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इस पेपर में, एक 220GHz ब्रॉडबैंड हाई-पावर इंटरलीव्ड डबल-ब्लेड ट्रैवलिंग वेव ट्यूब को डिजाइन और सत्यापित किया गया है। सबसे पहले, एक प्लेनर डबल-बीम स्टैगर्ड डबल-ब्लेड स्लो-वेव संरचना प्रस्तावित है। डुअल-मोड ऑपरेशन स्कीम का उपयोग करके, ट्रांसमिशन प्रदर्शन और बैंडविड्थ सिंगल-मोड की तुलना में लगभग दोगुना है। दूसरे, उच्च आउटपुट पावर की आवश्यकताओं को पूरा करने और ट्रैवलिंग वेव ट्यूब की स्थिरता में सुधार करने के लिए, एक डबल पेंसिल के आकार का इलेक्ट्रॉनिक ऑप्टिकल सिस्टम डिज़ाइन किया गया है, ड्राइविंग वोल्टेज 20 ~ 21 केवी है, और वर्तमान 2 × 80 एमए है। डिजाइन लक्ष्य। डबल बीम गन में मास्क भाग और नियंत्रण इलेक्ट्रोड का उपयोग करके, दो पेंसिल बीम को 7 के संपीड़न अनुपात के साथ अपने संबंधित केंद्रों पर केंद्रित किया जा सकता है, फोकस दूरी लगभग 0.18 मिमी है, और स्थिरता अच्छी है। वर्दी चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली को भी अनुकूलित किया गया है। प्लेनर डबल इलेक्ट्रॉन बीम की स्थिर संचरण दूरी 45 मिमी तक पहुंच सकती है, और फोकस करने वाला चुंबकीय क्षेत्र 0.6 टी है, जो संपूर्ण उच्च आवृत्ति प्रणाली (एचएफएस) को कवर करने के लिए पर्याप्त है। फिर, इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल प्रणाली की उपयोगिता और धीमी-तरंग संरचना के प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए, पूरे एचएफएस पर कण सेल (पीआईसी) सिमुलेशन भी किए गए थे। परिणाम बताते हैं कि बीम-इंटरेक्शन सिस्टम 220 गीगाहर्ट्ज पर लगभग 310 डब्ल्यू की चरम आउटपुट पावर प्राप्त कर सकता है, अनुकूलित बीम वोल्टेज 20.6 केवी है, बीम वर्तमान 2 × 80 एमए है, लाभ 38 डीबी है, और 3-डीबी बैंडविड्थ 35 डीबी से लगभग 70 गीगाहर्ट्ज़ से अधिक है। अंत में, एचएफएस के प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए उच्च-सटीक माइक्रोस्ट्रक्चर निर्माण किया जाता है, और परिणाम बताते हैं कि बैंडविड्थ और ट्रांसमिशन विशेषताएँ सिमुलेशन परिणामों के साथ अच्छे समझौते में हैं। इसलिए, इस पेपर में प्रस्तावित योजना से भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए संभावित उच्च-शक्ति, अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड टेराहर्ट्ज़-बैंड विकिरण स्रोतों को विकसित करने की उम्मीद है।
एक पारंपरिक वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरण के रूप में, ट्रैवलिंग वेव ट्यूब (TWT) उच्च-रिज़ॉल्यूशन रडार, उपग्रह संचार प्रणाली और अंतरिक्ष अन्वेषण1,2,3 जैसे कई अनुप्रयोगों में एक अपूरणीय भूमिका निभाता है। हालाँकि, जैसे ही ऑपरेटिंग आवृत्ति टेराहर्ट्ज़ बैंड में प्रवेश करती है, पारंपरिक युग्मित-गुहा TWT और हेलिकल TWT अपेक्षाकृत कम आउटपुट पावर, संकीर्ण बैंडविड्थ और कठिन विनिर्माण प्रक्रियाओं के कारण लोगों की जरूरतों को पूरा करने में असमर्थ रहे हैं। इसलिए, THz के प्रदर्शन को व्यापक रूप से कैसे सुधारें बैंड कई वैज्ञानिक अनुसंधान संस्थानों के लिए एक बहुत ही चिंतित मुद्दा बन गया है। हाल के वर्षों में, नई धीमी-तरंग संरचनाएं (एसडब्ल्यूएस), जैसे कि कंपित दोहरी-ब्लेड (एसडीवी) संरचनाएं और फोल्डेड वेवगाइड (एफडब्ल्यू) संरचनाएं, ने अपने प्राकृतिक प्लानर संरचनाओं के कारण व्यापक ध्यान आकर्षित किया है, विशेष रूप से आशाजनक क्षमता वाले नए एसडीवी-एसडब्ल्यूएस। यह संरचना 20084 में यूसी-डेविस द्वारा प्रस्तावित की गई थी। प्लानर संरचना को कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) और माइक्रो-नैनो प्रोसेसिंग तकनीकों द्वारा आसानी से बनाया जा सकता है। यूवी-एलआईजीए, ऑल-मेटल पैकेज संरचना उच्च