bandwidth.
(a) Mga katangian ng pagpapakalat ng isang dual-mode na SDV-SWS na may 20 kV electron beamline.(b) Interaction impedance ng SDV slow-wave circuit.
Gayunpaman, mahalagang tandaan na may band gap sa pagitan ng odd at even na mga mode, at karaniwan naming tinutukoy ang band gap na ito bilang stop band, tulad ng ipinapakita sa Figure 2a. Kung ang TWT ay pinapatakbo malapit sa frequency band na ito, ang malakas na beam coupling strength ay maaaring mangyari, na hahantong sa mga hindi gustong oscillations. Sa mga praktikal na aplikasyon, sa pangkalahatan ay iniiwasan namin ang paggamit ng TWT na ito malapit sa band na ito. Ang istraktura ng mabagal na alon ay 0.1 GHz lamang. Mahirap matukoy kung ang maliit na agwat ng banda na ito ay nagdudulot ng mga oscillations. Samakatuwid, ang katatagan ng operasyon sa paligid ng stop band ay iimbestigahan sa sumusunod na seksyon ng simulation ng PIC upang masuri kung maaaring mangyari ang mga hindi gustong oscillations.
Ang modelo ng buong HFS ay ipinapakita sa Figure 3. Binubuo ito ng dalawang yugto ng SDV-SWS, na konektado sa pamamagitan ng Bragg reflectors. Ang function ng reflector ay upang putulin ang signal transmission sa pagitan ng dalawang yugto, sugpuin ang oscillation at reflection ng mga mode na hindi gumagana tulad ng mga high-order na mode na nabuo sa pagitan ng upper at lower blades, at sa gayon ay lubos na mapabuti ang koneksyon ng panlabas na linya, para sa isang panlabas na linya ng tape. Ang coupler ay ginagamit din upang ikonekta ang SWS sa isang WR-4 standard waveguide. Ang transmission coefficient ng two-level na istraktura ay sinusukat ng isang time domain solver sa 3D simulation software. Kung isasaalang-alang ang aktwal na epekto ng terahertz band sa materyal, ang materyal ng vacuum envelope ay unang nakatakda sa tanso, at ang conductivity ay nabawasan sa S/m12.2.2.
Ipinapakita ng Figure 4 ang mga resulta ng transmission para sa HFS na may at walang linear tapered coupler. Ipinapakita ng mga resulta na ang coupler ay may maliit na epekto sa transmission performance ng buong HFS. Ang return loss (S11 < − 10 dB) at insertion loss (S21 > − 5 dB) ng buong system sa 207~280 GHz ay ​​nagpapakita na may magandang broadband na katangian ang HFS.
Bilang power supply ng mga vacuum electronic device, direktang tinutukoy ng electron gun kung makakabuo ng sapat na output power ang device.Kasabay ng pagsusuri ng HFS sa Seksyon II, kailangang idisenyo ang dual-beam EOS para magbigay ng sapat na power.Sa bahaging ito, batay sa nakaraang gawain sa W-band8,9, ang double pencil electron gun ay idinisenyo gamit ang planar mask na bahagi at kontrol ng mga electrodes sa mga kinakailangan sa disenyo sa SIG.Una. 2, ang boltahe ng pagmamaneho Ua ng mga electron beam ay unang nakatakda sa 20 kV, ang mga alon I ng dalawang electron beam ay parehong 80 mA, at ang diameter ng beam dw ng mga electron beam ay 0.13 mm. Kasabay nito, upang matiyak na ang kasalukuyang density ng electron beam at ang cathode ay maaaring itakda sa compression7, kaya ang electron beam ay maaaring itakda, ang compression ng electron ay maaaring itakda, upang ang compression ng electron ay maitakda, upang maitakda ang compression ng electron. kasalukuyang density ng electron beam ay 603 A/cm2, at ang kasalukuyang density ng cathode ay 86 A/cm2, na maaaring makamit sa pamamagitan ng Ito ay nakakamit gamit ang mga bagong materyales ng cathode.Ayon sa teorya ng disenyo 14, 15, 16, 17, ang tipikal na Pierce electron gun ay maaaring natatanging makilala.
