Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद. तुम्ही वापरत असलेल्या ब्राउझर आवृत्तीला CSS साठी मर्यादित समर्थन आहे. सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अपडेटेड ब्राउझर वापरा (किंवा Internet Explorer मधील सुसंगतता मोड बंद करा). दरम्यान, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट प्रदर्शित करू.
या पेपरमध्ये, 220GHz ब्रॉडबँड हाय-पॉवर इंटरलीव्हड डबल-ब्लेड ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूब डिझाइन आणि सत्यापित केली गेली आहे. प्रथम, प्लॅनर डबल-बीम स्टॅगर्ड डबल-ब्लेड स्लो-वेव्ह रचना प्रस्तावित आहे. ड्युअल-मोड ऑपरेशन स्कीम वापरून, ट्रान्समिशन कार्यप्रदर्शन आणि बँडविड्थ जवळजवळ दुप्पट आहे. ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूबची क्षमता, दुहेरी पेन्सिल-आकाराची इलेक्ट्रॉनिक ऑप्टिकल प्रणाली तयार केली आहे, ड्रायव्हिंग व्होल्टेज 20~21 kV आहे, आणि वर्तमान 2 × 80 mA आहे. डिझाईन गोल आहेत. डबल बीम गनमध्ये मास्कचा भाग आणि कंट्रोल इलेक्ट्रोड वापरून, दोन पेन्सिल बीम्सच्या अंतरावर फोकसिंग सेंटर 7, फोकस 7 बद्दल फोकस केले जाऊ शकते. .18 मिमी, आणि स्थिरता चांगली आहे. एकसमान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली देखील ऑप्टिमाइझ केली गेली आहे. प्लॅनर डबल इलेक्ट्रॉन बीमचे स्थिर प्रसारण अंतर 45 मिमी पर्यंत पोहोचू शकते, आणि फोकसिंग चुंबकीय क्षेत्र 0.6 T आहे, जे संपूर्ण उच्च वारंवारता प्रणाली (HFS) कव्हर करण्यासाठी पुरेसे आहे. त्यानंतर, सिस्टम-सेल स्ट्रक्चरची स्लो-ऑप-वापरफॉरमन्स आणि इलेक्ट्रो-सेल स्ट्रक्चरची धीमी कार्यक्षमता सत्यापित करण्यासाठी. ) संपूर्ण HFS वर सिम्युलेशन देखील केले गेले. परिणाम दर्शविते की बीम-इंटरॅक्शन सिस्टम 220 GHz वर जवळजवळ 310 W ची पीक आउटपुट पॉवर प्राप्त करू शकते, ऑप्टिमाइझ केलेले बीम व्होल्टेज 20.6 kV आहे, बीम करंट 2 × 80 mA आहे, वाढ 38 d3db 38 d3db s, 38 d 3 d-B आहे. GHz.शेवटी, HFS च्या कामगिरीची पडताळणी करण्यासाठी उच्च-परिशुद्धता मायक्रोस्ट्रक्चर फॅब्रिकेशन केले जाते, आणि परिणाम दर्शवितात की बँडविड्थ आणि ट्रान्समिशन वैशिष्ट्ये सिम्युलेशन परिणामांशी चांगल्या प्रकारे सहमत आहेत. म्हणून, या पेपरमध्ये प्रस्तावित योजना उच्च-शक्ती, अल्ट्रा-ब्रॉडबँड ऍप्लिकेशन terahertz-सह भविष्यातील संभाव्य स्त्रोतांसाठी विकसित करणे अपेक्षित आहे.
पारंपारिक व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरण म्हणून, ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूब (TWT) उच्च-रिझोल्यूशन रडार, उपग्रह दळणवळण प्रणाली आणि अंतराळ अन्वेषण 1,2,3 यांसारख्या अनेक अनुप्रयोगांमध्ये न बदलता येणारी भूमिका बजावते. तथापि, ऑपरेटिंग वारंवारता टेराहर्ट्झ बँडमध्ये प्रवेश केल्यामुळे, पारंपारिक जोड-पोकळीमुळे कमी शक्ती आणि TWT लोकांना कमी शक्तीची आवश्यकता असते. अरुंद बँडविड्थ, आणि कठीण उत्पादन प्रक्रिया. त्यामुळे, THz बँडचे कार्यप्रदर्शन कसे सर्वसमावेशकपणे सुधारायचे हा अनेक वैज्ञानिक संशोधन संस्थांसाठी एक अतिशय चिंतेचा विषय बनला आहे. अलीकडच्या वर्षांत, कादंबरी स्लो-वेव्ह स्ट्रक्चर्स (SWSs), जसे की स्टॅगर्ड ड्युअल-ब्लेड (SDV) स्ट्रक्चर्स, नैसर्गिक वेव्ह स्ट्रक्चर्स आणि फोल्डेड स्ट्रक्चर्सकडे लक्ष दिले गेले आहे. विशेषत: आशादायक क्षमतेसह कादंबरी SDV-SWSs. ही रचना UC-Davis ने 20084 मध्ये प्रस्तावित केली होती. प्लॅनर रचना संगणक संख्यात्मक नियंत्रण (CNC) आणि UV-LIGA सारख्या सूक्ष्म-नॅनो प्रक्रिया तंत्राद्वारे सहजपणे तयार केली जाऊ शकते, ऑल-मेटल पॅकेज स्ट्रक्चर मोठ्या थर्मल क्षमता प्रदान करू शकते आणि विस्तीर्ण वेव्ह स्ट्रक्चर सारख्या वर्किंग स्ट्रक्चर आणि व्हॉईड स्ट्रक्चर प्रदान करू शकते. सध्या, UC डेव्हिसने 2017 मध्ये प्रथमच दाखवून दिले की SDV-TWT 100 W पेक्षा जास्त उच्च-पॉवर आउटपुट आणि G-band5 मध्ये जवळपास 14 GHz बँडविड्थ सिग्नल तयार करू शकते. तथापि, या परिणामांमध्ये अजूनही अंतर आहे जे उच्च पॉवर आणि G-D-Band-wid-Band-Bands-Bands मधील उच्च पॉवर आणि G-Band बँडच्या संबंधित आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाहीत. SDV-TWT, शीट इलेक्ट्रॉन बीम वापरण्यात आले आहेत. जरी ही योजना बीमच्या वर्तमान-वाहन क्षमतेत लक्षणीय सुधारणा करू शकते, तरीही शीट बीम इलेक्ट्रॉन ऑप्टिकल सिस्टम (EOS) च्या अस्थिरतेमुळे लांब प्रसारण अंतर राखणे कठीण आहे, आणि तेथे एक ओव्हर-मोड बीम बोगदा आहे, ज्यामुळे बीम स्वत: ची लेट होऊ शकते.– उत्तेजितता आणि दोलन 6,7. उच्च आउटपुट पॉवर, रुंद बँडविड्थ आणि THz TWT ची चांगली स्थिरता या आवश्यकतांची पूर्तता करण्यासाठी, या पेपरमध्ये ड्युअल-मोड ऑपरेशनसह ड्युअल-बीम SDV-SWS प्रस्तावित आहे. म्हणजेच, ऑपरेटिंग बँडविड्थ वाढवण्यासाठी, ऑपरेशनमध्ये ड्युअल-मोड स्ट्रक्चर आणि पॉवर आउट-ऑर्डर वाढवण्याचा प्रस्ताव आहे. दुहेरी पेन्सिल बीमचे प्लॅनर वितरण देखील वापरले जाते. उभ्या आकाराच्या मर्यादांमुळे सिंगल पेन्सिल बीम रेडिओ तुलनेने लहान आहेत. जर वर्तमान घनता खूप जास्त असेल, तर बीम करंट कमी करणे आवश्यक आहे, परिणामी तुलनेने कमी आउटपुट पॉवर आहे. बीम करंट सुधारण्यासाठी, प्लानर डिस्ट्रीब्युड मल्टीबीम, ज्याचा आकार EOS वर अवलंबून असतो. टनेलिंग, प्लॅनर वितरीत मल्टी-बीम उच्च एकूण बीम करंट आणि प्रति बीम एक लहान करंट राखून उच्च आउटपुट पॉवर प्राप्त करू शकते, ज्यामुळे शीट-बीम उपकरणांच्या तुलनेत ओव्हरमोड बीम टनेलिंग टाळता येते. म्हणून, ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूबची स्थिरता राखण्यासाठी फायदेशीर ठरते. पूर्वीच्या वर्क8,9 च्या आधारावर, हे पेपर फोकसिंग फील्ड दुहेरी फोकस बनवू शकते. बीमचे स्थिर प्रसारण अंतर मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते आणि बीम परस्परसंवाद क्षेत्र वाढवू शकते, ज्यामुळे आउटपुट पॉवरमध्ये मोठ्या प्रमाणात सुधारणा होते.
या पेपरची रचना खालीलप्रमाणे आहे. प्रथम, पॅरामीटर्ससह SWS सेल डिझाइन, फैलाव वैशिष्ट्यांचे विश्लेषण आणि उच्च वारंवारता सिम्युलेशन परिणामांचे वर्णन केले आहे. त्यानंतर, युनिट सेलच्या संरचनेनुसार, या पेपरमध्ये डबल पेन्सिल बीम EOS आणि बीम परस्परसंवाद प्रणालीची रचना केली गेली आहे. इंट्रासेल्युलर कण सिम्युलेशन आणि EWT च्या कार्यक्षमतेच्या अतिरिक्त SDOS च्या परिणामांमध्ये SD-VOS च्या अतिरिक्त सिम्युलेशन परिणाम देखील सादर केले जातात. संपूर्ण HFS च्या शुद्धतेची पडताळणी करण्यासाठी पेपर थोडक्यात फॅब्रिकेशन आणि शीत चाचणी परिणाम सादर करतो. शेवटी सारांश तयार करा.
TWT च्या सर्वात महत्वाच्या घटकांपैकी एक म्हणून, स्लो-वेव्ह स्ट्रक्चरचे विखुरणारे गुणधर्म हे सूचित करतात की इलेक्ट्रॉन वेग SWS च्या फेज वेगाशी जुळतो की नाही, आणि त्यामुळे बीम-वेव्ह परस्परसंवादावर मोठा प्रभाव पडतो. संपूर्ण TWT चे कार्यप्रदर्शन सुधारण्यासाठी, एक सुधारित परस्परसंवाद रचना तयार केली गेली आहे. युनिट रिंग 1 ची रचना मध्ये FB ची स्ट्रक्चर आणि बीम रिंग 1 मध्ये दर्शविली गेली आहे. सिंगल पेन बीमची पॉवर मर्यादा, आउटपुट पॉवर आणि ऑपरेशन स्थिरता आणखी सुधारण्यासाठी रचना दुहेरी पेन बीमचा अवलंब करते.दरम्यान, कार्यरत बँडविड्थ वाढवण्यासाठी, SWS ऑपरेट करण्यासाठी ड्युअल मोड प्रस्तावित करण्यात आला आहे. SDV स्ट्रक्चरच्या सममितीमुळे, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड डिस्पर्शन समीकरणाचे समाधान विषम आणि सम मोडमध्ये विभागले जाऊ शकते. त्याच वेळी, मूलभूत विषम मोडचा वापर केला जातो. बीम परस्परसंवादाचेकरण, ज्यामुळे कार्यरत बँडविड्थ आणखी सुधारते.
उर्जा आवश्यकतेनुसार, संपूर्ण ट्यूब 20 kV च्या ड्रायव्हिंग व्होल्टेजसह आणि 2 × 80 mA च्या दुहेरी बीम करंटसह डिझाइन केलेली आहे. SDV-SWS च्या ऑपरेटिंग बँडविड्थशी व्होल्टेज शक्य तितक्या जवळ जुळण्यासाठी, आम्हाला कालावधीची लांबी मोजणे आवश्यक आहे.
