Nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ CSS కి పరిమిత మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా సైట్‌ను ప్రదర్శిస్తాము.
ఈ పేపర్‌లో, 220GHz బ్రాడ్‌బ్యాండ్ హై-పవర్ ఇంటర్‌లీవ్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ రూపొందించబడింది మరియు ధృవీకరించబడింది.మొదట, ప్లానర్ డబుల్-బీమ్ స్టాగర్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ స్లో-వేవ్ స్ట్రక్చర్ ప్రతిపాదించబడింది.డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ స్కీమ్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా, ట్రాన్స్‌మిషన్ పనితీరు మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్ సింగిల్-మోడ్ కంటే దాదాపు రెట్టింపు ఉంటాయి.రెండవది, అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్ అవసరాలను తీర్చడానికి మరియు ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి, డబుల్ పెన్సిల్ ఆకారపు ఎలక్ట్రానిక్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్ రూపొందించబడింది, డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ 20~21 kV, మరియు కరెంట్ 2 × 80 mA. లక్ష్యాలను రూపొందించండి.డబుల్ బీమ్ గన్‌లో మాస్క్ పార్ట్ మరియు కంట్రోల్ ఎలక్ట్రోడ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, రెండు పెన్సిల్ బీమ్‌లను వాటి సంబంధిత కేంద్రాల వెంట 7 కంప్రెషన్ రేషియోతో ఫోకస్ చేయవచ్చు, ఫోకసింగ్ దూరం దాదాపు 0.18mm ఉంటుంది మరియు స్థిరత్వం మంచిది.యూనిఫాం మాగ్నెటిక్ ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది.ప్లానర్ డబుల్ ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ట్రాన్స్‌మిషన్ దూరం 45 మిమీకి చేరుకుంటుంది మరియు ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం 0.6 T, ఇది మొత్తం హై ఫ్రీక్వెన్సీని కవర్ చేయడానికి సరిపోతుంది. వ్యవస్థ (HFS). తరువాత, ఎలక్ట్రాన్-ఆప్టికల్ సిస్టమ్ యొక్క వినియోగాన్ని మరియు స్లో-వేవ్ స్ట్రక్చర్ యొక్క పనితీరును ధృవీకరించడానికి, మొత్తం HFS పై పార్టికల్ సెల్ (PIC) సిమ్యులేషన్‌లను కూడా ప్రదర్శించారు. బీమ్-ఇంటరాక్షన్ సిస్టమ్ 220 GHz వద్ద దాదాపు 310 W గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తిని సాధించగలదని, ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన బీమ్ వోల్టేజ్ 20.6 kV, బీమ్ కరెంట్ 2 × 80 mA, లాభం 38 dB, మరియు 3-dB బ్యాండ్‌విడ్త్ 70 GHz వద్ద 35 dBని మించిందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. చివరగా, HFS పనితీరును ధృవీకరించడానికి హై-ప్రెసిషన్ మైక్రోస్ట్రక్చర్ ఫ్యాబ్రికేషన్ నిర్వహిస్తారు మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ లక్షణాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాలతో మంచి ఒప్పందంలో ఉన్నాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అందువల్ల, ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడిన పథకం భవిష్యత్ అనువర్తనాలకు సంభావ్యతతో అధిక-శక్తి, అల్ట్రా-బ్రాడ్‌బ్యాండ్ టెరాహెర్ట్జ్-బ్యాండ్ రేడియేషన్ మూలాలను అభివృద్ధి చేస్తుందని భావిస్తున్నారు.
సాంప్రదాయ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరంగా, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ (TWT) అధిక-రిజల్యూషన్ రాడార్, ఉపగ్రహ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలు మరియు అంతరిక్ష అన్వేషణ వంటి అనేక అనువర్తనాల్లో భర్తీ చేయలేని పాత్రను పోషిస్తుంది1,2,3. అయితే, ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోకి ప్రవేశించినప్పుడు, సాంప్రదాయ కపుల్డ్-కేవిటీ TWT మరియు హెలికల్ TWT సాపేక్షంగా తక్కువ అవుట్‌పుట్ పవర్, ఇరుకైన బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు కష్టతరమైన తయారీ ప్రక్రియల కారణంగా ప్రజల అవసరాలను తీర్చలేకపోయాయి. అందువల్ల, THz బ్యాండ్ పనితీరును సమగ్రంగా ఎలా మెరుగుపరచాలి అనేది అనేక శాస్త్రీయ పరిశోధన సంస్థలకు చాలా ఆందోళన కలిగించే అంశంగా మారింది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, స్తగ్గెర్డ్ డ్యూయల్-బ్లేడ్ (SDV) నిర్మాణాలు మరియు మడతపెట్టిన వేవ్‌గైడ్ (FW) నిర్మాణాలు వంటి నవల స్లో-వేవ్ నిర్మాణాలు (SWSలు), వాటి సహజ ప్లానర్ నిర్మాణాల కారణంగా, ముఖ్యంగా ఆశాజనక సామర్థ్యం కలిగిన నవల SDV-SWSల కారణంగా విస్తృతమైన దృష్టిని ఆకర్షించాయి. ఈ నిర్మాణాన్ని 20084లో UC-డేవిస్ ప్రతిపాదించారు. కంప్యూటర్ న్యూమరికల్ కంట్రోల్ (CNC) మరియు UV-LIGA, ఆల్-మెటల్ వంటి మైక్రో-నానో ప్రాసెసింగ్ టెక్నిక్‌ల ద్వారా ప్లానర్ నిర్మాణాన్ని సులభంగా తయారు చేయవచ్చు. ప్యాకేజీ నిర్మాణం అధిక అవుట్‌పుట్ శక్తి మరియు లాభంతో పెద్ద ఉష్ణ సామర్థ్యాన్ని అందించగలదు మరియు వేవ్‌గైడ్ లాంటి నిర్మాణం విస్తృత పని బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను కూడా అందిస్తుంది. ప్రస్తుతం, UC డేవిస్ 2017లో మొదటిసారిగా SDV-TWT G-band5లో 100 W కంటే ఎక్కువ మరియు దాదాపు 14 GHz బ్యాండ్‌విడ్త్ సిగ్నల్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదని ప్రదర్శించింది. అయితే, ఈ ఫలితాలు ఇప్పటికీ టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లో అధిక శక్తి మరియు వైడ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ యొక్క సంబంధిత అవసరాలను తీర్చలేని అంతరాలను కలిగి ఉన్నాయి.UC-డేవిస్ యొక్క G-బ్యాండ్ SDV-TWT కోసం, షీట్ ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలు ఉపయోగించబడ్డాయి.