Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર વર્ઝનનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છો તેમાં CSS માટે મર્યાદિત સપોર્ટ છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટેડ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા ઇન્ટરનેટ એક્સપ્લોરરમાં સુસંગતતા મોડ બંધ કરો). આ દરમિયાન, સતત સપોર્ટ સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને જાવાસ્ક્રિપ્ટ વિના સાઇટ પ્રદર્શિત કરીશું.
આ પેપરમાં, 220GHz બ્રોડબેન્ડ હાઇ-પાવર ઇન્ટરલીવ્ડ ડબલ-બ્લેડ ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ ડિઝાઇન અને ચકાસવામાં આવી છે.પ્રથમ, પ્લેનર ડબલ-બીમ સ્ટેગર્ડ ડબલ-બ્લેડ સ્લો-વેવ સ્ટ્રક્ચર પ્રસ્તાવિત છે.ડ્યુઅલ-મોડ ઓપરેશન સ્કીમનો ઉપયોગ કરીને, ટ્રાન્સમિશન કામગીરી અને બેન્ડવિડ્થ સિંગલ-મોડ કરતા લગભગ બમણી છે.બીજું, ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવરની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા અને ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબની સ્થિરતા સુધારવા માટે, ડબલ પેન્સિલ આકારની ઇલેક્ટ્રોનિક ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે, ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ 20~21 kV છે, અને વર્તમાન 2 × 80 mA છે.ડિઝાઇન લક્ષ્યો.ડબલ બીમ ગનમાં માસ્ક ભાગ અને નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોડનો ઉપયોગ કરીને, બે પેન્સિલ બીમને તેમના સંબંધિત કેન્દ્રો સાથે 7 ના કમ્પ્રેશન રેશિયો સાથે ફોકસ કરી શકાય છે, ફોકસિંગ અંતર લગભગ 0.18mm છે, અને સ્થિરતા સારી છે.યુનિફોર્મ મેગ્નેટિક ફોકસિંગ સિસ્ટમને પણ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે.પ્લેનર ડબલ ઇલેક્ટ્રોન બીમનું સ્થિર ટ્રાન્સમિશન અંતર 45 મીમી સુધી પહોંચી શકે છે, અને ફોકસિંગ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ 0.6 T છે, જે સમગ્ર ઉચ્ચને આવરી લેવા માટે પૂરતું છે. ફ્રીક્વન્સી સિસ્ટમ (HFS). પછી, ઇલેક્ટ્રોન-ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમની ઉપયોગીતા અને ધીમી-તરંગ રચનાના પ્રદર્શનને ચકાસવા માટે, સમગ્ર HFS પર પાર્ટિકલ સેલ (PIC) સિમ્યુલેશન પણ કરવામાં આવ્યા હતા. પરિણામો દર્શાવે છે કે બીમ-ઇન્ટરેક્શન સિસ્ટમ 220 GHz પર લગભગ 310 W ની ટોચની આઉટપુટ પાવર પ્રાપ્ત કરી શકે છે, ઑપ્ટિમાઇઝ્ડ બીમ વોલ્ટેજ 20.6 kV છે, બીમ કરંટ 2 × 80 mA છે, ગેઇન 38 dB છે, અને 3-dB બેન્ડવિડ્થ 35 dB કરતાં વધી જાય છે જે લગભગ 70 GHz છે. અંતે, HFS ના પ્રદર્શનને ચકાસવા માટે ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર ફેબ્રિકેશન કરવામાં આવે છે, અને પરિણામો દર્શાવે છે કે બેન્ડવિડ્થ અને ટ્રાન્સમિશન લાક્ષણિકતાઓ સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે સારી રીતે સંમત છે. તેથી, આ પેપરમાં પ્રસ્તાવિત યોજના ભવિષ્યના એપ્લિકેશનો માટે સંભવિતતા સાથે ઉચ્ચ-પાવર, અલ્ટ્રા-બ્રોડબેન્ડ ટેરાહર્ટ્ઝ-બેન્ડ રેડિયેશન સ્ત્રોતો વિકસાવવાની અપેક્ષા છે.
પરંપરાગત વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણ તરીકે, ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ (TWT) ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન રડાર, સેટેલાઇટ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સ અને અવકાશ સંશોધન 1,2,3 જેવા ઘણા કાર્યક્રમોમાં બદલી ન શકાય તેવી ભૂમિકા ભજવે છે. જો કે, જેમ જેમ ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી ટેરાહર્ટ્ઝ બેન્ડમાં પ્રવેશે છે, તેમ તેમ પરંપરાગત કપલ્ડ-કેવિટી TWT અને હેલિકલ TWT પ્રમાણમાં ઓછી આઉટપુટ પાવર, સાંકડી બેન્ડવિડ્થ અને મુશ્કેલ ઉત્પાદન પ્રક્રિયાઓને કારણે લોકોની જરૂરિયાતો પૂરી કરવામાં અસમર્થ રહ્યા છે.તેથી, THz બેન્ડના પ્રદર્શનને વ્યાપક રીતે કેવી રીતે સુધારવું તે ઘણી વૈજ્ઞાનિક સંશોધન સંસ્થાઓ માટે ખૂબ જ ચિંતાજનક મુદ્દો બની ગયો છે.તાજેતરના વર્ષોમાં, નવલકથા સ્લો-વેવ સ્ટ્રક્ચર્સ (SWS), જેમ કે સ્ટેગર્ડ ડ્યુઅલ-બ્લેડ (SDV) સ્ટ્રક્ચર્સ અને ફોલ્ડ વેવગાઇડ (FW) સ્ટ્રક્ચર્સ, તેમના કુદરતી પ્લેનર સ્ટ્રક્ચર્સને કારણે વ્યાપક ધ્યાન મેળવ્યું છે, ખાસ કરીને આશાસ્પદ ક્ષમતા સાથે નવલકથા SDV-SWS. આ માળખું 20084 માં UC-ડેવિસ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યું હતું. પ્લેનર સ્ટ્રક્ચરને કમ્પ્યુટર ન્યુમેરિકલ કંટ્રોલ (CNC) અને UV-LIGA જેવી માઇક્રો-નેનો પ્રોસેસિંગ તકનીકો દ્વારા સરળતાથી બનાવી શકાય છે, ઓલ-મેટલ પેકેજ સ્ટ્રક્ચર ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર અને ગેઇન સાથે મોટી થર્મલ ક્ષમતા પૂરી પાડે છે, અને વેવગાઇડ જેવી રચના પણ વિશાળ કાર્યકારી બેન્ડવિડ્થ પ્રદાન કરી શકે છે. હાલમાં, UC ડેવિસે 2017 માં પ્રથમ વખત દર્શાવ્યું હતું કે SDV-TWT G-band5 માં 100 W થી વધુ અને લગભગ 14 GHz બેન્ડવિડ્થ સિગ્નલોમાં ઉચ્ચ-પાવર આઉટપુટ ઉત્પન્ન કરી શકે છે.