Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur. Siz foydalanayotgan brauzer versiyasida CSS uchun cheklangan qo'llab-quvvatlash mavjud. Eng yaxshi tajriba uchun sizga yangilangan brauzerdan foydalanishingizni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da moslik rejimini o'chirib qo'ying). Shu bilan birga, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptsiz namoyish qilamiz.
Ushbu maqolada 220 gigagertsli keng polosali yuqori quvvatli interleaved ikki pichoqli harakatlanuvchi to'lqin trubkasi loyihalashtirilgan va tasdiqlangan. Birinchidan, tekis ikki nurli pog'onali ikki pichoqli sekin to'lqinli struktura taklif qilingan. Ikki rejimli ish sxemasidan foydalangan holda, uzatish samaradorligi va o'tkazish qobiliyati bir rejimliga qaraganda deyarli ikki baravar yuqori. Ikkinchidan, yuqori chiqish quvvati talablarini qondirish va harakatlanuvchi to'lqin trubkasining barqarorligini oshirish uchun ikki qalam shaklidagi elektron optik tizim ishlab chiqilgan, harakatlantiruvchi kuchlanish 20 ~ 21 kV va tok 2 × 80 mA. Loyihalash maqsadlari. Ikki nurli quroldagi niqob qismi va boshqaruv elektrodidan foydalangan holda, ikkita qalam nurlari mos ravishda 7 siqish nisbati bilan o'z markazlari bo'ylab fokuslanishi mumkin, fokuslash masofasi taxminan 0,18 mm va barqarorlik yaxshi. Yagona magnit fokuslash tizimi ham optimallashtirilgan. Yassi ikki elektron nurining barqaror uzatish masofasi 45 mm ga yetishi mumkin va fokuslash magnit maydoni 0,6 T ni tashkil qiladi, bu butun yuqori chastotali tizimni qoplash uchun etarli. (HFS). Keyin, elektron-optik tizimning foydalanishga yaroqliligini va sekin to'lqinli strukturaning ishlashini tekshirish uchun butun HFSda zarrachalar xujayrasi (PIC) simulyatsiyalari ham amalga oshirildi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, nur-o'zaro ta'sir tizimi 220 gigagertsli chastotada deyarli 310 Vt chiqish quvvatiga erishishi mumkin, optimallashtirilgan nur kuchlanishi 20,6 kV, nur oqimi 2 × 80 mA, kuchaytirish 38 dB va 3 dB o'tkazish qobiliyati taxminan 70 gigagertsli chastotada 35 dB dan oshadi. Nihoyat, HFS ishlashini tekshirish uchun yuqori aniqlikdagi mikrotuzilma ishlab chiqarish amalga oshiriladi va natijalar o'tkazish qobiliyati va uzatish xususiyatlari simulyatsiya natijalariga mos kelishini ko'rsatadi. Shuning uchun, ushbu maqolada taklif qilingan sxema kelajakda qo'llanilishi mumkin bo'lgan yuqori quvvatli, ultra keng polosali terahers diapazonli nurlanish manbalarini ishlab chiqishi kutilmoqda.
An'anaviy vakuumli elektron qurilma sifatida, harakatlanuvchi to'lqin trubkasi (TWT) yuqori aniqlikdagi radar, sun'iy yo'ldosh aloqa tizimlari va kosmik tadqiqotlar kabi ko'plab dasturlarda almashtirib bo'lmaydigan rol o'ynaydi1,2,3. Biroq, ish chastotasi terahers diapazoniga kirganligi sababli, an'anaviy bog'langan bo'shliqli TWT va spiral TWT nisbatan past chiqish quvvati, tor o'tkazish qobiliyati va qiyin ishlab chiqarish jarayonlari tufayli odamlarning ehtiyojlarini qondira olmadi. Shuning uchun, THz diapazonining ishlashini har tomonlama yaxshilash ko'plab ilmiy tadqiqot muassasalari uchun juda tashvishli masalaga aylandi. So'nggi yillarda yangi sekin to'lqinli tuzilmalar (SWS), masalan, pog'onali ikki pichoqli (SDV) tuzilmalar va buklangan to'lqin yo'riqnomasi (FW) tuzilmalari, tabiiy tekis tuzilmalari, ayniqsa istiqbolli salohiyatga ega yangi SDV-SWS tufayli keng e'tiborga sazovor bo'ldi. Ushbu tuzilma UC-Davis tomonidan 2008-yilda taklif qilingan. Planar tuzilmani kompyuter raqamli boshqaruvi (CNC) va UV-LIGA kabi mikro-nano ishlov berish texnikalari yordamida osongina ishlab chiqarish mumkin, to'liq metall paketli tuzilma katta issiqlik sig'imini ta'minlashi mumkin. yuqori chiqish quvvati va kuchaytirish, shuningdek, to'lqin yo'riqnomasiga o'xshash struktura kengroq ishlaydigan o'tkazish qobiliyatini ham ta'minlashi mumkin. Hozirgi vaqtda UC Davis 2017-yilda birinchi