Nature.com தளத்திற்கு வருகை தந்ததற்கு நன்றி. நீங்கள் பயன்படுத்தும் உலாவியில் CSS-க்கான ஆதரவு குறைவாக உள்ளது. சிறந்த அனுபவத்தைப் பெற, மேம்படுத்தப்பட்ட உலாவியைப் பயன்படுத்துமாறு (அல்லது இன்டர்நெட் எக்ஸ்ப்ளோரரில் இணக்கப் பயன்முறையை அணைக்குமாறு) பரிந்துரைக்கிறோம். இதற்கிடையில், தொடர்ச்சியான ஆதரவை உறுதிசெய்யும் வகையில், நாங்கள் இந்தத் தளத்தை ஸ்டைல்கள் மற்றும் ஜாவாஸ்கிரிப்ட் இல்லாமல் காண்பிப்போம்.
இந்த ஆய்வறிக்கையில், 220GHz அகலப்பட்டை உயர்-சக்தி இடைச்செருகப்பட்ட இரட்டை-பிளேடு பயணிக்கும் அலைக்குழாய் ஒன்று வடிவமைக்கப்பட்டு சரிபார்க்கப்பட்டுள்ளது. முதலில், ஒரு தள இரட்டை-கற்றை மாற்று இரட்டை-பிளேடு மெது-அலை அமைப்பு முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. இரட்டை-முறை செயல்பாட்டுத் திட்டத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், பரிமாற்ற செயல்திறன் மற்றும் அலைவரிசை ஒற்றை-முறையை விட கிட்டத்தட்ட இருமடங்காக உள்ளது. இரண்டாவதாக, உயர் வெளியீட்டு சக்தியின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்கும், பயணிக்கும் அலைக்குழாயின் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துவதற்கும், ஒரு இரட்டை பென்சில் வடிவ மின்னணு ஒளியியல் அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, அதன் இயக்க மின்னழுத்தம் 20~21 kV மற்றும் மின்னோட்டம் 2 × 80 mA ஆகும். வடிவமைப்பு இலக்குகள்: இரட்டைக் கற்றைத் துப்பாக்கியில் உள்ள முகமூடிப் பகுதி மற்றும் கட்டுப்பாட்டு மின்முனையைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், இரண்டு பென்சில் கற்றைகளையும் அவற்றின் மையங்களில் 7 என்ற அமுக்க விகிதத்துடன் குவிக்க முடியும், குவியத் தூரம் சுமார் 0.18 மிமீ ஆகும், மற்றும் நிலைத்தன்மை நன்றாக உள்ளது. சீரான காந்தக் குவிய அமைப்பும் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. தள இரட்டை எலக்ட்ரான் கற்றையின் நிலையான பரிமாற்ற தூரம் 45 மிமீ வரை அடையலாம், மற்றும் குவிய காந்தப்புலம் 0.6 T ஆகும், இது முழு உயர் அதிர்வெண் அமைப்பையும் உள்ளடக்குவதற்குப் போதுமானது. (HFS). பின்னர், எலக்ட்ரான்-ஒளியியல் அமைப்பின் பயன்பாட்டையும் மெது-அலை கட்டமைப்பின் செயல்திறனையும் சரிபார்க்க, முழு HFS மீதும் துகள் செல் (PIC) உருவகப்படுத்துதல்களும் செய்யப்பட்டன. இதன் முடிவுகள், கற்றை-ஊடாட்ட அமைப்பானது 220 GHz-இல் ஏறக்குறைய 310 W உச்ச வெளியீட்டுத் திறனை அடைய முடியும் என்பதையும், உகந்த கற்றை மின்னழுத்தம் 20.6 kV, கற்றை மின்னோட்டம் 2 × 80 mA, பெருக்கம் 38 dB, மற்றும் 70 GHz-ஐச் சுற்றி 3-dB அலைவரிசை அகலம் 35 dB-ஐத் தாண்டுகிறது என்பதையும் காட்டுகின்றன. இறுதியாக, HFS-இன் செயல்திறனைச் சரிபார்க்க உயர்-துல்லிய நுண்கட்டமைப்பு உருவாக்கம் செய்யப்பட்டது, மேலும் அதன் முடிவுகள் அலைவரிசை அகலம் மற்றும் கடத்தும் பண்புகள் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் நல்ல இணக்கத்தைக் கொண்டிருப்பதைக் காட்டுகின்றன. எனவே, இந்த ஆய்வறிக்கையில் முன்மொழியப்பட்ட திட்டம், எதிர்காலப் பயன்பாடுகளுக்கான சாத்தியக்கூறுகளுடன் கூடிய உயர்-சக்தி, மீ-அகல அலைவரிசை டெராஹெர்ட்ஸ்-பட்டை கதிர்வீச்சு மூலங்களை உருவாக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.
ஒரு பாரம்பரிய வெற்றிட மின்னணு சாதனமாக, டிராவலிங் வேவ் ட்யூப் (TWT) உயர்-தெளிவுத்திறன் ரேடார், செயற்கைக்கோள் தகவல் தொடர்பு அமைப்புகள் மற்றும் விண்வெளி ஆய்வு போன்ற பல பயன்பாடுகளில் ஈடு செய்ய முடியாத பங்கை வகிக்கிறது¹,²,³. இருப்பினும், இயக்க அதிர்வெண் டெராஹெர்ட்ஸ் பட்டைக்குள் நுழையும்போது, ​​பாரம்பரிய கப்பிள்டு-கேவிட்டி TWT மற்றும் ஹெலிகல் TWT ஆகியவை ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெளியீட்டு சக்தி, குறுகிய அலைவரிசை மற்றும் கடினமான உற்பத்தி செயல்முறைகள் காரணமாக மக்களின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய இயலாமல் உள்ளன. எனவே, THz பட்டையின் செயல்திறனை முழுமையாக எவ்வாறு மேம்படுத்துவது என்பது பல அறிவியல் ஆராய்ச்சி நிறுவனங்களுக்கு மிகவும் கவலைக்குரிய விஷயமாக மாறியுள்ளது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஸ்டாகர்டு டூயல்-பிளேடு (SDV) கட்டமைப்புகள் மற்றும் ஃபோல்டட் வேவ்கைடு (FW) கட்டமைப்புகள் போன்ற புதிய மெது-அலை கட்டமைப்புகள் (SWSs), அவற்றின் இயற்கையான தளக் கட்டமைப்புகள் காரணமாக பரந்த கவனத்தைப் பெற்றுள்ளன, குறிப்பாக நம்பிக்கைக்குரிய ஆற்றலைக் கொண்ட புதிய SDV-SWS-கள். இந்தக் கட்டமைப்பு 2008-ல் UC-டேவிஸால் முன்மொழியப்பட்டது⁴. கணினி எண் கட்டுப்பாடு (CNC) மற்றும் UV-LIGA போன்ற மைக்ரோ-நானோ செயலாக்க நுட்பங்கள் மூலம் இந்தத் தளக் கட்டமைப்பை எளிதாக உருவாக்க முடியும், இது முழு-உலோக பேக்கேஜ் கட்டமைப்பாகும். அதிக வெளியீட்டு சக்தி மற்றும் ஆதாயத்துடன் கூடிய பெரிய வெப்பத் திறனை இது வழங்க முடியும், மேலும் அலைவழி போன்ற அமைப்பு ஒரு பரந்த செயல்பாட்டு அலைவரிசையையும் வழங்க முடியும். தற்போது, ​​UC டேவிஸ் 2017-ல் முதன்முறையாக, SDV-TWT ஆனது G-பேண்டில் 100 W-க்கு அதிகமான உயர்-சக்தி வெளியீடுகளையும், கிட்டத்தட்ட 14 GHz அலைவரிசை