Nature.com پر جانے کے لیے آپ کا شکریہ۔ آپ جو براؤزر ورژن استعمال کر رہے ہیں اس میں CSS کے لیے محدود سپورٹ ہے۔ بہترین تجربے کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں کمپیٹیبلٹی موڈ آف کریں)۔ اس دوران، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، ہم اس سائٹ کو اسٹائلز اور جاوا اسکرپٹ کے بغیر ڈسپلے کریں گے۔
اس مقالے میں، ایک 220GHz براڈ بینڈ ہائی پاور انٹرلیویڈ ڈبل بلیڈ ٹریولنگ ویو ٹیوب ڈیزائن اور تصدیق شدہ ہے۔ سب سے پہلے، ایک پلانر ڈبل بیم staggered ڈبل بلیڈ سلو ویو ڈھانچہ تجویز کیا گیا ہے۔ ڈوئل موڈ آپریشن اسکیم کے استعمال سے، ٹرانسمیشن کی کارکردگی اور بینڈوڈتھ تقریباً دوگنا ہو جاتے ہیں، جو کہ سنگل پاور کی ضرورت کو پورا کرنے کے لیے اعلی درجے کی طاقت کو پورا کرتا ہے۔ ٹریولنگ ویو ٹیوب کی صلاحیت، ایک ڈبل پنسل کی شکل کا الیکٹرانک آپٹیکل سسٹم ڈیزائن کیا گیا ہے، ڈرائیونگ وولٹیج 20~21 kV ہے، اور کرنٹ 2 × 80 mA ہے۔ ڈیزائن گولز۔ ڈبل بیم گن میں ماسک پارٹ اور کنٹرول الیکٹروڈ کا استعمال کرتے ہوئے، دو پنسل بیموں کے ساتھ فاصلہ فوکس کیا جا سکتا ہے۔ .18 ملی میٹر، اور استحکام اچھا ہے۔ یکساں مقناطیسی فوکسنگ سسٹم کو بھی بہتر بنایا گیا ہے۔ پلانر ڈبل الیکٹران بیم کا مستحکم ٹرانسمیشن فاصلہ 45 ملی میٹر تک پہنچ سکتا ہے، اور فوکس کرنے والا مقناطیسی فیلڈ 0.6 T ہے، جو پورے ہائی فریکوئنسی سسٹم (HFS) کو کور کرنے کے لیے کافی ہے۔ پھر، سسٹم کی سست کارکردگی کی تصدیق کرنے کے لیے-Pert-op-IC کی کارکردگی اور الیکٹرو سیل کی کارکردگی کی سست رفتاری کی تصدیق کریں۔ ) پورے HFS پر سمولیشن بھی کیے گئے تھے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ بیم انٹرایکشن سسٹم 220 گیگا ہرٹز پر تقریباً 310 ڈبلیو کی چوٹی آؤٹ پٹ پاور حاصل کر سکتا ہے، آپٹمائزڈ بیم وولٹیج 20.6 kV ہے، بیم کرنٹ 2 × 80 mA ہے، فائدہ 38 d3d 38 db 38 db d7d 7b کے قریب ہے۔ GHz. آخر میں، HFS کی کارکردگی کی توثیق کرنے کے لیے ہائی پریسجن مائیکرو اسٹرکچر فیبریکیشن کی جاتی ہے، اور نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ بینڈوڈتھ اور ٹرانسمیشن کی خصوصیات سمولیشن کے نتائج کے ساتھ اچھی طرح سے متفق ہیں۔ اس لیے، اس مقالے میں تجویز کردہ اسکیم سے امید کی جاتی ہے کہ ہائی پاور، الٹرا براڈ بینڈ ایپلی کیشن کے ذرائع کے ساتھ مستقبل میں راڈی ہارٹز کے لیے ہائی پاور، الٹرا براڈ بینڈ ایپلی کیشن کی صلاحیت کو تیار کیا جائے گا۔
ایک روایتی ویکیوم الیکٹرانک ڈیوائس کے طور پر، ٹریولنگ ویو ٹیوب (TWT) بہت سے ایپلی کیشنز جیسے کہ ہائی ریزولوشن ریڈار، سیٹلائٹ کمیونیکیشن سسٹمز، اور خلائی ایکسپلوریشن 1,2,3 میں ایک ناقابل تلافی کردار ادا کرتی ہے۔ تاہم، جیسے ہی آپریٹنگ فریکوئنسی ٹیرا ہرٹز بینڈ میں داخل ہوتی ہے، روایتی جوڑے-کیوٹی کی وجہ سے TWT کی ضرورتوں کو پورا کرنے کے لیے لوگوں کو کم بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ تنگ بینڈوڈتھ، اور مشکل مینوفیکچرنگ عمل۔ اس لیے، THz بینڈ کی کارکردگی کو کس طرح جامع طور پر بہتر بنایا جائے، بہت سے سائنسی تحقیقی اداروں کے لیے ایک بہت ہی تشویشناک مسئلہ بن گیا ہے۔ حالیہ برسوں میں، نوول سلو ویو اسٹرکچرز (SWSs)، جیسے کہ staggered dual-blade (SDV)، قدرتی ویو اسٹرکچر (فولڈ ویو اسٹرکچر) پر توجہ دی گئی ہے۔ خاص طور پر امید افزا صلاحیت کے ساتھ ناول SDV-SWSs۔ یہ ڈھانچہ UC-Davis نے 20084 میں تجویز کیا تھا۔ پلانر ڈھانچہ آسانی سے مائیکرو نینو پروسیسنگ تکنیکوں جیسے کمپیوٹر عددی کنٹرول (CNC) اور UV-LIGA کے ذریعے گھڑا جا سکتا ہے، آل میٹل پیکیج کا ڈھانچہ بڑی تھرمل صلاحیت فراہم کر سکتا ہے اور وسیع تر ویو بینڈ کے ساتھ کام کرنے کی صلاحیت فراہم کر سکتا ہے۔ فی الحال، UC Davis نے 2017 میں پہلی بار یہ ظاہر کیا کہ SDV-TWT G-band5 میں 100 W سے زیادہ اور تقریباً 14 GHz بینڈوڈتھ سگنل پیدا کر سکتا ہے۔ تاہم، ان نتائج میں اب بھی ایسے خلا موجود ہیں جو ہائی پاور اور G-Band-Wide-Bands-Bands-Bands-Band کی متعلقہ ضروریات کو پورا نہیں کر سکتے۔ SDV-TWT، شیٹ الیکٹران بیم استعمال کیے گئے ہیں۔ اگرچہ یہ اسکیم بیم کی کرنٹ لے جانے کی صلاحیت کو نمایاں طور پر بہتر بنا سکتی ہے، لیکن شیٹ بیم الیکٹران آپٹیکل سسٹم (EOS) کے عدم استحکام کی وجہ سے طویل ٹرانسمیشن فاصلہ برقرار رکھنا مشکل ہے، اور ایک اوور موڈ بیم ٹنل ہے، جس کی وجہ سے بیم کو خود سے لیٹنا بھی ہوسکتا ہے۔– جوش اور دوغلا پن 6,7۔ ہائی آؤٹ پٹ پاور، وسیع بینڈوڈتھ اور THz TWT کے اچھے استحکام کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے، اس مقالے میں ڈوئل موڈ آپریشن کے ساتھ ایک ڈوئل بیم SDV-SWS تجویز کیا گیا ہے۔ یعنی آپریٹنگ بینڈوڈتھ کو بڑھانے کے لیے، اس ڈھانچے میں ڈوئل پوز اور پاور کو بڑھانے کے لیے ترتیب دیا گیا ہے۔ ڈبل پنسل بیم کی پلانر ڈسٹری بیوشن بھی استعمال کی جاتی ہے۔ سنگل پنسل بیم ریڈیوز عمودی سائز کی رکاوٹوں کی وجہ سے نسبتاً چھوٹے ہوتے ہیں۔ اگر موجودہ کثافت بہت زیادہ ہے، تو بیم کرنٹ کو کم کرنا ضروری ہے، جس کے نتیجے میں نسبتاً کم آؤٹ پٹ پاور ہے۔ ٹنلنگ، پلانر ڈسٹری بیوٹڈ ملٹی بیم ہائی کل بیم کرنٹ اور فی بیم ایک چھوٹا کرنٹ برقرار رکھ کر اعلی پیداواری طاقت حاصل کر سکتا ہے، جو شیٹ بیم ڈیوائسز کے مقابلے اوور موڈ بیم ٹنلنگ سے بچ سکتا ہے۔ اس لیے یہ ٹریولنگ ویو ٹیوب کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے فائدہ مند ہے۔ بیم کے مستحکم ٹرانسمیشن فاصلے کو بہت بہتر بنا سکتا ہے اور بیم کے تعامل کے علاقے کو مزید بڑھا سکتا ہے، اس طرح آؤٹ پٹ پاور کو بہت بہتر بنا سکتا ہے۔
اس مقالے کی ساخت حسب ذیل ہے۔ سب سے پہلے، پیرامیٹرز کے ساتھ SWS سیل کا ڈیزائن، بازی کی خصوصیات کا تجزیہ اور ہائی فریکوئنسی سمولیشن کے نتائج بیان کیے گئے ہیں۔ پھر، یونٹ سیل کی ساخت کے مطابق، ایک ڈبل پنسل بیم EOS اور شہتیر کے تعامل کا نظام اس مقالے میں ڈیزائن کیا گیا ہے۔ انٹرا سیلولر پارٹیکل سمولیشن کے نتائج اور EWT کے علاوہ EWT-OS کی کارکردگی کو بھی پیش کیا گیا ہے۔ کاغذ مختصر طور پر پورے HFS کی درستگی کی تصدیق کے لیے من گھڑت اور کولڈ ٹیسٹ کے نتائج پیش کرتا ہے۔ آخر میں ایک خلاصہ بنائیں۔
TWT کے سب سے اہم اجزاء میں سے ایک کے طور پر، سست لہر کے ڈھانچے کی منتشر خصوصیات اس بات کی نشاندہی کرتی ہیں کہ آیا الیکٹران کی رفتار SWS کے مرحلے کی رفتار سے ملتی ہے، اور اس طرح بیم ویو کے تعامل پر بہت زیادہ اثر پڑتا ہے۔ پورے TWT کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے، ایک بہتر تعامل کا ڈھانچہ ڈیزائن کیا گیا ہے۔ واحد قلم بیم کی طاقت کی حد، ڈھانچہ آؤٹ پٹ پاور اور آپریشن کے استحکام کو مزید بہتر بنانے کے لیے ڈبل قلم بیم کو اپناتا ہے۔دریں اثنا، ورکنگ بینڈوڈتھ کو بڑھانے کے لیے، SWS آپریٹ کرنے کے لیے ایک ڈوئل موڈ تجویز کیا گیا ہے۔ SDV ڈھانچے کی ہم آہنگی کی وجہ سے، برقی مقناطیسی فیلڈ ڈسپریشن ایکوئیشن کے حل کو طاق اور ایون موڈ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ساتھ ہی، بنیادی طاق موڈ کا استعمال کم فریکوئنسی بینڈ کے ریئل بینڈ اور ریئل بینڈ کے کم فریکوئنسی بینڈ کا استعمال کیا جاتا ہے۔ بیم کے تعامل کی اصلاح، اس طرح کام کرنے والی بینڈوتھ کو مزید بہتر بناتا ہے۔
بجلی کی ضروریات کے مطابق، پوری ٹیوب کو 20 kV کے ڈرائیونگ وولٹیج اور 2 × 80 mA کے ڈبل بیم کرنٹ کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے۔ SDV-SWS کی آپریٹنگ بینڈوتھ سے جتنا ممکن ہو سکے وولٹیج کو ملانے کے لیے، ہمیں مدت کی لمبائی کا حساب لگانے کی ضرورت ہے۔