ఈ పథకం బీమ్ యొక్క కరెంట్-వాహక సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరచగలిగినప్పటికీ, షీట్ బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్ (EOS) యొక్క అస్థిరత కారణంగా దీర్ఘ ప్రసార దూరాన్ని నిర్వహించడం కష్టం, మరియు ఓవర్-మోడ్ బీమ్ టన్నెల్ ఉంది, ఇది బీమ్ స్వీయ-నియంత్రణకు కూడా కారణం కావచ్చు. – ఉత్తేజం మరియు డోలనం 6,7. అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్, వైడ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు THz TWT యొక్క మంచి స్థిరత్వం యొక్క అవసరాలను తీర్చడానికి, డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్‌తో కూడిన డ్యూయల్-బీమ్ SDV-SWS ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడింది.అంటే, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, ఈ నిర్మాణంలో డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ ప్రతిపాదించబడింది మరియు ప్రవేశపెట్టబడింది.మరియు, అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను పెంచడానికి, డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్‌ల ప్లానర్ పంపిణీ కూడా ఉపయోగించబడుతుంది.నిలువు పరిమాణ పరిమితుల కారణంగా సింగిల్ పెన్సిల్ బీమ్ రేడియోలు సాపేక్షంగా చిన్నవిగా ఉంటాయి.కరెంట్ సాంద్రత చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, బీమ్ కరెంట్‌ను తగ్గించాలి, ఫలితంగా సాపేక్షంగా తక్కువ అవుట్‌పుట్ పవర్ వస్తుంది.బీమ్ కరెంట్‌ను మెరుగుపరచడానికి, ప్లానర్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ మల్టీబీమ్ EOS ఉద్భవించింది, ఇది SWS యొక్క పార్శ్వ పరిమాణాన్ని దోపిడీ చేస్తుంది.స్వతంత్ర బీమ్ టన్నెలింగ్ కారణంగా, ప్లానర్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ మల్టీ-బీమ్ అధిక మొత్తం బీమ్ కరెంట్ మరియు బీమ్‌కు చిన్న కరెంట్‌ను నిర్వహించడం ద్వారా అధిక అవుట్‌పుట్ శక్తిని సాధించగలదు, ఇది షీట్-బీమ్ పరికరాలతో పోలిస్తే ఓవర్‌మోడ్ బీమ్ టన్నెలింగ్‌ను నివారించవచ్చు.అందువల్ల, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని నిర్వహించడం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది.మునుపటి పని ఆధారంగా8,9, ఈ పత్రం డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ EOS ను కేంద్రీకరించే G-బ్యాండ్ యూనిఫాం అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని ప్రతిపాదిస్తుంది, ఇది బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ప్రసార దూరాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు బీమ్ ఇంటరాక్షన్ ప్రాంతాన్ని మరింత పెంచుతుంది, తద్వారా అవుట్‌పుట్ శక్తిని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.
ఈ పేపర్ నిర్మాణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంది. ముందుగా, పారామితులతో కూడిన SWS సెల్ డిజైన్, డిస్పర్షన్ లక్షణాల విశ్లేషణ మరియు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ సిమ్యులేషన్ ఫలితాలు వివరించబడ్డాయి. తరువాత, యూనిట్ సెల్ నిర్మాణం ప్రకారం, డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ EOS మరియు బీమ్ ఇంటరాక్షన్ సిస్టమ్ ఈ పేపర్‌లో రూపొందించబడ్డాయి. EOS యొక్క వినియోగాన్ని మరియు SDV-TWT పనితీరును ధృవీకరించడానికి కణాంతర కణ అనుకరణ ఫలితాలను కూడా ప్రस्तుతం చేస్తారు. అదనంగా, మొత్తం HFS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి కాగితం క్లుప్తంగా తయారీ మరియు శీతల పరీక్ష ఫలితాలను ప్రस्तుతం చేస్తుంది. చివరగా సారాంశాన్ని రూపొందించండి.
TWT యొక్క అతి ముఖ్యమైన భాగాలలో ఒకటిగా, స్లో-వేవ్ నిర్మాణం యొక్క డిస్పర్సివ్ లక్షణాలు ఎలక్ట్రాన్ వేగం SWS యొక్క దశ వేగంతో సరిపోతుందో లేదో సూచిస్తుంది మరియు తద్వారా బీమ్-వేవ్ ఇంటరాక్షన్‌పై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతుంది. మొత్తం TWT పనితీరును మెరుగుపరచడానికి, మెరుగైన ఇంటరాక్షన్ నిర్మాణం రూపొందించబడింది.యూనిట్ సెల్ యొక్క నిర్మాణం చిత్రం 1లో చూపబడింది.షీట్ బీమ్ యొక్క అస్థిరత మరియు సింగిల్ పెన్ బీమ్ యొక్క శక్తి పరిమితిని పరిగణనలోకి తీసుకుని, అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు ఆపరేషన్ స్థిరత్వాన్ని మరింత మెరుగుపరచడానికి నిర్మాణం డబుల్ పెన్ బీమ్‌ను స్వీకరిస్తుంది. ఇంతలో, పని బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, SWS ఆపరేట్ చేయడానికి డ్యూయల్ మోడ్ ప్రతిపాదించబడింది.SDV నిర్మాణం యొక్క సమరూపత కారణంగా, విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర వ్యాప్తి సమీకరణం యొక్క పరిష్కారాన్ని బేసి మరియు సరి మోడ్‌లుగా విభజించవచ్చు.అదే సమయంలో, తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క ప్రాథమిక బేసి మోడ్ మరియు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క ప్రాథమిక సరి మోడ్ బీమ్ ఇంటరాక్షన్ యొక్క బ్రాడ్‌బ్యాండ్ సమకాలీకరణను గ్రహించడానికి ఉపయోగించబడతాయి, తద్వారా పని బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.