220 GHz च्या मध्यवर्ती वारंवारतेवर फेज शिफ्ट 2.5π वर सेट करून, कालावधी p 0.46 मिमी मोजला जाऊ शकतो. आकृती 2a SWS युनिट सेलचे फैलाव गुणधर्म दर्शविते. 20 kV बीमलाइन बिमोडल वक्रशी खूप चांगले जुळते. फ्रिक्वेन्सी बँड 762 GHz 720d 720 GHz च्या आसपास जुळते. मोड) आणि 265.4–280 GHz (सम मोड) श्रेणी. आकृती 2b सरासरी कपलिंग प्रतिबाधा दर्शविते, जे 210 ते 290 GHz दरम्यान 0.6 Ω पेक्षा जास्त आहे, हे सूचित करते की ऑपरेटिंग बँडविड्थमध्ये मजबूत परस्परसंवाद होऊ शकतात.
(a) 20 kV इलेक्ट्रॉन बीमलाइनसह ड्युअल-मोड SDV-SWS ची फैलाव वैशिष्ट्ये.(b) SDV स्लो-वेव्ह सर्किटचा परस्परसंवाद प्रतिबाधा.
तथापि, हे लक्षात घेणे महत्त्वाचे आहे की विषम आणि सम रीतींमध्ये बँड अंतर आहे आणि आकृती 2a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे आम्ही सहसा या बँड गॅपला स्टॉप बँड म्हणून संबोधतो. जर TWT या फ्रिक्वेन्सी बँडजवळ ऑपरेट केले असेल, तर मजबूत बीम कपलिंग स्ट्रेंथ उद्भवू शकते, ज्यामुळे अवांछित दोलन होऊ शकतात. साधारणपणे TWT ऍप्लिकेशनचा वापर करून, आम्ही ते टाळू शकतो. या स्लो-वेव्ह स्ट्रक्चरचे बँड गॅप फक्त 0.1 GHz आहे. या लहान बँड गॅपमुळे दोलन होतात की नाही हे ठरवणे कठीण आहे. त्यामुळे, अवांछित दोलन होऊ शकतात किंवा नाही याचे विश्लेषण करण्यासाठी खालील PIC सिम्युलेशन विभागात स्टॉप बँडच्या सभोवतालच्या ऑपरेशनची स्थिरता तपासली जाईल.
संपूर्ण HFS चे मॉडेल आकृती 3 मध्ये दर्शविले आहे.त्यात SDV-SWS चे दोन टप्पे आहेत, जे ब्रॅग रिफ्लेक्टर्सने जोडलेले आहेत. रिफ्लेक्टरचे कार्य दोन टप्प्यांमधील सिग्नल ट्रान्समिशन कट ऑफ करणे, हाय-ऑर्डर मोड्स सारख्या नॉन-वर्किंग मोड्सचे ऑसिलेशन आणि रिफ्लेक्शन दाबणे हे आहे. बाह्य वातावरणाशी कनेक्शन, एक रेखीय टेपर्ड कपलरचा वापर SWS ला WR-4 मानक वेव्हगाइडशी जोडण्यासाठी देखील केला जातो. द्वि-स्तरीय संरचनेचा ट्रान्समिशन गुणांक 3D सिम्युलेशन सॉफ्टवेअरमध्ये टाइम डोमेन सॉल्व्हरद्वारे मोजला जातो. सामग्रीवरील टेराहर्ट्ज बँडचा वास्तविक प्रभाव लक्षात घेता, सामग्रीची प्रारंभिक कंडक्टिविटी कमी केली जाते. 5×107 S/m12.
आकृती 4 HFS साठी रेखीय टॅपर्ड कपलरसह आणि त्याशिवाय प्रसारित परिणाम दर्शविते. परिणाम दर्शविते की कप्लरचा संपूर्ण HFS च्या ट्रान्समिशन कार्यक्षमतेवर थोडासा प्रभाव पडतो. 207 मधील संपूर्ण सिस्टमचे रिटर्न लॉस (S11 < − 10 dB) आणि इन्सर्टेशन लॉस (S21 > − 5 dB) 207 मधील ट्रान्समिशन ~ 280 जीएचझेड ब्रॉइड बँडमध्ये चांगले आहे.
व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांचा वीज पुरवठा म्हणून, इलेक्ट्रॉन गन हे उपकरण पुरेशी आउटपुट पॉवर निर्माण करू शकते की नाही हे थेट ठरवते. विभाग II मधील HFS च्या विश्लेषणासह, पुरेशी शक्ती प्रदान करण्यासाठी ड्युअल-बीम EOS तयार करणे आवश्यक आहे. या भागात, W-band8,9 मधील मागील कामाच्या आधारे, एक डबल गन आणि इलेक्ट्रोपेन्सिलचा वापर करून इलेक्ट्रॉन गनचा सर्वात मोठा भाग तयार केला जातो. SWS च्या डिझाईन आवश्यकता Sect मध्ये. अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.2 , इलेक्ट्रॉन बीमचा ड्रायव्हिंग व्होल्टेज Ua सुरुवातीला 20 kV वर सेट केला जातो, दोन इलेक्ट्रॉन बीमचा प्रवाह I दोन्ही 80 mA आहे आणि इलेक्ट्रॉन बीमचा बीम व्यास dw 0.13 मिमी आहे. त्याच वेळी, विद्युत प्रवाहाची घनता आणि इलेक्ट्रॉनची घनता प्राप्त करणे शक्य आहे याची खात्री करण्यासाठी. बीम 7 वर सेट केला आहे, म्हणून इलेक्ट्रॉन बीमची वर्तमान घनता 603 A/cm2 आहे, आणि कॅथोडची वर्तमान घनता 86 A/cm2 आहे, जी नवीन कॅथोड सामग्री वापरून साध्य केली जाऊ शकते. डिझाइन सिद्धांत 14, 15, 16, 17 नुसार, एक अद्वितीय इलेक्ट्रॉनीयन ओळखले जाऊ शकते.