आउटपुट पावर और लाभ के साथ बड़ी तापीय क्षमता प्रदान कर सकती है, और वेवगाइड जैसी संरचना व्यापक कार्यशील बैंडविड्थ भी प्रदान कर सकती है। वर्तमान में, यूसी डेविस ने 2017 में पहली बार प्रदर्शित किया कि एसडीवी-टीडब्ल्यूटी जी-बैंड5 में 100 डब्ल्यू से अधिक और लगभग 14 गीगाहर्ट्ज बैंडविड्थ सिग्नल में उच्च-शक्ति आउटपुट उत्पन्न कर सकता है। हालांकि, इन परिणामों में अभी भी अंतराल हैं जो उच्च शक्ति की संबंधित आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं और टेराहर्ट्ज़ बैंड में विस्तृत बैंडविड्थ। यूसी-डेविस के जी-बैंड एसडीवी-टीडब्ल्यूटी के लिए, शीट इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग किया गया है। हालांकि यह योजना बीम की वर्तमान-वहन क्षमता में काफी सुधार कर सकती है, लेकिन शीट बीम इलेक्ट्रॉन ऑप्टिकल सिस्टम (ईओएस) की अस्थिरता के कारण लंबी संचरण दूरी बनाए रखना मुश्किल है, और एक ओवर-मोड बीम सुरंग है, जो बीम को स्व-विनियमित करने का कारण भी बन सकती है।- उत्तेजना और दोलन 6,7। टीएचजेड टीडब्ल्यूटी की उच्च आउटपुट पावर, विस्तृत बैंडविड्थ और अच्छी स्थिरता की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, इस पेपर में डुअल-मोड ऑपरेशन के साथ एक डुअल-बीम एसडीवी-एसडब्ल्यूएस प्रस्तावित है। यानी, ऑपरेटिंग बैंडविड्थ को बढ़ाने के लिए, इस संरचना में डुअल-मोड ऑपरेशन प्रस्तावित और पेश किया गया है। और, आउटपुट पावर बढ़ाने के लिए, डबल पेंसिल बीम के एक प्लानर वितरण का भी उपयोग किया जाता है। सिंगल पेंसिल बीम रेडियो अपेक्षाकृत छोटे पेंसिल बीम रेडियो होते हैं ऊर्ध्वाधर आकार की बाधाओं के कारण। यदि वर्तमान घनत्व बहुत अधिक है, तो बीम वर्तमान को कम किया जाना चाहिए, जिसके परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत कम आउटपुट पावर होगी। बीम वर्तमान में सुधार करने के लिए, प्लानर वितरित मल्टीबीम ईओएस उभरा है, जो एसडब्ल्यूएस के पार्श्व आकार का शोषण करता है। स्वतंत्र बीम टनलिंग के कारण, प्लानर वितरित मल्टी-बीम एक उच्च कुल बीम वर्तमान और प्रति बीम एक छोटा वर्तमान बनाए रखकर उच्च आउटपुट पावर प्राप्त कर सकता है, जो शीट-बीम उपकरणों की तुलना में ओवरमोड बीम टनलिंग से बच सकता है। इसलिए, इसे बनाए रखना फायदेमंद है यात्रा तरंग ट्यूब की स्थिरता। पिछले कार्य8,9 के आधार पर, यह पेपर डबल पेंसिल बीम ईओएस पर ध्यान केंद्रित करने वाले जी-बैंड समान चुंबकीय क्षेत्र का प्रस्ताव करता है, जो बीम की स्थिर संचरण दूरी में काफी सुधार कर सकता है और बीम इंटरेक्शन क्षेत्र को और बढ़ा सकता है, जिससे आउटपुट पावर में काफी सुधार हो सकता है।
इस पेपर की संरचना इस प्रकार है। सबसे पहले, पैरामीटर, फैलाव विशेषताओं के विश्लेषण और उच्च आवृत्ति सिमुलेशन परिणामों के साथ एसडब्ल्यूएस सेल डिजाइन का वर्णन किया गया है। फिर, यूनिट सेल की संरचना के अनुसार, एक डबल पेंसिल बीम ईओएस और बीम इंटरेक्शन सिस्टम इस पेपर में डिजाइन किया गया है। ईओएस की उपयोगिता और एसडीवी-टीडब्ल्यूटी के प्रदर्शन को सत्यापित करने के लिए इंट्रासेल्युलर कण सिमुलेशन परिणाम भी प्रस्तुत किए गए हैं। इसके अलावा, पेपर संक्षेप में पूरे एचएफएस की शुद्धता को सत्यापित करने के लिए निर्माण और शीत परीक्षण परिणामों को प्रस्तुत करता है। अंत में एक सारांश बनाएं।