marta SDV-TWT G-diapazonida 100 Vt dan ortiq va deyarli 14 gigagertsli o'tkazish qobiliyati signallarini ishlab chiqarishi mumkinligini ko'rsatdi5. Biroq, bu natijalar hali ham terahers diapazonida yuqori quvvat va keng o'tkazish qobiliyati talablariga javob bermaydigan bo'shliqlarga ega. UC-Davisning G-diapazonli SDV-TWT uchun varaqli elektron nurlari ishlatilgan. Ushbu sxema nurning tok o'tkazish qobiliyatini sezilarli darajada yaxshilasa-da, varaqli nurli elektron optik tizimning (EOS) beqarorligi tufayli uzoq uzatish masofasini saqlab qolish qiyin va ortiqcha rejimli nurli tunnel mavjud, bu ham nurning o'zini o'zi boshqarishiga olib kelishi mumkin. – Qoʻzgʻalish va tebranish 6,7. Yuqori chiqish quvvati, keng oʻtkazish qobiliyati va THz TWT ning yaxshi barqarorligi talablarini qondirish uchun ushbu maqolada ikki rejimli ishlaydigan ikki nurli SDV-SWS taklif qilingan. Yaʼni, ish oʻtkazish qobiliyatini oshirish uchun ushbu tuzilmada ikki rejimli ishlash taklif qilingan va joriy etilgan. Va chiqish quvvatini oshirish uchun ikki qalam nurlarining tekis taqsimlanishi ham qoʻllaniladi. Vertikal oʻlcham cheklovlari tufayli bitta qalam nurli radiolar nisbatan kichik. Agar oqim zichligi juda yuqori boʻlsa, nur oqimini kamaytirish kerak, bu esa nisbatan past chiqish quvvatiga olib keladi. Nur oqimini yaxshilash uchun SWS ning lateral oʻlchamidan foydalanadigan tekis taqsimlangan koʻp nurli EOS paydo boʻldi. Mustaqil nur tunneli tufayli, tekis taqsimlangan koʻp nurli yuqori umumiy nur oqimini va har bir nur uchun kichik oqimni saqlab qolish orqali yuqori chiqish quvvatiga erishishi mumkin, bu esa varaq nurli qurilmalarga nisbatan haddan tashqari nur tunnelining oldini oladi. Shuning uchun, harakatlanuvchi toʻlqin naychasining barqarorligini saqlash foydalidir. Oldingi ishlar asosida 8,9, ushbu maqola G-diapazonli yagona magnit maydonga fokuslangan qo'shaloq qalam nurli EOS ni taklif qiladi, bu nurning barqaror uzatish masofasini sezilarli darajada yaxshilaydi va nurning o'zaro ta'sir maydonini yanada oshiradi, shu bilan chiqish quvvatini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Ushbu maqolaning tuzilishi quyidagicha. Birinchidan, parametrlar, dispersiya xususiyatlari tahlili va yuqori chastotali simulyatsiya natijalari bilan SWS katakchasi dizayni tasvirlangan. Keyin, birlik katakchasining tuzilishiga muvofiq, ushbu maqolada qo'shaloq qalam nurli EOS va nurli o'zaro ta'sir tizimi ishlab chiqilgan. EOS ning foydalanishga yaroqliligini va SDV-TWT ning ishlashini tekshirish uchun hujayra ichidagi zarrachalarni simulyatsiya qilish natijalari ham taqdim etilgan. Bundan tashqari, maqolada butun HFS ning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va sovuq sinov natijalari qisqacha keltirilgan. Nihoyat xulosa chiqaring.
TWT ning eng muhim tarkibiy qismlaridan biri sifatida, sekin to'lqinli strukturaning dispersiya xususiyatlari elektron tezligi SWS ning faza tezligiga mos kelishini ko'rsatadi va shu bilan nur-to'lqin o'zaro ta'siriga katta ta'sir ko'rsatadi. Butun TWT ning ishlashini yaxshilash uchun takomillashtirilgan o'zaro ta'sir tuzilishi ishlab chiqilgan. Birlik katakchaning tuzilishi 1-rasmda ko'rsatilgan. Plitalar nurining beqarorligi va bitta qalam nurining quvvat cheklanishini hisobga olgan holda, struktura chiqish quvvati va ish barqarorligini yanada yaxshilash uchun qo'shaloq qalam nurini qo'llaydi. Shu bilan birga, ishchi o'tkazish qobiliyatini oshirish uchun SWS ishlashi uchun ikki tomonlama rejim taklif qilindi. SDV strukturasining simmetriyasi tufayli elektromagnit maydon dispersiyasi tenglamasining yechimini toq va juft rejimlarga bo'lish mumkin. Shu bilan birga, past chastotali diapazonning asosiy toq rejimi va yuqori chastotali diapazonning asosiy juft rejimi nur o'zaro ta'sirining keng polosali sinxronizatsiyasini amalga oshirish uchun ishlatiladi va shu bilan ishchi o'tkazish qobiliyatini yanada yaxshilaydi.