आकृती 5 मध्ये बंदुकीची क्षैतिज आणि अनुलंब योजनाबद्ध आकृती दर्शविली आहे. हे पाहिले जाऊ शकते की x-दिशेतील इलेक्ट्रॉन गनचे प्रोफाइल साधारण शीट-सदृश इलेक्ट्रॉन गनशी जवळजवळ सारखेच आहे, तर y-दिशेमध्ये दोन इलेक्ट्रॉन बीम्स अंशतः x-5 च्या दोन पोझिशन्सने विभक्त केले आहेत. mm, y = 0 mm आणि x = 0.155 mm, y = 0 mm, अनुक्रमे. कॉम्प्रेशन रेशो आणि इलेक्ट्रॉन इंजेक्शन आकाराच्या डिझाइन आवश्यकतांनुसार, दोन कॅथोड पृष्ठभागांची परिमाणे 0.91 mm × 0.13 mm निर्धारित केली जातात.
x-दिशामधील प्रत्येक इलेक्ट्रॉन बीमला प्राप्त होणारे फोकस इलेक्ट्रिक फील्ड त्याच्या स्वत:च्या केंद्राविषयी सममितीय बनवण्यासाठी, हा पेपर इलेक्ट्रॉन गनवर कंट्रोल इलेक्ट्रोड लागू करतो. फोकसिंग इलेक्ट्रोड आणि कंट्रोल इलेक्ट्रोडचा व्होल्टेज −20 kV वर सेट करून, आणि एनोडचा व्होल्टेज 0 V वर सेट करून, आम्ही Ftragun चे tragun 6 द्वारे डिस्ट्रिब्युट म्हणून दर्शविले जाऊ शकतो. हे पाहिले जाऊ शकते की उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन्सची y-दिशामध्ये चांगली संकुचितता असते आणि प्रत्येक इलेक्ट्रॉन बीम त्याच्या स्वतःच्या सममितीच्या केंद्रासह x-दिशेकडे अभिसरण करतो, जे सूचित करते की नियंत्रण इलेक्ट्रोड फोकसिंग इलेक्ट्रोडद्वारे तयार केलेल्या असमान विद्युत क्षेत्राला संतुलित करते.
आकृती 7 x आणि y दिशानिर्देशांमध्ये बीम लिफाफा दर्शविते. परिणाम दर्शविते की x-दिशेतील इलेक्ट्रॉन बीमचे प्रोजेक्शन अंतर y-दिशेपेक्षा वेगळे आहे. x दिशेने फेकण्याचे अंतर सुमारे 4 मिमी आहे, आणि y दिशेने फेकण्याचे अंतर 7 मिमीच्या जवळ आहे. त्यामुळे, प्रत्यक्ष फेकण्याचे अंतर 4 मिमी आणि इलेक्ट्रॉन शो 4 मधील क्रॉस-एफ 8 आणि 8 मिमी अंतर निवडले पाहिजे. n बीम कॅथोड पृष्ठभागापासून 4.6 मि.मी.वर आहे. क्रॉस सेक्शनचा आकार मानक वर्तुळाकार इलेक्ट्रॉन बीमच्या सर्वात जवळ असल्याचे आपण पाहू शकतो. दोन इलेक्ट्रॉन बीममधील अंतर डिझाइन केलेल्या 0.31 मिमीच्या जवळ आहे आणि त्रिज्या सुमारे 0.13 मिमी आहे, जी डिझाइनच्या आवश्यकता पूर्ण करते. आकृती 9 दर्शविते की वर्तमान परिणाम दोन 7.6m असू शकतात. , जे डिझाईन केलेल्या 80mA शी चांगले सहमत आहे.
व्यावहारिक अनुप्रयोगांमध्ये ड्रायव्हिंग व्होल्टेजमधील चढ-उतार लक्षात घेता, या मॉडेलच्या व्होल्टेज संवेदनशीलतेचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे. 19.8 ~ 20.6 kV च्या व्होल्टेज श्रेणीमध्ये, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, वर्तमान आणि बीम वर्तमान लिफाफे प्राप्त केले जातात आणि आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 11F चे परिणाम बदलू शकतात. इलेक्ट्रॉन बीमच्या लिफाफ्यावर व्होल्टेजचा कोणताही परिणाम होत नाही आणि इलेक्ट्रॉन बीमचा प्रवाह फक्त 0.74 ते 0.78 ए पर्यंत बदलतो. त्यामुळे, या पेपरमध्ये डिझाइन केलेल्या इलेक्ट्रॉन गनमध्ये व्होल्टेजसाठी चांगली संवेदनशीलता आहे असे मानले जाऊ शकते.
x- आणि y-दिशा बीम लिफाफांवर ड्रायव्हिंग व्होल्टेज चढउतारांचा प्रभाव.
एकसमान चुंबकीय फोकसिंग फील्ड ही कायमस्वरूपी चुंबक केंद्रित करणारी प्रणाली आहे. संपूर्ण बीम चॅनेलमध्ये एकसमान चुंबकीय क्षेत्र वितरणामुळे, ते अक्षीय सममितीय इलेक्ट्रॉन बीमसाठी अतिशय योग्य आहे. या विभागात, दुहेरी पेन्सिल बीमचे दीर्घ-अंतर संप्रेषण राखण्यासाठी एकसमान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली प्रस्तावित आहे, आणि फील्डची एक मॅग्नेटिक रचना असावी. फोकसिंग सिस्टमची योजना प्रस्तावित आहे, आणि संवेदनशीलतेच्या समस्येचा अभ्यास केला आहे. सिंगल पेन्सिल बीम 18,19 च्या स्थिर ट्रांसमिशन सिद्धांतानुसार, ब्रिल्युइन चुंबकीय क्षेत्र मूल्य समीकरण (2) द्वारे मोजले जाऊ शकते. या पेपरमध्ये, आम्ही या समतुल्यतेचा वापर नंतरच्या डिझाईन केलेल्या इलेक्ट्रोपेनॉमीनच्या दुप्पट इलेक्ट्रोपेनॉमीन पेपरच्या चुंबकीय क्षेत्राचा अंदाज लावण्यासाठी करतो. , गणना केलेले चुंबकीय क्षेत्र मूल्य सुमारे 4000 Gs आहे. संदर्भानुसार.20, गणना केलेल्या मूल्याच्या 1.5-2 पट सामान्यतः व्यावहारिक डिझाइनमध्ये निवडले जाते.