220 گیگا ہرٹز کی سنٹرل فریکوئنسی پر فیز شفٹ کو 2.5π پر سیٹ کر کے، پیریڈ p کو 0.46 ملی میٹر میں شمار کیا جا سکتا ہے۔ شکل 2a SWS یونٹ سیل کی بازی کی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ 20 kV بیم لائن بِموڈل وکر سے بہت اچھی طرح سے میل کھاتی ہے۔ موڈ) اور 265.4–280 گیگا ہرٹز (یون موڈ) رینجز۔ شکل 2b اوسط جوڑے کی رکاوٹ کو ظاہر کرتا ہے، جو 210 سے 290 GHz کے درمیان 0.6 Ω سے زیادہ ہے، یہ بتاتا ہے کہ آپریٹنگ بینڈوتھ میں مضبوط تعامل ہو سکتا ہے۔
(a) 20 kV الیکٹران بیم لائن کے ساتھ ڈوئل موڈ SDV-SWS کی بازی کی خصوصیات۔
تاہم، یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ طاق اور جفت طریقوں کے درمیان ایک بینڈ گیپ ہے، اور ہم عام طور پر اس بینڈ گیپ کو اسٹاپ بینڈ کے طور پر کہتے ہیں، جیسا کہ شکل 2a میں دکھایا گیا ہے۔ اگر TWT کو اس فریکوئنسی بینڈ کے قریب چلایا جاتا ہے، تو مضبوط بیم کپلنگ کی طاقت واقع ہوسکتی ہے، جو ناپسندیدہ دوغلوں کا باعث بنے گی۔ اس سست لہر کے ڈھانچے کا بینڈ گیپ صرف 0.1 گیگا ہرٹز ہے۔ یہ تعین کرنا مشکل ہے کہ آیا یہ چھوٹا بینڈ گیپ دوغلوں کا سبب بنتا ہے۔ اس لیے، اسٹاپ بینڈ کے ارد گرد آپریشن کے استحکام کی جانچ مندرجہ ذیل PIC سمولیشن سیکشن میں کی جائے گی تاکہ یہ تجزیہ کیا جا سکے کہ آیا ناپسندیدہ دوغلا پن ہو سکتا ہے۔
پورے HFS کا ماڈل شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ SDV-SWS کے دو مراحل پر مشتمل ہے، جو Bragg Reflectors کے ذریعے جڑے ہوئے ہیں۔ ریفلیکٹر کا کام دو مرحلوں کے درمیان سگنل ٹرانسمیشن کو کاٹنا، غیر کام کرنے والے طریقوں کے دوغلا پن اور انعکاس کو دبانا ہے جیسے کہ ہائی آرڈر موڈز اور نچلے ٹیوب کے ذریعے پیدا ہونے والی زبردست ٹیوب کو اوپر کی طرف بڑھانا ہے۔ بیرونی ماحول سے تعلق، SWS کو WR-4 معیاری ویو گائیڈ سے جوڑنے کے لیے ایک لکیری ٹاپرڈ کپلر بھی استعمال کیا جاتا ہے۔ تھری ڈی سمولیشن سافٹ ویئر میں دو سطحی ڈھانچے کے ٹرانسمیشن گتانک کو ٹائم ڈومین سولور کے ذریعے ماپا جاتا ہے۔ مواد پر ٹیراہرٹز بینڈ کے اصل اثر کو مدنظر رکھتے ہوئے، مواد کو ابتدائی طور پر کنڈکٹیویٹی کو کم کرنے اور کوپر کو کم کرنے کے لیے مقرر کیا جاتا ہے۔ 5×107 S/m12۔
شکل 4 لکیری ٹیپرڈ کپلر کے ساتھ اور اس کے بغیر HFS کے ٹرانسمیشن کے نتائج دکھاتا ہے۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ کپلر کا پورے HFS کی ٹرانسمیشن کارکردگی پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔ واپسی کا نقصان (S11 < − 10 dB) اور 207 میں پورے سسٹم کے اندراج نقصان (S21 > −5 dB) جو کہ ٹرانسمیشن Hz ~ 280 بینڈ میں HFS بینڈ کے اچھے کردار کو ظاہر کرتا ہے۔
ویکیوم الیکٹرانک ڈیوائسز کی پاور سپلائی کے طور پر، الیکٹران گن براہ راست تعین کرتی ہے کہ آیا ڈیوائس کافی آؤٹ پٹ پاور پیدا کر سکتی ہے۔ سیکشن II میں HFS کے تجزیے کے ساتھ مل کر، کافی طاقت فراہم کرنے کے لیے ایک دوہری بیم EOS کو ڈیزائن کرنے کی ضرورت ہے۔ اس حصے میں، W-band8,9 میں پچھلے کام کی بنیاد پر، ایک ڈبل پنسل اور الیکٹرو گن کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹرو پینسل کا سب سے بڑا حصہ بنایا گیا ہے۔ Sect میں SWS کے ڈیزائن کی ضروریات۔ جیسا کہ تصویر میں دکھایا گیا ہے۔2، الیکٹران بیم کا ڈرائیونگ وولٹیج Ua ابتدائی طور پر 20 kV پر سیٹ کیا گیا ہے، دو الیکٹران بیم کے کرنٹ I دونوں 80 mA ہیں، اور الیکٹران بیم کا بیم ڈائی میٹر dw 0.13 ملی میٹر ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ کرنٹ کی کثافت اور الیکٹرون کی کثافت کو حاصل کیا جا سکتا ہے۔ بیم کو 7 پر سیٹ کیا گیا ہے، اس لیے الیکٹران بیم کی موجودہ کثافت 603 A/cm2 ہے، اور کیتھوڈ کی موجودہ کثافت 86 A/cm2 ہے، جسے حاصل کیا جا سکتا ہے یہ نئے کیتھوڈ مواد کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جاتا ہے۔ ڈیزائن تھیوری 14، 15، 16، 17 کے مطابق، ایک منفرد الیکٹروگن کی شناخت کی جا سکتی ہے۔