சமிக்ஞைகளையும் உருவாக்க முடியும் என்பதை நிரூபித்தது. இருப்பினும், இந்த முடிவுகளில் இன்னும் சில இடைவெளிகள் உள்ளன, அவை டெராஹெர்ட்ஸ் பேண்டில் உள்ள உயர் சக்தி மற்றும் பரந்த அலைவரிசை தொடர்பான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியவில்லை. UC-டேவிஸின் G-பேண்ட் SDV-TWT-க்கு, தாள் எலக்ட்ரான் கற்றைகள் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. இந்தத் திட்டம் கற்றையின் மின்னோட்டம் தாங்கும் திறனை கணிசமாக மேம்படுத்தினாலும், தாள் கற்றை எலக்ட்ரான் ஒளியியல் அமைப்பின் (EOS) நிலையற்ற தன்மை காரணமாக நீண்ட பரிமாற்ற தூரத்தை பராமரிப்பது கடினம், மேலும் ஒரு ஓவர்-மோட் கற்றை சுரங்கப்பாதை உள்ளது, இது கற்றையை சுய-ஒழுங்குபடுத்தவும் காரணமாகலாம். – கிளர்ச்சி மற்றும் அலைவு 6,7. THz TWT-யின் உயர் வெளியீட்டு சக்தி, பரந்த அலைவரிசை மற்றும் நல்ல நிலைத்தன்மை ஆகிய தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்வதற்காக, இந்த ஆய்வறிக்கையில் இரட்டை-முறை செயல்பாட்டைக் கொண்ட இரட்டை-கற்றை SDV-SWS முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. அதாவது, செயல்பாட்டு அலைவரிசையை அதிகரிப்பதற்காக, இந்த அமைப்பில் இரட்டை-முறை செயல்பாடு முன்மொழியப்பட்டு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டுள்ளது. மேலும், வெளியீட்டு சக்தியை அதிகரிப்பதற்காக, இரட்டை பென்சில் கற்றைகளின் தளப் பரவலும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. செங்குத்து அளவு கட்டுப்பாடுகள் காரணமாக ஒற்றை பென்சில் கற்றை ரேடியோக்கள் ஒப்பீட்டளவில் சிறியவை. மின்னோட்ட அடர்த்தி மிக அதிகமாக இருந்தால், கற்றை மின்னோட்டத்தைக் குறைக்க வேண்டும், இதன் விளைவாக ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெளியீட்டு சக்தி கிடைக்கும். கற்றை மின்னோட்டத்தை மேம்படுத்துவதற்காக, SWS-இன் பக்கவாட்டு அளவைப் பயன்படுத்தும் தளப் பரவல் பலகற்றை EOS தோன்றியுள்ளது. சுதந்திரமான கற்றை சுரங்கப்பாதை காரணமாக, தளப் பரவல் பலகற்றையானது அதிக மொத்த கற்றை மின்னோட்டத்தையும் ஒரு கற்றைக்கு சிறிய மின்னோட்டத்தையும் பராமரிப்பதன் மூலம் அதிக வெளியீட்டு சக்தியை அடைய முடியும், இது தாள்-கற்றை சாதனங்களுடன் ஒப்பிடும்போது மிகைமுறை கற்றை சுரங்கப்பாதையைத் தவிர்க்கிறது. எனவே, பயணிக்கும் அலைக்குழாயின் நிலைத்தன்மையைப் பராமரிக்க இது நன்மை பயக்கும். முந்தையவற்றின் அடிப்படையில் பணி8,9-ஐத் தொடர்ந்து, இந்தக் கட்டுரை ஒரு G-பட்டை சீரான காந்தப்புலக் குவியும் இரட்டை பென்சில் கற்றை சமன்பாட்டுத் திட்டத்தை (EOS) முன்மொழிகிறது. இது கற்றையின் நிலையான கடத்தும் தூரத்தை வெகுவாக மேம்படுத்தி, கற்றையின் இடைவினைப் பரப்பை மேலும் அதிகரிப்பதன் மூலம், வெளியீட்டு ஆற்றலையும் பெருமளவில் மேம்படுத்துகிறது.
இந்த ஆய்வுக் கட்டுரையின் அமைப்பு பின்வருமாறு. முதலில், அளவுருக்களுடன் கூடிய SWS செல் வடிவமைப்பு, சிதறல் பண்புகள் பகுப்பாய்வு மற்றும் உயர் அதிர்வெண் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகள் விவரிக்கப்பட்டுள்ளன. பின்னர், அலகு செல்லின் கட்டமைப்பின்படி, இந்த ஆய்வுக் கட்டுரையில் ஒரு இரட்டை பென்சில் கற்றை EOS மற்றும் கற்றை இடைவினை அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. EOS-இன் பயன்பாட்டையும் SDV-TWT-இன் செயல்திறனையும் சரிபார்க்க, செல் உள் துகள் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளும் வழங்கப்பட்டுள்ளன. கூடுதலாக, முழு HFS-இன் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்க, இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை அதன் உருவாக்கம் மற்றும் குளிர் சோதனை முடிவுகளைச் சுருக்கமாக வழங்குகிறது. இறுதியாக, ஒரு சுருக்கம் அளிக்கப்பட்டுள்ளது.
TWT-யின் மிக முக்கியமான கூறுகளில் ஒன்றாக, மெது அலை அமைப்பின் சிதறல் பண்புகள், எலக்ட்ரான் திசைவேகம் SWS-இன் கட்டத் திசைவேகத்துடன் பொருந்துகிறதா என்பதைக் குறிக்கின்றன, இதனால் கற்றை-அலை இடைவினையில் பெரும் தாக்கத்தை ஏற்படுத்துகின்றன. முழு TWT-யின் செயல்திறனை மேம்படுத்த, ஒரு மேம்படுத்தப்பட்ட இடைவினை அமைப்பு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. அலகு கலத்தின் அமைப்பு படம் 1-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. தாள் கற்றையின் நிலையற்ற தன்மை மற்றும் ஒற்றைப் பேனா கற்றையின் ஆற்றல் வரம்பைக் கருத்தில் கொண்டு, வெளியீட்டு ஆற்றலையும் செயல்பாட்டு நிலைத்தன்மையையும் மேலும் மேம்படுத்த இந்த அமைப்பு இரட்டைப் பேனா கற்றையைப் பயன்படுத்துகிறது. அதே நேரத்தில், செயல்படும் அலைவரிசையை அதிகரிக்க, SWS செயல்பட ஒரு இரட்டை முறை முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. SDV அமைப்பின் சமச்சீர் தன்மையால், மின்காந்தப் புலச் சிதறல் சமன்பாட்டின் தீர்வை ஒற்றை மற்றும் இரட்டை முறைகளாகப் பிரிக்க முடியும். அதே நேரத்தில், குறைந்த அதிர்வெண் பட்டையின் அடிப்படை ஒற்றை முறையும், உயர் அதிர்வெண் பட்டையின் அடிப்படை இரட்டை முறையும் கற்றை இடைவினையின் அகலப்பட்டை ஒத்திசைவை உணரப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இதன் மூலம் செயல்படும் அலைவரிசை மேலும் மேம்படுத்தப்படுகிறது.