TWT के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक के रूप में, धीमी-तरंग संरचना के फैलाने वाले गुणों से संकेत मिलता है कि क्या इलेक्ट्रॉन वेग SWS के चरण वेग से मेल खाता है, और इस प्रकार बीम-वेव इंटरैक्शन पर बहुत प्रभाव पड़ता है। ईएएम आउटपुट पावर और ऑपरेशन स्थिरता को और बेहतर बनाने के लिए।इस बीच, कामकाजी बैंडविड्थ को बढ़ाने के लिए, एसडब्ल्यूएस संचालन के लिए एक दोहरे मोड का प्रस्ताव दिया गया है। एसडीवी संरचना की समरूपता के कारण, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र फैलाव समीकरण के समाधान को विषम और यहां तक ​​​​कि मोड में विभाजित किया जा सकता है। साथ ही, कम आवृत्ति बैंड के मौलिक विषम मोड और उच्च आवृत्ति बैंड के मौलिक सम मोड का उपयोग बीम इंटरैक्शन के ब्रॉडबैंड सिंक्रनाइज़ेशन को महसूस करने के लिए किया जाता है, जिससे कामकाजी बैंडविड्थ में और सुधार होता है।
बिजली की आवश्यकताओं के अनुसार, पूरी ट्यूब को 20 केवी के ड्राइविंग वोल्टेज और 2 × 80 एमए के डबल बीम करंट के साथ डिज़ाइन किया गया है। एसडीवी-एसडब्ल्यूएस के ऑपरेटिंग बैंडविड्थ के साथ जितना संभव हो सके वोल्टेज का मिलान करने के लिए, हमें अवधि पी की लंबाई की गणना करने की आवश्यकता है। बीम वोल्टेज और अवधि के बीच संबंध समीकरण (1)10 में दिखाया गया है:
220 गीगाहर्ट्ज की केंद्र आवृत्ति पर चरण शिफ्ट को 2.5π पर सेट करके, अवधि पी की गणना 0.46 मिमी की जा सकती है। चित्र 2 ए एसडब्ल्यूएस यूनिट सेल के फैलाव गुणों को दिखाता है। 20 केवी बीमलाइन बिमोडल वक्र से बहुत अच्छी तरह से मेल खाती है। मिलान आवृत्ति बैंड 210-265.3 गीगाहर्ट्ज (विषम मोड) और 265.4-280 गीगाहर्ट्ज (सम मोड) में लगभग 70 गीगाहर्ट्ज तक पहुंच सकते हैं ) श्रेणियाँ। चित्र 2बी औसत युग्मन प्रतिबाधा को दर्शाता है, जो 210 से 290 गीगाहर्ट्ज तक 0.6 Ω से अधिक है, जो दर्शाता है कि ऑपरेटिंग बैंडविड्थ में मजबूत इंटरैक्शन हो सकता है।
(ए) 20 केवी इलेक्ट्रॉन बीमलाइन के साथ दोहरे मोड एसडीवी-एसडब्ल्यूएस की फैलाव विशेषताएं। (बी) एसडीवी धीमी-तरंग सर्किट की इंटरेक्शन प्रतिबाधा।
हालाँकि, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि विषम और सम मोड के बीच एक बैंड गैप है, और हम आमतौर पर इस बैंड गैप को स्टॉप बैंड के रूप में संदर्भित करते हैं, जैसा कि चित्र 2 ए में दिखाया गया है। यदि टीडब्ल्यूटी को इस आवृत्ति बैंड के पास संचालित किया जाता है, तो मजबूत बीम युग्मन शक्ति हो सकती है, जिससे अवांछित दोलन हो सकते हैं। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, हम आमतौर पर स्टॉपबैंड के पास टीडब्ल्यूटी का उपयोग करने से बचते हैं। हालांकि, यह देखा जा सकता है कि इस धीमी-तरंग संरचना का बैंड गैप केवल 0.1 गीगाहर्ट्ज है। यह निर्धारित करना मुश्किल है कि क्या यह है छोटे बैंड गैप के कारण दोलन होते हैं। इसलिए, स्टॉप बैंड के आसपास ऑपरेशन की स्थिरता की जांच निम्नलिखित PIC सिमुलेशन अनुभाग में की जाएगी ताकि यह विश्लेषण किया जा सके कि अवांछित दोलन हो सकते हैं या नहीं।
पूरे एचएफएस का मॉडल चित्र 3 में दिखाया गया है। इसमें ब्रैग रिफ्लेक्टर द्वारा जुड़े एसडीवी-एसडब्ल्यूएस के दो चरण होते हैं। रिफ्लेक्टर का कार्य दो चरणों के बीच सिग्नल ट्रांसमिशन को काटना है, ऊपरी और निचले ब्लेड के बीच उत्पन्न उच्च-क्रम मोड जैसे गैर-कार्यशील मोड के दोलन और प्रतिबिंब को दबाना है, जिससे पूरे ट्यूब की स्थिरता में काफी सुधार होता है। बाहरी वातावरण से कनेक्शन के लिए, एसडब्ल्यूएस को डब्ल्यूआर -4 मानक वेवगू से जोड़ने के लिए एक रैखिक पतला युग्मक का भी उपयोग किया जाता है। विचार। दो-स्तरीय संरचना के संचरण गुणांक को 3 डी सिमुलेशन सॉफ्टवेयर में एक टाइम डोमेन सॉल्वर द्वारा मापा जाता है। सामग्री पर टेराहर्ट्ज़ बैंड के वास्तविक प्रभाव को ध्यान में रखते हुए, वैक्यूम लिफाफे की सामग्री को शुरू में तांबे पर सेट किया जाता है, और चालकता 2.25 × 107 एस / एम 12 तक कम हो जाती है।