విద్యుత్ అవసరాల ప్రకారం, మొత్తం ట్యూబ్ 20 kV డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మరియు 2 × 80 mA డబుల్ బీమ్ కరెంట్‌తో రూపొందించబడింది. వోల్టేజ్‌ను SDV-SWS యొక్క ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు సాధ్యమైనంత దగ్గరగా సరిపోల్చడానికి, మనం p పీరియడ్ యొక్క పొడవును లెక్కించాలి. బీమ్ వోల్టేజ్ మరియు పీరియడ్ మధ్య సంబంధం సమీకరణం (1)10లో చూపబడింది:
220 GHz సెంటర్ ఫ్రీక్వెన్సీ వద్ద ఫేజ్ షిఫ్ట్‌ను 2.5πకి సెట్ చేయడం ద్వారా, p వ్యవధిని 0.46 mmగా లెక్కించవచ్చు.మూర్తి 2a SWS యూనిట్ సెల్ యొక్క డిస్పర్షన్ లక్షణాలను చూపిస్తుంది.20 kV బీమ్‌లైన్ బైమోడల్ కర్వ్‌తో బాగా సరిపోతుంది.మ్యాచింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లు 210–265.3 GHz (బేసి మోడ్) మరియు 265.4–280 GHz (సరి మోడ్) పరిధులలో 70 GHz చుట్టూ చేరుకోగలవు.మూర్తి 2b సగటు కప్లింగ్ ఇంపెడెన్స్‌ను చూపుతుంది, ఇది 210 నుండి 290 GHz వరకు 0.6 Ω కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌లో బలమైన పరస్పర చర్యలు సంభవించవచ్చని సూచిస్తుంది.
(ఎ) 20 kV ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌లైన్‌తో డ్యూయల్-మోడ్ SDV-SWS యొక్క డిస్పర్షన్ లక్షణాలు. (బి) SDV స్లో-వేవ్ సర్క్యూట్ యొక్క ఇంటరాక్షన్ ఇంపెడెన్స్.
అయితే, బేసి మరియు సరి మోడ్‌ల మధ్య బ్యాండ్ గ్యాప్ ఉందని గమనించడం ముఖ్యం, మరియు మేము సాధారణంగా ఈ బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను స్టాప్ బ్యాండ్‌గా సూచిస్తాము, చిత్రం 2aలో చూపిన విధంగా. ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ దగ్గర TWT ఆపరేట్ చేయబడితే, బలమైన బీమ్ కప్లింగ్ బలం సంభవించవచ్చు, ఇది అవాంఛిత డోలనాలకు దారి తీస్తుంది. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో, మేము సాధారణంగా స్టాప్‌బ్యాండ్ దగ్గర TWTని ఉపయోగించకుండా ఉంటాము. అయితే, ఈ స్లో-వేవ్ నిర్మాణం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ 0.1 GHz మాత్రమే అని చూడవచ్చు. ఈ చిన్న బ్యాండ్ గ్యాప్ డోలనాలకు కారణమవుతుందో లేదో గుర్తించడం కష్టం. అందువల్ల, అవాంఛిత డోలనాలు సంభవించవచ్చో లేదో విశ్లేషించడానికి స్టాప్ బ్యాండ్ చుట్టూ ఆపరేషన్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని క్రింది PIC సిమ్యులేషన్ విభాగంలో పరిశీలిస్తారు.
మొత్తం HFS యొక్క నమూనా చిత్రం 3లో చూపబడింది. ఇది బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ల ద్వారా అనుసంధానించబడిన SDV-SWS యొక్క రెండు దశలను కలిగి ఉంటుంది. రిఫ్లెక్టర్ యొక్క విధి ఏమిటంటే, రెండు దశల మధ్య సిగ్నల్ ప్రసారాన్ని కత్తిరించడం, ఎగువ మరియు దిగువ బ్లేడ్‌ల మధ్య ఉత్పత్తి చేయబడిన హై-ఆర్డర్ మోడ్‌ల వంటి పని చేయని మోడ్‌ల డోలనం మరియు ప్రతిబింబాన్ని అణచివేయడం, తద్వారా మొత్తం ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది. బాహ్య వాతావరణానికి కనెక్షన్ కోసం, SWS ను WR-4 ప్రామాణిక వేవ్‌గైడ్‌కి కనెక్ట్ చేయడానికి లీనియర్ టేపర్డ్ కప్లర్ కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. రెండు-స్థాయి నిర్మాణం యొక్క ప్రసార గుణకం 3D సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్‌లోని టైమ్ డొమైన్ సాల్వర్ ద్వారా కొలుస్తారు. పదార్థంపై టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్ యొక్క వాస్తవ ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, వాక్యూమ్ ఎన్వలప్ యొక్క పదార్థం ప్రారంభంలో రాగికి సెట్ చేయబడుతుంది మరియు వాహకత 2.25×107 S/m12కి తగ్గించబడుతుంది.
లీనియర్ టేపర్డ్ కప్లర్‌లతో మరియు లేకుండా HFS కోసం ప్రసార ఫలితాలను చిత్రం 4 చూపిస్తుంది. మొత్తం HFS యొక్క ప్రసార పనితీరుపై కప్లర్ తక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. 207~280 GHz బ్రాడ్‌బ్యాండ్‌లోని మొత్తం వ్యవస్థ యొక్క రిటర్న్ నష్టం (S11 <− 10 dB) మరియు ఇన్సర్షన్ నష్టం (S21 > − 5 dB) HFS మంచి ప్రసార లక్షణాలను కలిగి ఉందని చూపిస్తుంది.
వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల విద్యుత్ సరఫరాగా, ఎలక్ట్రాన్ గన్ పరికరం తగినంత అవుట్‌పుట్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలదా అని నేరుగా నిర్ణయిస్తుంది. సెక్షన్ II లోని HFS విశ్లేషణతో కలిపి, తగినంత శక్తిని అందించడానికి డ్యూయల్-బీమ్ EOS ను రూపొందించాలి. ఈ భాగంలో, W-band8,9 లో మునుపటి పని ఆధారంగా, డబుల్ పెన్సిల్ ఎలక్ట్రాన్ గన్ ప్లానార్ మాస్క్ భాగం మరియు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉపయోగించి రూపొందించబడింది. ముందుగా, విభాగంలో SWS యొక్క డిజైన్ అవసరాల ప్రకారం. FIG లో చూపిన విధంగా. 2, ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ Ua ప్రారంభంలో 20 kVకి సెట్ చేయబడింది, రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల కరెంట్లు I రెండూ 80 mA, మరియు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల బీమ్ వ్యాసం dw 0.13 mm. అదే సమయంలో, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మరియు కాథోడ్ యొక్క ప్రస్తుత సాంద్రతను సాధించవచ్చని నిర్ధారించుకోవడానికి, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క కుదింపు నిష్పత్తి 7కి సెట్ చేయబడింది, కాబట్టి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క ప్రస్తుత సాంద్రత 603 A/cm2, మరియు కాథోడ్ యొక్క ప్రస్తుత సాంద్రత 86 A/cm2, దీనిని దీని ద్వారా సాధించవచ్చు ఇది కొత్త కాథోడ్ పదార్థాలను ఉపయోగించి సాధించబడుతుంది.డిజైన్ సిద్ధాంతం 14, 15, 16, 17 ప్రకారం, ఒక సాధారణ పియర్స్ ఎలక్ట్రాన్ తుపాకీని ప్రత్యేకంగా గుర్తించవచ్చు.