மின் தேவைகளுக்கு ஏற்ப, முழு குழாயும் 20 kV இயக்க மின்னழுத்தம் மற்றும் 2 × 80 mA இரட்டை கற்றை மின்னோட்டத்துடன் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. SDV-SWS இன் இயக்க அலைவரிசைக்கு மின்னழுத்தத்தை முடிந்தவரை நெருக்கமாகப் பொருத்த, நாம் காலத்தின் நீளம் p ஐக் கணக்கிட வேண்டும். கற்றை மின்னழுத்தத்திற்கும் காலத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பு சமன்பாடு (1)10 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது:
220 GHz மைய அதிர்வெண்ணில் கட்ட மாற்றத்தை 2.5π ஆக அமைப்பதன் மூலம், அலைக்காலம் p-ஐ 0.46 மிமீ எனக் கணக்கிடலாம். படம் 2a, SWS அலகு கலத்தின் சிதறல் பண்புகளைக் காட்டுகிறது. 20 kV கற்றைவழி, இருமுனை வளைவுடன் மிக நன்றாகப் பொருந்துகிறது. பொருந்தும் அதிர்வெண் பட்டைகள் 210–265.3 GHz (ஒற்றைப்படை முறை) மற்றும் 265.4–280 GHz (இரட்டைப்படை முறை) வரம்புகளில் சுமார் 70 GHz வரை அடையலாம். படம் 2b சராசரி இணைப்பு மின்மறுப்பைக் காட்டுகிறது, இது 210 முதல் 290 GHz வரை 0.6 Ω-ஐ விட அதிகமாக உள்ளது, இது இயக்க அலைவரிசையில் வலுவான இடைவினைகள் ஏற்படக்கூடும் என்பதைக் குறிக்கிறது.
(அ) ​​20 kV எலக்ட்ரான் கற்றைவழியுடன் கூடிய இரட்டை முறை SDV-SWS-இன் சிதறல் பண்புகள். (ஆ) SDV மெது அலைச் சுற்றின் இடைவினை மின்மறுப்பு.
இருப்பினும், ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அலைமுறைகளுக்கு இடையில் ஒரு பட்டை இடைவெளி உள்ளது என்பதைக் கவனத்தில் கொள்வது அவசியம். படம் 2a-வில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இந்த பட்டை இடைவெளியை நாம் பொதுவாக நிறுத்து பட்டை (stop band) என்று குறிப்பிடுகிறோம். TWT இந்த அதிர்வெண் பட்டைக்கு அருகில் இயக்கப்படும்போது, ​​வலுவான கற்றை இணைப்பு வலிமை ஏற்படக்கூடும், இது தேவையற்ற அலைவுகளுக்கு வழிவகுக்கும். நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில், நாம் பொதுவாக நிறுத்து பட்டைக்கு அருகில் TWT-ஐப் பயன்படுத்துவதைத் தவிர்க்கிறோம். இருப்பினும், இந்த மெது-அலை அமைப்பின் பட்டை இடைவெளி 0.1 GHz மட்டுமே என்பதைக் காணலாம். இந்த சிறிய பட்டை இடைவெளி அலைவுகளை ஏற்படுத்துமா என்பதைத் தீர்மானிப்பது கடினம். எனவே, தேவையற்ற அலைவுகள் ஏற்படக்கூடுமா என்பதைப் பகுப்பாய்வு செய்ய, நிறுத்து பட்டையைச் சுற்றியுள்ள செயல்பாட்டின் நிலைத்தன்மை பின்வரும் PIC உருவகப்படுத்துதல் பிரிவில் ஆராயப்படும்.
முழு HFS-இன் மாதிரி படம் 3-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. இது பிராக் பிரதிபலிப்பான்களால் இணைக்கப்பட்ட இரண்டு SDV-SWS நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது. பிரதிபலிப்பானின் செயல்பாடு, இரண்டு நிலைகளுக்கு இடையேயான சமிக்ஞை பரிமாற்றத்தைத் துண்டிப்பது, மேல் மற்றும் கீழ் பிளேடுகளுக்கு இடையில் உருவாகும் உயர்-வரிசை முறைகள் போன்ற செயல்படாத முறைகளின் அலைவு மற்றும் பிரதிபலிப்பை அடக்குவது ஆகும். இதன் மூலம், முழு குழாயின் நிலைத்தன்மையையும் இது பெரிதும் மேம்படுத்துகிறது. வெளிப்புறச் சூழலுடன் இணைப்பதற்காக, SWS-ஐ ஒரு WR-4 தரநிலை அலைவழியுடன் இணைக்க ஒரு நேரியல் கூம்பு இணைப்பானும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்த இரு-நிலை அமைப்பின் பரிமாற்றக் குணகம், 3D உருவகப்படுத்துதல் மென்பொருளில் உள்ள ஒரு நேரக் களத் தீர்வுக்கருவி மூலம் அளவிடப்படுகிறது. பொருளின் மீது டெராஹெர்ட்ஸ் அலைவரிசையின் உண்மையான விளைவைக் கருத்தில் கொண்டு, வெற்றிட உறையின் பொருள் ஆரம்பத்தில் தாமிரமாக அமைக்கப்பட்டு, அதன் கடத்துத்திறன் 2.25×10⁷ S/m¹² ஆகக் குறைக்கப்படுகிறது.
படம் 4, நேரியல் கூம்பு வடிவ இணைப்பான்களுடன் மற்றும் அவை இல்லாமலும் HFS-க்கான பரிமாற்ற முடிவுகளைக் காட்டுகிறது. முழு HFS-இன் பரிமாற்றச் செயல்திறனில் இணைப்பானுக்கு சிறிய தாக்கமே உள்ளது என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. 207~280 GHz அகலப்பட்டையில் முழு அமைப்பின் ரிட்டர்ன் லாஸ் (S11 < − 10 dB) மற்றும் இன்செர்ஷன் லாஸ் (S21 > − 5 dB) ஆகியவை HFS நல்ல பரிமாற்றப் பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் காட்டுகின்றன.
வெற்றிட மின்னணு சாதனங்களின் மின்வழங்கியாக, சாதனம் போதுமான வெளியீட்டு சக்தியை உருவாக்க முடியுமா என்பதை எலக்ட்ரான் துப்பாக்கி நேரடியாகத் தீர்மானிக்கிறது. பிரிவு II-இல் உள்ள HFS பகுப்பாய்வுடன் இணைந்து, போதுமான சக்தியை வழங்க ஒரு இரட்டைக் கற்றை EOS வடிவமைக்கப்பட வேண்டும். இந்தப் பகுதியில், W-பேண்டில் உள்ள முந்தைய பணிகளின் அடிப்படையில்8,9, ஒரு சமதள முகமூடிப் பகுதி மற்றும் கட்டுப்பாட்டு மின்முனைகளைப் பயன்படுத்தி ஒரு இரட்டை பென்சில் எலக்ட்ரான் துப்பாக்கி வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. முதலில், பிரிவில் உள்ள SWS-இன் வடிவமைப்புத் தேவைகளின்படி. படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி. 2, எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் இயக்க மின்னழுத்தம் Ua ஆரம்பத்தில் 20 kV ஆகவும், இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் மின்னோட்டங்கள் I இரண்டும் 80 mA ஆகவும், எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் கற்றை விட்டம் dw 0.13 mm ஆகவும் அமைக்கப்பட்டுள்ளது. அதே நேரத்தில், எலக்ட்ரான் கற்றை மற்றும் எதிர்மின்வாயின் மின்னோட்ட அடர்த்தியை அடைய முடியும் என்பதை உறுதி செய்வதற்காக, எலக்ட்ரான் கற்றையின் அமுக்க விகிதம் 7 ஆக அமைக்கப்பட்டுள்ளது, எனவே எலக்ட்ரான் கற்றையின் மின்னோட்ட அடர்த்தி 603 A/cm2 ஆகவும், எதிர்மின்வாயின் மின்னோட்ட அடர்த்தி 86 A/cm2 ஆகவும் உள்ளது, இது புதிய எதிர்மின்வாய் பொருட்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் அடையப்படுகிறது. வடிவமைப்பு கோட்பாடு 14, 15, 16, 17 இன் படி, ஒரு வழக்கமான பியர்ஸ் எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியை தனித்துவமாக அடையாளம் காண முடியும்.