Quvvat talablariga muvofiq, butun trubka 20 kV kuchlanish va 2 × 80 mA qo'shaloq nurli oqim bilan ishlab chiqilgan. Kuchlanishni SDV-SWS ning ishchi o'tkazish qobiliyatiga iloji boricha yaqinroq moslashtirish uchun biz p davrining uzunligini hisoblashimiz kerak. Nur kuchlanishi va davr o'rtasidagi bog'liqlik (1)10 tenglamada ko'rsatilgan:
220 gigagertsli markaziy chastotada faza siljishini 2,5π ga o'rnatish orqali p davrini 0,46 mm ga teng deb hisoblash mumkin. 2a-rasmda SWS birlik katakchasining dispersiya xususiyatlari ko'rsatilgan. 20 kV nur chizig'i bimodal egri chiziqqa juda yaxshi mos keladi. Mos keladigan chastota polosalari 210–265,3 gigagerts (toq rejim) va 265,4–280 gigagerts (juft rejim) diapazonlarida taxminan 70 gigagertsga yetishi mumkin. 2b-rasmda 210 dan 290 gigagertsgacha 0,6 Ω dan yuqori bo'lgan o'rtacha ulanish empedansi ko'rsatilgan, bu esa ishchi o'tkazish qobiliyatida kuchli o'zaro ta'sirlar paydo bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.
(a) 20 kV elektron nurlanish liniyasiga ega ikki rejimli SDV-SWS ning dispersiya xususiyatlari.(b) SDV sekin to'lqinli sxemasining o'zaro ta'sir impedansi.
Biroq, shuni ta'kidlash kerakki, toq va juft rejimlar o'rtasida diapazon oralig'i mavjud va biz odatda bu diapazon oralig'ini 2a-rasmda ko'rsatilgandek to'xtash diapazoni deb ataymiz. Agar TWT ushbu chastota diapazoni yaqinida ishlasa, kuchli nur ulanish kuchi paydo bo'lishi mumkin, bu esa kiruvchi tebranishlarga olib keladi. Amaliy qo'llanmalarda biz odatda to'xtash diapazoni yaqinida TWT dan foydalanishdan qochamiz. Biroq, bu sekin to'lqinli strukturaning diapazon oralig'i atigi 0,1 gigagerts ekanligini ko'rish mumkin. Bu kichik diapazon oralig'i tebranishlarga sabab bo'ladimi yoki yo'qligini aniqlash qiyin. Shuning uchun, kiruvchi tebranishlar sodir bo'lishi mumkinligini tahlil qilish uchun to'xtash diapazoni atrofida ishlashning barqarorligi keyingi PIC simulyatsiya bo'limida o'rganiladi.
Butun HFS modeli 3-rasmda ko'rsatilgan. U Bragg reflektorlari bilan bog'langan SDV-SWS ning ikki bosqichidan iborat. Reflektorning vazifasi ikki bosqich orasidagi signal uzatilishini uzish, yuqori va pastki pichoqlar o'rtasida hosil bo'lgan yuqori tartibli rejimlar kabi ishlamaydigan rejimlarning tebranishi va aks etishini bostirish va shu bilan butun naychaning barqarorligini sezilarli darajada yaxshilashdir. Tashqi muhitga ulanish uchun SWS ni WR-4 standart to'lqin yo'riqchisiga ulash uchun chiziqli konussimon ulagich ham ishlatiladi. Ikki darajali strukturaning uzatish koeffitsienti 3D simulyatsiya dasturidagi vaqt domeni yechuvchisi bilan o'lchanadi. Terahers diapazonining materialga haqiqiy ta'sirini hisobga olgan holda, vakuum konvertining materiali dastlab misga o'rnatiladi va o'tkazuvchanlik 2,25 × 107 S/m12 ga kamayadi.
4-rasmda chiziqli konussimon ulagichli va ulagichsiz HFS uchun uzatish natijalari ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, ulagich butun HFSning uzatish samaradorligiga kam ta'sir qiladi. 207~280 gigagertsli keng polosali tarmoqdagi butun tizimning qaytish yo'qotilishi (S11 < − 10 dB) va kiritish yo'qotilishi (S21 > − 5 dB) HFS yaxshi uzatish xususiyatlariga ega ekanligini ko'rsatadi.