आकृती 12 एकसमान चुंबकीय क्षेत्र फोकसिंग फील्ड सिस्टमची रचना दर्शवते. निळा भाग अक्षीय दिशेने चुंबकीकृत स्थायी चुंबक आहे. सामग्रीची निवड NdFeB किंवा FeCoNi आहे. सिम्युलेशन मॉडेलमध्ये सेट केलेला remanence Br 1.3 T आहे आणि पारगम्यता 1.05 आहे. संपूर्ण सर्कीटची प्रारंभिक लांबी निश्चित करण्यासाठी, सर्कीट सेट करणे योग्य आहे. 70 मिमी. याशिवाय, बीम चॅनेलमधील ट्रान्सव्हर्स चुंबकीय क्षेत्र एकसमान आहे की नाही हे x दिशेने चुंबकाचे आकार निर्धारित करते, ज्यासाठी x दिशेने आकार खूप लहान असू शकत नाही. त्याच वेळी, संपूर्ण नळीची किंमत आणि वजन लक्षात घेता, चुंबकाचा आकार खूप मोठा नसावा. म्हणून, चुंबक 5 मिमी × 1 मिमी × 1 मिमी × 1 मिमी 0 आकाराचे असतात. यादरम्यान, संपूर्ण स्लो-वेव्ह सर्किट फोकसिंग सिस्टममध्ये ठेवता येईल याची खात्री करण्यासाठी, चुंबकांमधील अंतर 20 मिमीवर सेट केले जाते.
2015 मध्ये, पूर्ण चंद्र पांडा21 ने एकसमान चुंबकीय फोकसिंग सिस्टीममध्ये नवीन स्टेप्ड होलसह ध्रुवाचा तुकडा प्रस्तावित केला, ज्यामुळे कॅथोडमधील फ्लक्स लीकेज आणि पोल पीस होलवर निर्माण होणारे ट्रान्सव्हर्स मॅग्नेटिक फील्ड आणखी कमी होऊ शकते. या पेपरमध्ये, आम्ही पोल पीसच्या जाड स्ट्रक्चरमध्ये पोल पीसच्या जाड स्ट्रक्चरला जोडतो. 1.5 मिमी, तीन पायऱ्यांची उंची आणि रुंदी 0.5 मिमी आहे, आणि आकृती 13 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, खांबाच्या तुकड्याच्या छिद्रांमधील अंतर 2 मिमी आहे.
आकृती 14a दोन इलेक्ट्रॉन बीमच्या मध्यभागी अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र वितरण दर्शविते. हे पाहिले जाऊ शकते की दोन इलेक्ट्रॉन बीमच्या बाजूने चुंबकीय क्षेत्र बल समान आहेत. चुंबकीय क्षेत्राचे मूल्य सुमारे 6000 Gs आहे, जे प्रेषण वाढवण्यासाठी सैद्धांतिक ब्रिल्युइन फील्डच्या 1.5 पट आहे, मांजरीचे कार्यप्रदर्शन वाढवण्यासाठी आणि मांजरीच्या क्षेत्रामध्ये जवळजवळ लक्ष केंद्रित करणे हे समान कार्यप्रदर्शन आहे. चुंबकीय प्रवाह गळती रोखण्यावर ध्रुव तुकड्याचा चांगला प्रभाव पडतो. आकृती 14b दोन इलेक्ट्रॉन बीमच्या वरच्या काठावर z दिशेने ट्रान्सव्हर्स चुंबकीय क्षेत्र वितरण दर्शविते. हे पाहिले जाऊ शकते की ट्रान्सव्हर्स चुंबकीय क्षेत्र 200 Gs पेक्षा कमी आहे फक्त ध्रुव तुकड्यावर, जे धीमे भोक आहे, तर ट्रान्सव्हर्स मॅग्नेटिक फील्ड जवळजवळ सिद्ध करते. इलेक्ट्रॉन बीमवर ट्रान्सव्हर्स चुंबकीय क्षेत्राचा प्रभाव नगण्य आहे. ध्रुव तुकड्यांचे चुंबकीय संपृक्तता टाळण्यासाठी, ध्रुवाच्या तुकड्यांमधील चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्याचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे. आकृती 14c ध्रुव तुकड्याच्या आत चुंबकीय क्षेत्र वितरणाचे परिपूर्ण मूल्य दर्शविते. हे पाहिले जाऊ शकते की चुंबकीय क्षेत्रामध्ये चुंबकीय शक्ती 2 पेक्षा कमी आहे. खांबाच्या तुकड्याची संपृक्तता होणार नाही.
Br = 1.3 T. (a) अक्षीय क्षेत्र वितरणासाठी चुंबकीय क्षेत्र सामर्थ्य वितरण. (b) बाजूकडील क्षेत्र वितरण z दिशेने. (c) ध्रुव तुकड्यात क्षेत्र वितरणाचे संपूर्ण मूल्य.
