Nature.comను సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్‌లో CSSకు పరిమిత మద్దతు ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు అప్‌డేట్ చేయబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో కంపాటిబిలిటీ మోడ్‌ను ఆఫ్ చేయాలని) మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము. ఈలోగా, మద్దతు కొనసాగేలా చూసేందుకు, మేము ఈ సైట్‌ను స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా ప్రదర్శిస్తాము.
ఈ పత్రంలో, 220GHz బ్రాడ్‌బ్యాండ్ అధిక-శక్తి ఇంటర్‌లీవ్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ రూపకల్పన చేయబడి, ధృవీకరించబడింది. మొదటగా, ఒక ప్లానార్ డబుల్-బీమ్ స్టాగర్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ స్లో-వేవ్ నిర్మాణం ప్రతిపాదించబడింది. డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ స్కీమ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, ప్రసార పనితీరు మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్ సింగిల్-మోడ్ కంటే దాదాపు రెట్టింపుగా ఉన్నాయి. రెండవదిగా, అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్ అవసరాలను తీర్చడానికి మరియు ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి, డబుల్ పెన్సిల్ ఆకారపు ఎలక్ట్రానిక్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్ రూపొందించబడింది, దీని డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ 20~21 kV మరియు కరెంట్ 2 × 80 mA. రూపకల్పన లక్ష్యాలు: డబుల్ బీమ్ గన్‌లోని మాస్క్ భాగం మరియు కంట్రోల్ ఎలక్ట్రోడ్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, రెండు పెన్సిల్ బీమ్‌లను వాటి సంబంధిత కేంద్రాల వెంబడి 7 సంపీడన నిష్పత్తితో ఫోకస్ చేయవచ్చు, ఫోకసింగ్ దూరం సుమారు 0.18mm మరియు స్థిరత్వం బాగుంది. ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. ప్లానార్ డబుల్ ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ప్రసార దూరం 45 mm వరకు చేరుకోగలదు మరియు ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం 0.6 T, ఇది మొత్తం అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ వ్యవస్థను కవర్ చేయడానికి సరిపోతుంది. (HFS). ఆ తర్వాత, ఎలక్ట్రాన్-ఆప్టికల్ వ్యవస్థ యొక్క వినియోగ సామర్థ్యాన్ని మరియు స్లో-వేవ్ నిర్మాణం యొక్క పనితీరును ధృవీకరించడానికి, మొత్తం HFS పై పార్టికల్ సెల్ (PIC) సిమ్యులేషన్లు కూడా నిర్వహించబడ్డాయి. ఫలితాలు చూపిస్తున్నదేమిటంటే, బీమ్-ఇంటరాక్షన్ వ్యవస్థ 220 GHz వద్ద దాదాపు 310 W గరిష్ట అవుట్‌పుట్ శక్తిని సాధించగలదు, ఆప్టిమైజ్ చేయబడిన బీమ్ వోల్టేజ్ 20.6 kV, బీమ్ కరెంట్ 2 × 80 mA, గెయిన్ 38 dB, మరియు 3-dB బ్యాండ్‌విడ్త్ సుమారు 70 GHz వద్ద 35 dB ని మించి ఉంటుంది. చివరగా, HFS యొక్క పనితీరును ధృవీకరించడానికి అధిక-ఖచ్చితత్వ మైక్రోస్ట్రక్చర్ ఫ్యాబ్రికేషన్ నిర్వహించబడింది, మరియు ఫలితాలు బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ లక్షణాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాలతో బాగా సరిపోలుతున్నాయని చూపిస్తున్నాయి. అందువల్ల, ఈ పత్రంలో ప్రతిపాదించబడిన పథకం భవిష్యత్ అనువర్తనాలకు సంభావ్యత కలిగిన అధిక-శక్తి, అల్ట్రా-బ్రాడ్‌బ్యాండ్ టెరాహెర్ట్జ్-బ్యాండ్ రేడియేషన్ మూలాలను అభివృద్ధి చేస్తుందని ఆశించబడుతుంది.
సాంప్రదాయ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరంగా, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ (TWT) అధిక-రిజల్యూషన్ రాడార్, ఉపగ్రహ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలు మరియు అంతరిక్ష పరిశోధన వంటి అనేక అనువర్తనాలలో ఒక అనివార్యమైన పాత్రను పోషిస్తుంది¹,²,³. అయితే, ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోకి ప్రవేశించడంతో, సాపేక్షంగా తక్కువ అవుట్‌పుట్ పవర్, ఇరుకైన బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు క్లిష్టమైన తయారీ ప్రక్రియల కారణంగా సాంప్రదాయ కపుల్డ్-క్యావిటీ TWT మరియు హెలికల్ TWT ప్రజల అవసరాలను తీర్చలేకపోయాయి. అందువల్ల, THz బ్యాండ్ పనితీరును సమగ్రంగా ఎలా మెరుగుపరచాలనేది అనేక శాస్త్రీయ పరిశోధనా సంస్థలకు చాలా ఆందోళన కలిగించే సమస్యగా మారింది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, స్టాగర్డ్ డ్యూయల్-బ్లేడ్ (SDV) నిర్మాణాలు మరియు ఫోల్డెడ్ వేవ్‌గైడ్ (FW) నిర్మాణాలు వంటి నూతన స్లో-వేవ్ నిర్మాణాలు (SWSలు), వాటి సహజ సమతల నిర్మాణాల కారణంగా విస్తృతమైన దృష్టిని ఆకర్షించాయి, ముఖ్యంగా ఆశాజనకమైన సామర్థ్యం గల నూతన SDV-SWSలు. ఈ నిర్మాణాన్ని 2008లో UC-డేవిస్ ప్రతిపాదించింది⁴. ఈ సమతల నిర్మాణాన్ని కంప్యూటర్ న్యూమరికల్ కంట్రోల్ (CNC) మరియు UV-LIGA వంటి మైక్రో-నానో ప్రాసెసింగ్ టెక్నిక్‌ల ద్వారా సులభంగా తయారు చేయవచ్చు, దీని పూర్తి-లోహ ప్యాకేజ్ నిర్మాణం ఇది అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు గెయిన్‌తో పాటు అధిక ఉష్ణ సామర్థ్యాన్ని అందించగలదు, మరియు వేవ్‌గైడ్ లాంటి నిర్మాణం విస్తృతమైన వర్కింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను కూడా అందించగలదు. ప్రస్తుతం, UC డేవిస్ 2017లో మొదటిసారిగా SDV-TWT, G-బ్యాండ్⁵లో 100 W కంటే ఎక్కువ అధిక-శక్తి అవుట్‌పుట్‌లను మరియు దాదాపు 14 GHz బ్యాండ్‌విడ్త్ సిగ్నల్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలదని ప్రదర్శించింది. అయినప్పటికీ, ఈ ఫలితాలలో టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లో అధిక శక్తి మరియు విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ యొక్క సంబంధిత అవసరాలను తీర్చలేని లోపాలు ఇప్పటికీ ఉన్నాయి. UC-డేవిస్ యొక్క G-బ్యాండ్ SDV-TWT కోసం, షీట్ ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌లను ఉపయోగించారు. ఈ పద్ధతి బీమ్ యొక్క కరెంట్-మోసే సామర్థ్యాన్ని గణనీయంగా మెరుగుపరచగలిగినప్పటికీ, షీట్ బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్ (EOS) యొక్క అస్థిరత కారణంగా సుదీర్ఘ ప్రసార దూరాన్ని కొనసాగించడం కష్టం, మరియు ఓవర్-మోడ్ బీమ్ టన్నెల్ కూడా ఉంది, ఇది బీమ్ స్వీయ-నియంత్రణకు కారణం కావచ్చు. – ఉత్తేజం మరియు డోలనం 6,7. THz TWT యొక్క అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్, విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు మంచి స్థిరత్వం యొక్క అవసరాలను తీర్చడానికి, ఈ పేపర్‌లో డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్‌తో కూడిన డ్యూయల్-బీమ్ SDV-SWS ప్రతిపాదించబడింది. అంటే, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, ఈ నిర్మాణంలో డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్ ప్రతిపాదించబడింది మరియు పరిచయం చేయబడింది. మరియు, అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను పెంచడానికి, డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్‌ల యొక్క ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. నిలువు పరిమాణ పరిమితుల కారణంగా సింగిల్ పెన్సిల్ బీమ్ రేడియోలు సాపేక్షంగా చిన్నవిగా ఉంటాయి. కరెంట్ డెన్సిటీ చాలా ఎక్కువగా ఉంటే, బీమ్ కరెంట్‌ను తగ్గించాల్సి ఉంటుంది, దీని ఫలితంగా సాపేక్షంగా తక్కువ అవుట్‌పుట్ పవర్ వస్తుంది. బీమ్ కరెంట్‌ను మెరుగుపరచడానికి, ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ మల్టీబీమ్ EOS ఉద్భవించింది, ఇది SWS యొక్క పార్శ్వ పరిమాణాన్ని ఉపయోగించుకుంటుంది. స్వతంత్ర బీమ్ టన్నెలింగ్ కారణంగా, ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ మల్టీ-బీమ్ అధిక మొత్తం బీమ్ కరెంట్‌ను మరియు ప్రతి బీమ్‌కు తక్కువ కరెంట్‌ను నిర్వహించడం ద్వారా అధిక అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను సాధించగలదు, ఇది షీట్-బీమ్ పరికరాలతో పోలిస్తే ఓవర్‌మోడ్ బీమ్ టన్నెలింగ్‌ను నివారించగలదు. అందువల్ల, ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని నిర్వహించడానికి ఇది ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. మునుపటి ఆధారంగా వర్క్8,9లో, ఈ పత్రం G-బ్యాండ్ ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్ర ఫోకసింగ్ డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ EOSను ప్రతిపాదిస్తుంది, ఇది బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ప్రసార దూరాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది మరియు బీమ్ ఇంటరాక్షన్ ఏరియాను మరింత పెంచుతుంది, తద్వారా అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.
ఈ పత్రం యొక్క నిర్మాణం ఈ క్రింది విధంగా ఉంది. మొదట, పారామితులతో కూడిన SWS సెల్ రూపకల్పన, విక్షేపణ లక్షణాల విశ్లేషణ మరియు అధిక పౌనఃపున్య అనుకరణ ఫలితాలు వివరించబడ్డాయి. తరువాత, యూనిట్ సెల్ నిర్మాణం ప్రకారం, ఈ పత్రంలో డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ EOS మరియు బీమ్ పరస్పర చర్య వ్యవస్థ రూపొందించబడ్డాయి. EOS యొక్క వినియోగ సామర్థ్యాన్ని మరియు SDV-TWT యొక్క పనితీరును ధృవీకరించడానికి కణాంతర్గత కణ అనుకరణ ఫలితాలు కూడా సమర్పించబడ్డాయి. అదనంగా, మొత్తం HFS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి తయారీ మరియు శీతల పరీక్ష ఫలితాలను ఈ పత్రం క్లుప్తంగా అందిస్తుంది. చివరగా సారాంశం ఇవ్వబడింది.
TWT యొక్క అత్యంత ముఖ్యమైన భాగాలలో ఒకటిగా, స్లో-వేవ్ నిర్మాణం యొక్క డిస్పర్సివ్ లక్షణాలు ఎలక్ట్రాన్ వేగం SWS యొక్క ఫేజ్ వేగంతో సరిపోలుతుందో లేదో సూచిస్తాయి, మరియు తద్వారా బీమ్-వేవ్ పరస్పర చర్యపై గొప్ప ప్రభావాన్ని చూపుతాయి. మొత్తం TWT యొక్క పనితీరును మెరుగుపరచడానికి, ఒక మెరుగైన పరస్పర చర్య నిర్మాణం రూపొందించబడింది. యూనిట్ సెల్ నిర్మాణం పటం 1లో చూపబడింది. షీట్ బీమ్ యొక్క అస్థిరత మరియు సింగిల్ పెన్ బీమ్ యొక్క శక్తి పరిమితిని పరిగణనలోకి తీసుకుని, అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు ఆపరేషన్ స్థిరత్వాన్ని మరింత మెరుగుపరచడానికి ఈ నిర్మాణం డబుల్ పెన్ బీమ్‌ను స్వీకరిస్తుంది. అదే సమయంలో, వర్కింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, SWS ఆపరేట్ చేయడానికి డ్యూయల్ మోడ్ ప్రతిపాదించబడింది. SDV నిర్మాణం యొక్క సౌష్టవం కారణంగా, విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర డిస్పర్షన్ సమీకరణం యొక్క పరిష్కారాన్ని బేసి మరియు సరి మోడ్‌లుగా విభజించవచ్చు. అదే సమయంలో, బీమ్ పరస్పర చర్య యొక్క బ్రాడ్‌బ్యాండ్ సింక్రొనైజేషన్‌ను గ్రహించడానికి తక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క ప్రాథమిక బేసి మోడ్ మరియు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క ప్రాథమిక సరి మోడ్ ఉపయోగించబడతాయి, తద్వారా వర్కింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.