Vakuumli elektron qurilmalarning quvvat manbai sifatida elektron qurol qurilmaning yetarli chiqish quvvatini ishlab chiqara olishini bevosita aniqlaydi. II bo'limdagi HFS tahlili bilan birgalikda, yetarli quvvatni ta'minlash uchun ikki nurli EOS loyihalashtirilishi kerak. Ushbu qismda, W-diapazonidagi 8,9-bo'limdagi oldingi ishlarga asoslanib, ikki qalamli elektron qurol planar niqob qismi va boshqaruv elektrodlari yordamida loyihalashtirilgan. Birinchidan, SWS bo'limidagi dizayn talablariga muvofiq. 1-rasmda ko'rsatilganidek. 2, elektron nurlarining Ua harakatlantiruvchi kuchlanishi dastlab 20 kV ga o'rnatiladi, ikkita elektron nurlarining toklari I ikkalasi ham 80 mA va elektron nurlarining nur diametri dw 0,13 mm ga teng. Shu bilan birga, elektron nuri va katodning tok zichligiga erishish uchun elektron nurining siqish nisbati 7 ga o'rnatiladi, shuning uchun elektron nurining tok zichligi 603 A/sm2 ni, katodning tok zichligi esa 86 A/sm2 ni tashkil qiladi, bunga yangi katod materiallari yordamida erishish mumkin. Dizayn nazariyasi 14, 15, 16, 17 ga ko'ra, odatiy Pierce elektron qurolini noyob tarzda aniqlash mumkin.
5-rasmda mos ravishda qurolning gorizontal va vertikal sxematik diagrammalari ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, x yo'nalishidagi elektron qurolning profili odatiy varaqsimon elektron qurolning profiliga deyarli bir xil, y yo'nalishida esa ikkita elektron nurlari qisman niqob bilan ajratilgan. Ikkala katodning pozitsiyalari mos ravishda x = – 0,155 mm, y = 0 mm va x = 0,155 mm, y = 0 mm da joylashgan. Siqish nisbati va elektron in'ektsiyasining o'lchamining dizayn talablariga muvofiq, ikkita katod yuzasining o'lchamlari 0,91 mm × 0,13 mm deb aniqlangan.
X yo'nalishidagi har bir elektron nuri tomonidan qabul qilingan fokuslangan elektr maydonini o'z markaziga nisbatan simmetrik qilish uchun ushbu maqola elektron qurolga boshqaruv elektrodini qo'llaydi. Fokuslovchi elektrod va boshqaruv elektrodining kuchlanishini -20 kV ga, anod kuchlanishini esa 0 V ga o'rnatish orqali biz 6-rasmda ko'rsatilgandek, qo'shaloq nurli qurolning traektoriya taqsimotini olishimiz mumkin. Ko'rinib turibdiki, chiqarilgan elektronlar y yo'nalishida yaxshi siqilishga ega va har bir elektron nuri o'zining simmetriya markazi bo'ylab x yo'nalishiga yaqinlashadi, bu esa boshqaruv elektrodining fokuslovchi elektrod tomonidan hosil qilingan teng bo'lmagan elektr maydonini muvozanatlashini ko'rsatadi.
7-rasmda x va y yo'nalishlaridagi nur qobig'i ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, x yo'nalishidagi elektron nurining proyeksiya masofasi y yo'nalishidagidan farq qiladi. X yo'nalishidagi otish masofasi taxminan 4 mm, y yo'nalishidagi otish masofasi esa 7 mm ga yaqin. Shuning uchun, haqiqiy otish masofasi 4 va 7 mm orasida tanlanishi kerak. 8-rasmda katod yuzasidan 4,6 mm masofada elektron nurining kesimi ko'rsatilgan. Kesish shakli standart dumaloq elektron nuriga eng yaqin ekanligini ko'rishimiz mumkin. Ikki elektron nuri orasidagi masofa loyihalashtirilgan 0,31 mm ga yaqin va radius taxminan 0,13 mm, bu loyiha talablariga javob beradi. 9-rasmda nur oqimining simulyatsiya natijalari ko'rsatilgan. Ikki nur oqimi 76 mA ekanligini ko'rish mumkin, bu loyihalashtirilgan 80 mA bilan yaxshi mos keladi.
Amaliy qo'llanmalarda haydash kuchlanishining o'zgarishini hisobga olgan holda, ushbu modelning kuchlanish sezgirligini o'rganish kerak. 19,8 ~ 20,6 kV kuchlanish diapazonida 1-rasm va 1.10 va 11-rasmlarda ko'rsatilganidek, tok va nurlanish oqimi konvertlari olinadi. Natijalardan ko'rinib turibdiki, haydash kuchlanishining o'zgarishi elektron nurlanish qobig'iga ta'sir qilmaydi va elektron nurlanish oqimi faqat 0,74 dan 0,78 A gacha o'zgaradi. Shuning uchun, ushbu maqolada ishlab chiqilgan elektron qurol kuchlanishga yaxshi sezgirlikka ega deb hisoblash mumkin.
X va y yo'nalishli nur qobiqlariga kuchlanish tebranishlarining ta'siri.