படம் 5, துப்பாக்கியின் கிடைமட்ட மற்றும் செங்குத்து திட்ட வரைபடங்களைக் காட்டுகிறது. எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியின் x-திசை வடிவம், ஒரு வழக்கமான தகடு போன்ற எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியின் வடிவத்தைப் போலவே உள்ளது, அதேசமயம் y-திசையில் இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளும் முகமூடியால் பகுதியளவு பிரிக்கப்பட்டுள்ளன என்பதைக் காணலாம். இரண்டு எதிர்மின்முனைகளின் நிலைகள் முறையே x = – 0.155 மிமீ, y = 0 மிமீ மற்றும் x = 0.155 மிமீ, y = 0 மிமீ ஆகும். அமுக்க விகிதம் மற்றும் எலக்ட்ரான் உட்செலுத்தும் அளவு ஆகியவற்றின் வடிவமைப்புத் தேவைகளின்படி, இரண்டு எதிர்மின்முனைப் பரப்புகளின் பரிமாணங்கள் 0.91 மிமீ × 0.13 மிமீ எனத் தீர்மானிக்கப்பட்டுள்ளன.
x-திசையில் ஒவ்வொரு எலக்ட்ரான் கற்றையும் பெறும் குவிக்கப்பட்ட மின்புலத்தை அதன் சொந்த மையத்தைப் பொறுத்து சமச்சீராக மாற்றுவதற்காக, இந்தக் கட்டுரை எலக்ட்ரான் துப்பாக்கிக்கு ஒரு கட்டுப்பாட்டு மின்முனையைப் பயன்படுத்துகிறது. குவிப்பு மின்முனை மற்றும் கட்டுப்பாட்டு மின்முனையின் மின்னழுத்தத்தை −20 kV ஆகவும், ஆனோட்டின் மின்னழுத்தத்தை 0 V ஆகவும் அமைப்பதன் மூலம், படம் 6-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரட்டைக் கற்றைத் துப்பாக்கியின் பாதை பரவலை நாம் பெறலாம். உமிழப்படும் எலக்ட்ரான்கள் y-திசையில் நல்ல அமுக்கத்தன்மையைக் கொண்டிருப்பதையும், ஒவ்வொரு எலக்ட்ரான் கற்றையும் அதன் சொந்த சமச்சீர் மையத்தின் வழியே x-திசையை நோக்கி குவிவதையும் காணலாம். இது, குவிப்பு மின்முனையால் உருவாக்கப்படும் சமமற்ற மின்புலத்தை கட்டுப்பாட்டு மின்முனை சமன் செய்கிறது என்பதைக் குறிக்கிறது.
படம் 7, x மற்றும் y திசைகளில் உள்ள கற்றை உறையைக் காட்டுகிறது. முடிவுகளின்படி, x-திசையில் உள்ள எலக்ட்ரான் கற்றையின் வீச்சுத் தூரமானது y-திசையில் உள்ளதிலிருந்து வேறுபடுகிறது. x-திசையில் வீச்சுத் தூரம் சுமார் 4 மி.மீ. ஆகவும், y-திசையில் வீச்சுத் தூரம் 7 மி.மீ.க்கு நெருக்கமாகவும் உள்ளது. எனவே, உண்மையான வீச்சுத் தூரமானது 4 முதல் 7 மி.மீ. வரை தேர்ந்தெடுக்கப்பட வேண்டும். படம் 8, எதிர்மின்முனை மேற்பரப்பிலிருந்து 4.6 மி.மீ. தொலைவில் உள்ள எலக்ட்ரான் கற்றையின் குறுக்குவெட்டைக் காட்டுகிறது. குறுக்குவெட்டின் வடிவமானது ஒரு நிலையான வட்ட வடிவ எலக்ட்ரான் கற்றைக்கு மிக நெருக்கமாக இருப்பதை நாம் காணலாம். இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளுக்கு இடையேயான தூரம் வடிவமைக்கப்பட்ட 0.31 மி.மீ.க்கு நெருக்கமாகவும், ஆரம் சுமார் 0.13 மி.மீ. ஆகவும் உள்ளது, இது வடிவமைப்புத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது. படம் 9, கற்றை மின்னோட்டத்தின் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளைக் காட்டுகிறது. இரண்டு கற்றை மின்னோட்டங்களும் 76mA ஆக இருப்பதைக் காணலாம், இது வடிவமைக்கப்பட்ட 80mA உடன் நன்கு ஒத்துப்போகிறது.
நடைமுறைப் பயன்பாடுகளில் இயக்க மின்னழுத்தத்தின் ஏற்ற இறக்கத்தைக் கருத்தில் கொண்டு, இந்த மாதிரியின் மின்னழுத்த உணர்திறனைப் படிப்பது அவசியமாகிறது. 19.8 ~ 20.6 kV மின்னழுத்த வரம்பில், மின்னோட்டம் மற்றும் கற்றை மின்னோட்ட உறைகள் பெறப்படுகின்றன, அவை படம் 1 மற்றும் படம் 1.10 மற்றும் 11-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. முடிவுகளிலிருந்து, இயக்க மின்னழுத்தத்தின் மாற்றம் எலக்ட்ரான் கற்றை உறையில் எந்த விளைவையும் ஏற்படுத்தவில்லை என்பதும், எலக்ட்ரான் கற்றை மின்னோட்டம் 0.74-இலிருந்து 0.78 A-ஆக மட்டுமே மாறுகிறது என்பதும் காணப்படுகிறது. எனவே, இந்த ஆய்வறிக்கையில் வடிவமைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் துப்பாக்கி, மின்னழுத்தத்திற்கு ஒரு நல்ல உணர்திறனைக் கொண்டுள்ளது என்று கருதலாம்.
இயக்க மின்னழுத்த ஏற்ற இறக்கங்கள் x மற்றும் y திசைக் கற்றை உறைகளில் ஏற்படுத்தும் விளைவு.
சீரான காந்தக் குவியப் புலம் என்பது ஒரு பொதுவான நிரந்தர காந்தக் குவிய அமைப்பாகும். கற்றை வழித்தடம் முழுவதும் சீரான காந்தப்புலப் பரவல் இருப்பதால், இது அச்சச்சமச்சீர் எலக்ட்ரான் கற்றைகளுக்கு மிகவும் பொருத்தமானது. இந்தப் பிரிவில், இரட்டை பென்சில் கற்றைகளின் நீண்ட தூரப் பரவலைப் பராமரிப்பதற்கான ஒரு சீரான காந்தக் குவிய அமைப்பு முன்மொழியப்பட்டுள்ளது. உருவாக்கப்பட்ட காந்தப்புலம் மற்றும் கற்றை உறையைப் பகுப்பாய்வு செய்வதன் மூலம், குவிய அமைப்பின் வடிவமைப்புத் திட்டம் முன்மொழியப்பட்டு, உணர்திறன் சிக்கல் ஆய்வு செய்யப்படுகிறது. ஒற்றை பென்சில் கற்றையின் நிலையான பரவல் கோட்பாட்டின்படி¹⁸,¹⁹, பிரில்லூயின் காந்தப்புல மதிப்பைச் சமன்பாடு (2) மூலம் கணக்கிடலாம். இந்தக் கட்டுரையில், பக்கவாட்டில் பரவியுள்ள இரட்டை பென்சில் கற்றையின் காந்தப்புலத்தை மதிப்பிடுவதற்கும் இந்தச் சமத்துவத்தைப் பயன்படுத்துகிறோம். இந்தக் கட்டுரையில் வடிவமைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியுடன் இணைந்து, கணக்கிடப்பட்ட காந்தப்புல மதிப்பு சுமார் 4000 Gs ஆகும். குறிப்பு 20-இன் படி, நடைமுறை வடிவமைப்புகளில் கணக்கிடப்பட்ட மதிப்பின் 1.5-2 மடங்கு பொதுவாகத் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது.