శక్తి అవసరాల ప్రకారం, మొత్తం ట్యూబ్ 20 kV డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మరియు 2 × 80 mA డబుల్ బీమ్ కరెంట్‌తో రూపొందించబడింది. SDV-SWS యొక్క ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌కు వోల్టేజ్‌ను వీలైనంత దగ్గరగా సరిపోల్చడానికి, మనం పీరియడ్ p పొడవును లెక్కించాలి. బీమ్ వోల్టేజ్ మరియు పీరియడ్ మధ్య సంబంధం సమీకరణం (1)10లో చూపబడింది:
220 GHz కేంద్ర పౌనఃపున్యం వద్ద దశ మార్పును 2.5π గా అమర్చడం ద్వారా, ఆవర్తనం p ని 0.46 mm గా లెక్కించవచ్చు. పటం 2a SWS యూనిట్ సెల్ యొక్క విక్షేపణ ధర్మాలను చూపుతుంది. 20 kV బీమ్‌లైన్ బైమోడల్ వక్రరేఖతో చాలా బాగా సరిపోలుతుంది. సరిపోలే పౌనఃపున్య బ్యాండ్‌లు 210–265.3 GHz (బేసి మోడ్) మరియు 265.4–280 GHz (సరి మోడ్) పరిధులలో సుమారు 70 GHz వరకు చేరగలవు. పటం 2b సగటు కప్లింగ్ ఇంపిడెన్స్‌ను చూపుతుంది, ఇది 210 నుండి 290 GHz వరకు 0.6 Ω కంటే ఎక్కువగా ఉంది, 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 ఇంపిడెన్స్.
అయితే, బేసి మరియు సరి మోడ్‌ల మధ్య ఒక బ్యాండ్ గ్యాప్ ఉందని గమనించడం ముఖ్యం, మరియు మనం సాధారణంగా ఈ బ్యాండ్ గ్యాప్‌ను స్టాప్ బ్యాండ్ అని పిలుస్తాము, ఇది చిత్రం 2aలో చూపబడింది. TWTని ఈ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌కు సమీపంలో ఆపరేట్ చేస్తే, బలమైన బీమ్ కప్లింగ్ బలం ఏర్పడవచ్చు, ఇది అవాంఛిత డోలనాలకు దారితీస్తుంది. ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలలో, మనం సాధారణంగా స్టాప్‌బ్యాండ్‌కు సమీపంలో TWTని ఉపయోగించకుండా ఉంటాము. అయితే, ఈ స్లో-వేవ్ నిర్మాణం యొక్క బ్యాండ్ గ్యాప్ కేవలం 0.1 GHz మాత్రమే అని చూడవచ్చు. ఈ చిన్న బ్యాండ్ గ్యాప్ డోలనాలకు కారణమవుతుందో లేదో నిర్ధారించడం కష్టం. అందువల్ల, అవాంఛిత డోలనాలు సంభవించవచ్చో లేదో విశ్లేషించడానికి, స్టాప్ బ్యాండ్ చుట్టూ ఉన్న ఆపరేషన్ యొక్క స్థిరత్వం తదుపరి PIC సిమ్యులేషన్ విభాగంలో పరిశోధించబడుతుంది.
మొత్తం HFS యొక్క నమూనా చిత్రం 3లో చూపబడింది. ఇది బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ల ద్వారా అనుసంధానించబడిన SDV-SWS యొక్క రెండు దశలను కలిగి ఉంటుంది. రిఫ్లెక్టర్ యొక్క పని రెండు దశల మధ్య సిగ్నల్ ప్రసారాన్ని నిలిపివేయడం, పై మరియు దిగువ బ్లేడ్‌ల మధ్య ఉత్పన్నమయ్యే అధిక-క్రమ మోడ్‌ల వంటి పని చేయని మోడ్‌ల యొక్క డోలనం మరియు ప్రతిబింబాన్ని అణచివేయడం, తద్వారా మొత్తం ట్యూబ్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని బాగా మెరుగుపరచడం. బాహ్య వాతావరణానికి కనెక్షన్ కోసం, SWSను WR-4 ప్రామాణిక వేవ్‌గైడ్‌కు కనెక్ట్ చేయడానికి లీనియర్ టేపర్డ్ కప్లర్ కూడా ఉపయోగించబడుతుంది. రెండు-స్థాయి నిర్మాణం యొక్క ప్రసార గుణకం 3D సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్‌లోని టైమ్ డొమైన్ సాల్వర్ ద్వారా కొలవబడుతుంది. పదార్థంపై టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్ యొక్క వాస్తవ ప్రభావాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకుని, వాక్యూమ్ ఎన్వలప్ యొక్క పదార్థం ప్రారంభంలో రాగిగా సెట్ చేయబడింది మరియు వాహకత 2.25×10⁷ S/m¹²కు తగ్గించబడింది.
పటం 4 లీనియర్ టేపర్డ్ కప్లర్‌లతో మరియు లేకుండా HFS యొక్క ప్రసార ఫలితాలను చూపుతుంది. ఈ ఫలితాలు మొత్తం HFS యొక్క ప్రసార పనితీరుపై కప్లర్ ప్రభావం చాలా తక్కువగా ఉందని చూపిస్తున్నాయి. 207~280 GHz బ్రాడ్‌బ్యాండ్‌లో మొత్తం సిస్టమ్ యొక్క రిటర్న్ లాస్ (S11 < − 10 dB) మరియు ఇన్సర్షన్ లాస్ (S21 > − 5 dB) HFS మంచి ప్రసార లక్షణాలను కలిగి ఉందని చూపిస్తున్నాయి.
వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల విద్యుత్ సరఫరాగా, ఎలక్ట్రాన్ గన్ ఆ పరికరం తగినంత అవుట్‌పుట్ శక్తిని ఉత్పత్తి చేయగలదా లేదా అని నేరుగా నిర్ధారిస్తుంది. విభాగం IIలోని HFS విశ్లేషణతో కలిపి, తగినంత శక్తిని అందించడానికి ఒక డ్యూయల్-బీమ్ EOSను రూపొందించాల్సిన అవసరం ఉంది. ఈ భాగంలో, W-బ్యాండ్8,9లోని మునుపటి పని ఆధారంగా, ఒక ప్లానార్ మాస్క్ భాగం మరియు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉపయోగించి డబుల్ పెన్సిల్ ఎలక్ట్రాన్ గన్ రూపొందించబడింది. మొదట, విభాగంలోని SWS యొక్క డిజైన్ అవసరాల ప్రకారం. పటంలో చూపిన విధంగా. 2, ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ Ua ప్రారంభంలో 20 kV కి సెట్ చేయబడింది, రెండు ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల కరెంట్లు I రెండూ 80 mA, మరియు ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల పుంజం వ్యాసం dw 0.13 mm. అదే సమయంలో, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం మరియు కాథోడ్ యొక్క కరెంట్ సాంద్రతను సాధించవచ్చని నిర్ధారించడానికి, ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క సంపీడన నిష్పత్తి 7 కి సెట్ చేయబడింది, కాబట్టి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం యొక్క కరెంట్ సాంద్రత 603 A/cm2, మరియు కాథోడ్ యొక్క కరెంట్ సాంద్రత 86 A/cm2, ఇది కొత్త కాథోడ్ పదార్థాలను ఉపయోగించడం ద్వారా సాధించబడుతుంది. డిజైన్ సిద్ధాంతం 14, 15, 16, 17 ప్రకారం, ఒక సాధారణ పియర్స్ ఎలక్ట్రాన్ గన్‌ను ప్రత్యేకంగా గుర్తించవచ్చు.