చిత్రం 5 వరుసగా తుపాకీ యొక్క క్షితిజ సమాంతర మరియు నిలువు స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాలను చూపిస్తుంది. x- దిశలో ఎలక్ట్రాన్ గన్ యొక్క ప్రొఫైల్ సాధారణ షీట్ లాంటి ఎలక్ట్రాన్ గన్‌తో దాదాపు సమానంగా ఉంటుందని చూడవచ్చు, అయితే y- దిశలో రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలు మాస్క్ ద్వారా పాక్షికంగా వేరు చేయబడతాయి. రెండు కాథోడ్‌ల స్థానాలు వరుసగా x = – 0.155 mm, y = 0 mm మరియు x = 0.155 mm, y = 0 mm వద్ద ఉంటాయి. కంప్రెషన్ నిష్పత్తి మరియు ఎలక్ట్రాన్ ఇంజెక్షన్ పరిమాణం యొక్క డిజైన్ అవసరాల ప్రకారం, రెండు కాథోడ్ ఉపరితలాల కొలతలు 0.91 mm × 0.13 mmగా నిర్ణయించబడతాయి.
x-దిశలో ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం అందుకున్న కేంద్రీకృత విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని దాని స్వంత కేంద్రం గురించి సుష్టంగా చేయడానికి, ఈ కాగితం ఎలక్ట్రాన్ గన్‌కు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌ను వర్తింపజేస్తుంది. ఫోకస్ చేసే ఎలక్ట్రోడ్ మరియు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వోల్టేజ్‌ను −20 kVకి మరియు ఆనోడ్ యొక్క వోల్టేజ్‌ను 0 Vకి సెట్ చేయడం ద్వారా, మనం డ్యూయల్ బీమ్ గన్ యొక్క పథ పంపిణీని పొందవచ్చు, ఇది Fig. 6లో చూపిన విధంగా. విడుదలయ్యే ఎలక్ట్రాన్లు y-దిశలో మంచి సంపీడనతను కలిగి ఉన్నాయని మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం దాని స్వంత సమరూప కేంద్రంతో పాటు x-దిశ వైపు కలుస్తుందని చూడవచ్చు, ఇది నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్ ఫోకస్ చేసే ఎలక్ట్రోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అసమాన విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని సమతుల్యం చేస్తుందని సూచిస్తుంది.
చిత్రం 7 x మరియు y దిశలలో బీమ్ ఎన్వలప్‌ను చూపిస్తుంది. ఫలితాలు x- దిశలో ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క ప్రొజెక్షన్ దూరం y- దిశలో ఉన్న దానికంటే భిన్నంగా ఉన్నాయని చూపిస్తున్నాయి. x దిశలో త్రో దూరం దాదాపు 4mm, మరియు y దిశలో త్రో దూరం 7mmకి దగ్గరగా ఉంటుంది. అందువల్ల, వాస్తవ త్రో దూరాన్ని 4 మరియు 7 mm మధ్య ఎంచుకోవాలి. చిత్రం 8 కాథోడ్ ఉపరితలం నుండి 4.6 mm వద్ద ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క క్రాస్-సెక్షన్‌ను చూపిస్తుంది. క్రాస్ సెక్షన్ యొక్క ఆకారం ప్రామాణిక వృత్తాకార ఎలక్ట్రాన్ పుంజానికి దగ్గరగా ఉందని మనం చూడవచ్చు. రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల మధ్య దూరం రూపొందించిన 0.31 mmకి దగ్గరగా ఉంటుంది మరియు వ్యాసార్థం దాదాపు 0.13 mm, ఇది డిజైన్ అవసరాలను తీరుస్తుంది. చిత్రం 9 బీమ్ కరెంట్ యొక్క అనుకరణ ఫలితాలను చూపుతుంది. రెండు బీమ్ కరెంట్‌లు 76mA అని చూడవచ్చు, ఇది రూపొందించిన 80mAతో మంచి ఒప్పందంలో ఉంది.
ఆచరణాత్మక అనువర్తనాల్లో డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ నమూనా యొక్క వోల్టేజ్ సున్నితత్వాన్ని అధ్యయనం చేయడం అవసరం. 19.8 ~ 20.6 kV వోల్టేజ్ పరిధిలో, మూర్తి 1 మరియు మూర్తి 1.10 మరియు 11లో చూపిన విధంగా కరెంట్ మరియు బీమ్ కరెంట్ ఎన్వలప్‌లు పొందబడతాయి. ఫలితాల నుండి, డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మార్పు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ ఎన్వలప్‌పై ఎటువంటి ప్రభావాన్ని చూపదని మరియు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ కరెంట్ 0.74 నుండి 0.78 A వరకు మాత్రమే మారుతుందని చూడవచ్చు. అందువల్ల, ఈ కాగితంలో రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్ వోల్టేజ్‌కు మంచి సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉందని పరిగణించవచ్చు.
x- మరియు y- దిశ బీమ్ ఎన్వలప్‌లపై డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గుల ప్రభావం.
ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ ఫీల్డ్ అనేది ఒక సాధారణ శాశ్వత అయస్కాంత ఫోకసింగ్ సిస్టమ్. బీమ్ ఛానల్ అంతటా ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీ కారణంగా, ఇది అక్షసంబంధ ఎలక్ట్రాన్ కిరణాలకు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ విభాగంలో, డబుల్ పెన్సిల్ కిరణాల సుదూర ప్రసారాన్ని నిర్వహించడానికి ఒక ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ వ్యవస్థను ప్రతిపాదించారు. ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం మరియు బీమ్ ఎన్వలప్‌ను విశ్లేషించడం ద్వారా, ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ యొక్క డిజైన్ పథకం ప్రతిపాదించబడింది మరియు సున్నితత్వ సమస్యను అధ్యయనం చేస్తారు. ఒకే పెన్సిల్ బీమ్18,19 యొక్క స్థిరమైన ప్రసార సిద్ధాంతం ప్రకారం, బ్రిల్లౌయిన్ అయస్కాంత క్షేత్ర విలువను సమీకరణం (2) ద్వారా లెక్కించవచ్చు. ఈ పేపర్‌లో, పార్శ్వంగా పంపిణీ చేయబడిన డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని అంచనా వేయడానికి కూడా మేము ఈ సమానత్వాన్ని ఉపయోగిస్తాము. ఈ పేపర్‌లో రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్‌తో కలిపి, లెక్కించిన అయస్కాంత క్షేత్ర విలువ దాదాపు 4000 Gs. Ref. 20 ప్రకారం, ఆచరణాత్మక డిజైన్లలో సాధారణంగా లెక్కించిన విలువకు 1.5-2 రెట్లు ఎంపిక చేయబడుతుంది.