सीएसटी पीएस मॉड्यूलवर आधारित, ड्युअल बीम गन आणि फोकसिंग सिस्टमची अक्षीय सापेक्ष स्थिती ऑप्टिमाइझ केली जाते. संदर्भानुसार.9 आणि सिम्युलेशन, इष्टतम स्थान हे आहे जेथे एनोडचा तुकडा चुंबकापासून दूर असलेल्या ध्रुवाच्या तुकड्याला ओव्हरलॅप करतो. तथापि, असे आढळून आले की जर रीमनन्स 1.3T वर सेट केला असेल तर, इलेक्ट्रॉन बीमचे ट्रान्समिटन्स 99% पर्यंत पोहोचू शकत नाही. 1.4 T पर्यंत रेमनन्स वाढवून, फोकसिंग xtram50 फील्ड आणि x600 वर फोकसिंग मॅग्नेन्स वाढेल. yoz विमाने आकृती 15 मध्ये दर्शविली आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की बीममध्ये चांगले प्रसारण, लहान चढ-उतार आणि 45 मिमी पेक्षा जास्त अंतर आहे.
Br = 1.4 T.(a) xoz समतल. (b) yoz विमानासह एकसंध चुंबकीय प्रणाली अंतर्गत दुहेरी पेन्सिल बीमचे मार्गक्रमण.
आकृती 16 कॅथोडपासून दूर असलेल्या वेगवेगळ्या स्थानांवर बीमचा क्रॉस-सेक्शन दर्शविते. फोकसिंग सिस्टीममधील बीम विभागाचा आकार चांगला राखला गेला आहे आणि विभागाचा व्यास फारसा बदलत नाही हे पाहिले जाऊ शकते. आकृती 17 अनुक्रमे x आणि y दिशानिर्देशांमध्ये बीमचे लिफाफे दाखवते. हे दोन्ही दिशानिर्देश 18 मध्ये खूप लहान असल्याचे पाहिले जाऊ शकते. बीम करंटचे सिम्युलेशन परिणाम. परिणाम दर्शवतात की विद्युत प्रवाह सुमारे 2 × 80 mA आहे, जो इलेक्ट्रॉन गन डिझाइनमधील गणना केलेल्या मूल्याशी सुसंगत आहे.
इलेक्ट्रॉन बीम क्रॉस सेक्शन (फोकसिंग सिस्टमसह) कॅथोडपासून दूर वेगवेगळ्या स्थानांवर.
असेंबली त्रुटी, व्होल्टेज चढउतार, आणि व्यावहारिक प्रक्रिया अनुप्रयोगांमध्ये चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यामध्ये बदल यासारख्या समस्यांची मालिका लक्षात घेता, फोकसिंग सिस्टमच्या संवेदनशीलतेचे विश्लेषण करणे आवश्यक आहे. वास्तविक प्रक्रियेमध्ये एनोड तुकडा आणि पोल पीस यांच्यामध्ये अंतर असल्यामुळे, हे अंतर F1mm 0 mmigure चे मूल्य सेट करणे आणि सेट करणे आवश्यक आहे. 9a बीम लिफाफा आणि बीम करंट y दिशेने दर्शविते. हा परिणाम दर्शवितो की बीम लिफाफामधील बदल लक्षणीय नाही आणि बीम करंट फारच बदलत आहे. म्हणून, सिस्टम असेंबली त्रुटींसाठी असंवेदनशील आहे. ड्रायव्हिंग व्होल्टेजच्या चढ-उतारासाठी, त्रुटी श्रेणी सेट केली गेली आहे. व्होल्टेज बदलाचा बीमच्या लिफाफ्यावर थोडासा प्रभाव पडतो. चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यात बदलांसाठी त्रुटी श्रेणी -0.02 ते +0.03 T पर्यंत सेट केली आहे. तुलना परिणाम आकृती 20 मध्ये दर्शविलेले आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की बीम लिफाफा फारच बदलतो, याचा अर्थ संपूर्ण EOS चुंबकीय क्षेत्राच्या सामर्थ्यामधील बदलांसाठी असंवेदनशील आहे.
एकसमान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली अंतर्गत बीम लिफाफा आणि वर्तमान परिणाम.
0.63 ते 0.68 T पर्यंत अक्षीय चुंबकीय क्षेत्र शक्ती चढउतारांसह एकसमान चुंबकीय फोकसिंग प्रणाली अंतर्गत बीम लिफाफा.
या पेपरमध्ये डिझाइन केलेली फोकसिंग सिस्टीम HFS शी जुळू शकते याची खात्री करण्यासाठी, संशोधनासाठी फोकसिंग सिस्टीम आणि HFS एकत्र करणे आवश्यक आहे. आकृती 21 मध्ये HFS लोड केलेल्या आणि त्याशिवाय बीम लिफाफ्यांची तुलना दर्शविली आहे. परिणाम दर्शविते की जेव्हा संपूर्ण HFS लोड केले जाते तेव्हा बीम लिफाफा फारसा बदलत नाही. वरील HFS च्या प्रवासासाठी योग्य HFS प्रणालीवर लक्ष केंद्रित केले जाते.
विभाग III मध्ये प्रस्तावित केलेल्या EOS च्या शुद्धतेची पडताळणी करण्यासाठी आणि 220 GHz SDV-TWT च्या कार्यप्रदर्शनाची तपासणी करण्यासाठी, बीम-वेव्ह परस्परसंवादाचे 3D-PIC सिम्युलेशन केले जाते. सिम्युलेशन सॉफ्टवेअर मर्यादांमुळे, आम्ही संपूर्ण EOS HFS मध्ये जोडू शकलो नाही. त्यामुळे, इलेक्ट्रॉन e1 3 मिमीच्या पृष्ठभागासह पुनर्स्थित एक इलेक्ट्रॉन ई-गुन 1 ची पृष्ठभाग होती. आणि 0.31mm च्या दोन पृष्ठभागांमधील अंतर, वर डिझाइन केलेल्या इलेक्ट्रॉन गन प्रमाणेच पॅरामीटर्स. EOS च्या असंवेदनशीलतेमुळे आणि चांगल्या स्थिरतेमुळे, PIC सिम्युलेशनमध्ये सर्वोत्तम आउटपुट पॉवर मिळविण्यासाठी ड्रायव्हिंग व्होल्टेज योग्यरित्या ऑप्टिमाइझ केले जाऊ शकते. सिम्युलेशन परिणाम दर्शविते की संतृप्त आउटपुट पॉवर, kV 2 चा व्होल्व्हिंग पॉवर, 200 पेक्षा जास्त असेल. 2 × 80 mA (603 A/cm2), आणि इनपुट पॉवर 0.05 W.