పటం 5 వరుసగా గన్ యొక్క క్షితిజ సమాంతర మరియు నిలువు స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రాలను చూపుతుంది. x-దిశలో ఎలక్ట్రాన్ గన్ యొక్క ప్రొఫైల్ ఒక సాధారణ షీట్ లాంటి ఎలక్ట్రాన్ గన్ మాదిరిగానే ఉందని గమనించవచ్చు, 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 ఉన్నాయి. సంపీడన నిష్పత్తి మరియు ఎలక్ట్రాన్ ఇంజెక్షన్ పరిమాణం యొక్క రూపకల్పన అవసరాల ప్రకారం, రెండు కాథోడ్ ఉపరితలాల కొలతలు 0.91 mm × 0.13 mm గా నిర్ణయించబడ్డాయి.
x-దిశలో ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం స్వీకరించే కేంద్రీకృత విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని దాని స్వంత కేంద్రం చుట్టూ సౌష్టవంగా చేయడానికి, ఈ పత్రం ఎలక్ట్రాన్ గన్‌కు ఒక నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్‌ను వర్తింపజేస్తుంది. ఫోకసింగ్ ఎలక్ట్రోడ్ మరియు నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్ యొక్క వోల్టేజ్‌ను −20 kV కు, మరియు యానోడ్ వోల్టేజ్‌ను 0 V కు సెట్ చేయడం ద్వారా, మనం డ్యూయల్ బీమ్ గన్ యొక్క పథ పంపిణీని పొందవచ్చు, ఇది పటం 6లో చూపబడింది. ఉద్గారిత ఎలక్ట్రాన్లు y-దిశలో మంచి సంపీడనతను కలిగి ఉన్నాయని, మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రాన్ పుంజం దాని స్వంత సౌష్టవ కేంద్రం వెంబడి x-దిశ వైపు కేంద్రీకృతమవుతుందని చూడవచ్చు, ఇది ఫోకసింగ్ ఎలక్ట్రోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అసమాన విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని నియంత్రణ ఎలక్ట్రోడ్ సమతుల్యం చేస్తుందని సూచిస్తుంది.
పటం 7, x మరియు y దిశలలో బీమ్ ఎన్వలప్‌ను చూపుతుంది. ఫలితాలు x-దిశలో ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క ప్రొజెక్షన్ దూరం, y-దిశలో ఉన్నదానికంటే భిన్నంగా ఉందని చూపిస్తున్నాయి. x దిశలో త్రో దూరం సుమారు 4mm, మరియు y దిశలో త్రో దూరం 7mmకు దగ్గరగా ఉంది. అందువల్ల, వాస్తవ త్రో దూరాన్ని 4 మరియు 7 mm మధ్య ఎంచుకోవాలి. పటం 8, కాథోడ్ ఉపరితలం నుండి 4.6 mm దూరంలో ఉన్న ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్‌ను చూపుతుంది. క్రాస్ సెక్షన్ యొక్క ఆకారం ఒక ప్రామాణిక వృత్తాకార ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌కు అత్యంత దగ్గరగా ఉందని మనం చూడవచ్చు. రెండు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌ల మధ్య దూరం, రూపకల్పన చేసిన 0.31 mmకు దగ్గరగా ఉంది, మరియు వ్యాసార్థం సుమారు 0.13 mm ఉంది, ఇది రూపకల్పన అవసరాలను తీరుస్తుంది. పటం 9, బీమ్ కరెంట్ యొక్క సిమ్యులేషన్ ఫలితాలను చూపుతుంది. రెండు బీమ్ కరెంట్లు 76mAగా ఉన్నాయని చూడవచ్చు, ఇది రూపకల్పన చేసిన 80mAతో బాగా సరిపోలుతుంది.
ఆచరణాత్మక అనువర్తనాలలో డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఈ మోడల్ యొక్క వోల్టేజ్ సున్నితత్వాన్ని అధ్యయనం చేయడం అవసరం. 19.8 ~ 20.6 kV వోల్టేజ్ పరిధిలో, పటం 1 మరియు పటం 1.10 మరియు 11లో చూపిన విధంగా కరెంట్ మరియు బీమ్ కరెంట్ ఎన్వలప్‌లు పొందబడ్డాయి. ఫలితాల నుండి, డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ మార్పు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ ఎన్వలప్‌పై ఎటువంటి ప్రభావం చూపదని, మరియు ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ కరెంట్ 0.74 నుండి 0.78 A వరకు మాత్రమే మారుతుందని చూడవచ్చు. అందువల్ల, ఈ పత్రంలో రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్ వోల్టేజ్‌కు మంచి సున్నితత్వాన్ని కలిగి ఉందని పరిగణించవచ్చు.
x- మరియు y-దిశ బీమ్ ఎన్వలప్‌లపై డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గుల ప్రభావం.
ఏకరీతి అయస్కాంత కేంద్రీకరణ క్షేత్రం అనేది ఒక సాధారణ శాశ్వత అయస్కాంత కేంద్రీకరణ వ్యవస్థ. బీమ్ ఛానల్ అంతటా ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీ కారణంగా, ఇది అక్షసౌష్టవ ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌లకు చాలా అనుకూలంగా ఉంటుంది. ఈ విభాగంలో, డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్‌ల సుదూర ప్రసారాన్ని నిర్వహించడానికి ఒక ఏకరీతి అయస్కాంత కేంద్రీకరణ వ్యవస్థ ప్రతిపాదించబడింది. ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం మరియు బీమ్ ఎన్వలప్‌ను విశ్లేషించడం ద్వారా, కేంద్రీకరణ వ్యవస్థ యొక్క రూపకల్పన పథకం ప్రతిపాదించబడింది మరియు సున్నితత్వ సమస్య అధ్యయనం చేయబడింది. ఒకే పెన్సిల్ బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ప్రసార సిద్ధాంతం¹⁸,¹⁹ ప్రకారం, బ్రిల్లూయిన్ అయస్కాంత క్షేత్ర విలువను సమీకరణం (2) ద్వారా లెక్కించవచ్చు. ఈ పేపర్‌లో, పార్శ్వంగా పంపిణీ చేయబడిన డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని అంచనా వేయడానికి మేము ఈ సమానత్వాన్ని కూడా ఉపయోగిస్తాము. ఈ పేపర్‌లో రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్‌తో కలిపి, లెక్కించిన అయస్కాంత క్షేత్ర విలువ సుమారు 4000 Gs. Ref. 20 ప్రకారం, ఆచరణాత్మక డిజైన్‌లలో సాధారణంగా లెక్కించిన విలువకు 1.5-2 రెట్లు ఎంపిక చేయబడుతుంది.