تصویر 5 بالترتیب بندوق کے افقی اور عمودی اسکیمیٹک خاکوں کو دکھاتی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ایکس ڈائریکشن میں الیکٹران گن کا پروفائل تقریباً ایک عام شیٹ نما الیکٹران گن سے ملتا جلتا ہے، جب کہ y ڈائریکشن میں دو الیکٹران بیم کو x5 کی طرف سے جزوی طور پر الگ کیا گیا ہے - x5 پوزیشن پر۔ mm, y = 0 mm اور x = 0.155 mm, y = 0 mm، بالترتیب۔ کمپریشن تناسب اور الیکٹران انجیکشن سائز کے ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق، دو کیتھوڈ سطحوں کے طول و عرض 0.91 mm × 0.13 mm ہونے کا تعین کیا جاتا ہے۔
ایکس ڈائریکشن میں ہر الیکٹران بیم کے ذریعے موصول ہونے والے فوکسڈ برقی فیلڈ کو اپنے مرکز کے بارے میں ہم آہنگ بنانے کے لیے، یہ کاغذ الیکٹران گن پر ایک کنٹرول الیکٹروڈ لاگو کرتا ہے۔ فوکس کرنے والے الیکٹروڈ اور کنٹرول الیکٹروڈ کے وولٹیج کو −20 kV، اور انوڈ کے وولٹیج کو 0 V پر سیٹ کرنے سے، ہم tragun کے tragun کی تقسیم کے طور پر حاصل کر سکتے ہیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ خارج ہونے والے الیکٹرانوں کی y-سمت میں اچھی کمپریسبلٹی ہوتی ہے، اور ہر الیکٹران بیم اپنے اپنے مرکز کے توازن کے ساتھ ساتھ x-سمت کی طرف موڑتا ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتا ہے کہ کنٹرول الیکٹروڈ فوکسنگ الیکٹروڈ کے ذریعے پیدا ہونے والے غیر مساوی برقی فیلڈ کو متوازن کرتا ہے۔
شکل 7 x اور y سمتوں میں شہتیر کے لفافے کو دکھاتا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ x- سمت میں الیکٹران بیم کا پروجیکشن فاصلہ y- سمت میں اس سے مختلف ہے۔ x سمت میں پھینکنے کا فاصلہ تقریباً 4 ملی میٹر ہے، اور y سمت میں پھینکنے کا فاصلہ 7 ملی میٹر کے قریب ہے۔ اس لئے، الیکٹرون کے اصل تھرو شو کے درمیان فاصلہ کا انتخاب کیا جانا چاہئے۔ کیتھوڈ کی سطح سے 4.6 ملی میٹر پر n بیم۔ ہم دیکھ سکتے ہیں کہ کراس سیکشن کی شکل ایک معیاری سرکلر الیکٹران بیم کے قریب ترین ہے۔ دو الیکٹران بیم کے درمیان فاصلہ ڈیزائن کردہ 0.31 ملی میٹر کے قریب ہے، اور رداس تقریباً 0.13 ملی میٹر ہے، جو ڈیزائن کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ شکل 9 سے ظاہر ہوتا ہے کہ کرنٹ کے دو سیمکولیشن کے نتائج ہو سکتے ہیں۔ ، جو ڈیزائن کردہ 80mA کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہے۔
پریکٹیکل ایپلی کیشنز میں ڈرائیونگ وولٹیج کے اتار چڑھاؤ پر غور کرتے ہوئے، اس ماڈل کی وولٹیج کی حساسیت کا مطالعہ کرنا ضروری ہے۔ 19.8 ~ 20.6 kV کی وولٹیج کی حد میں، کرنٹ اور بیم کرنٹ لفافے حاصل کیے جاتے ہیں، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے اور شکل 11 میں دیکھا گیا ہے کہ اس کے نتائج اور Figure11 میں تبدیلی ہو سکتی ہے۔ وولٹیج کا الیکٹران بیم لفافے پر کوئی اثر نہیں ہوتا ہے، اور الیکٹران بیم کرنٹ صرف 0.74 سے 0.78 A تک تبدیل ہوتا ہے۔ اس لیے، یہ سمجھا جا سکتا ہے کہ اس پیپر میں ڈیزائن کی گئی الیکٹران گن وولٹیج کے لیے اچھی حساسیت رکھتی ہے۔
x- اور y- سمت بیم کے لفافوں پر ڈرائیونگ وولٹیج کے اتار چڑھاؤ کا اثر۔
یکساں مقناطیسی فوکسنگ فیلڈ ایک عام مستقل مقناطیس فوکس کرنے والا نظام ہے۔ پورے بیم چینل میں یکساں مقناطیسی فیلڈ کی تقسیم کی وجہ سے، یہ محوری الیکٹران بیم کے لیے بہت موزوں ہے۔ اس سیکشن میں، ڈبل پنسل بیم کی لمبی دوری کی ترسیل کو برقرار رکھنے کے لیے ایک یکساں مقناطیسی فوکس کرنے والا نظام تجویز کیا گیا ہے، اور فیلڈ کا ایک بہت بڑا ڈیزائن تجویز کیا گیا ہے۔ فوکسنگ سسٹم کی اسکیم تجویز کی گئی ہے، اور حساسیت کے مسئلے کا مطالعہ کیا گیا ہے۔ سنگل پینسل بیم 18,19 کے مستحکم ٹرانسمیشن تھیوری کے مطابق، برلوئن مقناطیسی فیلڈ ویلیو کو مساوات (2) کے ذریعے شمار کیا جا سکتا ہے۔ اس مقالے میں، ہم اس مساوی کو استعمال کرتے ہیں تاکہ اس کے مقناطیسی فیلڈ کا تخمینہ لگایا جا سکے۔ , حسابی مقناطیسی فیلڈ ویلیو تقریباً 4000 Gs ہے۔ Ref کے مطابق۔20، 1.5-2 گنا شمار شدہ قیمت عام طور پر عملی ڈیزائن میں منتخب کی جاتی ہے۔