चित्र 4 एचएफएस के लिए रैखिक पतला कप्लर्स के साथ और उसके बिना ट्रांसमिशन परिणाम दिखाता है। परिणाम दिखाते हैं कि कपलर का पूरे एचएफएस के ट्रांसमिशन प्रदर्शन पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। 207 ~ 280 गीगाहर्ट्ज ब्रॉडबैंड में पूरे सिस्टम का रिटर्न लॉस (एस 11 < - 10 डीबी) और इंसर्शन लॉस (एस 21> - 5 डीबी) दिखाता है कि एचएफएस में अच्छी ट्रांसमिशन विशेषताएं हैं।
वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों की बिजली आपूर्ति के रूप में, इलेक्ट्रॉन गन सीधे यह निर्धारित करती है कि डिवाइस पर्याप्त आउटपुट पावर उत्पन्न कर सकता है या नहीं। अनुभाग II में एचएफएस के विश्लेषण के साथ, एक दोहरी-बीम ईओएस को पर्याप्त शक्ति प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया जाना चाहिए। इस भाग में, डब्ल्यू-बैंड 8,9 में पिछले काम के आधार पर, एक डबल पेंसिल इलेक्ट्रॉन गन को एक प्लेनर मास्क भाग और नियंत्रण इलेक्ट्रोड का उपयोग करके डिज़ाइन किया गया है। सबसे पहले, अनुभाग में एसडब्ल्यूएस की डिजाइन आवश्यकताओं के अनुसार। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है।2, इलेक्ट्रॉन बीम का ड्राइविंग वोल्टेज यूए प्रारंभ में 20 केवी पर सेट है, दो इलेक्ट्रॉन बीम की धाराएं I दोनों 80 एमए हैं, और इलेक्ट्रॉन बीम का बीम व्यास डीडब्ल्यू 0.13 मिमी है। साथ ही, यह सुनिश्चित करने के लिए कि इलेक्ट्रॉन बीम और कैथोड का वर्तमान घनत्व प्राप्त किया जा सकता है, इलेक्ट्रॉन बीम का संपीड़न अनुपात 7 पर सेट है, इसलिए इलेक्ट्रॉन बीम का वर्तमान घनत्व 603 ए/सेमी2 है, और वर्तमान कैथोड का घनत्व 86 ए/सेमी2 है, जिसे नई कैथोड सामग्री का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है। डिजाइन सिद्धांत 14, 15, 16, 17 के अनुसार, एक विशिष्ट पियर्स इलेक्ट्रॉन गन को विशिष्ट रूप से पहचाना जा सकता है।
चित्र 5 क्रमशः बंदूक के क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर योजनाबद्ध आरेख दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि एक्स-दिशा में इलेक्ट्रॉन बंदूक की प्रोफ़ाइल लगभग एक विशिष्ट शीट जैसी इलेक्ट्रॉन बंदूक के समान है, जबकि वाई-दिशा में दो इलेक्ट्रॉन बीम आंशिक रूप से मास्क द्वारा अलग हो जाते हैं। दो कैथोड की स्थिति क्रमशः x = - 0.155 मिमी, y = 0 मिमी और x = 0.155 मिमी, y = 0 मिमी पर है। संपीड़न अनुपात और इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन आकार की डिज़ाइन आवश्यकताओं के अनुसार, दो कैथोड सतहों के आयाम 0.91 मिमी × 0.13 मिमी निर्धारित किए जाते हैं।
एक्स-दिशा में प्रत्येक इलेक्ट्रॉन बीम द्वारा प्राप्त केंद्रित विद्युत क्षेत्र को अपने केंद्र के बारे में सममित बनाने के लिए, यह पेपर इलेक्ट्रॉन गन पर एक नियंत्रण इलेक्ट्रोड लागू करता है। फोकसिंग इलेक्ट्रोड और नियंत्रण इलेक्ट्रोड के वोल्टेज को -20 केवी और एनोड के वोल्टेज को 0 वी पर सेट करके, हम दोहरी बीम गन का प्रक्षेपवक्र वितरण प्राप्त कर सकते हैं, जैसा कि चित्र 6 में दिखाया गया है। यह देखा जा सकता है कि उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की वाई-दिशा में अच्छी संपीड़न क्षमता है। , और प्रत्येक इलेक्ट्रॉन किरण समरूपता के अपने केंद्र के साथ एक्स-दिशा की ओर परिवर्तित होती है, जो इंगित करती है कि नियंत्रण इलेक्ट्रोड फोकसिंग इलेक्ट्रोड द्वारा उत्पन्न असमान विद्युत क्षेत्र को संतुलित करता है।
चित्र 7 x और y दिशाओं में बीम आवरण को दर्शाता है। परिणाम दिखाते हैं कि x-दिशा में इलेक्ट्रॉन बीम की प्रक्षेपण दूरी y-दिशा से भिन्न है। क्रॉस सेक्शन का आकार एक मानक गोलाकार इलेक्ट्रॉन बीम के सबसे करीब है। दो इलेक्ट्रॉन बीम के बीच की दूरी डिज़ाइन किए गए 0.31 मिमी के करीब है, और त्रिज्या लगभग 0.13 मिमी है, जो डिज़ाइन आवश्यकताओं को पूरा करती है। चित्र 9 बीम करंट के सिमुलेशन परिणाम दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि दो बीम धाराएं 76mA हैं, जो डिज़ाइन किए गए 80mA के साथ अच्छे समझौते में हैं।