Yagona magnit fokuslash maydoni keng tarqalgan doimiy magnit fokuslash tizimidir. Nur kanali bo'ylab bir xil magnit maydon taqsimoti tufayli u aksimetrik elektron nurlari uchun juda mos keladi. Ushbu bo'limda qo'shaloq qalam nurlarining uzoq masofaga uzatilishini ta'minlash uchun yagona magnit fokuslash tizimi taklif qilingan. Hosil bo'lgan magnit maydon va nur qobig'ini tahlil qilish orqali fokuslash tizimining dizayn sxemasi taklif qilingan va sezgirlik muammosi o'rganilgan. Bitta qalam nurining barqaror uzatish nazariyasiga ko'ra18,19, Brillouin magnit maydoni qiymatini (2) tenglama yordamida hisoblash mumkin. Ushbu maqolada biz shuningdek, lateral taqsimlangan qo'shaloq qalam nurining magnit maydonini baholash uchun ham ushbu ekvivalentlikdan foydalanamiz. Ushbu maqolada ishlab chiqilgan elektron qurol bilan birgalikda hisoblangan magnit maydon qiymati taxminan 4000 Gs ni tashkil qiladi. 20-havolaga ko'ra, amaliy dizaynlarda odatda hisoblangan qiymatdan 1,5-2 baravar ko'p tanlanadi.
12-rasmda yagona magnit maydon fokuslash maydoni tizimining tuzilishi ko'rsatilgan. Moviy qism eksenel yo'nalishda magnitlangan doimiy magnitdir. Material tanlovi NdFeB yoki FeCoNi. Simulyatsiya modelida o'rnatilgan qoldiq Br 1,3 T va o'tkazuvchanlik 1,05 ga teng. Butun zanjirda nurning barqaror uzatilishini ta'minlash uchun magnitning uzunligi dastlab 70 mm ga o'rnatiladi. Bundan tashqari, x yo'nalishidagi magnitning o'lchami nur kanalidagi ko'ndalang magnit maydonning bir xil yoki yo'qligini aniqlaydi, bu esa x yo'nalishidagi o'lcham juda kichik bo'lmasligi kerakligini talab qiladi. Shu bilan birga, butun naychaning narxi va og'irligini hisobga olgan holda, magnitning o'lchami juda katta bo'lmasligi kerak. Shuning uchun magnitlar dastlab 150 mm × 150 mm × 70 mm ga o'rnatiladi. Shu bilan birga, butun sekin to'lqinli zanjir fokuslash tizimiga joylashtirilishini ta'minlash uchun magnitlar orasidagi masofa 20 mm ga o'rnatiladi.
2015-yilda Purna Chandra Panda21 yagona magnit fokuslash tizimida yangi pog'onali teshikka ega qutb qismini taklif qildi, bu esa katodga oqim oqishini va qutb qismi teshigida hosil bo'lgan ko'ndalang magnit maydonni yanada kamaytirishi mumkin. Ushbu maqolada biz fokuslash tizimining qutb qismiga pog'onali struktura qo'shamiz. Qutb qismining qalinligi dastlab 1,5 mm ga o'rnatiladi, uchta pog'onaning balandligi va kengligi 0,5 mm va qutb qismi teshiklari orasidagi masofa 2 mm, bu 13-rasmda ko'rsatilgan.
14a-rasmda ikkita elektron nurlarining markaz chiziqlari bo'ylab eksenel magnit maydon taqsimoti ko'rsatilgan. Ikki elektron nurlari bo'ylab magnit maydon kuchlari teng ekanligini ko'rish mumkin. Magnit maydon qiymati taxminan 6000 Gs ni tashkil qiladi, bu uzatish va fokuslash samaradorligini oshirish uchun nazariy Brillouin maydonidan 1,5 baravar ko'p. Shu bilan birga, katoddagi magnit maydon deyarli 0 ga teng, bu qutb qismining magnit oqimining oqishini oldini olishga yaxshi ta'sir ko'rsatishini ko'rsatadi. 14b-rasmda ikkita elektron nurlarining yuqori chetidagi z yo'nalishida By ko'ndalang magnit maydon taqsimoti ko'rsatilgan. Ko'ndalang magnit maydon faqat qutb qismi teshigida 200 Gs dan kam ekanligini, sekin to'lqinli zanjirda esa ko'ndalang magnit maydon deyarli nolga teng ekanligini ko'rish mumkin, bu esa ko'ndalang magnit maydonning elektron nuriga ta'siri ahamiyatsiz ekanligini isbotlaydi. Qutb qismlarining magnit to'yinganligini oldini olish uchun qutb qismlari ichidagi magnit maydon kuchini o'rganish kerak. 14c-rasmda qutb qismi ichidagi magnit maydon taqsimoti absolyut qiymati ko'rsatilgan. Ko'rish mumkinki, magnit maydon kuchining absolyut qiymati... 1,2T dan kam, bu qutb qismining magnit to'yinganligi sodir bo'lmasligini ko'rsatadi.
Br = 1.3 T uchun magnit maydon kuchlanishining taqsimoti.(a) Aksial maydon taqsimoti.(b) Z yo'nalishida By ning yon tomondagi maydon taqsimoti.(c) Qutb bo'lagi ichidagi maydon taqsimotining absolyut qiymati.