படம் 12 ஒரு சீரான காந்தப்புலக் குவியப் புல அமைப்பின் கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது. நீல நிறப் பகுதி என்பது அச்சுத் திசையில் காந்தமாக்கப்பட்ட நிரந்தரக் காந்தமாகும். மூலப்பொருள் தேர்வு NdFeB அல்லது FeCoNi ஆகும். உருவகப்படுத்துதல் மாதிரியில் அமைக்கப்பட்ட மீதக்காந்தம் Br 1.3 T ஆகவும், ஊடுதிறன் 1.05 ஆகவும் உள்ளது. முழுச் சுற்றிலும் கற்றையின் நிலையான பரவலை உறுதி செய்வதற்காக, காந்தத்தின் நீளம் ஆரம்பத்தில் 70 மி.மீ. ஆக அமைக்கப்பட்டுள்ளது. மேலும், கற்றைப் பாதையில் குறுக்கு காந்தப்புலம் சீராக உள்ளதா என்பதை x திசையில் உள்ள காந்தத்தின் அளவு தீர்மானிக்கிறது, எனவே x திசையில் அதன் அளவு மிகவும் சிறியதாக இருக்கக்கூடாது. அதே நேரத்தில், முழு குழாயின் விலை மற்றும் எடையைக் கருத்தில் கொண்டு, காந்தத்தின் அளவு மிகவும் பெரியதாக இருக்கக்கூடாது. எனவே, காந்தங்கள் ஆரம்பத்தில் 150 மி.மீ. × 150 மி.மீ. × 70 மி.மீ. என அமைக்கப்பட்டுள்ளன. இதற்கிடையில், முழு மெது அலைச் சுற்றையும் குவிய அமைப்பில் வைக்க முடியும் என்பதை உறுதி செய்வதற்காக, காந்தங்களுக்கு இடையிலான தூரம் 20 மி.மீ. ஆக அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
2015-ஆம் ஆண்டில், பூர்ண சந்திர பாண்டா²¹ ஒரு சீரான காந்தக் குவிய அமைப்பில் புதிய படிநிலைத் துளை கொண்ட ஒரு துருவத் துண்டை முன்மொழிந்தார். இது எதிர்மின்முனைக்கு ஏற்படும் காந்தப் பாய்வுக் கசிவின் அளவையும், துருவத் துண்டுத் துளையில் உருவாகும் குறுக்கு காந்தப்புலத்தையும் மேலும் குறைக்கும். இந்தக் கட்டுரையில், குவிய அமைப்பின் துருவத் துண்டில் ஒரு படிநிலை அமைப்பைச் சேர்க்கிறோம். படம் 13-இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, துருவத் துண்டின் தடிமன் தொடக்கத்தில் 1.5 மி.மீ. ஆகவும், மூன்று படிநிலைகளின் உயரம் மற்றும் அகலம் 0.5 மி.மீ. ஆகவும், துருவத் துண்டுத் துளைகளுக்கு இடையேயான தூரம் 2 மி.மீ. ஆகவும் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
படம் 14a, இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் மையக்கோடுகளின் வழியே உள்ள அச்சு காந்தப்புலப் பரவலைக் காட்டுகிறது. இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் வழியே உள்ள காந்தப்புல விசைகள் சமமாக இருப்பதைக் காணலாம். காந்தப்புல மதிப்பு சுமார் 6000 Gs ஆகும், இது கடத்துத்திறன் மற்றும் குவியும் செயல்திறனை அதிகரிப்பதற்கான கோட்பாட்டு பிரில்லூயின் புலத்தை விட 1.5 மடங்கு அதிகம். அதே நேரத்தில், எதிர்மின்வாயில் காந்தப்புலம் கிட்டத்தட்ட 0 ஆக உள்ளது, இது காந்தப் பாய்வுக் கசிவைத் தடுப்பதில் துருவத் துண்டு ஒரு நல்ல விளைவைக் கொண்டிருப்பதைக் குறிக்கிறது. படம் 14b, இரண்டு எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் மேல் விளிம்பில் z திசையில் உள்ள குறுக்கு காந்தப்புலப் பரவலைக் காட்டுகிறது. துருவத் துண்டு துளையில் மட்டுமே குறுக்கு காந்தப்புலம் 200 Gs-க்கும் குறைவாக இருப்பதைக் காணலாம், அதேசமயம் மெது அலைச் சுற்றில், குறுக்கு காந்தப்புலம் கிட்டத்தட்ட பூஜ்ஜியமாக உள்ளது, இது எலக்ட்ரான் கற்றையின் மீது குறுக்கு காந்தப்புலத்தின் தாக்கம் புறக்கணிக்கத்தக்கது என்பதை நிரூபிக்கிறது. துருவத் துண்டுகளின் காந்தச் செறிவூட்டலைத் தடுக்க, துருவத் துண்டுகளுக்குள் உள்ள காந்தப்புல வலிமையை ஆய்வு செய்வது அவசியம். படம் 14c, துருவத் துண்டின் உள்ளே உள்ள காந்தப்புலப் பரவலின் முழுமையான மதிப்பைக் காட்டுகிறது. காந்தப்புல வலிமையின் தனிமதிப்பு 1.2T-ஐ விடக் குறைவாக இருப்பதைக் காணலாம், இது துருவத் துண்டின் காந்தச் செறிவூட்டல் ஏற்படாது என்பதைக் குறிக்கிறது.
Br = 1.3 T-க்கான காந்தப்புல வலிமைப் பரவல். (அ) அச்சுப் புலப் பரவல். (ஆ) z திசையில் பக்கவாட்டுப் புலப் பரவல் By. (இ) துருவத் துண்டினுள் உள்ள புலப் பரவலின் தனிமதிப்பு.
CST PS தொகுதியின் அடிப்படையில், இரட்டைக் கற்றைத் துப்பாக்கி மற்றும் குவிய அமைப்பின் அச்சு சார்பு நிலை உகந்ததாக்கப்பட்டுள்ளது. குறிப்பு 9 மற்றும் உருவகப்படுத்துதல்களின்படி, ஆனோடு பகுதி காந்தத்திலிருந்து விலகி துருவப் பகுதியை மேல்பொருந்தும் இடமே உகந்த இடமாகும். இருப்பினும், மீதகாந்தம் 1.3T ஆக அமைக்கப்பட்டால், எலக்ட்ரான் கற்றையின் ஊடுருவல் 99% ஐ எட்ட முடியாது என்பது கண்டறியப்பட்டது. மீதகாந்தத்தை 1.4 T ஆக அதிகரிப்பதன் மூலம், குவியும் காந்தப்புலம் 6500 Gs ஆக அதிகரிக்கப்படும். xoz மற்றும் yoz தளங்களில் உள்ள கற்றைப் பாதைகள் படம் 15 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. கற்றையானது நல்ல ஊடுருவல், சிறிய ஏற்ற இறக்கம் மற்றும் 45 மிமீ-க்கு அதிகமான ஊடுருவல் தூரத்தைக் கொண்டிருப்பதைக் காணலாம்.