व्यावहारिक अनुप्रयोगों में ड्राइविंग वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को ध्यान में रखते हुए, इस मॉडल की वोल्टेज संवेदनशीलता का अध्ययन करना आवश्यक है। 19.8 ~ 20.6 केवी की वोल्टेज रेंज में, वर्तमान और बीम वर्तमान लिफाफे प्राप्त होते हैं, जैसा कि चित्र 1 और चित्र 1.10 और 11 में दिखाया गया है। परिणामों से, यह देखा जा सकता है कि ड्राइविंग वोल्टेज के परिवर्तन का इलेक्ट्रॉन बीम लिफाफे पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, और इलेक्ट्रॉन बीम वर्तमान केवल 0.74 से 0.78 ए तक बदलता है। इसलिए, इस पर विचार किया जा सकता है इस पेपर में डिज़ाइन की गई इलेक्ट्रॉन गन में वोल्टेज के प्रति अच्छी संवेदनशीलता है।
x- और y-दिशा बीम लिफ़ाफ़े पर वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को चलाने का प्रभाव।
एक समान चुंबकीय फोकसिंग क्षेत्र एक सामान्य स्थायी चुंबक फोकसिंग प्रणाली है। पूरे बीम चैनल में समान चुंबकीय क्षेत्र वितरण के कारण, यह अक्षीय इलेक्ट्रॉन बीम के लिए बहुत उपयुक्त है। इस खंड में, डबल पेंसिल बीम के लंबी दूरी के संचरण को बनाए रखने के लिए एक समान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली प्रस्तावित है। उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र और बीम लिफाफे का विश्लेषण करके, फोकसिंग सिस्टम की डिजाइन योजना प्रस्तावित की जाती है, और संवेदनशीलता समस्या का अध्ययन किया जाता है। एकल पेंसिल बीम 18,19 के स्थिर संचरण सिद्धांत के अनुसार, ब्रिलौइन चुंबकीय क्षेत्र मूल्य की गणना की जा सकती है समीकरण (2) द्वारा। इस पेपर में, हम पार्श्व रूप से वितरित डबल पेंसिल बीम के चुंबकीय क्षेत्र का अनुमान लगाने के लिए भी इस तुल्यता का उपयोग करते हैं। इस पेपर में डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रॉन गन के साथ संयुक्त, गणना की गई चुंबकीय क्षेत्र मान लगभग 4000 जीएस है। संदर्भ के अनुसार।20, 1.5-2 गुना परिकलित मूल्य आमतौर पर व्यावहारिक डिजाइनों में चुना जाता है।
चित्र 12 एक समान चुंबकीय क्षेत्र केंद्रित क्षेत्र प्रणाली की संरचना को दर्शाता है। नीला भाग अक्षीय दिशा में चुंबकित स्थायी चुंबक है। सामग्री का चयन NdFeB या FeCoNi है। सिमुलेशन मॉडल में अवशेष Br सेट 1.3 T है और पारगम्यता 1.05 है। पूरे सर्किट में बीम के स्थिर संचरण को सुनिश्चित करने के लिए, चुंबक की लंबाई शुरू में 70 मिमी पर सेट की जाती है। इसके अलावा, x दिशा में चुंबक का आकार निर्धारित करता है कि क्या बीम चैनल में अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र एक समान होता है, जिसके लिए आवश्यक है कि x दिशा में आकार बहुत छोटा न हो। साथ ही, पूरे ट्यूब की लागत और वजन को ध्यान में रखते हुए, चुंबक का आकार बहुत बड़ा नहीं होना चाहिए। इसलिए, चुंबकों को शुरू में 150 मिमी × 150 मिमी × 70 मिमी पर सेट किया जाता है।
2015 में, पूर्ण चंद्र पांडा21 ने एक समान चुंबकीय फ़ोकसिंग प्रणाली में एक नए चरणबद्ध छेद के साथ एक ध्रुव टुकड़ा प्रस्तावित किया, जो कैथोड में फ्लक्स रिसाव की भयावहता और ध्रुव टुकड़ा छेद पर उत्पन्न अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र को कम कर सकता है। इस पेपर में, हम फ़ोकसिंग सिस्टम के ध्रुव टुकड़े में एक चरणबद्ध संरचना जोड़ते हैं। ध्रुव टुकड़े की मोटाई शुरू में 1.5 मिमी निर्धारित की गई है, तीन चरणों की ऊंचाई और चौड़ाई 0.5 मिमी है, और ध्रुव टुकड़े के छेद के बीच की दूरी 2 मिमी है, जैसा कि दिखाया गया है चित्र 13.