Ipinapakita ng Figure 5 ang horizontal at vertical schematic diagram ng baril, ayon sa pagkakabanggit. Makikita na ang profile ng electron gun sa x-direction ay halos magkapareho sa tipikal na sheet-like electron gun, habang sa y-direction ang dalawang electron beam ay bahagyang pinaghihiwalay ng mask. Ang mga posisyon ng dalawang cathodes ay nasa x = 0, mmy at x = 0 mm. 0.155 mm, y = 0 mm, ayon sa pagkakabanggit.Ayon sa mga kinakailangan sa disenyo ng compression ratio at laki ng electron injection, ang mga sukat ng dalawang ibabaw ng katod ay tinutukoy na 0.91 mm × 0.13 mm.
Upang gawing simetriko ang nakatutok na electric field na natanggap ng bawat electron beam sa x-direction tungkol sa sarili nitong sentro, ang papel na ito ay naglalapat ng control electrode sa electron gun. ang mga electron ay may mahusay na compressibility sa y-direction, at ang bawat electron beam ay nagtatagpo patungo sa x-direction kasama ang sarili nitong sentro ng simetrya, na nagpapahiwatig na ang control electrode ay nagbabalanse sa hindi pantay na electric field na nabuo ng nakatutok na elektrod.
Ipinapakita ng Figure 7 ang beam envelope sa x at y na direksyon. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang projection distance ng electron beam sa x-direction ay iba sa y-direction. beam sa 4.6 mm mula sa ibabaw ng katod.Makikita natin na ang hugis ng cross section ay pinakamalapit sa isang karaniwang pabilog na electron beam.Ang distansya sa pagitan ng dalawang electron beam ay malapit sa idinisenyong 0.31 mm, at ang radius ay humigit-kumulang 0.13 mm, na nakakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo. Ipinapakita ng Figure 9 ang mga resulta ng simulation ng beam na 6 na kasalukuyang. sa mabuting kasunduan sa dinisenyo na 80mA.
Isinasaalang-alang ang pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho sa mga praktikal na aplikasyon, kinakailangang pag-aralan ang sensitivity ng boltahe ng modelong ito. Sa hanay ng boltahe na 19.8 ~ 20.6 kV, ang kasalukuyang at beam current na mga sobre ay nakuha, tulad ng ipinapakita sa Figure 1 at Figure 1.10 at 11. Mula sa mga resulta, makikita na walang epekto ang electron envelope sa pagmamaneho at electron envelope. Ang kasalukuyang beam ay nagbabago lamang mula sa 0.74 hanggang 0.78 A. Samakatuwid, maaari itong isaalang-alang na ang electron gun na dinisenyo sa papel na ito ay may magandang sensitivity sa boltahe.
Ang epekto ng pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho sa x- at y-direction beam envelope.
Ang pare-parehong magnetic focusing field ay isang pangkaraniwang permanenteng magnet na nakatutok na sistema. Dahil sa pare-parehong magnetic field na pamamahagi sa buong beam channel, ito ay napaka-angkop para sa axisymmetric electron beams. Sa seksyong ito, ang isang pare-parehong magnetic focusing system para sa pagpapanatili ng long-distance transmission ng double pencil beams ay iminungkahi. napag-aralan.Ayon sa stable transmission theory ng isang solong pencil beam18,19, ang Brillouin magnetic field value ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng equation (2). 20, 1.5-2 beses ang kinakalkula na halaga ay karaniwang pinipili sa mga praktikal na disenyo.