شکل 12 ایک یکساں مقناطیسی فیلڈ فوکس کرنے والے فیلڈ سسٹم کی ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔ نیلے رنگ کا حصہ محوری سمت میں مقناطیسی مقناطیسی مستقل مقناطیس ہے۔ مواد کا انتخاب NdFeB یا FeCoNi ہے۔ تخروپن ماڈل میں سیٹ ریمیننس Br 1.3 T ہے اور پارگمیتا 1.05 ہے۔ اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ سرکٹ کی ابتدائی لمبائی کو مکمل طور پر سیٹ کیا جا سکے۔ 70 ملی میٹر۔ مزید برآں، ایکس سمت میں مقناطیس کا سائز اس بات کا تعین کرتا ہے کہ آیا بیم چینل میں ٹرانسورس مقناطیسی فیلڈ یکساں ہے، جس کے لیے ضروری ہے کہ x سمت میں سائز بہت چھوٹا نہیں ہو سکتا۔ ایک ہی وقت میں، پوری ٹیوب کی لاگت اور وزن کو مدنظر رکھتے ہوئے، مقناطیس کا سائز بہت بڑا نہیں ہونا چاہیے۔ اس لیے، ابتدائی طور پر 1mm0 mm0 5mm × 5mm 0 magnet toss ہیں۔ اس دوران، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ پوری سست لہر کے سرکٹ کو فوکس کرنے والے نظام میں رکھا جا سکتا ہے، میگنےٹس کے درمیان فاصلہ 20mm پر سیٹ کیا جاتا ہے۔
2015 میں، پورن چندر پانڈا21 نے یکساں مقناطیسی توجہ مرکوز کرنے والے نظام میں ایک نئے قدم والے سوراخ کے ساتھ ایک قطب کا ٹکڑا تجویز کیا، جو کیتھوڈ میں بہاؤ کے رساو کی شدت کو مزید کم کر سکتا ہے اور قطب کے ٹکڑے کے سوراخ پر پیدا ہونے والے ٹرانسورس مقناطیسی میدان کو مزید کم کر سکتا ہے۔ اس مقالے میں، ہم ابتدائی طور پر pole پیس کے موٹے ڈھانچے میں pole piece کا اضافہ کرتے ہیں۔ 1.5mm، تین مراحل کی اونچائی اور چوڑائی 0.5mm ہے، اور قطب کے ٹکڑے کے سوراخوں کے درمیان فاصلہ 2mm ہے، جیسا کہ شکل 13 میں دکھایا گیا ہے۔
شکل 14a دو الیکٹران بیموں کی مرکزی خطوط پر محوری مقناطیسی فیلڈ کی تقسیم کو ظاہر کرتی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ دو الیکٹران بیم کے ساتھ مقناطیسی فیلڈ کی قوتیں برابر ہیں۔ مقناطیسی فیلڈ کی قدر تقریباً 6000 Gs ہے، جو کہ نظریاتی Brillouin فیلڈ سے 1.5 گنا زیادہ ہے، ٹرانسمیشن کو بڑھانے کے لیے تقریباً ایک ہی فیلڈ کی کارکردگی اور توجہ مرکوز کرنے والی فیلڈ کی کارکردگی۔ کہ قطب کا ٹکڑا مقناطیسی بہاؤ کے رساو کو روکنے پر اچھا اثر ڈالتا ہے۔ شکل 14b دو الیکٹران بیموں کے اوپری کنارے پر z سمت میں ٹرانسورس مقناطیسی فیلڈ کی تقسیم کو دکھاتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ قطب مقناطیسی فیلڈ صرف قطب کے ٹکڑے پر 200 Gs سے کم ہے، جو کہ transverse-shole میں تقریباً سست ثابت ہوتا ہے۔ الیکٹران بیم پر ٹرانسورس مقناطیسی فیلڈ کا اثر نہ ہونے کے برابر ہے۔ قطب کے ٹکڑوں کی مقناطیسی سنترپتی کو روکنے کے لیے، قطب کے ٹکڑوں کے اندر مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کا مطالعہ کرنا ضروری ہے۔ شکل 14c قطب کے ٹکڑوں کے اندر مقناطیسی میدان کی تقسیم کی مطلق قدر کو ظاہر کرتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ مقناطیسی فیلڈ کی طاقت 2 سے کم ہے۔ قطب کے ٹکڑے کی سنترپتی نہیں ہوگی۔
Br = 1.3 T. (a) محوری فیلڈ کی تقسیم کے لیے مقناطیسی میدان کی طاقت کی تقسیم۔ (b) z سمت کے لحاظ سے پس منظر کی تقسیم۔ (c) قطب کے ٹکڑے کے اندر فیلڈ کی تقسیم کی مطلق قدر۔
CST PS ماڈیول کی بنیاد پر، ڈوئل بیم گن کی محوری رشتہ دار پوزیشن اور فوکسنگ سسٹم کو بہتر بنایا گیا ہے۔ ریفری کے مطابق۔9 اور سمیولیشنز، بہترین مقام وہ ہے جہاں اینوڈ کا ٹکڑا مقناطیس سے دور قطب کے ٹکڑے کو اوورلیپ کرتا ہے۔ تاہم، یہ پایا گیا کہ اگر ریمیننس 1.3T پر سیٹ کیا گیا تو، الیکٹران بیم کی ترسیل 99% تک نہیں پہنچ سکتی۔ ریماننس کو 1.4 T تک بڑھانے سے، فوکسنگ میگنیٹس میں اضافہ ہو جائے گا۔ یوز طیاروں کو شکل 15 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ بیم میں اچھی ترسیل، چھوٹا اتار چڑھاؤ، اور ٹرانسمیشن کا فاصلہ 45 ملی میٹر سے زیادہ ہے۔