चित्र 14ए दो इलेक्ट्रॉन बीमों की केंद्र रेखाओं के साथ अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र वितरण को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि दो इलेक्ट्रॉन बीमों के साथ चुंबकीय क्षेत्र बल बराबर हैं। चुंबकीय क्षेत्र का मान लगभग 6000 जीएस है, जो ट्रांसमिशन और फोकसिंग प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए सैद्धांतिक ब्रिलोइन क्षेत्र का 1.5 गुना है। साथ ही, कैथोड पर चुंबकीय क्षेत्र लगभग 0 है, जो दर्शाता है कि ध्रुव के टुकड़े का चुंबकीय प्रवाह रिसाव को रोकने पर अच्छा प्रभाव पड़ता है। चित्र 14 बी अनुप्रस्थ दिखाता है चुंबकीय क्षेत्र वितरण दो इलेक्ट्रॉन बीम के ऊपरी किनारे पर z दिशा में। यह देखा जा सकता है कि अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र केवल ध्रुव टुकड़ा छेद पर 200 Gs से कम है, जबकि धीमी-तरंग सर्किट में, अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र लगभग शून्य है, जो साबित करता है कि इलेक्ट्रॉन बीम पर अनुप्रस्थ चुंबकीय क्षेत्र का प्रभाव नगण्य है। ध्रुव के टुकड़ों की चुंबकीय संतृप्ति को रोकने के लिए, ध्रुव के टुकड़ों के अंदर चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का अध्ययन करना आवश्यक है। चित्र 14c चुंबकीय क्षेत्र का पूर्ण मूल्य दिखाता है ध्रुव के टुकड़े के अंदर वितरण। यह देखा जा सकता है कि चुंबकीय क्षेत्र की ताकत का पूर्ण मूल्य 1.2T से कम है, जो दर्शाता है कि ध्रुव के टुकड़े की चुंबकीय संतृप्ति नहीं होगी।
Br के लिए चुंबकीय क्षेत्र शक्ति वितरण = 1.3 टी। (ए) अक्षीय क्षेत्र वितरण। (बी) पार्श्व क्षेत्र वितरण जेड दिशा में। (सी) ध्रुव टुकड़े के भीतर क्षेत्र वितरण का पूर्ण मूल्य।
सीएसटी पीएस मॉड्यूल के आधार पर, दोहरी बीम गन और फोकसिंग सिस्टम की अक्षीय सापेक्ष स्थिति को अनुकूलित किया गया है। रेफरी के अनुसार।9 और सिमुलेशन, इष्टतम स्थान वह है जहां एनोड टुकड़ा चुंबक से दूर ध्रुव टुकड़े को ओवरलैप करता है। हालांकि, यह पाया गया कि यदि अवशेष 1.3T पर सेट किया गया था, तो इलेक्ट्रॉन बीम का संप्रेषण 99% तक नहीं पहुंच सका। अवशेष को 1.4 T तक बढ़ाने से, फोकसिंग चुंबकीय क्षेत्र 6500 Gs तक बढ़ जाएगा। xoz और yoz विमानों पर बीम प्रक्षेपवक्र चित्र 15 में दिखाए गए हैं। यह देखा जा सकता है कि किरण इसमें अच्छा संचरण, छोटा उतार-चढ़ाव और 45 मिमी से अधिक की संचरण दूरी है।
Br = 1.4 T.(a) xoz विमान.(b) yoz विमान के साथ एक सजातीय चुंबकीय प्रणाली के तहत डबल पेंसिल बीम के प्रक्षेप पथ।
चित्र 16 कैथोड से दूर विभिन्न स्थानों पर बीम के क्रॉस-सेक्शन को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि फोकसिंग सिस्टम में बीम अनुभाग का आकार अच्छी तरह से बनाए रखा गया है, और अनुभाग का व्यास ज्यादा नहीं बदलता है। चित्र 17 क्रमशः x और y दिशाओं में बीम लिफाफे को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि दोनों दिशाओं में बीम का उतार-चढ़ाव बहुत छोटा है। चित्र 18 बीम करंट के सिमुलेशन परिणाम दिखाता है। परिणाम दिखाते हैं कि करंट लगभग 2 × 80 mA है, जो गणना के अनुरूप है। इलेक्ट्रॉन गन डिज़ाइन में मूल्य।
कैथोड से दूर विभिन्न स्थानों पर इलेक्ट्रॉन बीम क्रॉस सेक्शन (फोकसिंग सिस्टम के साथ)।
असेंबली त्रुटियों, वोल्टेज में उतार-चढ़ाव और व्यावहारिक प्रसंस्करण अनुप्रयोगों में चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में परिवर्तन जैसी समस्याओं की एक श्रृंखला को ध्यान में रखते हुए, फोकसिंग सिस्टम की संवेदनशीलता का विश्लेषण करना आवश्यक है। क्योंकि वास्तविक प्रसंस्करण में एनोड टुकड़े और ध्रुव टुकड़े के बीच एक अंतर है, इस अंतर को सिमुलेशन में सेट करने की आवश्यकता है। अंतर मान 0.2 मिमी पर सेट किया गया था और चित्र 19 ए वाई दिशा में बीम लिफाफा और बीम वर्तमान दिखाता है। यह परिणाम दिखाता है कि बीम लिफाफा में परिवर्तन महत्वपूर्ण नहीं है और बीम वर्तमान में शायद ही बदलाव होता है। इसलिए, सिस्टम असेंबली त्रुटियों के प्रति असंवेदनशील है। ड्राइविंग वोल्टेज के उतार-चढ़ाव के लिए, त्रुटि सीमा ±0.5 केवी पर सेट है। चित्र 19बी तुलनात्मक परिणाम दिखाता है। यह देखा जा सकता है कि वोल्टेज परिवर्तन का बीम लिफाफा पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में बदलाव के लिए त्रुटि सीमा -0.02 से +0.03 टी तक निर्धारित है। तुलनात्मक परिणाम चित्र 20 में दिखाए गए हैं। यह देखा जा सकता है कि बीम लिफाफा मुश्किल से बदलता है, जिसका अर्थ है कि संपूर्ण ईओएस चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में बदलाव के प्रति असंवेदनशील है।