పటం 12 ఒక ఏకరీతి అయస్కాంత క్షేత్ర కేంద్రీకరణ క్షేత్ర వ్యవస్థ యొక్క నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది. నీలి భాగం అక్షీయ దిశలో అయస్కాంతీకరించబడిన శాశ్వత అయస్కాంతం. పదార్థ ఎంపిక NdFeB లేదా FeCoNi. సిమ్యులేషన్ మోడల్‌లో సెట్ చేయబడిన రెమనెన్స్ Br 1.3 T మరియు పర్మియబిలిటీ 1.05. మొత్తం సర్క్యూట్‌లో బీమ్ యొక్క స్థిరమైన ప్రసారాన్ని నిర్ధారించడానికి, అయస్కాంతం యొక్క పొడవు ప్రారంభంలో 70 mm గా సెట్ చేయబడింది. అదనంగా, x దిశలో అయస్కాంతం యొక్క పరిమాణం బీమ్ ఛానెల్‌లోని అడ్డ అయస్కాంత క్షేత్రం ఏకరీతిగా ఉందో లేదో నిర్ణయిస్తుంది, దీనికి x దిశలో పరిమాణం మరీ చిన్నదిగా ఉండకూడదు. అదే సమయంలో, మొత్తం ట్యూబ్ యొక్క ఖర్చు మరియు బరువును పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, అయస్కాంతం యొక్క పరిమాణం మరీ పెద్దదిగా ఉండకూడదు. అందువల్ల, అయస్కాంతాలు ప్రారంభంలో 150 mm × 150 mm × 70 mm గా సెట్ చేయబడ్డాయి. అదే సమయంలో, మొత్తం స్లో-వేవ్ సర్క్యూట్‌ను కేంద్రీకరణ వ్యవస్థలో ఉంచవచ్చని నిర్ధారించడానికి, అయస్కాంతాల మధ్య దూరం 20mm గా సెట్ చేయబడింది.
2015లో, పూర్ణ చంద్ర పాండ21 ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ వ్యవస్థలో కొత్త మెట్ల రంధ్రంతో కూడిన పోల్ పీస్‌ను ప్రతిపాదించారు, ఇది కాథోడ్‌కు ఫ్లక్స్ లీకేజ్ పరిమాణాన్ని మరియు పోల్ పీస్ రంధ్రం వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే అడ్డ అయస్కాంత క్షేత్రాన్ని మరింత తగ్గించగలదు. ఈ పత్రంలో, మేము ఫోకసింగ్ వ్యవస్థ యొక్క పోల్ పీస్‌కు మెట్ల నిర్మాణాన్ని జోడిస్తాము. పోల్ పీస్ యొక్క మందం ప్రారంభంలో 1.5 మి.మీ.గా, మూడు మెట్ల ఎత్తు మరియు వెడల్పు 0.5 మి.మీ.గా, మరియు పోల్ పీస్ రంధ్రాల మధ్య దూరం 2 మి.మీ.గా సెట్ చేయబడింది, ఇది పటం 13లో చూపబడింది.
పటం 14a రెండు ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల మధ్యరేఖల వెంబడి ఉన్న అక్షీయ అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీని చూపిస్తుంది. రెండు ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల వెంబడి ఉన్న అయస్కాంత క్షేత్ర బలాలు సమానంగా ఉన్నాయని చూడవచ్చు. అయస్కాంత క్షేత్ర విలువ సుమారు 6000 Gs, ఇది ప్రసారం మరియు కేంద్రీకరణ పనితీరును పెంచడానికి సైద్ధాంతిక బ్రిల్లౌయిన్ క్షేత్రం కంటే 1.5 రెట్లు ఎక్కువ. అదే సమయంలో, కాథోడ్ వద్ద అయస్కాంత క్షేత్రం దాదాపు 0గా ఉంది, ఇది అయస్కాంత ఫ్లక్స్ లీకేజీని నివారించడంలో పోల్ పీస్ మంచి ప్రభావాన్ని చూపుతుందని సూచిస్తుంది. పటం 14b రెండు ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల పై అంచు వద్ద z దిశలో ఉన్న విలోమ అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీని చూపిస్తుంది. పోల్ పీస్ 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 క్షేత్ర ప్రభావం చాలా తక్కువ అని రుజువు చేస్తుంది. పోల్ పీస్‌ల అయస్కాంత సంతృప్తతను నివారించడానికి, పోల్ పీస్‌ల లోపల అయస్కాంత క్షేత్ర బలాన్ని అధ్యయనం చేయడం అవసరం. పటం 14c పోల్ పీస్ లోపల అయస్కాంత క్షేత్ర పంపిణీ యొక్క సంపూర్ణ విలువను చూపిస్తుంది. అయస్కాంత క్షేత్ర బలం యొక్క సంపూర్ణ విలువ 1.2T కంటే తక్కువగా ఉందని గమనించవచ్చు, ఇది పోల్ పీస్ యొక్క అయస్కాంత సంతృప్తత సంభవించదని సూచిస్తుంది.
Br = 1.3 T కు అయస్కాంత క్షేత్ర బలం పంపిణీ. (ఎ) అక్షీయ క్షేత్ర పంపిణీ. (బి) z దిశలో పార్శ్వ క్షేత్ర పంపిణీ By. (సి) పోల్ పీస్ లోపల క్షేత్ర పంపిణీ యొక్క సంపూర్ణ విలువ.
CST PS మాడ్యూల్ ఆధారంగా, డ్యూయల్ బీమ్ గన్ మరియు ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ యొక్క అక్షసంబంధ సాపేక్ష స్థానం ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. రిఫరెన్స్ 9 మరియు సిమ్యులేషన్ల ప్రకారం, అయస్కాంతానికి దూరంగా యానోడ్ భాగం పోల్ భాగాన్ని అతివ్యాప్తి చేసే ప్రదేశమే సరైన స్థానం. అయితే, రెమనెన్స్‌ను 1.3Tకి సెట్ చేస్తే, ఎలక్ట్రాన్ బీమ్ యొక్క ప్రసరణ 99%కి చేరుకోలేదని కనుగొనబడింది. రెమనెన్స్‌ను 1.4 Tకి పెంచడం ద్వారా, ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం 6500 Gsకి పెరుగుతుంది. xoz మరియు yoz తలాలపై బీమ్ పథాలు చిత్రం 15లో చూపబడ్డాయి. బీమ్‌కు మంచి ప్రసరణ, తక్కువ హెచ్చుతగ్గులు మరియు 45mm కంటే ఎక్కువ ప్రసరణ దూరం ఉన్నట్లు చూడవచ్చు.