જોકે, આ પરિણામોમાં હજુ પણ એવા ગાબડા છે જે ટેરાહર્ટ્ઝ બેન્ડમાં ઉચ્ચ શક્તિ અને વિશાળ બેન્ડવિડ્થની સંબંધિત જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી.UC-ડેવિસના G-બેન્ડ SDV-TWT માટે, શીટ ઇલેક્ટ્રોન બીમનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે.જોકે આ યોજના બીમની વર્તમાન-વહન ક્ષમતામાં નોંધપાત્ર સુધારો કરી શકે છે, શીટ બીમ ઇલેક્ટ્રોન ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ (EOS) ની અસ્થિરતાને કારણે લાંબી ટ્રાન્સમિશન અંતર જાળવવું મુશ્કેલ છે, અને એક ઓવર-મોડ બીમ ટનલ છે, જે બીમને સ્વ-નિયમન કરવા માટે પણ કારણભૂત બની શકે છે. – ઉત્તેજના અને ઓસિલેશન 6,7. ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર, પહોળી બેન્ડવિડ્થ અને THz TWT ની સારી સ્થિરતાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવા માટે, આ પેપરમાં ડ્યુઅલ-મોડ ઓપરેશન સાથે ડ્યુઅલ-બીમ SDV-SWS પ્રસ્તાવિત છે. એટલે કે, ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ વધારવા માટે, આ માળખામાં ડ્યુઅલ-મોડ ઓપરેશન પ્રસ્તાવિત અને રજૂ કરવામાં આવ્યું છે. અને, આઉટપુટ પાવર વધારવા માટે, ડબલ પેન્સિલ બીમનું પ્લેનર વિતરણ પણ ઉપયોગમાં લેવાય છે. વર્ટિકલ કદના અવરોધોને કારણે સિંગલ પેન્સિલ બીમ રેડિયો પ્રમાણમાં નાના હોય છે. જો વર્તમાન ઘનતા ખૂબ ઊંચી હોય, તો બીમ પ્રવાહ ઘટાડવો આવશ્યક છે, જેના પરિણામે પ્રમાણમાં ઓછી આઉટપુટ શક્તિ મળે છે. બીમ પ્રવાહને સુધારવા માટે, પ્લેનર વિતરિત મલ્ટિબીમ EOS ઉભરી આવ્યું છે, જે SWS ના બાજુના કદનું શોષણ કરે છે. સ્વતંત્ર બીમ ટનલીંગને કારણે, પ્લેનર વિતરિત મલ્ટિ-બીમ ઉચ્ચ કુલ બીમ પ્રવાહ અને બીમ દીઠ એક નાનો પ્રવાહ જાળવીને ઉચ્ચ આઉટપુટ પાવર પ્રાપ્ત કરી શકે છે, જે શીટ-બીમ ઉપકરણોની તુલનામાં ઓવરમોડ બીમ ટનલીંગ ટાળી શકે છે. તેથી, ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબની સ્થિરતા જાળવી રાખવી ફાયદાકારક છે. અગાઉના આધારે કાર્ય 8,9, આ પેપર ડબલ પેન્સિલ બીમ EOS પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરતા G-બેન્ડ સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્રનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે, જે બીમના સ્થિર ટ્રાન્સમિશન અંતરને મોટા પ્રમાણમાં સુધારી શકે છે અને બીમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્ષેત્રને વધુ વધારી શકે છે, જેનાથી આઉટપુટ પાવરમાં ઘણો સુધારો થાય છે.
આ પેપરનું માળખું નીચે મુજબ છે.પ્રથમ, પરિમાણો, વિક્ષેપ લાક્ષણિકતાઓ વિશ્લેષણ અને ઉચ્ચ આવર્તન સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે SWS સેલ ડિઝાઇનનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે.પછી, યુનિટ સેલની રચના અનુસાર, આ પેપરમાં ડબલ પેન્સિલ બીમ EOS અને બીમ ઇન્ટરેક્શન સિસ્ટમ ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે.EOS ની ઉપયોગીતા અને SDV-TWT ના પ્રદર્શનને ચકાસવા માટે ઇન્ટ્રાસેલ્યુલર પાર્ટિકલ સિમ્યુલેશન પરિણામો પણ રજૂ કરવામાં આવ્યા છે.વધુમાં, પેપર સમગ્ર HFS ની શુદ્ધતા ચકાસવા માટે ફેબ્રિકેશન અને કોલ્ડ ટેસ્ટ પરિણામોને સંક્ષિપ્તમાં રજૂ કરે છે.છેલ્લે સારાંશ બનાવો.
TWT ના સૌથી મહત્વપૂર્ણ ઘટકોમાંના એક તરીકે, ધીમી-તરંગ રચનાના વિખેરાઈ રહેલા ગુણધર્મો સૂચવે છે કે ઇલેક્ટ્રોન વેગ SWS ના તબક્કા વેગ સાથે મેળ ખાય છે કે નહીં, અને આમ બીમ-તરંગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પર મોટો પ્રભાવ ધરાવે છે. સમગ્ર TWT ના પ્રદર્શનને સુધારવા માટે, એક સુધારેલ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માળખું ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે. યુનિટ સેલનું માળખું આકૃતિ 1 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. શીટ બીમની અસ્થિરતા અને સિંગલ પેન બીમની પાવર મર્યાદાને ધ્યાનમાં રાખીને, માળખું આઉટપુટ પાવર અને ઓપરેશન સ્થિરતાને વધુ સુધારવા માટે ડબલ પેન બીમ અપનાવે છે. દરમિયાન, કાર્યકારી બેન્ડવિડ્થ વધારવા માટે, SWS ને સંચાલિત કરવા માટે ડ્યુઅલ મોડનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો છે. SDV માળખાની સમપ્રમાણતાને કારણે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ફિલ્ડ ડિસ્પરશન સમીકરણના ઉકેલને વિચિત્ર અને સમાન મોડમાં વિભાજિત કરી શકાય છે. તે જ સમયે, ઓછી આવર્તન બેન્ડના મૂળભૂત વિચિત્ર મોડ અને ઉચ્ચ આવર્તન બેન્ડના મૂળભૂત સમાન મોડનો ઉપયોગ બીમ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના બ્રોડબેન્ડ સિંક્રનાઇઝેશનને સાકાર કરવા માટે થાય છે, જેનાથી કાર્યકારી બેન્ડવિડ્થમાં વધુ સુધારો થાય છે.