एक समान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली के तहत बीम आवरण और वर्तमान परिणाम। (ए) असेंबली सहिष्णुता 0.2 मिमी है। (बी) ड्राइविंग वोल्टेज में उतार-चढ़ाव ±0.5 केवी है।
0.63 से 0.68 टी तक अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र की ताकत में उतार-चढ़ाव के साथ एक समान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली के तहत बीम लिफाफा।
यह सुनिश्चित करने के लिए कि इस पेपर में डिज़ाइन किया गया फोकसिंग सिस्टम एचएफएस के साथ मेल खा सकता है, अनुसंधान के लिए फोकसिंग सिस्टम और एचएफएस को संयोजित करना आवश्यक है। चित्र 21 एचएफएस लोड के साथ और बिना लोड किए गए बीम लिफाफे की तुलना दिखाता है। परिणाम बताते हैं कि पूरे एचएफएस लोड होने पर बीम लिफाफा ज्यादा नहीं बदलता है। इसलिए, फोकसिंग सिस्टम उपरोक्त डिजाइन के यात्रा तरंग ट्यूब एचएफएस के लिए उपयुक्त है।
धारा III में प्रस्तावित ईओएस की शुद्धता को सत्यापित करने और 220 गीगाहर्ट्ज एसडीवी-टीडब्ल्यूटी के प्रदर्शन की जांच करने के लिए, बीम-वेव इंटरैक्शन का 3 डी-पीआईसी सिमुलेशन किया जाता है। सिमुलेशन सॉफ्टवेयर सीमाओं के कारण, हम पूरे ईओएस को एचएफएस में जोड़ने में असमर्थ थे। इसलिए, इलेक्ट्रॉन गन को 0.13 मिमी के व्यास और 0.31 मिमी की दो सतहों के बीच की दूरी के साथ एक समतुल्य उत्सर्जक सतह के साथ बदल दिया गया था, ऊपर डिज़ाइन किए गए इलेक्ट्रॉन गन के समान पैरामीटर। ईओएस की असंवेदनशीलता और अच्छी स्थिरता, पीआईसी सिमुलेशन में सर्वोत्तम आउटपुट पावर प्राप्त करने के लिए ड्राइविंग वोल्टेज को ठीक से अनुकूलित किया जा सकता है। सिमुलेशन परिणाम बताते हैं कि संतृप्त आउटपुट पावर और लाभ 20.6 केवी के ड्राइविंग वोल्टेज, 2 × 80 एमए (603 ए / सेमी 2) के बीम वर्तमान और 0.05 डब्ल्यू की इनपुट पावर पर प्राप्त किया जा सकता है।
सर्वोत्तम आउटपुट सिग्नल प्राप्त करने के लिए, चक्रों की संख्या को भी अनुकूलित करने की आवश्यकता है। सर्वोत्तम आउटपुट पावर तब प्राप्त होती है जब दो चरणों की संख्या 42 + 48 चक्र होती है, जैसा कि चित्र 22 ए में दिखाया गया है। 0.05 डब्ल्यू इनपुट सिग्नल को 38 डीबी के लाभ के साथ 314 डब्ल्यू तक बढ़ाया जाता है। फास्ट फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी) द्वारा प्राप्त आउटपुट पावर स्पेक्ट्रम शुद्ध है, 220 गीगाहर्ट्ज पर चरम पर है। चित्र 22 बी अक्षीय स्थिति वितरण दिखाता है एसडब्ल्यूएस में इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का, अधिकांश इलेक्ट्रॉन ऊर्जा खो रहे हैं। यह परिणाम इंगित करता है कि एसडीवी-एसडब्ल्यूएस इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को आरएफ संकेतों में परिवर्तित कर सकता है, जिससे सिग्नल प्रवर्धन का एहसास हो सकता है।
220 गीगाहर्ट्ज पर एसडीवी-एसडब्ल्यूएस आउटपुट सिग्नल। (ए) शामिल स्पेक्ट्रम के साथ आउटपुट पावर। (बी) एसडब्ल्यूएस इनसेट के अंत में इलेक्ट्रॉन बीम के साथ इलेक्ट्रॉनों का ऊर्जा वितरण।
चित्र 23 आउटपुट पावर बैंडविड्थ और डुअल-मोड डुअल-बीम SDV-TWT के लाभ को दर्शाता है। 200 से 275 गीगाहर्ट्ज तक आवृत्तियों को स्वीप करके और ड्राइव वोल्टेज को अनुकूलित करके आउटपुट प्रदर्शन को और बेहतर बनाया जा सकता है। यह परिणाम दिखाता है कि 3-डीबी बैंडविड्थ 205 से 275 गीगाहर्ट्ज को कवर कर सकता है, जिसका अर्थ है कि डुअल-मोड ऑपरेशन ऑपरेटिंग बैंडविड्थ को काफी व्यापक बना सकता है।