सर्वोत्कृष्ट आउटपुट सिग्नल प्राप्त करण्यासाठी, सायकलची संख्या देखील ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे. दोन टप्प्यांची संख्या 42 + 48 सायकल असते तेव्हा सर्वोत्तम आउटपुट पॉवर प्राप्त होते, आकृती 22a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. A 0.05 W इनपुट सिग्नल 314 W पर्यंत वाढविला जातो आणि 38 पी एफटी पॉवर आउटपुट पॉवर द्वारे 38 पी एफटी आउटपुट आउटपुट आउटपुट आउटपुट आहे. ure, 220 GHz वर पोहोचत आहे. आकृती 22b SWS मध्ये इलेक्ट्रॉन ऊर्जेचे अक्षीय स्थान वितरण दर्शविते, बहुतेक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा गमावत आहेत. हा परिणाम सूचित करतो की SDV-SWS इलेक्ट्रॉनच्या गतिज उर्जेचे RF सिग्नलमध्ये रूपांतर करू शकते, ज्यामुळे सिग्नल प्रवर्धन लक्षात येते.
220 GHz वर SDV-SWS आउटपुट सिग्नल. (a) समाविष्ट स्पेक्ट्रमसह आउटपुट पॉवर. (b) SWS इनसेटच्या शेवटी इलेक्ट्रॉन बीमसह इलेक्ट्रॉनचे ऊर्जा वितरण.
आकृती 23 ड्युअल-मोड ड्युअल-बीम SDV-TWT ची आउटपुट पॉवर बँडविड्थ आणि वाढ दर्शविते. 200 ते 275 GHz फ्रिक्वेन्सी स्वीप करून आणि ड्राइव्ह व्होल्टेज ऑप्टिमाइझ करून आउटपुट कार्यप्रदर्शन आणखी सुधारले जाऊ शकते. हा परिणाम दर्शवितो की 3-dB ते candwid5 25 GHz कव्हर करते. ऑपरेशन ऑपरेटिंग बँडविड्थ मोठ्या प्रमाणात विस्तृत करू शकते.
तथापि, आकृती 2a नुसार, आम्हाला माहित आहे की विषम आणि सम मोडमध्ये एक स्टॉप बँड आहे, ज्यामुळे अवांछित दोलन होऊ शकतात. म्हणून, स्टॉपच्या आसपासच्या कामाच्या स्थिरतेचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे. आकृती 24a-c हे 20 ns सिम्युलेशन परिणाम आहेत 265.3 GHz, 265GHz, 265GHz, 265GHz. सिम्युलेशन परिणामांमध्ये काही चढ-उतार असले तरी, आउटपुट पॉवर तुलनेने स्थिर आहे हे पहा. स्पेक्ट्रम देखील आकृती 24 मध्ये अनुक्रमे दर्शविले आहे, स्पेक्ट्रम शुद्ध आहे. हे परिणाम सूचित करतात की स्टॉपबँड जवळ कोणतेही स्वयं-दोलन नाही.
संपूर्ण HFS च्या अचूकतेची पडताळणी करण्यासाठी फॅब्रिकेशन आणि मोजमाप आवश्यक आहे. या भागात, HFS 0.1 mm च्या टूल व्यासासह आणि 10 μm च्या मशीनिंग अचूकतेसह संगणक संख्यात्मक नियंत्रण (CNC) तंत्रज्ञान वापरून तयार केले आहे. उच्च-फ्रिक्वेंसी स्ट्रक्चरसाठी सामग्री उच्च-फ्रिक्वेंसी-कॉन्पर ऑक्सिजन-5 कॉपर-फ्री ऑक्सिजन-कॉपर द्वारे प्रदान केली जाते. ब्रिकेटेड रचना. संपूर्ण संरचनेची लांबी 66.00 मिमी, रुंदी 20.00 मिमी आणि उंची 8.66 मिमी आहे. संरचनेभोवती आठ पिन होल वितरीत केले आहेत. आकृती 25b इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपी (SEM) स्कॅन करून रचना दर्शविते. या ब्लेडच्या ब्लेडमध्ये रचना तयार केली जाते आणि पृष्ठभागावर एकसमानता असते. त्रुटी 5% पेक्षा कमी आहे आणि पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा सुमारे 0.4μm आहे. मशीनिंग संरचना डिझाइन आणि अचूक आवश्यकता पूर्ण करते.
आकृती 26 प्रत्यक्ष चाचणी परिणाम आणि ट्रान्समिशन कार्यक्षमतेचे सिम्युलेशन यांच्यातील तुलना दर्शविते. आकृती 26a मधील पोर्ट 1 आणि पोर्ट 2 अनुक्रमे HFS च्या इनपुट आणि आउटपुट पोर्टशी संबंधित आहेत आणि आकृती 3 मधील पोर्ट 1 आणि पोर्ट 4 च्या समतुल्य आहेत. वास्तविक मोजमाप वेळ S1 पेक्षा चांगले परिणाम आहेत. S21 ची थोडीशी वाईट आहे. याचे कारण असे असू शकते की सिम्युलेशनमध्ये सेट केलेली सामग्री चालकता खूप जास्त आहे आणि वास्तविक मशीनिंगनंतर पृष्ठभागाचा खडबडीतपणा खराब आहे. एकंदरीत, मोजलेले परिणाम सिम्युलेशनच्या परिणामांशी चांगले सहमत आहेत आणि ट्रान्समिशन बँडविड्थ 70 GHz ची आवश्यकता पूर्ण करते, जे व्यवहार्यता, कॉम-ड्यू-टीएमओएसडी-ड्यू-टीएमओ-ड्यू-टीएमओ-ड्यू-ड्यू-टीएमओच्या संभाव्यतेची पडताळणी करते. वास्तविक फॅब्रिकेशन प्रक्रिया आणि चाचणी परिणामांसह, या पेपरमध्ये प्रस्तावित अल्ट्रा-ब्रॉडबँड ड्युअल-बीम SDV-TWT डिझाइनचा वापर त्यानंतरच्या फॅब्रिकेशन आणि अनुप्रयोगांसाठी केला जाऊ शकतो.