પાવર જરૂરિયાતો અનુસાર, આખી ટ્યુબ 20 kV ના ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ અને 2 × 80 mA ના ડબલ બીમ કરંટ સાથે ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે. SDV-SWS ના ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ સાથે વોલ્ટેજને શક્ય તેટલી નજીકથી મેચ કરવા માટે, આપણે સમયગાળાની લંબાઈ p ની ગણતરી કરવાની જરૂર છે. બીમ વોલ્ટેજ અને સમયગાળા વચ્ચેનો સંબંધ સમીકરણ (1)10 માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે:
220 GHz ની કેન્દ્ર આવર્તન પર ફેઝ શિફ્ટને 2.5π પર સેટ કરીને, p સમયગાળો 0.46 mm ગણી શકાય. આકૃતિ 2a SWS યુનિટ સેલના વિક્ષેપ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. 20 kV બીમલાઇન બાયમોડલ વળાંક સાથે ખૂબ સારી રીતે મેળ ખાય છે. મેચિંગ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડ 210–265.3 GHz (ઓડ મોડ) અને 265.4–280 GHz (ઇવન મોડ) રેન્જમાં લગભગ 70 GHz સુધી પહોંચી શકે છે. આકૃતિ 2b સરેરાશ કપ્લીંગ ઇમ્પિડન્સ દર્શાવે છે, જે 210 થી 290 GHz સુધી 0.6 Ω કરતા વધારે છે, જે દર્શાવે છે કે ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થમાં મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ થઈ શકે છે.
(a) 20 kV ઇલેક્ટ્રોન બીમલાઇન સાથે ડ્યુઅલ-મોડ SDV-SWS ની વિક્ષેપ લાક્ષણિકતાઓ. (b) SDV સ્લો-વેવ સર્કિટનો ઇન્ટરેક્શન અવબાધ.
જો કે, એ નોંધવું મહત્વપૂર્ણ છે કે બેકી અને સમ સ્થિતિઓ વચ્ચે બેન્ડ ગેપ હોય છે, અને આપણે સામાન્ય રીતે આ બેન્ડ ગેપને સ્ટોપ બેન્ડ તરીકે ઓળખીએ છીએ, જેમ કે આકૃતિ 2a માં બતાવ્યા પ્રમાણે. જો TWT આ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડની નજીક કાર્યરત હોય, તો મજબૂત બીમ કપલિંગ તાકાત આવી શકે છે, જે અનિચ્છનીય ઓસિલેશન તરફ દોરી જશે. વ્યવહારુ એપ્લિકેશનોમાં, આપણે સામાન્ય રીતે સ્ટોપબેન્ડની નજીક TWT નો ઉપયોગ કરવાનું ટાળીએ છીએ. જો કે, તે જોઈ શકાય છે કે આ ધીમી-તરંગ રચનાનો બેન્ડ ગેપ માત્ર 0.1 GHz છે. આ નાનો બેન્ડ ગેપ ઓસિલેશનનું કારણ બને છે કે કેમ તે નક્કી કરવું મુશ્કેલ છે. તેથી, અનિચ્છનીય ઓસિલેશન થઈ શકે છે કે કેમ તેનું વિશ્લેષણ કરવા માટે સ્ટોપ બેન્ડની આસપાસ કામગીરીની સ્થિરતાની તપાસ નીચેના PIC સિમ્યુલેશન વિભાગમાં કરવામાં આવશે.
સમગ્ર HFS નું મોડેલ આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવ્યું છે. તેમાં SDV-SWS ના બે તબક્કાઓ છે, જે બ્રેગ રિફ્લેક્ટર દ્વારા જોડાયેલા છે. રિફ્લેક્ટરનું કાર્ય બે તબક્કાઓ વચ્ચેના સિગ્નલ ટ્રાન્સમિશનને કાપી નાખવાનું છે, ઉપલા અને નીચલા બ્લેડ વચ્ચે ઉત્પન્ન થતા હાઇ-ઓર્ડર મોડ્સ જેવા બિન-કાર્યકારી મોડ્સના ઓસિલેશન અને પ્રતિબિંબને દબાવવાનું છે, જેનાથી સમગ્ર ટ્યુબની સ્થિરતામાં ઘણો સુધારો થાય છે. બાહ્ય વાતાવરણ સાથે જોડાણ માટે, SWS ને WR-4 સ્ટાન્ડર્ડ વેવગાઇડ સાથે જોડવા માટે રેખીય ટેપર્ડ કપ્લરનો પણ ઉપયોગ થાય છે. બે-સ્તરીય માળખાના ટ્રાન્સમિશન ગુણાંકને 3D સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરમાં સમય ડોમેન સોલ્વર દ્વારા માપવામાં આવે છે. સામગ્રી પર ટેરાહર્ટ્ઝ બેન્ડની વાસ્તવિક અસરને ધ્યાનમાં લેતા, વેક્યુમ એન્વલપની સામગ્રી શરૂઆતમાં કોપર પર સેટ કરવામાં આવે છે, અને વાહકતા 2.25×107 S/m12 સુધી ઘટાડી દેવામાં આવે છે.
આકૃતિ 4 રેખીય ટેપર્ડ કપ્લર્સ સાથે અને વગર HFS માટે ટ્રાન્સમિશન પરિણામો દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે કપ્લરનો સમગ્ર HFS ના ટ્રાન્સમિશન પ્રદર્શન પર બહુ ઓછો પ્રભાવ પડે છે. 207~280 GHz બ્રોડબેન્ડમાં સમગ્ર સિસ્ટમનો રીટર્ન લોસ (S11 < − 10 dB) અને ઇન્સર્શન લોસ (S21 > − 5 dB) દર્શાવે છે કે HFS માં સારી ટ્રાન્સમિશન લાક્ષણિકતાઓ છે.
વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના પાવર સપ્લાય તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન ગન સીધા નક્કી કરે છે કે ઉપકરણ પૂરતી આઉટપુટ પાવર ઉત્પન્ન કરી શકે છે કે નહીં. વિભાગ II માં HFS ના વિશ્લેષણ સાથે મળીને, પૂરતી શક્તિ પ્રદાન કરવા માટે ડ્યુઅલ-બીમ EOS ડિઝાઇન કરવાની જરૂર છે. આ ભાગમાં, W-band8,9 માં અગાઉના કાર્યના આધારે, પ્લેનર માસ્ક ભાગ અને નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરીને ડબલ પેન્સિલ ઇલેક્ટ્રોન ગન ડિઝાઇન કરવામાં આવી છે. પ્રથમ, વિભાગમાં SWS ની ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓ અનુસાર. આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે. 2, ઇલેક્ટ્રોન બીમનો ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ Ua શરૂઆતમાં 20 kV પર સેટ છે, બે ઇલેક્ટ્રોન બીમનો પ્રવાહ I બંને 80 mA છે, અને ઇલેક્ટ્રોન બીમનો બીમ વ્યાસ dw 0.13 mm છે. તે જ સમયે, ઇલેક્ટ્રોન બીમ અને કેથોડની વર્તમાન ઘનતા પ્રાપ્ત કરી શકાય તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે, ઇલેક્ટ્રોન બીમનો સંકોચન ગુણોત્તર 7 પર સેટ છે, તેથી ઇલેક્ટ્રોન બીમની વર્તમાન ઘનતા 603 A/cm2 છે, અને કેથોડની વર્તમાન ઘનતા 86 A/cm2 છે, જે પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આ નવી કેથોડ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે. ડિઝાઇન સિદ્ધાંત 14, 15, 16, 17 અનુસાર, એક લાક્ષણિક પિયર્સ ઇલેક્ટ્રોન ગન અનન્ય રીતે ઓળખી શકાય છે.