CST PS moduliga asoslanib, qo'shaloq nurli qurol va fokuslash tizimining eksenel nisbiy holati optimallashtirilgan. 9-havola va simulyatsiyalarga ko'ra, optimal joylashuv anod bo'lagi magnitdan uzoqda qutb bo'lagi bilan bir-biriga mos keladigan joydir. Biroq, agar remanensiya 1,3T ga o'rnatilgan bo'lsa, elektron nurining o'tkazuvchanligi 99% ga yeta olmasligi aniqlandi. Remanensiyani 1,4 T ga oshirish orqali fokuslash magnit maydoni 6500 Gs gacha oshiriladi. Xoz va yoz tekisliklaridagi nur traektoriyalari 15-rasmda ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, nur yaxshi o'tkazuvchanlikka, kichik tebranishlarga va uzatish masofasi 45 mm dan katta.
Br = 1.4 T bo'lgan bir hil magnit tizim ostida qo'shaloq qalam nurlarining traektoriyalari.(a) xoz tekisligi.(b) yoz tekisligi.
16-rasmda katoddan turli pozitsiyalardagi nurning ko'ndalang kesimi ko'rsatilgan. Fokuslash tizimidagi nur kesimining shakli yaxshi saqlanganligini va kesim diametri unchalik o'zgarmasligini ko'rish mumkin. 17-rasmda mos ravishda x va y yo'nalishlaridagi nur qobiqlari ko'rsatilgan. Nurning ikkala yo'nalishda ham tebranishi juda kichik ekanligini ko'rish mumkin. 18-rasmda nur oqimining simulyatsiya natijalari ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, oqim taxminan 2 × 80 mA ni tashkil qiladi, bu elektron qurol dizaynidagi hisoblangan qiymatga mos keladi.
Katoddan turli pozitsiyalarda joylashgan elektron nurlarining kesimi (fokuslash tizimi bilan).
Amaliy ishlov berish qo'llanmalarida yig'ish xatolari, kuchlanish tebranishlari va magnit maydon kuchining o'zgarishi kabi bir qator muammolarni hisobga olgan holda, fokuslash tizimining sezgirligini tahlil qilish kerak. Haqiqiy ishlov berishda anod bo'lagi va qutb bo'lagi o'rtasida bo'shliq mavjudligi sababli, bu bo'shliq simulyatsiyada o'rnatilishi kerak. Bo'shliq qiymati 0,2 mm ga o'rnatildi va 19a-rasmda y yo'nalishidagi nur qobig'i va nur oqimi ko'rsatilgan. Bu natija shuni ko'rsatadiki, nur qobig'idagi o'zgarish ahamiyatli emas va nur oqimi deyarli o'zgarmaydi. Shuning uchun tizim yig'ish xatolariga sezgir emas. Haydash kuchlanishining tebranishi uchun xato diapazoni ±0,5 kV ga o'rnatildi. 19b-rasmda taqqoslash natijalari ko'rsatilgan. Kuchlanish o'zgarishi nur qobig'iga kam ta'sir ko'rsatishi ko'rinib turibdi. Magnit maydon kuchining o'zgarishi uchun xato diapazoni -0,02 dan +0,03 T gacha o'rnatiladi. Taqqoslash natijalari 20-rasmda ko'rsatilgan. Nur qobig'i deyarli o'zgarmasligini ko'rish mumkin, bu butun EOS magnit maydon kuchining o'zgarishiga sezgir emasligini anglatadi.
Yagona magnit fokuslash tizimi ostida nurlanish qobig'i va tok natijalari.(a) Yig'ish toleransi 0,2 mm.(b) Haydash kuchlanishining o'zgarishi ±0,5 kV.
0,63 dan 0,68 T gacha bo'lgan eksenel magnit maydon kuchining tebranishlari bilan bir xil magnit fokuslash tizimi ostida nurlanish qobig'i.
Ushbu maqolada ishlab chiqilgan fokuslash tizimi HFS bilan mos kelishini ta'minlash uchun tadqiqot uchun fokuslash tizimi va HFS ni birlashtirish kerak. 21-rasmda HFS yuklangan va yuklanmagan nurli konvertlarning taqqoslanishi ko'rsatilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, butun HFS yuklanganda nurli konvert unchalik o'zgarmaydi. Shuning uchun, fokuslash tizimi yuqoridagi dizayndagi harakatlanuvchi to'lqin naychali HFS uchun mos keladi.
III bo'limda taklif qilingan EOSning to'g'riligini tekshirish va 220 gigagertsli SDV-TWT ning ishlashini o'rganish uchun nur-to'lqin o'zaro ta'sirining 3D-PIC simulyatsiyasi amalga oshiriladi. Simulyatsiya dasturining cheklovlari tufayli biz butun EOSni HFS ga qo'sha olmadik. Shuning uchun elektron qurol yuqorida ishlab chiqilgan elektron qurol bilan bir xil parametrlarga ega bo'lgan, diametri 0,13 mm va ikki sirt orasidagi masofa 0,31 mm bo'lgan ekvivalent nurlanish yuzasi bilan almashtirildi. EOS ning sezgirligi va yaxshi barqarorligi tufayli PIC simulyatsiyasida eng yaxshi chiqish quvvatiga erishish uchun haydash kuchlanishini to'g'ri optimallashtirish mumkin. Simulyatsiya natijalari shuni ko'rsatadiki, to'yingan chiqish quvvati va kuchaytirishni 20,6 kV haydash kuchlanishida, 2 × 80 mA (603 A/sm2) nur oqimida va 0,05 Vt kirish quvvatida olish mumkin.