Ipinapakita ng Figure 12 ang istraktura ng isang pare-parehong magnetic field na nakatutok sa field system. Ang asul na bahagi ay ang permanenteng magnet na na-magnet sa direksyon ng ehe. Ang pagpili ng materyal ay NdFeB o FeCoNi. Ang remanence Br na itinakda sa modelo ng simulation ay 1.3 T at ang permeability ay 1.05. Upang matiyak ang matatag na paghahatid ng beam sa kabuuan ng 70 mm. ng magnet sa direksyon ng x ay tumutukoy kung ang transverse magnetic field sa beam channel ay pare-pareho, na nangangailangan na ang laki sa x na direksyon ay hindi maaaring masyadong maliit. Kasabay nito, kung isasaalang-alang ang gastos at ang bigat ng buong tubo, ang laki ng magnet ay hindi dapat masyadong malaki. Samakatuwid, ang mga magnet ay unang nakatakda sa 150 mm × 150 mm × 150 mm × 70 mm. system, ang distansya sa pagitan ng mga magnet ay nakatakda sa 20mm.
Noong 2015, iminungkahi ni Purna Chandra Panda21 ang isang piraso ng poste na may bagong stepped hole sa isang unipormeng magnetic focusing system, na maaaring higit pang bawasan ang magnitude ng flux leakage sa cathode at ang transverse magnetic field na nabuo sa pole piece hole. Sa papel na ito, nagdaragdag kami ng stepped structure sa pole piece ng pole piece ng focusing system. at ang lapad ng tatlong hakbang ay 0.5mm, at ang distansya sa pagitan ng mga butas ng piraso ng poste ay 2mm, tulad ng ipinapakita sa Figure 13.
Ipinapakita ng Figure 14a ang pamamahagi ng axial magnetic field kasama ang mga centerline ng dalawang electron beam. Makikita na ang mga puwersa ng magnetic field sa kahabaan ng dalawang electron beam ay pantay. ay may magandang epekto sa pagpigil sa magnetic flux leakage. Ipinapakita ng Figure 14b ang transverse magnetic field distribution By sa z direksyon sa itaas na gilid ng dalawang electron beam. Makikita na ang transverse magnetic field ay mas mababa sa 200 Gs lamang sa pole piece hole, habang sa slow-wave circuit, ang transverse magnetic field ay halos zero, na nagpapatunay na ang transverse magnetic field ay halos zero, na nagpapatunay na ang transverse magnetic field ay halos zero, na nagpapatunay na ang transverse magnetic field ay halos zero, na nagpapatunay na ang transverse magnetic field ay halos zero, na nagpapatunay na ang transverse magnetic field bale-wala.Upang maiwasan ang magnetic saturation ng mga piraso ng poste, kinakailangang pag-aralan ang lakas ng magnetic field sa loob ng mga piraso ng poste. Ipinapakita ng Figure 14c ang ganap na halaga ng pamamahagi ng magnetic field sa loob ng piraso ng poste. Makikita na ang absolute value ng lakas ng magnetic field ay mas mababa sa 1.2T, na nagpapahiwatig na ang magnetic saturation ng piraso ng poste ay hindi mangyayari.
Distribusyon ng lakas ng magnetic field para sa Br = 1.3 T.(a) Distribusyon ng axial field.(b) Distribusyon ng lateral na field Sa pamamagitan ng direksyong z.(c) Ganap na halaga ng pamamahagi ng field sa loob ng piraso ng poste.
Batay sa CST PS module, ang axial relative position ng dual beam gun at ang focusing system ay na-optimize.Ayon sa Ref. 9 at mga simulation, ang pinakamainam na lokasyon ay kung saan ang piraso ng anode ay nagsasapawan sa piraso ng poste palayo sa magnet. Gayunpaman, napag-alaman na kung ang remanence ay itinakda sa 1.3T, ang transmittance ng electron beam ay hindi maaaring umabot sa 99%.Sa pamamagitan ng pagtaas ng remanence sa 1.4 T, ang tumutuon na magnetic field ay tataas sa 65000 Gs. ipinapakita sa Figure 15. Makikita na ang sinag ay may magandang transmission, maliit na pagbabagu-bago, at isang transmission distance na higit sa 45mm.