આકૃતિ 5 માં બંદૂકના આડા અને ઊભા સ્કીમેટિક આકૃતિઓ અનુક્રમે દર્શાવવામાં આવી છે. તે જોઈ શકાય છે કે x-દિશામાં ઇલેક્ટ્રોન ગનનું પ્રોફાઇલ લગભગ લાક્ષણિક શીટ જેવી ઇલેક્ટ્રોન ગન જેવું જ છે, જ્યારે y-દિશામાં બે ઇલેક્ટ્રોન બીમ માસ્ક દ્વારા આંશિક રીતે અલગ પડે છે. બે કેથોડની સ્થિતિ અનુક્રમે x = – 0.155 mm, y = 0 mm અને x = 0.155 mm, y = 0 mm પર છે. કમ્પ્રેશન રેશિયો અને ઇલેક્ટ્રોન ઇન્જેક્શન કદની ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓ અનુસાર, બે કેથોડ સપાટીઓના પરિમાણો 0.91 mm × 0.13 mm નક્કી કરવામાં આવ્યા છે.
x-દિશામાં દરેક ઇલેક્ટ્રોન બીમ દ્વારા પ્રાપ્ત થતા કેન્દ્રિત વિદ્યુત ક્ષેત્રને તેના પોતાના કેન્દ્રની આસપાસ સપ્રમાણ બનાવવા માટે, આ પેપર ઇલેક્ટ્રોન ગન પર નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોડ લાગુ કરે છે. ફોકસિંગ ઇલેક્ટ્રોડ અને નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોડના વોલ્ટેજને −20 kV પર અને એનોડના વોલ્ટેજને 0 V પર સેટ કરીને, આપણે આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, ડ્યુઅલ બીમ ગનનું ટ્રેજેક્ટરી વિતરણ મેળવી શકીએ છીએ. તે જોઈ શકાય છે કે ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોન y-દિશામાં સારી સંકોચનક્ષમતા ધરાવે છે, અને દરેક ઇલેક્ટ્રોન બીમ તેના પોતાના સમપ્રમાણતાના કેન્દ્ર સાથે x-દિશા તરફ સંકલિત થાય છે, જે સૂચવે છે કે નિયંત્રણ ઇલેક્ટ્રોડ ફોકસિંગ ઇલેક્ટ્રોડ દ્વારા ઉત્પન્ન થતા અસમાન વિદ્યુત ક્ષેત્રને સંતુલિત કરે છે.
આકૃતિ 7 x અને y દિશામાં બીમ પરબિડીયું દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે x-દિશામાં ઇલેક્ટ્રોન બીમનું પ્રક્ષેપણ અંતર y-દિશામાં પ્રક્ષેપણ અંતર કરતા અલગ છે. x દિશામાં ફેંકવાનું અંતર લગભગ 4mm છે, અને y દિશામાં ફેંકવાનું અંતર 7mm ની નજીક છે. તેથી, વાસ્તવિક ફેંકવાનું અંતર 4 અને 7mm ની વચ્ચે પસંદ કરવું જોઈએ. આકૃતિ 8 કેથોડ સપાટીથી 4.6mm પર ઇલેક્ટ્રોન બીમનો ક્રોસ-સેક્શન દર્શાવે છે. આપણે જોઈ શકીએ છીએ કે ક્રોસ સેક્શનનો આકાર પ્રમાણભૂત ગોળાકાર ઇલેક્ટ્રોન બીમની સૌથી નજીક છે. બે ઇલેક્ટ્રોન બીમ વચ્ચેનું અંતર ડિઝાઇન કરેલા 0.31 mm ની નજીક છે, અને ત્રિજ્યા લગભગ 0.13 mm છે, જે ડિઝાઇન આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરે છે. આકૃતિ 9 બીમ પ્રવાહના સિમ્યુલેશન પરિણામો દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે બે બીમ પ્રવાહો 76mA છે, જે ડિઝાઇન કરેલા 80mA સાથે સારા કરારમાં છે.
વ્યવહારુ ઉપયોગોમાં ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજના વધઘટને ધ્યાનમાં લેતા, આ મોડેલની વોલ્ટેજ સંવેદનશીલતાનો અભ્યાસ કરવો જરૂરી છે. 19.8 ~ 20.6 kV ની વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં, આકૃતિ 1 અને આકૃતિ 1.10 અને 11 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, વર્તમાન અને બીમ વર્તમાન પરબિડીયાઓ મેળવવામાં આવે છે. પરિણામો પરથી, તે જોઈ શકાય છે કે ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજના ફેરફારનો ઇલેક્ટ્રોન બીમ પરબિડીયા પર કોઈ અસર થતી નથી, અને ઇલેક્ટ્રોન બીમ પ્રવાહ ફક્ત 0.74 થી 0.78 A સુધી બદલાય છે. તેથી, એવું માની શકાય છે કે આ પેપરમાં ડિઝાઇન કરાયેલ ઇલેક્ટ્રોન ગન વોલ્ટેજ પ્રત્યે સારી સંવેદનશીલતા ધરાવે છે.
x- અને y-દિશા બીમ પરબિડીયાઓ પર ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ વધઘટની અસર.
એક સમાન ચુંબકીય ધ્યાન કેન્દ્રિત ક્ષેત્ર એ એક સામાન્ય કાયમી ચુંબક ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની સિસ્ટમ છે. સમગ્ર બીમ ચેનલમાં સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિતરણને કારણે, તે અક્ષીય સમપ્રમાણ ઇલેક્ટ્રોન બીમ માટે ખૂબ જ યોગ્ય છે. આ વિભાગમાં, ડબલ પેન્સિલ બીમના લાંબા-અંતરના ટ્રાન્સમિશનને જાળવવા માટે એક સમાન ચુંબકીય ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવાની સિસ્ટમ પ્રસ્તાવિત છે. ઉત્પન્ન થયેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર અને બીમ પરબિડીયુંનું વિશ્લેષણ કરીને, ફોકસિંગ સિસ્ટમની ડિઝાઇન યોજના પ્રસ્તાવિત છે, અને સંવેદનશીલતા સમસ્યાનો અભ્યાસ કરવામાં આવે છે. એક પેન્સિલ બીમ 18,19 ના સ્થિર ટ્રાન્સમિશન સિદ્ધાંત અનુસાર, બ્રિલૌઇન ચુંબકીય ક્ષેત્ર મૂલ્ય સમીકરણ (2) દ્વારા ગણતરી કરી શકાય છે. આ પેપરમાં, અમે આ સમાનતાનો ઉપયોગ બાજુમાં વિતરિત ડબલ પેન્સિલ બીમના ચુંબકીય ક્ષેત્રનો અંદાજ કાઢવા માટે પણ કરીએ છીએ. આ પેપરમાં ડિઝાઇન કરાયેલ ઇલેક્ટ્રોન ગન સાથે સંયુક્ત રીતે, ગણતરી કરેલ ચુંબકીય ક્ષેત્ર મૂલ્ય લગભગ 4000 Gs છે. સંદર્ભ 20 મુજબ, ગણતરી કરેલ મૂલ્યના 1.5-2 ગણા સામાન્ય રીતે વ્યવહારુ ડિઝાઇનમાં પસંદ કરવામાં આવે છે.