Br = 1.4 T கொண்ட ஒருபடித்தான காந்த அமைப்பின் கீழ் இரட்டை பென்சில் கற்றைகளின் பாதைகள். (அ) xoz தளம். (ஆ) yoz வானூர்தி.
படம் 16, எதிர்மின்வாயிலிருந்து வெவ்வேறு தொலைவில் உள்ள கற்றையின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றத்தைக் காட்டுகிறது. குவிய அமைப்பில் கற்றைப் பகுதியின் வடிவம் நன்கு பராமரிக்கப்படுவதையும், பகுதியின் விட்டம் பெரிதாக மாறவில்லை என்பதையும் காணலாம். படம் 17, முறையே x மற்றும் y திசைகளில் உள்ள கற்றை உறைகளைக் காட்டுகிறது. இரு திசைகளிலும் கற்றையின் ஏற்ற இறக்கம் மிகச் சிறியதாக இருப்பதைக் காணலாம். படம் 18, கற்றை மின்னோட்டத்தின் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளைக் காட்டுகிறது. மின்னோட்டம் சுமார் 2 × 80 mA ஆக உள்ளது என்று முடிவுகள் காட்டுகின்றன, இது எலக்ட்ரான் துப்பாக்கி வடிவமைப்பில் கணக்கிடப்பட்ட மதிப்புடன் ஒத்துப்போகிறது.
எதிர்மின்வாயிலிருந்து வெவ்வேறு தொலைவில் உள்ள நிலைகளில் எலக்ட்ரான் கற்றையின் குறுக்குவெட்டுத் தோற்றம் (குவியும் அமைப்புடன்).
நடைமுறைச் செயலாக்கப் பயன்பாடுகளில், பொருத்துதல் பிழைகள், மின்னழுத்த ஏற்ற இறக்கங்கள் மற்றும் காந்தப்புல வலிமையில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் போன்ற தொடர்ச்சியான சிக்கல்களைக் கருத்தில் கொண்டு, குவிய அமைப்பின் உணர்திறனைப் பகுப்பாய்வு செய்வது அவசியமாகிறது. உண்மையான செயலாக்கத்தில் ஆனோடு பகுதிக்கும் துருவப் பகுதிக்கும் இடையில் ஒரு இடைவெளி இருப்பதால், இந்த இடைவெளியை உருவகப்படுத்துதலில் அமைக்க வேண்டும். இடைவெளியின் மதிப்பு 0.2 மி.மீ. என அமைக்கப்பட்டது. படம் 19a, y திசையில் உள்ள கற்றை உறை மற்றும் கற்றை மின்னோட்டத்தைக் காட்டுகிறது. இந்த முடிவு, கற்றை உறையில் ஏற்படும் மாற்றம் குறிப்பிடத்தக்கதாக இல்லை என்பதையும், கற்றை மின்னோட்டம் பெரிய அளவில் மாறவில்லை என்பதையும் காட்டுகிறது. எனவே, இந்த அமைப்பு பொருத்துதல் பிழைகளுக்கு உணர்திறன் அற்றது. செலுத்தும் மின்னழுத்தத்தின் ஏற்ற இறக்கத்திற்கு, பிழை வரம்பு ±0.5 kV என அமைக்கப்பட்டுள்ளது. படம் 19b ஒப்பீட்டு முடிவுகளைக் காட்டுகிறது. மின்னழுத்த மாற்றம் கற்றை உறையில் சிறிய தாக்கத்தையே ஏற்படுத்துகிறது என்பதைக் காணலாம். காந்தப்புல வலிமையில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு, பிழை வரம்பு -0.02 முதல் +0.03 T வரை அமைக்கப்பட்டுள்ளது. ஒப்பீட்டு முடிவுகள் படம் 20-இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. கற்றை உறை பெரிய அளவில் மாறவில்லை என்பதைக் காணலாம், அதாவது முழு EOS-ம் காந்தப்புல வலிமையில் ஏற்படும் மாற்றங்களுக்கு உணர்திறன் அற்றது.
சீரான காந்தக் குவிய அமைப்பின் கீழ் கற்றை உறை மற்றும் மின்னோட்ட முடிவுகள். (அ) இணைப்பு சகிப்புத்தன்மை 0.2 மிமீ. (ஆ) செலுத்தும் மின்னழுத்த ஏற்ற இறக்கம் ±0.5 kV.
0.63 முதல் 0.68 டெஸ்லா வரையிலான அச்சு காந்தப்புல வலிமை ஏற்ற இறக்கங்களைக் கொண்ட ஒரு சீரான காந்தக் குவிய அமைப்பின் கீழ் உள்ள கற்றை உறை.
இந்த ஆய்வறிக்கையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ள குவிய அமைப்பானது HFS உடன் பொருந்துவதை உறுதி செய்வதற்காக, ஆய்விற்காக குவிய அமைப்பையும் HFS-ஐயும் இணைப்பது அவசியமாகிறது. படம் 21, HFS ஏற்றப்பட்ட மற்றும் ஏற்றப்படாத நிலையில் உள்ள கற்றை உறைகளின் ஒப்பீட்டைக் காட்டுகிறது. முழு HFS-ம் ஏற்றப்படும்போது கற்றை உறையில் பெரிய மாற்றம் ஏற்படவில்லை என்பதை முடிவுகள் காட்டுகின்றன. எனவே, இந்தக் குவிய அமைப்பானது மேற்கூறிய வடிவமைப்பைக் கொண்ட பயணிக்கும் அலைக்குழாய் HFS-க்கு ஏற்றதாக உள்ளது.
பிரிவு III-இல் முன்மொழியப்பட்ட EOS-இன் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்கவும், 220 GHz SDV-TWT-இன் செயல்திறனை ஆராயவும், கற்றை-அலை இடைவினையின் 3D-PIC உருவகப்படுத்துதல் மேற்கொள்ளப்பட்டது. உருவகப்படுத்துதல் மென்பொருள் வரம்புகள் காரணமாக, எங்களால் முழு EOS-ஐயும் HFS-இல் சேர்க்க முடியவில்லை. எனவே, எலக்ட்ரான் துப்பாக்கிக்கு பதிலாக, மேலே வடிவமைக்கப்பட்ட எலக்ட்ரான் துப்பாக்கியின் அதே அளவுருக்களான 0.13 மிமீ விட்டம் மற்றும் இரண்டு பரப்புகளுக்கு இடையே 0.31 மிமீ தூரம் கொண்ட ஒரு சமமான உமிழும் பரப்பு பயன்படுத்தப்பட்டது. EOS-இன் உணர்வின்மை மற்றும் நல்ல நிலைத்தன்மை காரணமாக, PIC உருவகப்படுத்துதலில் சிறந்த வெளியீட்டு சக்தியை அடைய, இயக்க மின்னழுத்தத்தை முறையாக மேம்படுத்த முடிந்தது. உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகள், 20.6 kV இயக்க மின்னழுத்தம், 2 × 80 mA (603 A/cm2) கற்றை மின்னோட்டம் மற்றும் 0.05 W உள்ளீட்டு சக்தி ஆகியவற்றில் நிறைவுற்ற வெளியீட்டு சக்தி மற்றும் பெருக்கத்தைப் பெற முடியும் என்பதைக் காட்டுகின்றன.