Eng yaxshi chiqish signalini olish uchun sikllar sonini ham optimallashtirish kerak. Eng yaxshi chiqish quvvati 22a-rasmda ko'rsatilgandek, ikki bosqich soni 42 + 48 siklga teng bo'lganda olinadi. 0,05 Vt kirish signali 38 dB kuchaytirish bilan 314 Vt gacha kuchaytiriladi. Tez Furye Transformatsiyasi (FFT) orqali olingan chiqish quvvati spektri sof bo'lib, 220 GGts chastotada eng yuqori cho'qqiga chiqadi. 22b-rasmda SWSdagi elektron energiyasining eksenel holat taqsimoti ko'rsatilgan, bunda elektronlarning aksariyati energiya yo'qotadi. Bu natija SDV-SWS elektronlarning kinetik energiyasini RF signallariga aylantirishi va shu bilan signal kuchaytirilishini amalga oshirishi mumkinligini ko'rsatadi.
220 gigagertsli SDV-SWS chiqish signali.(a) Kiritilgan spektr bilan chiqish quvvati.(b) SWS qo'shimchasining oxiridagi elektron nuri bilan elektronlarning energiya taqsimoti.
23-rasmda ikki rejimli ikki nurli SDV-TWT ning chiqish quvvati o'tkazish qobiliyati va kuchaytirilishi ko'rsatilgan. 200 dan 275 gigagertsgacha chastotalarni kengaytirish va haydovchi kuchlanishini optimallashtirish orqali chiqish samaradorligini yanada yaxshilash mumkin. Bu natija shuni ko'rsatadiki, 3 dB o'tkazish qobiliyati 205 dan 275 gigagertsgacha bo'lgan diapazonni qamrab olishi mumkin, ya'ni ikki rejimli ishlash ish o'tkazish qobiliyatini sezilarli darajada kengaytirishi mumkin.
Biroq, 2a-rasmga ko'ra, biz toq va juft rejimlar o'rtasida to'xtash diapazoni borligini bilamiz, bu esa kiruvchi tebranishlarga olib kelishi mumkin. Shuning uchun, to'xtash joylari atrofidagi ish barqarorligini o'rganish kerak. 24a-c rasmlar mos ravishda 265,3 gigagertsli, 265,35 gigagertsli va 265,4 gigagertsli 20 ns simulyatsiya natijalaridir. Simulyatsiya natijalarida ba'zi tebranishlar bo'lsa-da, chiqish quvvati nisbatan barqaror ekanligini ko'rish mumkin. Spektr ham mos ravishda 24-rasmda ko'rsatilgan, spektr sof. Bu natijalar to'xtash diapazoni yaqinida o'z-o'zidan tebranish yo'qligini ko'rsatadi.
Butun HFS ning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va o'lchash zarur. Ushbu qismda HFS 0,1 mm asbob diametri va 10 μm ishlov berish aniqligi bilan kompyuter raqamli boshqaruv (CNC) texnologiyasi yordamida ishlab chiqariladi. Yuqori chastotali struktura uchun material kislorodsiz yuqori o'tkazuvchanlik (OFHC) mis bilan ta'minlangan. 25a-rasmda tayyorlangan struktura ko'rsatilgan. Butun struktura uzunligi 66,00 mm, kengligi 20,00 mm va balandligi 8,66 mm. Struktura bo'ylab sakkizta pinli teshiklar taqsimlangan. 25b-rasmda skanerlash elektron mikroskopi (SEM) yordamida struktura ko'rsatilgan. Ushbu strukturaning pichoqlari bir xil tarzda ishlab chiqarilgan va yaxshi sirt pürüzlülüğüne ega. Aniq o'lchovlardan so'ng, umumiy ishlov berish xatosi 5% dan kam va sirt pürüzlülüğü taxminan 0,4 μm. Ishlov berish strukturasi dizayn va aniqlik talablariga javob beradi.