આકૃતિ 12 એક સમાન ચુંબકીય ક્ષેત્ર કેન્દ્રિત ક્ષેત્ર પ્રણાલીની રચના દર્શાવે છે. વાદળી ભાગ એ અક્ષીય દિશામાં ચુંબકીય થયેલ કાયમી ચુંબક છે. સામગ્રી પસંદગી NdFeB અથવા FeCoNi છે. સિમ્યુલેશન મોડેલમાં સેટ કરેલ રીમેનન્સ Br 1.3 T છે અને અભેદ્યતા 1.05 છે. સમગ્ર સર્કિટમાં બીમના સ્થિર ટ્રાન્સમિશનને સુનિશ્ચિત કરવા માટે, ચુંબકની લંબાઈ શરૂઆતમાં 70 mm પર સેટ કરવામાં આવી છે. વધુમાં, x દિશામાં ચુંબકનું કદ નક્કી કરે છે કે બીમ ચેનલમાં ટ્રાંસવર્સ ચુંબકીય ક્ષેત્ર એકસમાન છે કે નહીં, જેના માટે જરૂરી છે કે x દિશામાં કદ ખૂબ નાનું ન હોઈ શકે. તે જ સમયે, સમગ્ર ટ્યુબની કિંમત અને વજનને ધ્યાનમાં લેતા, ચુંબકનું કદ ખૂબ મોટું ન હોવું જોઈએ. તેથી, ચુંબક શરૂઆતમાં 150 mm × 150 mm × 70 mm પર સેટ કરવામાં આવે છે. દરમિયાન, સમગ્ર ધીમી-તરંગ સર્કિટને ફોકસિંગ સિસ્ટમમાં મૂકી શકાય તેની ખાતરી કરવા માટે, ચુંબક વચ્ચેનું અંતર 20mm પર સેટ કરવામાં આવ્યું છે.
2015 માં, પૂર્ણ ચંદ્ર પાંડા21 એ એક સમાન ચુંબકીય ફોકસિંગ સિસ્ટમમાં નવા સ્ટેપ્ડ હોલ સાથે ધ્રુવ ભાગનો પ્રસ્તાવ મૂક્યો, જે કેથોડમાં ફ્લક્સ લિકેજની તીવ્રતા અને ધ્રુવ ભાગના છિદ્ર પર ઉત્પન્ન થતા ટ્રાંસવર્સ ચુંબકીય ક્ષેત્રને વધુ ઘટાડી શકે છે. આ પેપરમાં, અમે ફોકસિંગ સિસ્ટમના ધ્રુવ ભાગ પર એક સ્ટેપ્ડ માળખું ઉમેરીએ છીએ. ધ્રુવ ભાગની જાડાઈ શરૂઆતમાં 1.5mm પર સેટ કરવામાં આવી છે, ત્રણ પગલાંની ઊંચાઈ અને પહોળાઈ 0.5mm છે, અને ધ્રુવ ભાગના છિદ્રો વચ્ચેનું અંતર 2mm છે, જેમ કે આકૃતિ 13 માં બતાવ્યા પ્રમાણે.
આકૃતિ 14a બે ઇલેક્ટ્રોન બીમની કેન્દ્રરેખાઓ સાથે અક્ષીય ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિતરણ દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે બે ઇલેક્ટ્રોન બીમ સાથે ચુંબકીય ક્ષેત્ર બળ સમાન છે. ચુંબકીય ક્ષેત્ર મૂલ્ય લગભગ 6000 Gs છે, જે ટ્રાન્સમિશન અને ફોકસિંગ કામગીરી વધારવા માટે સૈદ્ધાંતિક બ્રિલૌઇન ક્ષેત્ર કરતાં 1.5 ગણું છે. તે જ સમયે, કેથોડ પર ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગભગ 0 છે, જે દર્શાવે છે કે ધ્રુવ ભાગ ચુંબકીય પ્રવાહ લિકેજને રોકવા પર સારી અસર કરે છે. આકૃતિ 14b બે ઇલેક્ટ્રોન બીમની ઉપરની ધાર પર z દિશામાં ટ્રાંસવર્સ ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિતરણ દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે ત્રાંસી ચુંબકીય ક્ષેત્ર ફક્ત ધ્રુવ ભાગના છિદ્ર પર 200 Gs કરતા ઓછું છે, જ્યારે ધીમી-તરંગ સર્કિટમાં, ત્રાંસી ચુંબકીય ક્ષેત્ર લગભગ શૂન્ય છે, જે સાબિત કરે છે કે ઇલેક્ટ્રોન બીમ પર ત્રાંસી ચુંબકીય ક્ષેત્રનો પ્રભાવ નહિવત્ છે. ધ્રુવ ટુકડાઓના ચુંબકીય સંતૃપ્તિને રોકવા માટે, ધ્રુવ ટુકડાઓની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્ર શક્તિનો અભ્યાસ કરવો જરૂરી છે. આકૃતિ 14c ધ્રુવ ભાગની અંદર ચુંબકીય ક્ષેત્ર વિતરણનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય 1.2T કરતા ઓછું છે, જે દર્શાવે છે કે ધ્રુવના ટુકડાની ચુંબકીય સંતૃપ્તિ થશે નહીં.
Br = 1.3 T માટે ચુંબકીય ક્ષેત્ર શક્તિ વિતરણ.(a) અક્ષીય ક્ષેત્ર વિતરણ.(b) z દિશામાં બાજુનું ક્ષેત્ર વિતરણ.(c) ધ્રુવના ટુકડાની અંદર ક્ષેત્ર વિતરણનું સંપૂર્ણ મૂલ્ય.
CST PS મોડ્યુલના આધારે, ડ્યુઅલ બીમ ગન અને ફોકસિંગ સિસ્ટમની અક્ષીય સંબંધિત સ્થિતિ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવી છે. સંદર્ભ 9 અને સિમ્યુલેશન અનુસાર, શ્રેષ્ઠ સ્થાન એ છે જ્યાં એનોડ ટુકડો ચુંબકથી દૂર ધ્રુવના ટુકડાને ઓવરલેપ કરે છે. જો કે, એવું જાણવા મળ્યું કે જો રીમેનન્સ 1.3T પર સેટ કરવામાં આવે, તો ઇલેક્ટ્રોન બીમનું ટ્રાન્સમિટન્સ 99% સુધી પહોંચી શકતું નથી. રીમેનન્સને 1.4 T સુધી વધારીને, ફોકસિંગ ચુંબકીય ક્ષેત્ર 6500 Gs સુધી વધારવામાં આવશે. xoz અને yoz પ્લેન પરના બીમ ટ્રેજેક્ટરીઝ આકૃતિ 15 માં બતાવવામાં આવ્યા છે. તે જોઈ શકાય છે કે બીમમાં સારું ટ્રાન્સમિશન, નાનું વધઘટ અને 45mm કરતા વધુ ટ્રાન્સમિશન અંતર છે.