Br = 1.4 T ఉన్న సజాతీయ అయస్కాంత వ్యవస్థ కింద డబుల్ పెన్సిల్ బీమ్‌ల పథాలు. (ఎ) xoz ప్లేన్. (బి) yoz ఎయిర్‌క్రాఫ్ట్.
పటం 16 కాథోడ్ నుండి వేర్వేరు స్థానాలలో బీమ్ యొక్క క్రాస్-సెక్షన్‌ను చూపుతుంది. ఫోకసింగ్ సిస్టమ్‌లో బీమ్ సెక్షన్ ఆకారం బాగా నిర్వహించబడుతుందని మరియు సెక్షన్ వ్యాసం పెద్దగా మారదని చూడవచ్చు. పటం 17 వరుసగా x మరియు y దిశలలో బీమ్ ఎన్వలప్‌లను చూపుతుంది. రెండు దిశలలో బీమ్ యొక్క హెచ్చుతగ్గు చాలా తక్కువగా ఉందని చూడవచ్చు. పటం 18 బీమ్ కరెంట్ యొక్క సిమ్యులేషన్ ఫలితాలను చూపుతుంది. ఫలితాలు కరెంట్ సుమారు 2 × 80 mA అని చూపిస్తున్నాయి, ఇది ఎలక్ట్రాన్ గన్ డిజైన్‌లో లెక్కించిన విలువకు అనుగుణంగా ఉంది.
కాథోడ్ నుండి వేర్వేరు దూర స్థానాలలో ఎలక్ట్రాన్ పుంజం క్రాస్ సెక్షన్ (ఫోకసింగ్ సిస్టమ్‌తో).
ఆచరణాత్మక ప్రాసెసింగ్ అనువర్తనాలలో అసెంబ్లీ లోపాలు, వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గులు మరియు అయస్కాంత క్షేత్ర బలం మార్పులు వంటి అనేక సమస్యలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ యొక్క సున్నితత్వాన్ని విశ్లేషించడం అవసరం. వాస్తవ ప్రాసెసింగ్‌లో యానోడ్ ముక్క మరియు పోల్ ముక్క మధ్య అంతరం ఉంటుంది కాబట్టి, ఈ అంతరాన్ని సిమ్యులేషన్‌లో సెట్ చేయాలి. అంతరం విలువను 0.2 మి.మీ.గా సెట్ చేయబడింది మరియు పటం 19ఎ, వై దిశలో బీమ్ ఎన్వలప్ మరియు బీమ్ కరెంట్‌ను చూపుతుంది. ఈ ఫలితం బీమ్ ఎన్వలప్‌లో మార్పు గణనీయంగా లేదని మరియు బీమ్ కరెంట్ దాదాపుగా మారదని చూపిస్తుంది. అందువల్ల, ఈ సిస్టమ్ అసెంబ్లీ లోపాలకు సున్నితత్వం లేనిది. డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గుల కోసం, లోప పరిధిని ±0.5 kVగా సెట్ చేయబడింది. పటం 19బి పోలిక ఫలితాలను చూపుతుంది. వోల్టేజ్ మార్పు బీమ్ ఎన్వలప్‌పై తక్కువ ప్రభావాన్ని చూపుతుందని చూడవచ్చు. అయస్కాంత క్షేత్ర బలం మార్పుల కోసం లోప పరిధిని -0.02 నుండి +0.03 T వరకు సెట్ చేయబడింది. పోలిక ఫలితాలు పటం 20లో చూపబడ్డాయి. బీమ్ ఎన్వలప్ దాదాపుగా మారదని చూడవచ్చు, అంటే మొత్తం EOS అయస్కాంత క్షేత్ర బలం మార్పులకు సున్నితత్వం లేనిది.
ఏకరీతి అయస్కాంత ఫోకసింగ్ వ్యవస్థ కింద బీమ్ ఎన్వలప్ మరియు కరెంట్ ఫలితాలు. (ఎ) అసెంబ్లీ టాలరెన్స్ 0.2 మిమీ. (బి) డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్ హెచ్చుతగ్గుదల ±0.5 kV.
0.63 నుండి 0.68 T వరకు అక్షసంబంధ అయస్కాంత క్షేత్ర బలం హెచ్చుతగ్గులతో కూడిన ఏకరీతి అయస్కాంత కేంద్రీకరణ వ్యవస్థ కింద బీమ్ ఎన్వలప్.
ఈ పత్రంలో రూపొందించిన ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ HFSకు సరిపోతుందని నిర్ధారించుకోవడానికి, పరిశోధన కోసం ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ మరియు HFSలను కలపడం అవసరం. పటం 21, HFSను లోడ్ చేసినప్పుడు మరియు లోడ్ చేయనప్పుడు బీమ్ ఎన్వలప్‌ల పోలికను చూపుతుంది. మొత్తం HFSను లోడ్ చేసినప్పుడు బీమ్ ఎన్వలప్ పెద్దగా మారదని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అందువల్ల, పైన పేర్కొన్న డిజైన్ యొక్క ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ HFSకు ఈ ఫోకసింగ్ సిస్టమ్ అనుకూలంగా ఉంటుంది.
సెక్షన్ IIIలో ప్రతిపాదించిన EOS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి మరియు 220 GHz SDV-TWT యొక్క పనితీరును పరిశోధించడానికి, బీమ్-వేవ్ ఇంటరాక్షన్ యొక్క 3D-PIC సిమ్యులేషన్ నిర్వహించబడింది. సిమ్యులేషన్ సాఫ్ట్‌వేర్ పరిమితుల కారణంగా, మేము మొత్తం EOSను HFSకు జోడించలేకపోయాము. అందువల్ల, ఎలక్ట్రాన్ గన్‌ను 0.13mm వ్యాసం మరియు రెండు ఉపరితలాల మధ్య 0.31mm దూరం కలిగిన సమానమైన ఉద్గార ఉపరితలంతో భర్తీ చేయబడింది, ఇవి పైన రూపొందించిన ఎలక్ట్రాన్ గన్ యొక్క పారామితులే. EOS యొక్క సున్నితత్వం లేకపోవడం మరియు మంచి స్థిరత్వం కారణంగా, PIC సిమ్యులేషన్‌లో ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ పవర్‌ను సాధించడానికి డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్‌ను సరిగ్గా ఆప్టిమైజ్ చేయవచ్చు. సిమ్యులేషన్ ఫలితాలు 20.6 kV డ్రైవింగ్ వోల్టేజ్, 2 × 80 mA (603 A/cm2) బీమ్ కరెంట్ మరియు 0.05 W ఇన్‌పుట్ పవర్ వద్ద సంతృప్త అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు గెయిన్‌ను పొందవచ్చని చూపిస్తున్నాయి.
ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్‌ను పొందడానికి, సైకిళ్ల సంఖ్యను కూడా ఆప్టిమైజ్ చేయాలి. పటం 22aలో చూపిన విధంగా, రెండు దశల సంఖ్య 42 + 48 సైకిళ్లుగా ఉన్నప్పుడు ఉత్తమ అవుట్‌పుట్ పవర్ లభిస్తుంది. 0.05 W ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ 38 dB గెయిన్‌తో 314 Wకు విస్తరించబడుతుంది. ఫాస్ట్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ (FFT) ద్వారా పొందిన అవుట్‌పుట్ పవర్ స్పెక్ట్రమ్ స్వచ్ఛంగా ఉండి, 220 GHz వద్ద గరిష్ట స్థాయికి చేరుకుంటుంది. పటం 22b, SWSలో ఎలక్ట్రాన్ శక్తి యొక్క అక్షసంబంధ స్థాన పంపిణీని చూపిస్తుంది, ఇందులో చాలా ఎలక్ట్రాన్లు శక్తిని కోల్పోతాయి. ఈ ఫలితం SDV-SWS ఎలక్ట్రాన్ల గతి శక్తిని RF సిగ్నల్స్‌గా మార్చగలదని, తద్వారా సిగ్నల్ విస్తరణను సాధించగలదని సూచిస్తుంది.
220 GHz వద్ద SDV-SWS అవుట్‌పుట్ సిగ్నల్. (a) స్పెక్ట్రమ్‌తో కూడిన అవుట్‌పుట్ పవర్. (b) SWS ఇన్‌సెట్ చివర ఎలక్ట్రాన్ పుంజంతో ఎలక్ట్రాన్‌ల శక్తి పంపిణీ.
పటం 23 ఒక డ్యూయల్-మోడ్ డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT యొక్క అవుట్‌పుట్ పవర్ బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు గెయిన్‌ను 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 విస్తరించగలదని చూపిస్తుంది, అంటే డ్యూయల్-మోడ్ ఆపరేషన్, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను బాగా విస్తృతం చేయగలదు.
అయితే, పటం 2a ప్రకారం, బేసి మరియు సరి మోడ్‌ల మధ్య ఒక స్టాప్ బ్యాండ్ ఉందని మనకు తెలుసు, ఇది అవాంఛిత డోలనాలకు దారితీయవచ్చు. అందువల్ల, స్టాప్‌ల చుట్టూ పని స్థిరత్వాన్ని అధ్యయనం చేయాలి. పటాలు 24a-c వరుసగా 265.3 GHz, 265.35 GHz, మరియు 265.4 GHz వద్ద 20 ns సిమ్యులేషన్ ఫలితాలు. సిమ్యులేషన్ ఫలితాలలో కొన్ని హెచ్చుతగ్గులు ఉన్నప్పటికీ, అవుట్‌పుట్ పవర్ సాపేక్షంగా స్థిరంగా ఉందని చూడవచ్చు. స్పెక్ట్రం కూడా వరుసగా పటం 24లో చూపబడింది, స్పెక్ట్రం స్వచ్ఛంగా ఉంది. ఈ ఫలితాలు స్టాప్‌బ్యాండ్ సమీపంలో స్వీయ-డోలనం లేదని సూచిస్తున్నాయి.
మొత్తం HFS యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరించడానికి ఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు కొలత అవసరం. ఈ భాగంలో, 0.1 మిమీ టూల్ వ్యాసం మరియు 10 μm మెషీనింగ్ ఖచ్చితత్వంతో కంప్యూటర్ న్యూమరికల్ కంట్రోల్ (CNC) టెక్నాలజీని ఉపయోగించి HFS తయారు చేయబడింది. అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ నిర్మాణం కోసం పదార్థం ఆక్సిజన్-రహిత అధిక-వాహకత (OFHC) రాగి ద్వారా అందించబడింది. చిత్రం 25a తయారు చేయబడిన నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది. మొత్తం నిర్మాణం 66.00 మిమీ పొడవు, 20.00 మిమీ వెడల్పు మరియు 8.66 మిమీ ఎత్తును కలిగి ఉంది. నిర్మాణం చుట్టూ ఎనిమిది పిన్ రంధ్రాలు పంపిణీ చేయబడ్డాయి. చిత్రం 25b స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ (SEM) ద్వారా నిర్మాణాన్ని చూపుతుంది. ఈ నిర్మాణం యొక్క బ్లేడ్‌లు ఏకరీతిగా ఉత్పత్తి చేయబడ్డాయి మరియు మంచి ఉపరితల గరుకుదనాన్ని కలిగి ఉన్నాయి. ఖచ్చితమైన కొలత తర్వాత, మొత్తం మెషీనింగ్ లోపం 5% కంటే తక్కువగా ఉంది మరియు ఉపరితల గరుకుదనం సుమారు 0.4μm ఉంది. మెషీనింగ్ నిర్మాణం డిజైన్ మరియు ఖచ్చితత్వ అవసరాలను తీరుస్తుంది.
పటం 26, వాస్తవ పరీక్ష ఫలితాలు మరియు ప్రసార పనితీరు యొక్క సిమ్యులేషన్‌ల మధ్య పోలికను చూపుతుంది. పటం 26aలోని పోర్ట్ 1 మరియు పోర్ట్ 2 వరుసగా HFS యొక్క ఇన్‌పుట్ మరియు అవుట్‌పుట్ పోర్ట్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటాయి మరియు పటం 3లోని పోర్ట్ 1 మరియు పోర్ట్ 4కి సమానంగా ఉంటాయి. S11 యొక్క వాస్తవ కొలత ఫలితాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాల కంటే కొద్దిగా మెరుగ్గా ఉన్నాయి. అదే సమయంలో, S21 యొక్క కొలత ఫలితాలు కొద్దిగా అధ్వాన్నంగా ఉన్నాయి. దీనికి కారణం, సిమ్యులేషన్‌లో సెట్ చేసిన మెటీరియల్ కండక్టివిటీ చాలా ఎక్కువగా ఉండటం మరియు వాస్తవ మెషీనింగ్ తర్వాత ఉపరితల గరుకుదనం తక్కువగా ఉండటం కావచ్చు. మొత్తంమీద, కొలత ఫలితాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాలతో బాగా సరిపోలుతున్నాయి మరియు ప్రసార బ్యాండ్‌విడ్త్ 70 GHz అవసరాన్ని తీరుస్తుంది, ఇది ప్రతిపాదిత డ్యూయల్-మోడ్ SDV-TWT యొక్క సాధ్యత మరియు ఖచ్చితత్వాన్ని ధృవీకరిస్తుంది. అందువల్ల, వాస్తవ ఫ్యాబ్రికేషన్ ప్రక్రియ మరియు పరీక్ష ఫలితాలతో కలిపి, ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడిన అల్ట్రా-బ్రాడ్‌బ్యాండ్ డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT డిజైన్‌ను తదుపరి ఫ్యాబ్రికేషన్ మరియు అప్లికేషన్‌ల కోసం ఉపయోగించవచ్చు.