చిత్రం 12 ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని కేంద్రీకరించే క్షేత్ర వ్యవస్థ యొక్క నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది. నీలిరంగు భాగం అక్షసంబంధ దిశలో అయస్కాంతీకరించబడిన శాశ్వత అయస్కాంతం. పదార్థ ఎంపిక NdFeB లేదా FeCoNi. అనుకరణ నమూనాలో సెట్ చేయబడిన రీమనెన్స్ Br 1.3 T మరియు పారగమ్యత 1.05. మొత్తం సర్క్యూట్‌లో పుంజం యొక్క స్థిరమైన ప్రసారాన్ని నిర్ధారించడానికి, అయస్కాంతం యొక్క పొడవు ప్రారంభంలో 70 mmకి సెట్ చేయబడింది. అదనంగా, x దిశలో అయస్కాంతం యొక్క పరిమాణం బీమ్ ఛానెల్‌లోని విలోమ అయస్కాంత క్షేత్రం ఏకరీతిగా ఉందో లేదో నిర్ణయిస్తుంది, దీనికి x దిశలో పరిమాణం చాలా తక్కువగా ఉండకూడదు. అదే సమయంలో, మొత్తం ట్యూబ్ యొక్క ఖర్చు మరియు బరువును పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, అయస్కాంతం యొక్క పరిమాణం చాలా పెద్దదిగా ఉండకూడదు. అందువల్ల, అయస్కాంతాలు ప్రారంభంలో 150 mm × 150 mm × 70 mmకి సెట్ చేయబడ్డాయి. అదే సమయంలో, మొత్తం స్లో-వేవ్ సర్క్యూట్‌ను ఫోకసింగ్ సిస్టమ్‌లో ఉంచవచ్చని నిర్ధారించుకోవడానికి, అయస్కాంతాల మధ్య దూరం 20mmకి సెట్ చేయబడింది.
2015లో, పూర్ణ చంద్ర పాండా21 ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ వ్యవస్థలో కొత్త స్టెప్డ్ హోల్‌తో ఒక పోల్ పీస్‌ను ప్రతిపాదించారు, ఇది కాథోడ్‌కు ఫ్లక్స్ లీకేజీ పరిమాణాన్ని మరియు పోల్ పీస్ హోల్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే విలోమ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని మరింత తగ్గించగలదు. ఈ కాగితంలో, ఫోకసింగ్ వ్యవస్థ యొక్క పోల్ పీస్‌కు మేము స్టెప్డ్ స్ట్రక్చర్‌ను జోడిస్తాము. పోల్ పీస్ యొక్క మందం ప్రారంభంలో 1.5 మిమీకి సెట్ చేయబడింది, మూడు దశల ఎత్తు మరియు వెడల్పు 0.5 మిమీ, మరియు పోల్ పీస్ రంధ్రాల మధ్య దూరం 2 మిమీ, చిత్రం 13లో చూపిన విధంగా.
చిత్రం 14a రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల మధ్య రేఖల వెంట అక్షసంబంధ అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీని చూపిస్తుంది. రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల వెంట ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్ర శక్తులు సమానంగా ఉన్నాయని చూడవచ్చు. అయస్కాంత క్షేత్ర విలువ దాదాపు 6000 Gs, ఇది ప్రసారాన్ని మరియు దృష్టి కేంద్రీకరించే పనితీరును పెంచడానికి సైద్ధాంతిక బ్రిల్లౌయిన్ క్షేత్రం కంటే 1.5 రెట్లు ఎక్కువ. అదే సమయంలో, కాథోడ్ వద్ద ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్రం దాదాపు 0, ఇది ధ్రువ భాగం అయస్కాంత ప్రవాహ లీకేజీని నివారించడంలో మంచి ప్రభావాన్ని చూపుతుందని సూచిస్తుంది. చిత్రం 14b రెండు ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల ఎగువ అంచున z దిశలో విలోమ అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీని చూపిస్తుంది. ధ్రువ ముక్క రంధ్రం వద్ద మాత్రమే విలోమ అయస్కాంత క్షేత్రం 200 Gs కంటే తక్కువగా ఉందని చూడవచ్చు, అయితే స్లో-వేవ్ సర్క్యూట్‌లో, విలోమ అయస్కాంత క్షేత్రం దాదాపు సున్నాగా ఉంటుంది, ఇది ఎలక్ట్రాన్ పుంజంపై విలోమ అయస్కాంత క్షేత్రం యొక్క ప్రభావం చాలా తక్కువగా ఉందని రుజువు చేస్తుంది. ధ్రువ ముక్కల అయస్కాంత సంతృప్తిని నివారించడానికి, ధ్రువ ముక్కల లోపల అయస్కాంత క్షేత్ర బలాన్ని అధ్యయనం చేయడం అవసరం. చిత్రం 14c ధ్రువ ముక్క లోపల అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీ యొక్క సంపూర్ణ విలువను చూపిస్తుంది. సంపూర్ణమైనది అని చూడవచ్చు అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క విలువ 1.2T కంటే తక్కువగా ఉండటం వలన ధ్రువ భాగం యొక్క అయస్కాంత సంతృప్తత జరగదని సూచిస్తుంది.
Br కోసం అయస్కాంత క్షేత్ర బలం పంపిణీ = 1.3 T.(a) అక్షసంబంధ క్షేత్ర పంపిణీ.(b) z దిశలో పార్శ్వ క్షేత్ర పంపిణీ By.(c) పోల్ ముక్క లోపల క్షేత్ర పంపిణీ యొక్క సంపూర్ణ విలువ.