சிறந்த வெளியீட்டு சமிக்ஞையைப் பெறுவதற்கு, சுழற்சிகளின் எண்ணிக்கையையும் உகந்ததாக்க வேண்டும். படம் 22a-வில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரண்டு நிலைகளின் எண்ணிக்கை 42 + 48 சுழற்சிகளாக இருக்கும்போது சிறந்த வெளியீட்டுத் திறன் பெறப்படுகிறது. 0.05 W உள்ளீட்டு சமிக்ஞை 38 dB பெருக்கத்துடன் 314 W ஆகப் பெருக்கப்படுகிறது. ஃபாஸ்ட் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் (FFT) மூலம் பெறப்பட்ட வெளியீட்டுத் திறன் நிறமாலை தூய்மையானது, இது 220 GHz-ல் உச்சத்தை அடைகிறது. படம் 22b, SWS-ல் உள்ள எலக்ட்ரான் ஆற்றலின் அச்சு நிலை பரவலைக் காட்டுகிறது, இதில் பெரும்பாலான எலக்ட்ரான்கள் ஆற்றலை இழக்கின்றன. இந்த முடிவு, SDV-SWS ஆனது எலக்ட்ரான்களின் இயக்க ஆற்றலை RF சமிக்ஞைகளாக மாற்ற முடியும் என்பதையும், அதன் மூலம் சமிக்ஞைப் பெருக்கத்தை உணர முடியும் என்பதையும் குறிக்கிறது.
220 GHz இல் SDV-SWS வெளியீட்டு சமிக்ஞை. (அ) உள்ளடக்கப்பட்ட நிறமாலையுடன் கூடிய வெளியீட்டுத் திறன். (ஆ) SWS செருகலின் முடிவில் எலக்ட்ரான் கற்றையுடன் கூடிய எலக்ட்ரான்களின் ஆற்றல் பரவல்.
படம் 23 ஒரு இரட்டை-முறை இரட்டை-கற்றை SDV-TWT-இன் வெளியீட்டுத் திறன் அலைவரிசை அகலம் மற்றும் ஆதாயத்தைக் காட்டுகிறது. 200 முதல் 275 GHz வரையிலான அதிர்வெண்களை மாற்றுவதன் மூலமும், இயக்க மின்னழுத்தத்தை உகந்ததாக்குவதன் மூலமும் வெளியீட்டுச் செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்த முடியும். இந்த முடிவு, 3-dB அலைவரிசை அகலம் 205 முதல் 275 GHz வரை உள்ளடக்க முடியும் என்பதைக் காட்டுகிறது, அதாவது இரட்டை-முறைச் செயல்பாடு இயக்க அலைவரிசை அகலத்தை வெகுவாக விரிவுபடுத்த முடியும்.
இருப்பினும், படம் 2a-வின்படி, ஒற்றை மற்றும் இரட்டை அலைவுகளுக்கு இடையில் ஒரு நிறுத்தப் பட்டை உள்ளது என்பதை நாம் அறிவோம், இது தேவையற்ற அலைவுகளுக்கு வழிவகுக்கக்கூடும். எனவே, நிறுத்தப் பட்டைகளைச் சுற்றியுள்ள வேலை நிலைத்தன்மை குறித்து ஆய்வு செய்யப்பட வேண்டும். படங்கள் 24a-c ஆகியவை முறையே 265.3 GHz, 265.35 GHz, மற்றும் 265.4 GHz-இல் பெறப்பட்ட 20 ns உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகள் ஆகும். உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளில் சில ஏற்ற இறக்கங்கள் இருந்தாலும், வெளியீட்டுத் திறன் ஒப்பீட்டளவில் நிலையானதாக இருப்பதைக் காணலாம். நிறமாலையும் முறையே படம் 24-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது, நிறமாலை தூய்மையானது. இந்த முடிவுகள் நிறுத்தப் பட்டைக்கு அருகில் சுய-அலைவு இல்லை என்பதைக் குறிக்கின்றன.
முழு HFS-இன் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்க, உருவாக்கம் மற்றும் அளவீடு அவசியமாகும். இந்தப் பகுதியில், 0.1 மிமீ கருவி விட்டம் மற்றும் 10 μm எந்திரத் துல்லியத்துடன் கணினி எண் கட்டுப்பாட்டு (CNC) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்தி HFS உருவாக்கப்படுகிறது. உயர் அதிர்வெண் கட்டமைப்பிற்கான மூலப்பொருள், ஆக்சிஜன் இல்லாத உயர் கடத்துத்திறன் (OFHC) செம்பினால் வழங்கப்படுகிறது. படம் 25a உருவாக்கப்பட்ட கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது. முழு கட்டமைப்பும் 66.00 மிமீ நீளம், 20.00 மிமீ அகலம் மற்றும் 8.66 மிமீ உயரம் கொண்டது. கட்டமைப்பைச் சுற்றி எட்டு ஊசித் துளைகள் விநியோகிக்கப்பட்டுள்ளன. படம் 25b ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் மைக்ரோஸ்கோபி (SEM) மூலம் கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது. இந்தக் கட்டமைப்பின் பிளேடுகள் சீராக உற்பத்தி செய்யப்பட்டு, நல்ல மேற்பரப்பு சொரசொரப்பைக் கொண்டுள்ளன. துல்லியமான அளவீட்டிற்குப் பிறகு, ஒட்டுமொத்த எந்திரப் பிழை 5%-க்கும் குறைவாகவும், மேற்பரப்பு சொரசொரப்பு சுமார் 0.4μm ஆகவும் உள்ளது. எந்திரக் கட்டமைப்பு வடிவமைப்பு மற்றும் துல்லியத் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்கிறது.
படம் 26, பரிமாற்ற செயல்திறனின் உண்மையான சோதனை முடிவுகளுக்கும் உருவகப்படுத்துதல்களுக்கும் இடையிலான ஒப்பீட்டைக் காட்டுகிறது. படம் 26a-வில் உள்ள போர்ட் 1 மற்றும் போர்ட் 2 ஆகியவை முறையே HFS-இன் உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டு போர்ட்களைக் குறிக்கின்றன, மேலும் அவை படம் 3-இல் உள்ள போர்ட் 1 மற்றும் போர்ட் 4-க்குச் சமமானவை. S11-இன் உண்மையான அளவீட்டு முடிவுகள், உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளை விட சற்றே சிறப்பாக உள்ளன. அதே நேரத்தில், S21-இன் அளவீட்டு முடிவுகள் சற்றே மோசமாக உள்ளன. உருவகப்படுத்துதலில் அமைக்கப்பட்ட பொருளின் கடத்துத்திறன் மிக அதிகமாக இருப்பதும், உண்மையான இயந்திர வேலைக்குப் பிறகு மேற்பரப்பு சொரசொரப்பு மோசமாக இருப்பதும் இதற்குக் காரணமாக இருக்கலாம். ஒட்டுமொத்தமாக, அளவீட்டு முடிவுகள் உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் நல்ல இணக்கத்தைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் பரிமாற்ற அலைவரிசை 70 GHz தேவையைப் பூர்த்தி செய்கிறது, இது முன்மொழியப்பட்ட இரட்டை-முறை SDV-TWT-இன் சாத்தியக்கூறு மற்றும் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்கிறது. எனவே, உண்மையான உற்பத்தி செயல்முறை மற்றும் சோதனை முடிவுகளுடன் இணைந்து, இந்த ஆய்வறிக்கையில் முன்மொழியப்பட்ட மீ-அகல அலைவரிசை இரட்டை-கற்றை SDV-TWT வடிவமைப்பானது, அடுத்தடுத்த உற்பத்தி மற்றும் பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படலாம்.