ఈ పత్రంలో, ఒక ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ 220 GHz డ్యూయల్-బీమ్ SDV-TWT యొక్క వివరణాత్మక రూపకల్పనను ప్రదర్శించడం జరిగింది. 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 నిర్వహించబడ్డాయి. వాస్తవ కొలత ఫలితాలు సిమ్యులేషన్ ఫలితాలతో బాగా సరిపోలుతున్నాయి. రూపొందించిన టూ-బీమ్ EOS కోసం, రెండు-పెన్సిల్ బీమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఒక మాస్క్ సెక్షన్ మరియు కంట్రోల్ ఎలక్ట్రోడ్‌లను కలిపి ఉపయోగించారు. రూపొందించిన ఏకరీతి ఫోకసింగ్ అయస్కాంత క్షేత్రం కింద, ఎలక్ట్రాన్ బీమ్‌ను మంచి ఆకారంతో సుదూరాలకు స్థిరంగా ప్రసారం చేయవచ్చు. భవిష్యత్తులో, EOS యొక్క ఉత్పత్తి మరియు పరీక్షలు నిర్వహించబడతాయి, మరియు మొత్తం TWT యొక్క థర్మల్ టెస్ట్ కూడా నిర్వహించబడుతుంది. ఈ పత్రంలో ప్రతిపాదించబడిన ఈ SDV-TWT డిజైన్ స్కీమ్ ప్రస్తుత పరిణతి చెందిన ప్లేన్ ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీని పూర్తిగా మిళితం చేస్తుంది మరియు పనితీరు సూచికలు, ప్రాసెసింగ్ మరియు అసెంబ్లీలో గొప్ప సామర్థ్యాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది. అందువల్ల, టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోని వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాల అభివృద్ధి ధోరణిగా ప్లానార్ నిర్మాణం మారే అవకాశం ఉందని ఈ పత్రం విశ్వసిస్తుంది.
ఈ అధ్యయనంలోని చాలా ముడి సమాచారం మరియు విశ్లేషణాత్మక నమూనాలు ఈ పత్రంలో చేర్చబడ్డాయి. సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయిత నుండి మరింత సంబంధిత సమాచారాన్ని పొందవచ్చు.
గామ్జినా, డి. మరియు ఇతరులు. సబ్-టెరాహెర్ట్జ్ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క నానోస్కేల్ CNC మెషీనింగ్. IEEE ట్రాన్స్. ఎలక్ట్రానిక్ డివైసెస్. 63, 4067–4073 (2016).
మలేకబాడి, ఎ. మరియు పాలోని, సి. మల్టీలేయర్ SU-8 ఫోటోరెసిస్ట్‌ను ఉపయోగించి సబ్-టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్‌గైడ్‌ల UV-LIGA మైక్రోఫ్యాబ్రికేషన్. జె. 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.D ని వర్తింపజేయడానికి. 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 వేవ్‌గైడ్‌ల ద్వారా ప్లాస్మోనిక్ తరంగ ప్రసరణ యొక్క బలమైన నిరోధం. అప్లికేషన్.ఫిజిక్స్.రైట్.93, 221504. https://doi.org/10.1063/1.3041646 (2008).
బైగ్, ఎ. మరియు ఇతరులు. నానో CNC మెషిన్డ్ 220-GHz ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యాంప్లిఫైయర్ పనితీరు. IEEE ట్రాన్స్. ఎలక్ట్రానిక్ డివైసెస్. 64, 590–592 (2017).
హాన్, వై. & రువాన్, సి.జె. స్థూల శీతల ద్రవ నమూనా సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి అనంత విస్తృత షీట్ ఎలక్ట్రాన్ పుంజాల డయోకోట్రాన్ అస్థిరతను పరిశోధించడం. చైనీస్ ఫిజిక్స్ 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, ఏవీ. 12వ IEEE ఇంటర్నేషనల్ కాన్ఫరెన్స్ ఆన్ వాక్యూమ్ ఎలక్ట్రానిక్స్, బెంగళూరు, ఇండియా, 5747003, 317–318 https://doi.org/10.1109/IVEC.2011.5747003 (2011).
న్గుయెన్, సి.జె. మరియు ఇతరులు. W-బ్యాండ్ స్టాగర్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్‌లో ఇరుకైన బీమ్ స్ప్లిటింగ్ ప్లేన్ డిస్ట్రిబ్యూషన్‌తో మూడు-బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ గన్‌ల రూపకల్పన[J].సైన్స్.రెప్. 11, 940.https://doi.org/10.1038/s41598-020-80276-3 (2021).
వాంగ్, PP, సు, YY, జాంగ్, Z., వాంగ్, WB & రువాన్, CJ W-బ్యాండ్ ఫండమెంటల్ మోడ్ TWT కోసం ఇరుకైన బీమ్ విభజనతో ప్లానార్ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ త్రీ-బీమ్ ఎలక్ట్రాన్ ఆప్టికల్ సిస్టమ్. IEEE Trans.electronic devices.68, 5215–5219 (2021).
ఝాన్, ఎం. మిల్లీమీటర్-వేవ్ షీట్ బీమ్‌లతో ఇంటర్‌లీవ్డ్ డబుల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్‌పై పరిశోధన 20-22 (పిహెచ్‌డి, బీహాంగ్ విశ్వవిద్యాలయం, 2018).
రువాన్, సి.జె., జాంగ్, హెచ్.ఎఫ్., టావో, జె. & హె, వై. జి-బ్యాండ్ ఇంటర్‌లీవ్డ్ డ్యూయల్-బ్లేడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ ట్యూబ్ యొక్క బీమ్-వేవ్ ఇంటరాక్షన్ స్టెబిలిటీపై అధ్యయనం. 2018 43వ ఇంటర్నేషనల్ కాన్ఫరెన్స్ ఆన్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ మిల్లీమీటర్ అండ్ టెరాహెర్ట్జ్ వేవ్స్, నగోయా. 8510263, https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018).