Mga trajectory ng double pencil beam sa ilalim ng homogenous magnetic system na may Br = 1.4 T.(a) xoz plane.(b) yoz aircraft.
Ipinapakita ng Figure 16 ang cross-section ng beam sa iba't ibang posisyon na malayo sa cathode. Makikita na ang hugis ng beam section sa focusing system ay maayos na pinananatili, at hindi gaanong nagbabago ang section diameter. Ipinapakita ng Figure 17 ang beam envelope sa x at y na direksyon, ayon sa pagkakabanggit. Makikita na ang pagbabago ng simula ng beam ay napakaliit ng resulta. ang kasalukuyang beam. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang kasalukuyang ay tungkol sa 2 × 80 mA, na pare-pareho sa kinakalkula na halaga sa disenyo ng electron gun.
Electron beam cross section (na may focusing system) sa iba't ibang posisyon na malayo sa cathode.
Isinasaalang-alang ang isang serye ng mga problema tulad ng mga error sa pagpupulong, pagbabagu-bago ng boltahe, at mga pagbabago sa lakas ng magnetic field sa mga praktikal na aplikasyon sa pagpoproseso, kinakailangang pag-aralan ang sensitivity ng sistema ng pagtutuon. y direksyon.Ang resultang ito ay nagpapakita na ang pagbabago sa beam envelope ay hindi makabuluhan at ang beam current ay halos hindi nagbabago.Samakatuwid, ang sistema ay hindi sensitibo sa mga error sa pagpupulong.Para sa pagbabagu-bago ng boltahe sa pagmamaneho, ang saklaw ng error ay nakatakda sa ±0.5 kV.Ipinapakita ng Figure 19b ang mga resulta ng paghahambing.Makikita na ang pagbabago ng boltahe ay may maliit na epekto mula sa -0.0.0.2 envelop ng saklaw ng beam. para sa mga pagbabago sa lakas ng magnetic field. Ang mga resulta ng paghahambing ay ipinapakita sa Figure 20. Makikita na halos hindi nagbabago ang beam envelope, na nangangahulugan na ang buong EOS ay hindi sensitibo sa mga pagbabago sa lakas ng magnetic field.
Beam envelope at kasalukuyang mga resulta sa ilalim ng unipormeng magnetic focusing system.(a) Assembly tolerance ay 0.2 mm.(b) Ang driving voltage fluctuation ay ±0.5 kV.
Beam envelope sa ilalim ng unipormeng magnetic focusing system na may mga pagbabago sa lakas ng axial magnetic field mula 0.63 hanggang 0.68 T.
Upang matiyak na ang sistema ng pagtutok na idinisenyo sa papel na ito ay maaaring tumugma sa HFS, kinakailangang pagsamahin ang sistema ng pagtutok at HFS para sa pagsasaliksik. Ang Figure 21 ay nagpapakita ng paghahambing ng mga beam envelope na may at walang HFS load. Ang mga resulta ay nagpapakita na ang beam envelope ay hindi gaanong nagbabago kapag ang buong HFS ay na-load. Samakatuwid, ang sistema ng pagtutok ay angkop para sa naglalakbay na wave tube.
Upang i-verify ang kawastuhan ng EOS na iminungkahi sa Seksyon III at imbestigahan ang pagganap ng 220 GHz SDV-TWT, isang 3D-PIC simulation ng beam-wave na interaksyon ang isinasagawa. Dahil sa mga limitasyon ng software ng simulation, hindi namin naidagdag ang buong EOS sa HFS. Samakatuwid, ang electron gun ay pinalitan ng isang katumbas na 3mm na distansiya ng surface na may 3mm0 na naglalabas na ibabaw. 0.31mm, ang parehong mga parameter tulad ng electron gun na idinisenyo sa itaas. Dahil sa insensitivity at mahusay na katatagan ng EOS, ang boltahe sa pagmamaneho ay maaaring maayos na ma-optimize upang makamit ang pinakamahusay na output power sa PIC simulation. Ang mga resulta ng simulation ay nagpapakita na ang saturated output power at gain ay maaaring makuha sa boltahe sa pagmamaneho na 20.6 kV, isang beam current na 2 × 8.0 cm ang lakas ng input (2 × 8.000) W.