हालाँकि, चित्र 2ए के अनुसार, हम जानते हैं कि विषम और सम मोड के बीच एक स्टॉप बैंड है, जिससे अवांछित दोलन हो सकते हैं। इसलिए, स्टॉप के आसपास कार्य स्थिरता का अध्ययन करने की आवश्यकता है। आंकड़े 24ए-सी क्रमशः 265.3 गीगाहर्ट्ज, 265.35 गीगाहर्ट्ज और 265.4 गीगाहर्ट्ज पर 20 एनएस सिमुलेशन परिणाम हैं। यह देखा जा सकता है कि हालांकि सिमुलेशन परिणामों में कुछ उतार-चढ़ाव हैं, आउटपुट पावर अपेक्षाकृत स्थिर है। स्पेक्ट्रम को क्रमशः चित्र 24 में भी दिखाया गया है, स्पेक्ट्रम शुद्ध है। ये परिणाम दर्शाते हैं कि स्टॉपबैंड के पास कोई स्व-दोलन नहीं है।
संपूर्ण एचएफएस की शुद्धता को सत्यापित करने के लिए निर्माण और माप आवश्यक हैं। इस भाग में, एचएफएस को कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण (सीएनसी) तकनीक का उपयोग करके 0.1 मिमी के उपकरण व्यास और 10 माइक्रोन की मशीनिंग सटीकता के साथ निर्मित किया जाता है। उच्च आवृत्ति संरचना के लिए सामग्री ऑक्सीजन मुक्त उच्च-चालकता (ओएफएचसी) तांबे द्वारा प्रदान की जाती है। चित्र 25 ए ​​निर्मित संरचना को दर्शाता है। पूरी संरचना की लंबाई 66.00 मिमी, चौड़ाई 20 मिमी है। .00 मिमी और 8.66 मिमी की ऊंचाई। संरचना के चारों ओर आठ पिन छेद वितरित किए गए हैं। चित्र 25बी इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) को स्कैन करके संरचना को दिखाता है। इस संरचना के ब्लेड समान रूप से निर्मित होते हैं और उनकी सतह खुरदरापन अच्छी होती है। सटीक माप के बाद, समग्र मशीनिंग त्रुटि 5% से कम है, और सतह खुरदरापन लगभग 0.4μm है। मशीनिंग संरचना डिजाइन और सटीक आवश्यकताओं को पूरा करती है।
चित्र 26 वास्तविक परीक्षण परिणामों और ट्रांसमिशन प्रदर्शन के सिमुलेशन के बीच तुलना दिखाता है। चित्र 26ए में पोर्ट 1 और पोर्ट 2 क्रमशः एचएफएस के इनपुट और आउटपुट पोर्ट के अनुरूप हैं, और चित्र 3 में पोर्ट 1 और पोर्ट 4 के बराबर हैं। एस11 के वास्तविक माप परिणाम सिमुलेशन परिणामों से थोड़ा बेहतर हैं। साथ ही, एस21 के मापा परिणाम थोड़े खराब हैं। इसका कारण यह हो सकता है कि सिमुलेशन में निर्धारित सामग्री चालकता बहुत अधिक है और वास्तविक मशीन के बाद सतह खुरदरापन है आईएनजी खराब है। कुल मिलाकर, मापे गए परिणाम सिमुलेशन परिणामों के साथ अच्छे समझौते में हैं, और ट्रांसमिशन बैंडविड्थ 70 गीगाहर्ट्ज की आवश्यकता को पूरा करता है, जो प्रस्तावित दोहरे मोड एसडीवी-टीडब्ल्यूटी की व्यवहार्यता और शुद्धता की पुष्टि करता है। इसलिए, वास्तविक निर्माण प्रक्रिया और परीक्षण परिणामों के साथ संयुक्त, इस पेपर में प्रस्तावित अल्ट्रा-ब्रॉडबैंड डुअल-बीम एसडीवी-टीडब्ल्यूटी डिजाइन का उपयोग बाद के निर्माण और अनुप्रयोगों के लिए किया जा सकता है।
इस पेपर में, एक प्लानर डिस्ट्रीब्यूशन 220 गीगाहर्ट्ज डुअल-बीम एसडीवी-टीडब्ल्यूटी का एक विस्तृत डिजाइन प्रस्तुत किया गया है। डुअल-मोड ऑपरेशन और डुअल-बीम उत्तेजना का संयोजन ऑपरेटिंग बैंडविड्थ और आउटपुट पावर को और बढ़ाता है। संपूर्ण एचएफएस की शुद्धता को सत्यापित करने के लिए फैब्रिकेशन और कोल्ड टेस्ट भी किया जाता है।वास्तविक माप परिणाम सिमुलेशन परिणामों के साथ अच्छे समझौते में हैं। डिज़ाइन किए गए दो-बीम ईओएस के लिए, दो-पेंसिल बीम का उत्पादन करने के लिए एक मास्क अनुभाग और नियंत्रण इलेक्ट्रोड का एक साथ उपयोग किया गया है। डिज़ाइन किए गए समान रूप से केंद्रित चुंबकीय क्षेत्र के तहत, इलेक्ट्रॉन बीम को अच्छे आकार के साथ लंबी दूरी पर प्रसारित किया जा सकता है। भविष्य में, ईओएस का उत्पादन और परीक्षण किया जाएगा, और पूरे टीडब्ल्यूटी का थर्मल परीक्षण भी किया जाएगा। इस पेपर में प्रस्तावित यह एसडीवी-टीडब्ल्यूटी डिजाइन योजना वर्तमान परिपक्व विमान प्रसंस्करण को पूरी तरह से जोड़ती है प्रौद्योगिकी, और प्रदर्शन संकेतक और प्रसंस्करण और असेंबली में काफी संभावनाएं दिखाती है। इसलिए, इस पेपर का मानना ​​​​है कि प्लानर संरचना टेराहर्ट्ज़ बैंड में वैक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के विकास की प्रवृत्ति बनने की सबसे अधिक संभावना है।
इस अध्ययन के अधिकांश कच्चे डेटा और विश्लेषणात्मक मॉडल को इस पेपर में शामिल किया गया है। उचित अनुरोध पर संबंधित लेखक से अधिक प्रासंगिक जानकारी प्राप्त की जा सकती है।
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