26-rasmda haqiqiy sinov natijalari va uzatish ishlashi simulyatsiyalari o'rtasidagi taqqoslash ko'rsatilgan. 26a-rasmdagi 1 va 2-portlar mos ravishda HFS ning kirish va chiqish portlariga mos keladi va 3-rasmdagi 1 va 4-portlarga teng. S11 ning haqiqiy o'lchash natijalari simulyatsiya natijalaridan biroz yaxshiroq. Shu bilan birga, S21 ning o'lchangan natijalari biroz yomonroq. Buning sababi simulyatsiyada o'rnatilgan material o'tkazuvchanligi juda yuqori va haqiqiy ishlov berishdan keyin sirt pürüzlülüğü yomon bo'lishi mumkin. Umuman olganda, o'lchangan natijalar simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi va uzatish o'tkazuvchanligi 70 gigagertsli talabga javob beradi, bu esa taklif qilingan ikki rejimli SDV-TWT ning maqsadga muvofiqligi va to'g'riligini tasdiqlaydi. Shuning uchun, haqiqiy ishlab chiqarish jarayoni va sinov natijalari bilan birgalikda, ushbu maqolada taklif qilingan ultra keng polosali ikki nurli SDV-TWT dizayni keyingi ishlab chiqarish va qo'llash uchun ishlatilishi mumkin.
Ushbu maqolada 220 gigagertsli ikki nurli SDV-TWT tekis taqsimlashning batafsil dizayni taqdim etilgan. Ikki rejimli ishlash va ikki nurli qo'zg'alishning kombinatsiyasi ish o'tkazish qobiliyatini va chiqish quvvatini yanada oshiradi. Butun HFS ning to'g'riligini tekshirish uchun ishlab chiqarish va sovuq sinov ham o'tkaziladi. Haqiqiy o'lchov natijalari simulyatsiya natijalari bilan yaxshi mos keladi. Loyihalashtirilgan ikki nurli EOS uchun ikkita qalamli nurni ishlab chiqarish uchun niqob bo'limi va boshqaruv elektrodlari birgalikda ishlatilgan. Loyihalashtirilgan bir xil fokusli magnit maydon ostida elektron nuri uzoq masofalarga yaxshi shaklda barqaror uzatilishi mumkin. Kelajakda EOS ni ishlab chiqarish va sinovdan o'tkazish, shuningdek, butun TWT ning termal sinovi ham amalga oshiriladi. Ushbu maqolada taklif qilingan ushbu SDV-TWT dizayn sxemasi hozirgi etuk tekislikni qayta ishlash texnologiyasini to'liq birlashtiradi va ishlash ko'rsatkichlari, qayta ishlash va yig'ishda katta salohiyatga ega. Shuning uchun, ushbu maqolada tekis struktura terahers diapazonidagi vakuumli elektron qurilmalarning rivojlanish tendentsiyasiga aylanishi ehtimoli yuqori deb hisoblanadi.
Ushbu tadqiqotdagi xom ma'lumotlar va analitik modellarning aksariyati ushbu maqolaga kiritilgan. Qo'shimcha tegishli ma'lumotlarni tegishli muallifdan oqilona so'rov bo'yicha olish mumkin.
Gamzina, D. va boshqalar. Terahersdan past chastotali vakuumli elektronikani nanoskalali CNC ishlov berish. IEEE Trans.elektron qurilmalari. 63, 4067–4073 (2016).
Malekabadi, A. va Paoloni, C. Ko'p qatlamli SU-8 fotorezist yordamida subterahersli to'lqin yo'riqnomalarining UV-LIGA mikroishlab chiqarishi. J. Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS va boshqalar. 2017 THz texnologiyasi yo'l xaritasi. J. Fizika. D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC Plazmonik to'lqinlarning tarqalishini ultra keng polosali pog'onali ikki panjarali to'lqin qo'llanmalari orqali kuchli cheklash.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
Baig, A. va boshqalar. Nano CNC bilan ishlov berilgan 220 gigagertsli harakatlanuvchi to'lqinli trubkali kuchaytirgichning ishlashi. IEEE Trans.elektron qurilmalari. 64, 590–592 (2017).
Han, Y. va Ruan, CJ Makroskopik sovuq suyuqlik modeli nazariyasidan foydalanib, cheksiz keng varaqli elektron nurlarining diokotron beqarorligini o'rganish. Chin Phys B. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
Galdetskiy, AV ko'p nurli klystronda nurning tekis joylashuvi orqali o'tkazish qobiliyatini oshirish imkoniyati haqida. 12-IEEE xalqaro vakuum elektronikasi konferensiyasida, Bangalor, Hindiston, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
Nguyen, CJ va boshqalar. W-diapazonli ikki pichoqli harakatlanuvchi to'lqin naychasida tor nurli bo'linish tekisligi taqsimotiga ega uch nurli elektron qurollarni loyihalash [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 W-diapazonli asosiy rejim uchun tor nurli ajratilgan Planar uch nurli elektron optik tizim TWT.IEEE Trans.elektron qurilmalar.68, 5215–5219 (2021).
Zhan, M. Millimetrli to'lqinli varaqli nurlar bilan o'zaro bog'langan ikki pichoqli harakatlanuvchi to'lqinli naycha bo'yicha tadqiqot 20-22 (PhD, Beihang universiteti, 2018).
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-diapazonli interleaved ikki qanotli harakatlanuvchi to'lqin naychasining nur-to'lqin o'zaro ta'siri barqarorligini o'rganish. 2018 Infraqizil millimetr va terahers to'lqinlari bo'yicha 43-xalqaro konferensiya, Nagoya. 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).