Upang makuha ang pinakamahusay na output signal, ang bilang ng mga cycle ay kailangan ding i-optimize. Ang pinakamahusay na output power ay nakukuha kapag ang bilang ng dalawang yugto ay 42 + 48 cycle, tulad ng ipinapakita sa Figure 22a.A 0.05 W input signal ay amplified sa 314 W na may pakinabang na 38 dB. Ang output power spectrum na nakuha sa Fasting Four 2. GHz. Ipinapakita ng Figure 22b ang axial position distribution ng electron energy sa SWS, na ang karamihan sa mga electron ay nawawalan ng enerhiya. Ang resultang ito ay nagpapahiwatig na ang SDV-SWS ay maaaring mag-convert ng kinetic energy ng mga electron sa RF signal, at sa gayon ay napagtatanto ang pagpapalakas ng signal.
SDV-SWS output signal sa 220 GHz.(a) Output power na may kasamang spectrum.(b) Energy distribution ng mga electron na may electron beam sa dulo ng SWS inset.
Ipinapakita ng Figure 23 ang output power bandwidth at gain ng dual-mode dual-beam SDV-TWT. Ang pagganap ng output ay maaaring higit pang mapabuti sa pamamagitan ng sweeping frequency mula 200 hanggang 275 GHz at pag-optimize ng drive voltage. Ipinapakita ng resultang ito na ang 3-dB bandwidth ay maaaring sumaklaw sa 205 hanggang 275 GHz na operasyon, na nangangahulugan na ang pagpapatakbo ng dual-moende ay mahusay.
Gayunpaman, ayon sa Fig. 2a, alam namin na mayroong stop band sa pagitan ng odd at even na mga mode, na maaaring humantong sa hindi gustong mga oscillations. Samakatuwid, ang katatagan ng trabaho sa paligid ng mga stop ay kailangang pag-aralan. Ang mga figure 24a-c ay ang 20 ns simulation na mga resulta sa 265.3 GHz, 265.35 GHz, 265.35 GHz, at 4. Ang mga resulta ng simulation ay may ilang mga pagbabagu-bago, ang lakas ng output ay medyo matatag. Ang spectrum ay ipinapakita din sa Figure 24 ayon sa pagkakabanggit, ang spectrum ay dalisay. Ang mga resultang ito ay nagpapahiwatig na walang self-oscillation malapit sa stopband.
Ang paggawa at pagsukat ay kinakailangan upang i-verify ang kawastuhan ng buong HFS. Sa bahaging ito, ang HFS ay gawa-gawa gamit ang computer numerical control (CNC) na teknolohiya na may diameter ng tool na 0.1 mm at isang machining accuracy na 10 μm. Ang materyal para sa high-frequency na istraktura ay ibinibigay ng oxygen-free na high-conductivity (OFHC) na istraktura ng tanso5a. 66.00 mm, lapad na 20.00 mm at taas na 8.66 mm. Ang walong pin hole ay ipinamamahagi sa paligid ng istraktura. Ipinapakita ng Figure 25b ang istraktura sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscopy (SEM). 0.4μm. Ang istraktura ng machining ay nakakatugon sa mga kinakailangan sa disenyo at katumpakan.