Br = 1.4 T. (a) xoz طیارہ۔ (b) yoz طیارے کے ساتھ یکساں مقناطیسی نظام کے تحت ڈبل پنسل بیم کی رفتار۔
تصویر 16 کیتھوڈ سے دور مختلف پوزیشنوں پر بیم کے کراس سیکشن کو دکھاتا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ فوکسنگ سسٹم میں بیم سیکشن کی شکل اچھی طرح سے برقرار ہے، اور سیکشن کا قطر زیادہ تبدیل نہیں ہوتا ہے۔ شکل 17 بالترتیب x اور y سمتوں میں شہتیر کے لفافے دکھاتی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ دونوں سمتوں کی Flu1F بہت چھوٹی ہے۔ بیم کرنٹ کے نقلی نتائج۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ کرنٹ تقریباً 2 × 80 ایم اے ہے، جو الیکٹران گن کے ڈیزائن میں کیلکولیٹڈ ویلیو کے مطابق ہے۔
الیکٹران بیم کراس سیکشن (فوکسنگ سسٹم کے ساتھ) کیتھوڈ سے دور مختلف مقامات پر۔
پریکٹیکل پروسیسنگ ایپلی کیشنز میں اسمبلی کی خرابیوں، وولٹیج کے اتار چڑھاؤ، اور مقناطیسی فیلڈ کی طاقت میں تبدیلیوں جیسے مسائل کے سلسلے کو مدنظر رکھتے ہوئے، فوکس کرنے والے نظام کی حساسیت کا تجزیہ کرنا ضروری ہے۔ کیونکہ اصل پروسیسنگ میں انوڈ پیس اور پول پیس کے درمیان ایک فرق ہے، اس فرق کو F1mmig 0mm کی قدر میں سیٹ کرنے کی ضرورت ہے۔ 9a بیم لفافے اور بیم کرنٹ کو y سمت میں دکھاتا ہے۔ یہ نتیجہ ظاہر کرتا ہے کہ بیم لفافے میں تبدیلی اہم نہیں ہے اور بیم کرنٹ مشکل سے تبدیل ہوتا ہے۔ اس لیے، سسٹم اسمبلی کی غلطیوں کے لیے غیر حساس ہے۔ ڈرائیونگ وولٹیج کے اتار چڑھاؤ کے لیے، غلطی کی حد سیٹ کی گئی ہے جو کہ kV1.5 کے نتائج کو ظاہر کر سکتا ہے۔ وولٹیج کی تبدیلی کا بیم کے لفافے پر بہت کم اثر پڑتا ہے۔ مقناطیسی فیلڈ کی طاقت میں تبدیلی کے لیے غلطی کی حد -0.02 سے +0.03 T تک سیٹ کی گئی ہے۔ موازنہ کے نتائج شکل 20 میں دکھائے گئے ہیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ بیم لفافہ مشکل سے تبدیل ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ پورا EOS مقناطیسی فیلڈ کی طاقت میں تبدیلیوں کے لیے غیر حساس ہے۔
یکساں مقناطیسی فوکسنگ سسٹم کے تحت بیم لفافہ اور موجودہ نتائج۔ (a) اسمبلی کی برداشت 0.2 ملی میٹر ہے۔
ایک یکساں مقناطیسی فوکسنگ سسٹم کے تحت بیم لفافہ جس میں محوری مقناطیسی فیلڈ کی طاقت کے اتار چڑھاو 0.63 سے 0.68 T تک ہوتے ہیں۔
اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ اس مقالے میں ڈیزائن کیا گیا فوکسنگ سسٹم HFS کے ساتھ مماثل ہو سکتا ہے، تحقیق کے لیے فوکسنگ سسٹم اور HFS کو یکجا کرنا ضروری ہے۔ شکل 21 میں HFS کے ساتھ اور اس کے بغیر بیم لفافے کا موازنہ دکھایا گیا ہے۔ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ جب پورا HFS لوڈ ہوتا ہے تو بیم کا لفافہ زیادہ تبدیل نہیں ہوتا ہے، اوپر HFS کے لیے موزوں نظام HFS کو لوڈ کیا جاتا ہے۔
سیکشن III میں تجویز کردہ EOS کی درستگی کی توثیق کرنے اور 220 GHz SDV-TWT کی کارکردگی کی چھان بین کرنے کے لیے، بیم ویو تعامل کا 3D-PIC تخروپن انجام دیا جاتا ہے۔ تخروپن سافٹ ویئر کی حدود کی وجہ سے، ہم پورے EOS کو HFS میں شامل کرنے سے قاصر تھے۔ اس لیے، ایک الیکٹران کے ساتھ ای ایم ایم 3 کی سطح کو تبدیل کیا گیا تھا۔ اور 0.31 ملی میٹر کی دو سطحوں کے درمیان فاصلہ، وہی پیرامیٹرز جو الیکٹران گن کے اوپر ڈیزائن کیے گئے ہیں۔ EOS کی غیر حساسیت اور اچھی استحکام کی وجہ سے، ڈرائیونگ وولٹیج کو PIC سمولیشن میں بہترین آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے لیے مناسب طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ سمولیشن کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ سیر شدہ آؤٹ پٹ پاور، kV 2 سے زیادہ حاصل کی جا سکتی ہے۔ 2 × 80 mA (603 A/cm2)، اور 0.05 W کی ان پٹ پاور۔