CST PS మాడ్యూల్ ఆధారంగా, డ్యూయల్ బీమ్ గన్ మరియు ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ యొక్క అక్షసంబంధ సాపేక్ష స్థానం ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. Ref. 9 మరియు సిమ్యులేషన్స్ ప్రకారం, ఆనోడ్ ముక్క అయస్కాంతం నుండి దూరంగా పోల్ ముక్కను అతివ్యాప్తి చేసే ప్రదేశం సరైన స్థానం. అయితే, రీమనెన్స్‌ను 1.3Tకి సెట్ చేస్తే, ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క ట్రాన్స్‌మిటెన్స్ 99%కి చేరుకోలేదని కనుగొనబడింది. రీమనెన్స్‌ను 1.4 Tకి పెంచడం ద్వారా, ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం 6500 Gsకి పెరుగుతుంది. xoz మరియు yoz ప్లేన్‌లపై బీమ్ పథాలు చిత్రం 15లో చూపబడ్డాయి. బీమ్ మంచి ట్రాన్స్‌మిషన్, చిన్న హెచ్చుతగ్గులు మరియు 45mm కంటే ఎక్కువ ట్రాన్స్‌మిషన్ దూరాన్ని కలిగి ఉందని చూడవచ్చు.
Br = 1.4 T.(a) xoz విమానం.(b) yoz విమానంతో సజాతీయ అయస్కాంత వ్యవస్థ కింద డబుల్ పెన్సిల్ కిరణాల పథాలు.
కాథోడ్ నుండి దూరంగా వివిధ స్థానాల్లో బీమ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్‌ను ఫిగర్ 16 చూపిస్తుంది. ఫోకసింగ్ సిస్టమ్‌లోని బీమ్ సెక్షన్ ఆకారం బాగా నిర్వహించబడిందని మరియు సెక్షన్ వ్యాసం పెద్దగా మారదని చూడవచ్చు. ఫిగర్ 17 వరుసగా x మరియు y దిశలలో బీమ్ ఎన్వలప్‌లను చూపిస్తుంది. రెండు దిశలలో బీమ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గులు చాలా తక్కువగా ఉన్నాయని చూడవచ్చు. ఫిగర్ 18 బీమ్ కరెంట్ యొక్క అనుకరణ ఫలితాలను చూపిస్తుంది. ఫలితాలు కరెంట్ దాదాపు 2 × 80 mA అని చూపుతాయి, ఇది ఎలక్ట్రాన్ గన్ డిజైన్‌లో లెక్కించిన విలువకు అనుగుణంగా ఉంటుంది.
కాథోడ్ నుండి వేర్వేరు స్థానాల్లో ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ క్రాస్ సెక్షన్ (ఫోకస్ చేసే వ్యవస్థతో).
అసెంబ్లీ లోపాలు, వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గులు మరియు ఆచరణాత్మక ప్రాసెసింగ్ అప్లికేషన్లలో అయస్కాంత క్షేత్ర బలంలో మార్పులు వంటి సమస్యల శ్రేణిని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ యొక్క సున్నితత్వాన్ని విశ్లేషించడం అవసరం.వాస్తవ ప్రాసెసింగ్‌లో యానోడ్ ముక్క మరియు పోల్ ముక్క మధ్య అంతరం ఉన్నందున, ఈ అంతరాన్ని అనుకరణలో సెట్ చేయాలి.గ్యాప్ విలువ 0.2 మిమీకి సెట్ చేయబడింది మరియు చిత్రం 19a y దిశలో బీమ్ ఎన్వలప్ మరియు బీమ్ కరెంట్‌ను చూపిస్తుంది.ఈ ఫలితం బీమ్ ఎన్వలప్‌లో మార్పు గణనీయంగా లేదని మరియు బీమ్ కరెంట్ అరుదుగా మారుతుందని చూపిస్తుంది.అందువల్ల, సిస్టమ్ అసెంబ్లీ లోపాలకు సున్నితంగా ఉండదు.డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గుల కోసం, లోపం పరిధి ±0.5 kVకి సెట్ చేయబడింది.చిత్రం 19b పోలిక ఫలితాలను చూపుతుంది.వోల్టేజ్ మార్పు బీమ్ ఎన్వలప్‌పై తక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుందని చూడవచ్చు.అయస్కాంత క్షేత్ర బలంలో మార్పులకు లోపం పరిధి -0.02 నుండి +0.03 T వరకు సెట్ చేయబడింది.పోలిక ఫలితాలు చిత్రం 20లో చూపబడ్డాయి.బీమ్ ఎన్వలప్ అరుదుగా మారుతుందని చూడవచ్చు, అంటే మొత్తం EOS అయస్కాంతంలోని మార్పులకు సున్నితంగా ఉండదు. క్షేత్ర బలం.
ఏకరీతి అయస్కాంత కేంద్రీకరణ వ్యవస్థ కింద బీమ్ ఎన్వలప్ మరియు కరెంట్ ఫలితాలు.(a) అసెంబ్లీ టాలరెన్స్ 0.2 మిమీ.(b) డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గులు ±0.5 kV.
0.63 నుండి 0.68 T వరకు అక్షసంబంధ అయస్కాంత క్షేత్ర బలం హెచ్చుతగ్గులతో ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ వ్యవస్థ కింద బీమ్ ఎన్వలప్.
ఈ పేపర్‌లో రూపొందించిన ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ HFSతో సరిపోలగలదని నిర్ధారించుకోవడానికి, పరిశోధన కోసం ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ మరియు HFSలను కలపడం అవసరం. HFS లోడ్ చేయబడిన మరియు లేని బీమ్ ఎన్వలప్‌ల పోలికను చిత్రం 21 చూపిస్తుంది. మొత్తం HFS లోడ్ చేయబడినప్పుడు బీమ్ ఎన్వలప్ పెద్దగా మారదని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అందువల్ల, పై డిజైన్ యొక్క ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ HFSకి ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ అనుకూలంగా ఉంటుంది.
సెక్షన్ IIIలో ప్రతిపాదించబడిన EOS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి మరియు 220 GHz SDV-TWT పనితీరును పరిశోధించడానికి, బీమ్-వేవ్ ఇంటరాక్షన్ యొక్క 3D-PIC సిమ్యులేషన్ నిర్వహించబడుతుంది. సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్ పరిమితుల కారణంగా, మేము మొత్తం EOSను HFSకి జోడించలేకపోయాము. అందువల్ల, ఎలక్ట్రాన్ గన్‌ను 0.13mm వ్యాసం మరియు 0.31mm రెండు ఉపరితలాల మధ్య దూరంతో సమానమైన ఉద్గార ఉపరితలంతో భర్తీ చేశారు, పైన రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్ వలె అదే పారామితులు. EOS యొక్క సున్నితత్వం మరియు మంచి స్థిరత్వం కారణంగా, PIC సిమ్యులేషన్‌లో ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ శక్తిని సాధించడానికి డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్‌ను సరిగ్గా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు. సంతృప్త అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు గెయిన్‌ను 20.6 kV డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్, 2 × 80 mA (603 A/cm2) బీమ్ కరెంట్ మరియు 0.05 W ఇన్‌పుట్ పవర్‌తో పొందవచ్చని అనుకరణ ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి.
ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను పొందడానికి, చక్రాల సంఖ్యను కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయాలి. రెండు దశల సంఖ్య 42 + 48 చక్రాలు అయినప్పుడు ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ పవర్ పొందబడుతుంది, చిత్రం 22aలో చూపిన విధంగా. 0.05 W ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ 38 dB లాభంతో 314 Wకి విస్తరించబడుతుంది. ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (FFT) ద్వారా పొందిన అవుట్‌పుట్ పవర్ స్పెక్ట్రం స్వచ్ఛమైనది, 220 GHz వద్ద గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. చిత్రం 22b SWSలో ఎలక్ట్రాన్ శక్తి యొక్క అక్షసంబంధ స్థాన పంపిణీని చూపిస్తుంది, చాలా ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని కోల్పోతాయి. ఈ ఫలితం SDV-SWS ఎలక్ట్రాన్ల గతి శక్తిని RF సిగ్నల్‌లుగా మార్చగలదని, తద్వారా సిగ్నల్ యాంప్లిఫికేషన్‌ను గ్రహించగలదని సూచిస్తుంది.
220 GHz వద్ద SDV-SWS అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్.(a) స్పెక్ట్రమ్‌తో కూడిన అవుట్‌పుట్ పవర్.(b) SWS ఇన్‌సెట్ చివరిలో ఎలక్ట్రాన్ పుంజంతో ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తి పంపిణీ.
డ్యూయల్-మోడ్ డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT యొక్క అవుట్‌పుట్ పవర్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు గెయిన్‌ను చిత్రం 23 చూపిస్తుంది. 200 నుండి 275 GHz వరకు ఫ్రీక్వెన్సీలను స్వీప్ చేయడం మరియు డ్రైవ్ వోల్టేజ్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ద్వారా అవుట్‌పుట్ పనితీరును మరింత మెరుగుపరచవచ్చు. ఈ ఫలితం 3-dB బ్యాండ్‌విడ్త్ 205 నుండి 275 GHz వరకు కవర్ చేయగలదని చూపిస్తుంది, అంటే డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను బాగా విస్తృతం చేయగలదు.
అయితే, Fig. 2a ప్రకారం, బేసి మరియు సరి మోడ్‌ల మధ్య స్టాప్ బ్యాండ్ ఉందని మనకు తెలుసు, ఇది అవాంఛిత డోలనాలకు దారితీయవచ్చు. అందువల్ల, స్టాప్‌ల చుట్టూ పని స్థిరత్వాన్ని అధ్యయనం చేయాలి. 24a-c గణాంకాలు వరుసగా 265.3 GHz, 265.35 GHz మరియు 265.4 GHz వద్ద 20 ns అనుకరణ ఫలితాలు. అనుకరణ ఫలితాలలో కొన్ని హెచ్చుతగ్గులు ఉన్నప్పటికీ, అవుట్‌పుట్ శక్తి సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉందని చూడవచ్చు. స్పెక్ట్రం వరుసగా Figure 24లో కూడా చూపబడింది, స్పెక్ట్రం స్వచ్ఛమైనది. ఈ ఫలితాలు స్టాప్‌బ్యాండ్ దగ్గర స్వీయ-డోలనం లేదని సూచిస్తున్నాయి.
మొత్తం HFS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి ఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు కొలత అవసరం. ఈ భాగంలో, HFS 0.1 mm టూల్ వ్యాసం మరియు 10 μm మ్యాచింగ్ ఖచ్చితత్వంతో కంప్యూటర్ న్యూమరికల్ కంట్రోల్ (CNC) టెక్నాలజీని ఉపయోగించి ఫ్యాబ్రికేషన్ చేయబడుతుంది. హై-ఫ్రీక్వెన్సీ స్ట్రక్చర్ కోసం మెటీరియల్ ఆక్సిజన్-ఫ్రీ హై-కండక్టివిటీ (OFHC) రాగి ద్వారా అందించబడుతుంది. ఫిగర్ 25a ఫ్యాబ్రికేటెడ్ స్ట్రక్చర్‌ను చూపిస్తుంది. మొత్తం నిర్మాణం 66.00 mm పొడవు, 20.00 mm వెడల్పు మరియు 8.66 mm ఎత్తు కలిగి ఉంటుంది. నిర్మాణం చుట్టూ ఎనిమిది పిన్ రంధ్రాలు పంపిణీ చేయబడతాయి. ఫిగర్ 25b స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) ద్వారా నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది. ఈ నిర్మాణం యొక్క బ్లేడ్‌లు ఏకరీతిలో ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు మంచి ఉపరితల కరుకుదనాన్ని కలిగి ఉంటాయి. ఖచ్చితమైన కొలత తర్వాత, మొత్తం మ్యాచింగ్ లోపం 5% కంటే తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఉపరితల కరుకుదనం దాదాపు 0.4μm ఉంటుంది. మ్యాచింగ్ నిర్మాణం డిజైన్ మరియు ఖచ్చితత్వ అవసరాలను తీరుస్తుంది.
Figure 26 వాస్తవ పరీక్ష ఫలితాలు మరియు ప్రసార పనితీరు యొక్క అనుకరణల మధ్య పోలికను చూపిస్తుంది. Figure 26a లోని పోర్ట్ 1 మరియు పోర్ట్ 2 వరుసగా HFS యొక్క ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ పోర్ట్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటాయి మరియు Figure 3 లోని పోర్ట్ 1 మరియు పోర్ట్ 4 లకు సమానంగా ఉంటాయి. S11 యొక్క వాస్తవ కొలత ఫలితాలు అనుకరణ ఫలితాల కంటే కొంచెం మెరుగ్గా ఉన్నాయి. అదే సమయంలో, S21 యొక్క కొలిచిన ఫలితాలు కొంచెం అధ్వాన్నంగా ఉన్నాయి. కారణం అనుకరణలో సెట్ చేయబడిన పదార్థ వాహకత చాలా ఎక్కువగా ఉండటం మరియు వాస్తవ మ్యాచింగ్ తర్వాత ఉపరితల కరుకుదనం పేలవంగా ఉండటం కావచ్చు. మొత్తంమీద, కొలిచిన ఫలితాలు అనుకరణ ఫలితాలతో మంచి ఒప్పందంలో ఉన్నాయి మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 70 GHz అవసరాన్ని తీరుస్తుంది, ఇది ప్రతిపాదిత డ్యూయల్-మోడ్ SDV-TWT యొక్క సాధ్యత మరియు ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరిస్తుంది. అందువల్ల, వాస్తవ తయారీ ప్రక్రియ మరియు పరీక్ష ఫలితాలతో కలిపి, ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడిన అల్ట్రా-బ్రాడ్‌బ్యాండ్ డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT డిజైన్‌ను తదుపరి తయారీ మరియు అప్లికేషన్‌ల కోసం ఉపయోగించవచ్చు.