Ipinapakita ng Figure 26 ang paghahambing sa pagitan ng aktwal na mga resulta ng pagsubok at mga simulation ng pagganap ng transmission. Ang Port 1 at Port 2 sa Figure 26a ay tumutugma sa mga input at output port ng HFS, ayon sa pagkakabanggit, at katumbas ng Port 1 at Port 4 sa Figure 3. Ang aktwal na mga resulta ng pagsukat ng S11 ay bahagyang mas mahusay kaysa sa mga resulta ng simulation. Sa parehong oras, ang mga resulta ng pagsukat ay maaaring mas masahol pa sa S1. Ang kondaktibiti ng materyal na itinakda sa simulation ay masyadong mataas at ang pagkamagaspang sa ibabaw pagkatapos ng aktwal na machining ay hindi maganda. Sa pangkalahatan, ang mga nasusukat na resulta ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng simulation, at ang transmission bandwidth ay nakakatugon sa kinakailangan ng 70 GHz, na nagpapatunay sa pagiging posible at kawastuhan ng iminungkahing dual-mode na SDV-TWT. Samakatuwid, pinagsama ang proseso ng ultra-fabrication at ang mga resulta ng ultra-broadband. Ang disenyo ng SDV-TWT na iminungkahi sa papel na ito ay maaaring gamitin para sa kasunod na katha at mga aplikasyon.
Sa papel na ito, ipinakita ang isang detalyadong disenyo ng isang planar distribution na 220 GHz dual-beam SDV-TWT. Ang aktwal na mga resulta ng pagsukat ay mahusay na sumasang-ayon sa mga resulta ng simulation. Para sa idinisenyong two-beam EOS, isang mask section at control electrodes ang ginamit nang magkasama upang makabuo ng isang two-pencil beam. Sa ilalim ng idinisenyong unipormeng nakatutok sa magnetic field, ang electron beam ay maaaring mailipat nang matatag sa malalayong distansya na may magandang hugis. Sa hinaharap, ang produksyon at pagsubok ng EOS ay isasagawa din, at isasagawa din ang TWT na disenyong ito, at ang thermal na disenyong ito ay isasagawa ang TWT na disenyo. ipinanukalang sa papel na ito ay ganap na pinagsasama ang kasalukuyang mature na teknolohiya sa pagpoproseso ng eroplano, at nagpapakita ng malaking potensyal sa mga tagapagpahiwatig ng pagganap at pagproseso at pagpupulong.Samakatuwid, ang papel na ito ay naniniwala na ang planar na istraktura ay malamang na maging trend ng pag-unlad ng mga vacuum electronic device sa terahertz band.
Karamihan sa mga hilaw na data at analytical na mga modelo sa pag-aaral na ito ay kasama sa papel na ito. Ang karagdagang nauugnay na impormasyon ay maaaring makuha mula sa kaukulang may-akda sa makatwirang kahilingan.
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC machining ng sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic device.63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. at Paoloni, C. UV-LIGA microfabrication ng sub-terahertz waveguides gamit ang multilayer SU-8 photoresist.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 para mag-apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Malakas na pagkakakulong ng plasmonic wave propagation sa pamamagitan ng ultra-broadband staggered double-grating waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. et al.Pagganap ng isang Nano CNC Machined 220-GHz Travelling Wave Tube Amplifier.IEEE Trans.electronic device.64, 590–592 (2017).
Han, Y. & Ruan, CJ Sinisiyasat ang diocotron instability ng walang katapusan na malawak na sheet electron beam gamit ang macroscopic cold fluid model theory.Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (201101).
Galdetskiy, AV sa pagkakataong pataasin ang bandwidth sa pamamagitan ng planar na layout ng beam sa isang multibeam klystron.Sa 12th IEEE International Conference on Vacuum Electronics, Bangalore, India, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2010.37 (2011.37).
Nguyen, CJ et al. Disenyo ng three-beam electron gun na may makitid na beam splitting plane distribution sa W-band staggered double-blade traveling wave tube[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 Planar ay namahagi ng three-beam electron optical system na may makitid na beam separation para sa W-band fundamental mode na TWT.IEEE Trans.electronic device.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Pananaliksik sa Interleaved Double-Blade Travelling Wave Tube na may Millimeter-Wave Sheet Beams 20-22 (PhD, Beihang University, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. Pag-aaral sa beam-wave interaction stability ng G-band interleaved dual-blade travelling wave tube.2018 43rd International Conference on Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).