இந்தக் கட்டுரையில், ஒரு தளப் பரவல் 220 GHz இரட்டைக் கற்றை SDV-TWT-யின் விரிவான வடிவமைப்பு வழங்கப்பட்டுள்ளது. இரட்டை முறைச் செயல்பாடு மற்றும் இரட்டைக் கற்றைத் தூண்டல் ஆகியவற்றின் ஒருங்கிணைப்பு, இயக்க அலைவரிசையையும் வெளியீட்டுத் திறனையும் மேலும் அதிகரிக்கிறது. முழு HFS-இன் சரியான தன்மையைச் சரிபார்க்க, உற்பத்தி மற்றும் குளிர் சோதனையும் மேற்கொள்ளப்பட்டுள்ளன. உண்மையான அளவீட்டு முடிவுகள், உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் நல்ல இணக்கத்தைக் கொண்டுள்ளன. வடிவமைக்கப்பட்ட இரு-கற்றை EOS-க்கு, ஒரு முகமூடிப் பகுதியும் கட்டுப்பாட்டு மின்முனைகளும் இணைந்து ஒரு இரு-பென்சில் கற்றையை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன. வடிவமைக்கப்பட்ட சீரான குவியும் காந்தப்புலத்தின் கீழ், எலக்ட்ரான் கற்றையானது நல்ல வடிவத்துடன் நீண்ட தூரங்களுக்கு நிலையாகக் கடத்தப்பட முடியும். எதிர்காலத்தில், EOS-இன் உற்பத்தி மற்றும் சோதனை மேற்கொள்ளப்படும், மேலும் முழு TWT-இன் வெப்பச் சோதனையும் நடத்தப்படும். இந்தக் கட்டுரையில் முன்மொழியப்பட்ட இந்த SDV-TWT வடிவமைப்புத் திட்டம், தற்போதைய முதிர்ந்த தளச் செயலாக்கத் தொழில்நுட்பத்தை முழுமையாக ஒருங்கிணைக்கிறது, மேலும் செயல்திறன் குறிகாட்டிகள் மற்றும் செயலாக்கம் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பில் பெரும் ஆற்றலைக் காட்டுகிறது. எனவே, டெராஹெர்ட்ஸ் அலைவரிசையில் வெற்றிட மின்னணு சாதனங்களின் வளர்ச்சிப் போக்காக தள அமைப்பு மாறுவதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம் என்று இந்தக் கட்டுரை நம்புகிறது.
இந்த ஆய்வில் உள்ள பெரும்பாலான மூலத் தரவுகளும் பகுப்பாய்வு மாதிரிகளும் இந்தக் கட்டுரையில் சேர்க்கப்பட்டுள்ளன. பொருத்தமான கோரிக்கையின் பேரில், தொடர்புடைய ஆசிரியரிடமிருந்து மேலதிகத் தகவல்களைப் பெற்றுக்கொள்ளலாம்.
கம்ஸினா, டி. மற்றும் பலர். சப்-டெராஹெர்ட்ஸ் வெற்றிட மின்னணுவியலின் நானோ அளவிலான CNC எந்திர வேலைப்பாடு. IEEE டிரான்ஸ். எலக்ட்ரானிக் டிவைசஸ். 63, 4067–4073 (2016).
மலேகாபாடி, ஏ. மற்றும் பாலோனி, சி. பல்லடுக்கு SU-8 போட்டோரெசிஸ்ட்டைப் பயன்படுத்தி சப்-டெராஹெர்ட்ஸ் அலைவழிகளின் UV-LIGA நுண் உருவாக்கம். ஜே. மைக்ரோமெக்கானிக்ஸ். மைக்ரோ எலக்ட்ரானிக்ஸ். 26, 095010. https://doi.org/10.1088/0960-1317/26/9/095010 (2016).
தில்லன், எஸ்.எஸ். மற்றும் பலர். 2017 டெராஹெர்ட்ஸ் தொழில்நுட்ப செயல்திட்டம். ஜே. பிசிக்ஸ். டி டு அப்ளை. பிசிக்ஸ். 50, 043001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/50/4/043001 (2017).
ஷின், ஒய்.எம்., பார்னெட், எல்.ஆர். & லுஹ்மான், என்.சி. மிக அகன்ற அலைவரிசை கொண்ட, மாற்றி அமைக்கப்பட்ட இரட்டைக் கீற்று அலை வழிகாட்டிகள் வழியாக பிளாஸ்மோனிக் அலை பரவுதலின் வலுவான கட்டுப்பாடு. அப்ளிகேஷன்.பிசிக்ஸ்.ரைட்.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
பைக், ஏ. மற்றும் பலர். நானோ CNC இயந்திரத்தால் உருவாக்கப்பட்ட 220-GHz பயண அலைக் குழாய் பெருக்கியின் செயல்திறன். IEEE Trans.electronic devices.64, 590–592 (2017).
ஹான், ஒய். & ருவான், சி.ஜே. மேக்ரோஸ்கோபிக் குளிர் திரவ மாதிரி கோட்பாட்டைப் பயன்படுத்தி முடிவிலா அகலமுள்ள தாள் எலக்ட்ரான் கற்றைகளின் டையோகோட்ரான் நிலையற்ற தன்மையை ஆராய்தல். சைனீஸ் பிசிக்ஸ் பி. 20, 104101. https://doi.org/10.1088/1674-1056/20/10/104101 (2011).
மல்டிபீம் கிளைஸ்ட்ரானில் கற்றையின் தள அமைப்பின் மூலம் அலைவரிசையை அதிகரிப்பதற்கான வாய்ப்பு குறித்து கால்டெட்ஸ்கி, ஏ.வி. 12வது IEEE சர்வதேச வெற்றிட மின்னணுவியல் மாநாட்டில், பெங்களூரு, இந்தியா, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
நுகுயென், சி.ஜே. மற்றும் பலர். W-பட்டை மாற்று இரட்டை-பிளேடு பயண அலைக்குழாயில் குறுகிய கற்றைப் பிளவு தளப் பரவலுடன் கூடிய மூன்று-கற்றை எலக்ட்ரான் துப்பாக்கிகளின் வடிவமைப்பு[J].சயின்ஸ்.ரெப். 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
வாங், பிபி, சு, ஒய்ஒய், ஜாங், இசட்., வாங், டபிள்யூபி & ருவான், சிஜே டபிள்யூ-பேண்ட் அடிப்படை பயன்முறைக்கான குறுகிய கற்றைப் பிரிப்புடன் கூடிய தளப் பரவலாக்கப்பட்ட மூன்று-கற்றை எலக்ட்ரான் ஒளியியல் அமைப்பு TWT.IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
ஜான், எம். மில்லிமீட்டர்-அலைத் தகடு விட்டங்களைக் கொண்ட இடைச்செருகப்பட்ட இரட்டை-பிளேடு நகரும் அலைக் குழாய் பற்றிய ஆய்வு 20-22 (முனைவர் பட்டம், பெய்ஹாங் பல்கலைக்கழகம், 2018).
ருவான், சி.ஜே., ஜாங், எச்.எஃப்., தாவோ, ஜே. & ஹே, ஒய். ஒரு ஜி-பேண்ட் இடைப்பட்ட இரட்டை-பிளேடு பயணிக்கும் அலைக்குழாயின் கற்றை-அலை இடைவினை நிலைத்தன்மை குறித்த ஆய்வு. 2018 43வது சர்வதேச அகச்சிவப்பு மில்லிமீட்டர் மற்றும் டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் மாநாடு, நகோயா. 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).