بہترین آؤٹ پٹ سگنل حاصل کرنے کے لیے، سائیکلوں کی تعداد کو بھی آپٹمائز کرنے کی ضرورت ہے۔ بہترین آؤٹ پٹ پاور اس وقت حاصل کی جاتی ہے جب دو مراحل کی تعداد 42 + 48 سائیکل ہو، جیسا کہ شکل 22a میں دکھایا گیا ہے۔ A 0.05 W ان پٹ سگنل کو 314 W تک بڑھایا جاتا ہے جس میں 38 پی ایف ٹی پاور اسپیکٹ (Foputer d) پاور اسپیکٹ (Foputer dB) کے ذریعے حاصل ہوتا ہے۔ ure، 220 GHz کی چوٹی۔ شکل 22b SWS میں الیکٹران توانائی کی محوری پوزیشن کی تقسیم کو ظاہر کرتا ہے، جس میں زیادہ تر الیکٹران توانائی کھو رہے ہیں۔ یہ نتیجہ ظاہر کرتا ہے کہ SDV-SWS الیکٹرانوں کی حرکی توانائی کو RF سگنلز میں تبدیل کر سکتا ہے، اس طرح سگنل پروردن کا احساس ہوتا ہے۔
220 GHz پر SDV-SWS آؤٹ پٹ سگنل۔ (a) شامل سپیکٹرم کے ساتھ آؤٹ پٹ پاور۔ (b) SWS انسیٹ کے آخر میں الیکٹران بیم کے ساتھ الیکٹرانوں کی توانائی کی تقسیم۔
شکل 23 ڈوئل موڈ ڈوئل بیم SDV-TWT کی آؤٹ پٹ پاور بینڈوتھ اور حاصل کو ظاہر کرتی ہے۔ 200 سے 275 گیگا ہرٹز تک فریکوئنسی کو صاف کرکے اور ڈرائیو وولٹیج کو بہتر بنا کر آؤٹ پٹ کی کارکردگی کو مزید بہتر کیا جا سکتا ہے۔ اس نتیجہ سے ظاہر ہوتا ہے کہ 3-dB کا مطلب ہے کہ 3-dB سے 2000 GHz بینڈ وڈتھ کا احاطہ کرتا ہے۔ آپریشن آپریٹنگ بینڈوتھ کو بہت وسیع کر سکتا ہے۔
تاہم، تصویر 2a کے مطابق، ہم جانتے ہیں کہ طاق اور جفت طریقوں کے درمیان ایک سٹاپ بینڈ ہے، جو ناپسندیدہ دوغلوں کا باعث بن سکتا ہے۔ اس لیے، اسٹاپس کے ارد گرد کام کے استحکام کا مطالعہ کرنے کی ضرورت ہے۔ اعداد و شمار 24a-c 20 ns سمولیشن کے نتائج ہیں 265.3 GHz، 265GHz، 265GHz، 265 GHz، کر سکتے ہیں۔ دیکھا جائے کہ اگرچہ تخروپن کے نتائج میں کچھ اتار چڑھاؤ ہیں، لیکن آؤٹ پٹ پاور نسبتاً مستحکم ہے۔ تصویر 24 میں بالترتیب سپیکٹرم بھی دکھایا گیا ہے، سپیکٹرم خالص ہے۔ یہ نتائج بتاتے ہیں کہ سٹاپ بینڈ کے قریب کوئی خود ساختہ حرکت نہیں ہے۔
پورے HFS کی درستگی کی تصدیق کے لیے فیبریکیشن اور پیمائش ضروری ہے۔ اس حصے میں، HFS کو کمپیوٹر عددی کنٹرول (CNC) ٹیکنالوجی کا استعمال کرتے ہوئے 0.1 ملی میٹر کے ٹول قطر اور 10 μm کی مشینی درستگی کے ساتھ من گھڑت بنایا گیا ہے۔ ہائی فریکوئنسی ڈھانچے کے لیے مواد ہائی فریکوئنسی 5-0000000000000000000000000000000000000 کلو میٹر تک فراہم کیا گیا ہے۔ بریکٹڈ ڈھانچہ۔ پورے ڈھانچے کی لمبائی 66.00 ملی میٹر، چوڑائی 20.00 ملی میٹر اور اونچائی 8.66 ملی میٹر ہے۔ ڈھانچے کے گرد آٹھ پن سوراخ تقسیم کیے گئے ہیں۔ شکل 25b الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) کو اسکین کر کے ڈھانچے کو دکھاتا ہے۔ اس کے بلیڈز پہلے سے زیادہ یکسانیت رکھتے ہیں، ساخت کی پیمائش اچھی طرح سے ہوتی ہے۔ غلطی 5% سے کم ہے، اور سطح کی کھردری تقریباً 0.4μm ہے۔ مشینی ڈھانچہ ڈیزائن اور درستگی کی ضروریات کو پورا کرتا ہے۔
شکل 26 حقیقی ٹیسٹ کے نتائج اور ٹرانسمیشن کی کارکردگی کے نقالی کے درمیان موازنہ کو ظاہر کرتی ہے۔ شکل 26a میں پورٹ 1 اور پورٹ 2 بالترتیب HFS کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پورٹس کے مساوی ہیں، اور شکل 3 میں پورٹ 1 اور پورٹ 4 کے مساوی ہیں۔ اصل پیمائش کے نتائج S1 کے مقابلے میں بہتر نتائج ہیں۔ S21 کے قدرے بدتر ہیں۔ اس کی وجہ یہ ہو سکتی ہے کہ سمولیشن میں سیٹ کی گئی مادی چالکتا بہت زیادہ ہے اور اصل مشینی کے بعد سطح کی کھردری ناقص ہے۔ مجموعی طور پر، ناپے گئے نتائج سمولیشن کے نتائج کے ساتھ اچھے موافق ہیں، اور ٹرانسمیشن بینڈوڈتھ 70 GHz کی ضرورت کو پورا کرتی ہے، جو کہ امکانی ہونے کی تصدیق کرتی ہے۔ اصل من گھڑت عمل اور ٹیسٹ کے نتائج کے ساتھ مل کر، اس مقالے میں تجویز کردہ الٹرا براڈ بینڈ ڈوئل بیم SDV-TWT ڈیزائن کو بعد کے من گھڑت اور ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