Br = 1.4 T.(a) xoz પ્લેન.(b) yoz એરક્રાફ્ટ સાથે એક સમાન ચુંબકીય પ્રણાલી હેઠળ ડબલ પેન્સિલ બીમના માર્ગો.
આકૃતિ ૧૬ કેથોડથી દૂર અલગ અલગ સ્થાનો પર બીમના ક્રોસ-સેક્શન દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે ફોકસિંગ સિસ્ટમમાં બીમ સેક્શનનો આકાર સારી રીતે જાળવવામાં આવે છે, અને સેક્શન વ્યાસમાં બહુ ફેરફાર થતો નથી. આકૃતિ ૧૭ અનુક્રમે x અને y દિશામાં બીમ પરબિડીયાઓ દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે બંને દિશામાં બીમનું વધઘટ ખૂબ જ નાનું છે. આકૃતિ ૧૮ બીમ કરંટના સિમ્યુલેશન પરિણામો દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે કરંટ લગભગ 2 × 80 mA છે, જે ઇલેક્ટ્રોન ગન ડિઝાઇનમાં ગણતરી કરેલ મૂલ્ય સાથે સુસંગત છે.
કેથોડથી દૂર અલગ અલગ સ્થાનો પર ઇલેક્ટ્રોન બીમ ક્રોસ સેક્શન (ફોકસિંગ સિસ્ટમ સાથે).
વ્યવહારુ પ્રક્રિયા એપ્લિકેશનોમાં એસેમ્બલી ભૂલો, વોલ્ટેજ વધઘટ અને ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિમાં ફેરફાર જેવી સમસ્યાઓની શ્રેણીને ધ્યાનમાં લેતા, ફોકસિંગ સિસ્ટમની સંવેદનશીલતાનું વિશ્લેષણ કરવું જરૂરી છે. વાસ્તવિક પ્રક્રિયામાં એનોડ પીસ અને પોલ પીસ વચ્ચે અંતર હોવાથી, સિમ્યુલેશનમાં આ ગેપ સેટ કરવાની જરૂર છે. ગેપ મૂલ્ય 0.2 મીમી પર સેટ કરવામાં આવ્યું હતું અને આકૃતિ 19a બીમ પરબિડીયું અને બીમ પ્રવાહ y દિશામાં દર્શાવે છે. આ પરિણામ દર્શાવે છે કે બીમ પરબિડીયુંમાં ફેરફાર નોંધપાત્ર નથી અને બીમ પ્રવાહ ભાગ્યે જ બદલાય છે.તેથી, સિસ્ટમ એસેમ્બલી ભૂલો પ્રત્યે સંવેદનશીલ નથી.ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજના વધઘટ માટે, ભૂલ શ્રેણી ±0.5 kV પર સેટ છે.આકૃતિ 19b સરખામણી પરિણામો બતાવે છે.તે જોઈ શકાય છે કે વોલ્ટેજ ફેરફાર બીમ પરબિડીયું પર ઓછી અસર કરે છે.ચુંબકીય ક્ષેત્રની શક્તિમાં ફેરફાર માટે ભૂલ શ્રેણી -0.02 થી +0.03 T સુધી સેટ છે.તુલના પરિણામો આકૃતિ 20 માં બતાવવામાં આવ્યા છે.તે જોઈ શકાય છે કે બીમ પરબિડીયું ભાગ્યે જ બદલાય છે, જેનો અર્થ છે કે સમગ્ર EOS ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ફેરફારો પ્રત્યે સંવેદનશીલ નથી. તાકાત.
બીમ પરબિડીયું અને વર્તમાન એક સમાન ચુંબકીય ફોકસિંગ સિસ્ટમ હેઠળ પરિણામો આપે છે. (a) એસેમ્બલી સહિષ્ણુતા 0.2 મીમી છે. (b) ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ વધઘટ ±0.5 kV છે.
0.63 થી 0.68 T સુધીની અક્ષીય ચુંબકીય ક્ષેત્ર શક્તિની વધઘટ સાથે એક સમાન ચુંબકીય ફોકસિંગ સિસ્ટમ હેઠળ બીમ પરબિડીયું.
આ પેપરમાં ડિઝાઇન કરાયેલ ફોકસિંગ સિસ્ટમ HFS સાથે મેળ ખાય છે તેની ખાતરી કરવા માટે, સંશોધન માટે ફોકસિંગ સિસ્ટમ અને HFS ને જોડવું જરૂરી છે. આકૃતિ 21 HFS લોડ થયેલ અને વગર બીમ એન્વલપ્સની સરખામણી દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે સમગ્ર HFS લોડ થાય છે ત્યારે બીમ એન્વલપમાં બહુ ફેરફાર થતો નથી. તેથી, ફોકસિંગ સિસ્ટમ ઉપરોક્ત ડિઝાઇનના ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ HFS માટે યોગ્ય છે.
વિભાગ III માં પ્રસ્તાવિત EOS ની શુદ્ધતા ચકાસવા અને 220 GHz SDV-TWT ના પ્રદર્શનની તપાસ કરવા માટે, બીમ-વેવ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનું 3D-PIC સિમ્યુલેશન કરવામાં આવે છે. સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેર મર્યાદાઓને કારણે, અમે સમગ્ર EOS ને HFS માં ઉમેરી શક્યા નહીં. તેથી, ઇલેક્ટ્રોન ગનને 0.13mm વ્યાસ અને 0.31mm ની બે સપાટીઓ વચ્ચેના અંતર સાથે સમકક્ષ ઉત્સર્જન કરતી સપાટીથી બદલવામાં આવી હતી, જે ઉપર ડિઝાઇન કરાયેલ ઇલેક્ટ્રોન ગન જેવા જ પરિમાણો છે. EOS ની અસંવેદનશીલતા અને સારી સ્થિરતાને કારણે, PIC સિમ્યુલેશનમાં શ્રેષ્ઠ આઉટપુટ પાવર પ્રાપ્ત કરવા માટે ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજને યોગ્ય રીતે ઑપ્ટિમાઇઝ કરી શકાય છે. સિમ્યુલેશન પરિણામો દર્શાવે છે કે સંતૃપ્ત આઉટપુટ પાવર અને ગેઇન 20.6 kV ના ડ્રાઇવિંગ વોલ્ટેજ, 2 × 80 mA (603 A/cm2) ના બીમ કરંટ અને 0.05 W ના ઇનપુટ પાવર પર મેળવી શકાય છે.