या पेपरमध्ये, प्लॅनर डिस्ट्रिब्युशन 220 GHz ड्युअल-बीम SDV-TWT चे तपशीलवार डिझाईन सादर केले आहे. ड्युअल-मोड ऑपरेशन आणि ड्युअल-बीम एक्झिटेशनचे संयोजन ऑपरेटिंग बँडविड्थ आणि आउटपुट पॉवर आणखी वाढवते. संपूर्ण HF च्या अचूकतेची पडताळणी करण्यासाठी फॅब्रिकेशन आणि कोल्ड चाचणी देखील केली जाते.वास्तविक मापन परिणाम सिम्युलेशन परिणामांशी चांगले जुळतात. डिझाइन केलेल्या दोन-बीम ईओएससाठी, दोन-पेन्सिल बीम तयार करण्यासाठी एक मुखवटा विभाग आणि नियंत्रण इलेक्ट्रोड एकत्रितपणे वापरण्यात आले आहेत. डिझाइन केलेल्या एकसमान फोकसिंग चुंबकीय क्षेत्राच्या अंतर्गत, इलेक्ट्रॉन बीम चांगल्या आकारासह लांब अंतरावर स्थिरपणे प्रसारित केला जाऊ शकतो. भविष्यात, संपूर्ण EOS चे उत्पादन आणि चाचणी देखील केली जाईल, TW चे उत्पादन आणि चाचणी देखील केली जाईल. .या पेपरमध्ये प्रस्तावित केलेली ही SDV-TWT डिझाईन योजना सध्याच्या परिपक्व विमान प्रक्रिया तंत्रज्ञानाला पूर्णपणे जोडते, आणि कार्यप्रदर्शन निर्देशक आणि प्रक्रिया आणि असेंब्लीमध्ये मोठी क्षमता दर्शवते. म्हणूनच, या पेपरचा विश्वास आहे की प्लॅनर रचना टेराहर्ट्झ बँडमधील व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या विकासाचा ट्रेंड बनण्याची शक्यता आहे.
या अभ्यासातील बहुतेक कच्चा डेटा आणि विश्लेषणात्मक मॉडेल या पेपरमध्ये समाविष्ट केले गेले आहेत. वाजवी विनंतीनुसार संबंधित लेखकाकडून अधिक संबंधित माहिती मिळवता येईल.
Gamzina, D. et al. नॅनोस्केल CNC मशीनिंग ऑफ सब-टेराहर्ट्झ व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक्स. IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016).
मलेकाबादी, ए. आणि पाओलोनी, सी. मल्टीलेयर SU-8 फोटोरेसिस्ट वापरून सब-टेराहर्ट्झ वेव्हगाइड्सचे UV-LIGA मायक्रोफेब्रिकेशन.Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
Dhillon, SS et al.2017 THz तंत्रज्ञान रोडमॅप.J.Physics.D to apply.physics.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
Shin, YM, Barnett, LR & Luhmann, NC अल्ट्रा-ब्रॉडबँड स्टॅगर्ड डबल-ग्रेटिंग waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/10.1063/1.1063/1.4046 (1.1063).
Baig, A. et al. नॅनो CNC मशिन 220-GHz ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूब अॅम्प्लिफायरचे कार्यप्रदर्शन.IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
हान, वाय. आणि रुआन, सीजे मॅक्रोस्कोपिक कोल्ड फ्लुइड मॉडेल थिअरी वापरून अनंत रूंद शीट इलेक्ट्रॉन बीमच्या डायओकोट्रॉन अस्थिरतेची तपासणी करत आहे. चिन फिज बी. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/1010/104101.
मल्टिबीम क्लिस्ट्रॉनमधील बीमच्या प्लानर लेआउटद्वारे बँडविड्थ वाढवण्याच्या संधीवर गॅल्डेत्स्की, AV. व्हॅक्यूम इलेक्ट्रॉनिक्स, बंगलोर, भारत, 5747003, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/10101751013.12 व्या IEEE आंतरराष्ट्रीय परिषदेत.
Nguyen, CJ et al. डब्लू-बँड स्टॅगर्ड डबल-ब्लेड ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूब [J] मध्ये अरुंद बीम स्प्लिटिंग प्लेन डिस्ट्रिब्युशनसह तीन-बीम इलेक्ट्रॉन गनची रचना[J].Science.Rep.11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB आणि Ruan, CJ Planar ने डब्ल्यू-बँड मूलभूत मोड TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) साठी अरुंद बीम पृथक्करणासह तीन-बीम इलेक्ट्रॉन ऑप्टिकल प्रणाली वितरित केली.
झान, एम. इंटरलीव्हड डबल-ब्लेड ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूब विथ मिलिमीटर-वेव्ह शीट बीम 20-22 (पीएचडी, बेहंग युनिव्हर्सिटी, 2018) वर संशोधन.
रुआन, सीजे, झांग, एचएफ, ताओ, जे. आणि हे, वाय. जी-बँड इंटरलीव्हड ड्युअल-ब्लेड ट्रॅव्हलिंग वेव्ह ट्यूबच्या बीम-वेव्ह परस्परसंवाद स्थिरतेवर अभ्यास करा. इन्फ्रारेड मिलिमीटर आणि टेराहर्ट्झ वेव्ह्स, नागोया.8510263, https://z.1010263, https://z.1010263, https://z.510263, https://z.510263, TH.0.1018/18/2018 2018 43 वी आंतरराष्ट्रीय परिषद. 0263 (2018).