اس مقالے میں، پلانر ڈسٹری بیوشن 220 GHz ڈوئل بیم SDV-TWT کا تفصیلی ڈیزائن پیش کیا گیا ہے۔ ڈوئل موڈ آپریشن اور ڈوئل بیم ایکسائٹیشن کا امتزاج آپریٹنگ بینڈوتھ اور آؤٹ پٹ پاور کو مزید بڑھاتا ہے۔ مکمل HF کی درستگی کی تصدیق کے لیے فیبریکیشن اور کولڈ ٹیسٹ بھی کیا جاتا ہے۔اصل پیمائش کے نتائج نقلی نتائج کے ساتھ اچھے موافق ہیں۔ ڈیزائن کردہ دو بیم ای او ایس کے لیے، دو پنسل بیم بنانے کے لیے ایک ماسک سیکشن اور کنٹرول الیکٹروڈ کو ایک ساتھ استعمال کیا گیا ہے۔ ڈیزائن کردہ یکساں فوکسنگ مقناطیسی فیلڈ کے تحت، الیکٹران بیم کو اچھی شکل کے ساتھ طویل فاصلے تک مستحکم طور پر منتقل کیا جا سکتا ہے۔ مستقبل میں، EOS کی پیداوار اور ٹیسٹنگ بھی مکمل ہو جائے گی۔ .اس مقالے میں تجویز کردہ یہ SDV-TWT ڈیزائن اسکیم موجودہ بالغ ہوائی جہاز کی پروسیسنگ ٹیکنالوجی کو مکمل طور پر یکجا کرتی ہے، اور کارکردگی کے اشارے اور پروسیسنگ اور اسمبلی میں بڑی صلاحیت کو ظاہر کرتی ہے۔ اس لیے، اس مقالے کا خیال ہے کہ پلانر ڈھانچہ terahertz بینڈ میں ویکیوم الیکٹرانک آلات کی ترقی کا رجحان بننے کا سب سے زیادہ امکان ہے۔
اس تحقیق میں زیادہ تر خام ڈیٹا اور تجزیاتی ماڈل اس مقالے میں شامل کیے گئے ہیں۔ مزید متعلقہ معلومات متعلقہ مصنف سے معقول درخواست پر حاصل کی جا سکتی ہیں۔
Gamzina, D. et al.Nanoscale CNC مشینی sub-terahertz vacuum electronics.IEEE Trans.electronic devices.63, 4067–4073 (2016)۔
ملک آبادی، اے اور پاولونی، سی. ملٹی لیئر SU-8 photoresist.J کا استعمال کرتے ہوئے ذیلی terahertz ویو گائیڈز کی UV-LIGA مائیکرو فیبریکیشن۔Micromechanics.Microelectronics.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016)۔
Dhillon, SS et al.2017 THz ٹیکنالوجی roadmap.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 الٹرا براڈ بینڈ کے ذریعے پلاسمونک لہر کے پھیلاؤ کی مضبوط قید staggered double-grating waveguides.application.physics.Wright.93, 221504. https://doi.org/10.1063/10.1063/1.364 (1.364).
Baig, A. et al. ایک نینو CNC مشینی 220-GHz ٹریولنگ ویو ٹیوب ایمپلیفائر کی کارکردگی۔ IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017)۔
Han, Y. & Ruan, CJ میکروسکوپک کولڈ فلوئڈ ماڈل تھیوری کا استعمال کرتے ہوئے لامحدود وسیع شیٹ الیکٹران بیم کی ڈائیوکوٹران عدم استحکام کی تحقیقات کر رہا ہے۔ چائن فز بی۔ 20، 104101۔
گالڈٹسکی، اے وی ایک ملٹی بیم کلسٹرون میں بیم کے پلانر لے آؤٹ کے ذریعے بینڈوتھ بڑھانے کے موقع پر۔ ویکیوم الیکٹرانکس، بنگلور، انڈیا، 5747003، 5747003، 317–318 پر 12ویں IEEE بین الاقوامی کانفرنس میں https://doi.org/10.1109/10101010475.
Nguyen, CJ et al. W-band stggered ڈبل بلیڈ ٹریولنگ ویو ٹیوب [J] میں تنگ بیم تقسیم کرنے والے طیارے کی تقسیم کے ساتھ تھری بیم الیکٹران گنوں کا ڈیزائن۔ سائنس۔ ریپ۔11، 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021)۔
Wang, PP, Su, YY, Zhang, Z., Wang, WB & Ruan, CJ Planar نے W-band بنیادی موڈ TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021) کے لیے تنگ بیم علیحدگی کے ساتھ تین بیم الیکٹران آپٹیکل سسٹم کو تقسیم کیا۔
Zhan، M. ملی میٹر ویو شیٹ بیم کے ساتھ انٹرلیویڈ ڈبل بلیڈ ٹریولنگ ویو ٹیوب پر تحقیق 20-22 (پی ایچ ڈی، بیہانگ یونیورسٹی، 2018)۔
Ruan, CJ, Zhang, HF, Tao, J. & He, Y. G-band interleaved ڈوئل بلیڈ ٹریولنگ ویو ٹیوب کے شہتیر کی لہر کے تعامل کے استحکام پر مطالعہ۔ 2018 43 ویں بین الاقوامی کانفرنس برائے انفراریڈ ملی میٹر اور ٹیراہرٹز لہروں، ناگویا.8510263، https://z.1010263/TH.9.1.108/18/018/18/018/20MM 0263 (2018)۔