શ્રેષ્ઠ આઉટપુટ સિગ્નલ મેળવવા માટે, ચક્રોની સંખ્યાને પણ ઑપ્ટિમાઇઝ કરવાની જરૂર છે. આકૃતિ 22a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, જ્યારે બે તબક્કાઓની સંખ્યા 42 + 48 ચક્ર હોય ત્યારે શ્રેષ્ઠ આઉટપુટ પાવર પ્રાપ્ત થાય છે. 0.05 W ઇનપુટ સિગ્નલ 38 dB ના ગેઇન સાથે 314 W સુધી એમ્પ્લીફાઇડ થાય છે. ફાસ્ટ ફોરિયર ટ્રાન્સફોર્મ (FFT) દ્વારા મેળવેલ આઉટપુટ પાવર સ્પેક્ટ્રમ શુદ્ધ છે, જે 220 GHz પર ટોચ પર છે. આકૃતિ 22b SWS માં ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જાનું અક્ષીય સ્થાન વિતરણ દર્શાવે છે, જેમાં મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા ગુમાવે છે. આ પરિણામ સૂચવે છે કે SDV-SWS ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જાને RF સિગ્નલોમાં રૂપાંતરિત કરી શકે છે, જેનાથી સિગ્નલ એમ્પ્લીફિકેશન પ્રાપ્ત થાય છે.
220 GHz પર SDV-SWS આઉટપુટ સિગ્નલ. (a) સમાવિષ્ટ સ્પેક્ટ્રમ સાથે આઉટપુટ પાવર. (b) SWS ઇનસેટના અંતે ઇલેક્ટ્રોન બીમ સાથે ઇલેક્ટ્રોનનું ઊર્જા વિતરણ.
આકૃતિ 23 ડ્યુઅલ-મોડ ડ્યુઅલ-બીમ SDV-TWT ની આઉટપુટ પાવર બેન્ડવિડ્થ અને ગેઇન દર્શાવે છે. 200 થી 275 GHz સુધીની ફ્રીક્વન્સીઝને સ્વીપ કરીને અને ડ્રાઇવ વોલ્ટેજને ઑપ્ટિમાઇઝ કરીને આઉટપુટ કામગીરીને વધુ સુધારી શકાય છે. આ પરિણામ દર્શાવે છે કે 3-dB બેન્ડવિડ્થ 205 થી 275 GHz ને આવરી શકે છે, જેનો અર્થ છે કે ડ્યુઅલ-મોડ ઓપરેશન ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થને મોટા પ્રમાણમાં વિસ્તૃત કરી શકે છે.
જોકે, આકૃતિ 2a મુજબ, આપણે જાણીએ છીએ કે વિષમ અને સમ સ્થિતિઓ વચ્ચે એક સ્ટોપ બેન્ડ છે, જે અનિચ્છનીય ઓસિલેશન તરફ દોરી શકે છે. તેથી, સ્ટોપ્સની આસપાસ કાર્ય સ્થિરતાનો અભ્યાસ કરવાની જરૂર છે. આકૃતિ 24a-c એ અનુક્રમે 265.3 GHz, 265.35 GHz અને 265.4 GHz પર 20 ns સિમ્યુલેશન પરિણામો છે. તે જોઈ શકાય છે કે સિમ્યુલેશન પરિણામોમાં કેટલીક વધઘટ હોવા છતાં, આઉટપુટ પાવર પ્રમાણમાં સ્થિર છે. સ્પેક્ટ્રમ અનુક્રમે આકૃતિ 24 માં પણ દર્શાવવામાં આવ્યું છે, સ્પેક્ટ્રમ શુદ્ધ છે. આ પરિણામો સૂચવે છે કે સ્ટોપબેન્ડની નજીક કોઈ સ્વ-ઓસિલેશન નથી.
સમગ્ર HFS ની શુદ્ધતા ચકાસવા માટે ફેબ્રિકેશન અને માપન જરૂરી છે. આ ભાગમાં, HFS ને 0.1 mm ના ટૂલ વ્યાસ અને 10 μm ની મશીનિંગ ચોકસાઈ સાથે કમ્પ્યુટર ન્યુમેરિકલ કંટ્રોલ (CNC) ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરીને બનાવવામાં આવે છે. ઉચ્ચ-આવર્તન રચના માટે સામગ્રી ઓક્સિજન-મુક્ત ઉચ્ચ-વાહકતા (OFHC) કોપર દ્વારા પૂરી પાડવામાં આવે છે. આકૃતિ 25a બનાવટી રચના દર્શાવે છે. સમગ્ર રચનાની લંબાઈ 66.00 mm, પહોળાઈ 20.00 mm અને ઊંચાઈ 8.66 mm છે. રચનાની આસપાસ આઠ પિન છિદ્રો વિતરિત કરવામાં આવ્યા છે. આકૃતિ 25b ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી (SEM) સ્કેન કરીને રચના દર્શાવે છે. આ રચનાના બ્લેડ એકસરખા રીતે ઉત્પન્ન થાય છે અને સારી સપાટીની ખરબચડી હોય છે. ચોક્કસ માપન પછી, એકંદર મશીનિંગ ભૂલ 5% કરતા ઓછી છે, અને સપાટીની ખરબચડી લગભગ 0.4μm છે. મશીનિંગ રચના ડિઝાઇન અને ચોકસાઇ જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરે છે.
આકૃતિ 26 વાસ્તવિક પરીક્ષણ પરિણામો અને ટ્રાન્સમિશન કામગીરીના સિમ્યુલેશન વચ્ચેની સરખામણી દર્શાવે છે.આકૃતિ 26a માં પોર્ટ 1 અને પોર્ટ 2 અનુક્રમે HFS ના ઇનપુટ અને આઉટપુટ પોર્ટને અનુરૂપ છે, અને આકૃતિ 3 માં પોર્ટ 1 અને પોર્ટ 4 ની સમકક્ષ છે.S11 ના વાસ્તવિક માપન પરિણામો સિમ્યુલેશન પરિણામો કરતા થોડા સારા છે.તે જ સમયે, S21 ના ​​માપેલા પરિણામો થોડા ખરાબ છે.કારણ એ હોઈ શકે છે કે સિમ્યુલેશનમાં સેટ કરેલ સામગ્રી વાહકતા ખૂબ ઊંચી છે અને વાસ્તવિક મશીનિંગ પછી સપાટીની ખરબચડી નબળી છે.એકંદરે, માપેલા પરિણામો સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે સારા કરારમાં છે, અને ટ્રાન્સમિશન બેન્ડવિડ્થ 70 GHz ની જરૂરિયાતને પૂર્ણ કરે છે, જે પ્રસ્તાવિત ડ્યુઅલ-મોડ SDV-TWT ની શક્યતા અને શુદ્ધતાને ચકાસે છે.તેથી, વાસ્તવિક ફેબ્રિકેશન પ્રક્રિયા અને પરીક્ષણ પરિણામો સાથે જોડીને, આ પેપરમાં પ્રસ્તાવિત અલ્ટ્રા-બ્રોડબેન્ડ ડ્યુઅલ-બીમ SDV-TWT ડિઝાઇનનો ઉપયોગ અનુગામી ફેબ્રિકેશન અને એપ્લિકેશનો માટે થઈ શકે છે.