ఈ పేపర్‌లో, ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ 220 GHz డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT యొక్క వివరణాత్మక డిజైన్‌ను ప్రదర్శించారు.డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ మరియు డ్యూయల్-బీమ్ ఎక్సైటేషన్ కలయిక ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను మరింత పెంచుతుంది.మొత్తం HFS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి ఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు కోల్డ్ టెస్ట్ కూడా నిర్వహించబడతాయి. వాస్తవ కొలత ఫలితాలు అనుకరణ ఫలితాలతో మంచి ఒప్పందంలో ఉన్నాయి.రూపొందించిన రెండు-బీమ్ EOS కోసం, రెండు-పెన్సిల్ బీమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక మాస్క్ విభాగం మరియు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌లు కలిసి ఉపయోగించబడ్డాయి.రూపొందించిన యూనిఫాం ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం కింద, ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌ను మంచి ఆకారంతో ఎక్కువ దూరాలకు స్థిరంగా ప్రసారం చేయవచ్చు.భవిష్యత్తులో, EOS యొక్క ఉత్పత్తి మరియు పరీక్ష నిర్వహించబడుతుంది మరియు మొత్తం TWT యొక్క థర్మల్ టెస్ట్ కూడా నిర్వహించబడుతుంది.ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడిన ఈ SDV-TWT డిజైన్ పథకం ప్రస్తుత పరిపక్వ ప్లేన్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీని పూర్తిగా మిళితం చేస్తుంది మరియు పనితీరు సూచికలు మరియు ప్రాసెసింగ్ మరియు అసెంబ్లీలో గొప్ప సామర్థ్యాన్ని చూపుతుంది.అందువల్ల, ఈ పేపర్ టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోని వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధి ధోరణిగా ప్లానార్ నిర్మాణం ఎక్కువగా మారే అవకాశం ఉందని నమ్ముతుంది.
ఈ అధ్యయనంలోని చాలా ముడి డేటా మరియు విశ్లేషణాత్మక నమూనాలను ఈ పత్రంలో చేర్చారు. సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయిత నుండి మరింత సంబంధిత సమాచారాన్ని పొందవచ్చు.
గామ్జినా, డి. మరియు ఇతరులు. సబ్-టెరాహెర్ట్జ్ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క నానోస్కేల్ CNC మ్యాచింగ్.IEEE ట్రాన్స్.ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు.63, 4067–4073 (2016).
మలేకాబాది, ఎ. మరియు పాలోనీ, సి. మల్టీలేయర్ SU-8 ఫోటోరెసిస్ట్ ఉపయోగించి సబ్-టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్‌గైడ్‌ల UV-LIGA మైక్రోఫ్యాబ్రికేషన్.J. మైక్రోమెకానిక్స్.మైక్రోఎలక్ట్రానిక్స్.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
ధిల్లాన్, SS మరియు ఇతరులు.2017 THz టెక్నాలజీ రోడ్‌మ్యాప్.J. ఫిజిక్స్.డి టు అప్లై.ఫిజిక్స్.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
షిన్, YM, బార్నెట్, LR & లుహ్మాన్, NC అల్ట్రా-బ్రాడ్‌బ్యాండ్ స్టాగర్డ్ డబుల్-గ్రేటింగ్ వేవ్‌గైడ్స్ ద్వారా ప్లాస్మోనిక్ వేవ్ ప్రచారం యొక్క బలమైన నిర్బంధం.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
బేగ్, ఎ. మరియు ఇతరులు. నానో CNC మెషిన్డ్ 220-GHz ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యాంప్లిఫైయర్ పనితీరు. IEEE ట్రాన్స్.ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలు. 64, 590–592 (2017).
హాన్, వై. & రువాన్, CJ మాక్రోస్కోపిక్ కోల్డ్ ఫ్లూయిడ్ మోడల్ సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి అనంతంగా వెడల్పు ఉన్న షీట్ ఎలక్ట్రాన్ కిరణాల డయోకోట్రాన్ అస్థిరతను పరిశోధించడం.చిన్ ఫిజి బి. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
మల్టీబీమ్ క్లైస్ట్రాన్‌లో బీమ్ యొక్క ప్లానార్ లేఅవుట్ ద్వారా బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచే అవకాశంపై గాల్డెట్స్కీ, AV. 12వ IEEE ఇంటర్నేషనల్ కాన్ఫరెన్స్ ఆన్ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్స్, బెంగళూరు, ఇండియా, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
న్గుయెన్, CJ మరియు ఇతరులు. W-బ్యాండ్ స్టాగర్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్[J]లో ఇరుకైన బీమ్ స్ప్లిటింగ్ ప్లేన్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌తో మూడు-బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ గన్‌ల రూపకల్పన.సైన్స్.రిప్. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
వాంగ్, PP, Su, YY, జాంగ్, Z., వాంగ్, WB & రువాన్, CJ ప్లానార్ W-బ్యాండ్ ఫండమెంటల్ మోడ్ TWT.IEEE ట్రాన్స్.ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల కోసం ఇరుకైన బీమ్ విభజనతో మూడు-బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్‌ను పంపిణీ చేశారు.68, 5215–5219 (2021).
జాన్, ఎం. మిల్లీమీటర్-వేవ్ షీట్ బీమ్స్ 20-22 తో ఇంటర్‌లీవ్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ పై పరిశోధన (పీహెచ్‌డీ, బీహాంగ్ విశ్వవిద్యాలయం, 2018).
రువాన్, CJ, జాంగ్, HF, టావో, J. & He, Y. G-బ్యాండ్ ఇంటర్‌లీవ్డ్ డ్యూయల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క బీమ్-వేవ్ ఇంటరాక్షన్ స్టెబిలిటీపై అధ్యయనం. 2018 ఇన్‌ఫ్రారెడ్ మిల్లీమీటర్ మరియు టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్స్‌పై 43వ అంతర్జాతీయ సమావేశం, నగోయా.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).