આ પેપરમાં, 220 GHz ડ્યુઅલ-બીમ SDV-TWT પ્લેનર ડિસ્ટ્રિબ્યુશનની વિગતવાર ડિઝાઇન રજૂ કરવામાં આવી છે. ડ્યુઅલ-મોડ ઓપરેશન અને ડ્યુઅલ-બીમ ઉત્તેજનાનું સંયોજન ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ અને આઉટપુટ પાવરને વધુ વધારે છે. સમગ્ર HFS ની શુદ્ધતા ચકાસવા માટે ફેબ્રિકેશન અને કોલ્ડ ટેસ્ટ પણ હાથ ધરવામાં આવે છે. વાસ્તવિક માપન પરિણામો સિમ્યુલેશન પરિણામો સાથે સારા કરારમાં છે. ડિઝાઇન કરેલા બે-બીમ EOS માટે, બે-પેન્સિલ બીમ ઉત્પન્ન કરવા માટે માસ્ક સેક્શન અને કંટ્રોલ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ડિઝાઇન કરેલા યુનિફોર્મ ફોકસિંગ મેગ્નેટિક ફિલ્ડ હેઠળ, ઇલેક્ટ્રોન બીમને લાંબા અંતર પર સારી આકાર સાથે સ્થિર રીતે ટ્રાન્સમિટ કરી શકાય છે. ભવિષ્યમાં, EOS નું ઉત્પાદન અને પરીક્ષણ હાથ ધરવામાં આવશે, અને સમગ્ર TWT નું થર્મલ પરીક્ષણ પણ હાથ ધરવામાં આવશે. આ પેપરમાં પ્રસ્તાવિત આ SDV-TWT ડિઝાઇન યોજના વર્તમાન પરિપક્વ પ્લેન પ્રોસેસિંગ ટેકનોલોજીને સંપૂર્ણપણે જોડે છે, અને પ્રદર્શન સૂચકાંકો અને પ્રોસેસિંગ અને એસેમ્બલીમાં મોટી સંભાવના દર્શાવે છે. તેથી, આ પેપર માને છે કે પ્લેનર માળખું ટેરાહર્ટ્ઝ બેન્ડમાં વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણોના વિકાસ વલણ બનવાની શક્યતા સૌથી વધુ છે.
આ અભ્યાસમાં મોટાભાગનો કાચો ડેટા અને વિશ્લેષણાત્મક મોડેલો આ પેપરમાં સમાવવામાં આવ્યા છે. વાજબી વિનંતી પર સંબંધિત લેખક પાસેથી વધુ સંબંધિત માહિતી મેળવી શકાય છે.
ગામઝીના, ડી. એટ અલ. સબ-ટેરાહર્ટ્ઝ વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક્સનું નેનોસ્કેલ સીએનસી મશીનિંગ. આઇઇઇઇ ટ્રાન્સ. ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો. 63, 4067–4073 (2016).
મલેકાબાદી, એ. અને પાઓલોની, સી. મલ્ટિલેયર SU-8 ફોટોરેઝિસ્ટનો ઉપયોગ કરીને સબ-ટેરાહર્ટ્ઝ વેવગાઇડ્સનું UV-LIGA માઇક્રોફેબ્રિકેશન.જે. માઇક્રોમિકેનિક્સ.માઇક્રોઇલેક્ટ્રોનિક્સ.26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
ધિલ્લોન, એસએસ અને અન્ય.2017 THz ટેકનોલોજી રોડમેપ.જે. ફિઝિક્સ.ડી ટુ એપ્લાય.ફિઝિક્સ.50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
શિન, વાયએમ, બાર્નેટ, એલઆર અને લુહમેન, એનસી અલ્ટ્રા-બ્રોડબેન્ડ સ્ટેગર્ડ ડબલ-ગ્રેટિંગ વેવગાઇડ્સ દ્વારા પ્લાઝમોનિક તરંગ પ્રચારનું મજબૂત બંધન. એપ્લિકેશન.ફિઝિક્સ.રાઈટ.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
બેગ, એ. એટ અલ. નેનો સીએનસી મશીન્ડ 220-GHz ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ એમ્પ્લીફાયરનું પ્રદર્શન. IEEE ટ્રાન્સ. ઇલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો.64, 590–592 (2017).
હેન, વાય. અને રુઆન, સીજે મેક્રોસ્કોપિક કોલ્ડ ફ્લુઇડ મોડેલ થિયરીનો ઉપયોગ કરીને અનંત પહોળા શીટ ઇલેક્ટ્રોન બીમની ડાયોકોટ્રોન અસ્થિરતાની તપાસ કરી રહ્યા છે. ચિન ફિઝ બી. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
મલ્ટિબીમ ક્લાઇસ્ટ્રોનમાં બીમના પ્લેનર લેઆઉટ દ્વારા બેન્ડવિડ્થ વધારવાની તક પર ગાલ્ડેત્સ્કી, AV. 12મી IEEE ઇન્ટરનેશનલ કોન્ફરન્સ ઓન વેક્યુમ ઇલેક્ટ્રોનિક્સ, બેંગ્લોર, ભારત, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011) માં.
ન્ગુયેન, સીજે વગેરે. ડબલ્યુ-બેન્ડ સ્ટેગર્ડ ડબલ-બ્લેડ ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબમાં સાંકડી બીમ સ્પ્લિટિંગ પ્લેન ડિસ્ટ્રિબ્યુશન સાથે થ્રી-બીમ ઇલેક્ટ્રોન ગનનું ડિઝાઇન [J].સાયન્સ.રિપ. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
વાંગ, પીપી, સુ, વાયવાય, ઝાંગ, ઝેડ., વાંગ, ડબલ્યુબી અને રુઆન, સીજે પ્લાનરે ડબલ્યુ-બેન્ડ ફંડામેન્ટલ મોડ TWT.IEEE ટ્રાન્સ.ઇલેક્ટ્રોનિક ડિવાઇસીસ.68, 5215–5219 (2021) માટે સાંકડા બીમ સેપરેશન સાથે ત્રણ-બીમ ઇલેક્ટ્રોન ઓપ્ટિકલ સિસ્ટમ વિતરિત કરી.
ઝાન, એમ. મિલિમીટર-વેવ શીટ બીમ સાથે ઇન્ટરલીવ્ડ ડબલ-બ્લેડ ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબ પર સંશોધન 20-22 (પીએચડી, બેહાંગ યુનિવર્સિટી, 2018).
રુઆન, સીજે, ઝાંગ, એચએફ, તાઓ, જે. અને હી, વાય. જી-બેન્ડ ઇન્ટરલીવ્ડ ડ્યુઅલ-બ્લેડ ટ્રાવેલિંગ વેવ ટ્યુબની બીમ-વેવ ઇન્ટરેક્શન સ્થિરતા પર અભ્યાસ. 2018 ઇન્ફ્રારેડ મિલિમીટર અને ટેરાહર્ટ્ઝ વેવ્સ પર 43મી આંતરરાષ્ટ્રીય પરિષદ, નાગોયા.8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).