Nature.com پر جانے کے لیے آپ کا شکریہ۔ آپ جو براؤزر ورژن استعمال کر رہے ہیں اسے CSS کے لیے محدود سپورٹ حاصل ہے۔ بہترین تجربہ کے لیے، ہم تجویز کرتے ہیں کہ آپ ایک اپ ڈیٹ شدہ براؤزر استعمال کریں (یا انٹرنیٹ ایکسپلورر میں کمپیٹیبلٹی موڈ آف کر دیں)۔ اس دوران، مسلسل سپورٹ کو یقینی بنانے کے لیے، ہم سائٹ کو بغیر اسٹائلز اور جاوا اسکرپٹ کے 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 کا استعمال کرتے ہوئے، ٹرانسمیشن کی کارکردگی اور بینڈوڈتھ تقریباً دوگنا ہو جاتی ہے، جو کہ سنگل کانمو آرڈر کی ضرورت کو پورا کرتی ہے۔ ٹریولنگ ویو ٹیوب کی طاقت اور استحکام کو بہتر بنانے کے لیے، 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، دونوں پنسلوں کو ان کے کمپیوٹنگ سینٹر کے ساتھ فوکس کیا جا سکتا ہے۔ 7، فوکس کرنے کا فاصلہ تقریباً 0.18 ملی میٹر ہے، 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 کو پورا کرنے کے لیے کافی ہے۔ سست لہر کے ڈھانچے میں، پورے HFS پر پارٹیکل سیل (PIC) کی نقلیں بھی انجام دی گئیں۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ بیم انٹرایکشن سسٹم 220 GHz پر تقریباً 310 W کی چوٹی آؤٹ پٹ پاور حاصل کر سکتا ہے، آپٹمائزڈ بیم وولٹیج 20.6 kV ہے، شہتیر کا کرنٹ 20.6 kV ہے، بیم کرنٹ 2، 8 × 8 ہے 3-dB بینڈوڈتھ تقریباً 70 GHz 35 dB سے زیادہ ہے۔ آخر میں، HFS کی کارکردگی کی تصدیق کرنے کے لیے ہائی پریسجن مائیکرو اسٹرکچر فیبریکیشن کی جاتی ہے، اور نتائج سے ظاہر ہوتا ہے کہ بینڈوتھ اور ٹرانسمیشن کی خصوصیات سمولیشن کے نتائج کے ساتھ اچھی طرح سے متفق ہیں۔ اس لیے، اس سکیم کو ہائی پاور-پاور بینڈ میں تجویز کیا گیا ہے۔ terahertz-band تابکاری کے ذرائع مستقبل کے ایپلی کیشنز کے لئے ممکنہ طور پر.
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 کو TWT کی ضرورتوں کو پورا کرنے کے لیے نسبتاً غیر ضروری TWT اور لوگوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ کم آؤٹ پٹ پاور، تنگ بینڈوڈتھ، اور مشکل مینوفیکچرنگ کے عمل۔ اس لیے، THz بینڈ کی کارکردگی کو کس طرح جامع طور پر بہتر بنایا جائے یہ بہت سے سائنسی تحقیقی اداروں کے لیے ایک بہت ہی تشویشناک مسئلہ بن گیا ہے۔ حالیہ برسوں میں، ناول سلو ویو اسٹرکچرز (SWSs)، جیسے staggered dual-blade، SDVW سٹرکچر (SDVFW) حاصل کیے گئے ہیں۔ ان کے قدرتی پلانر ڈھانچے کی وجہ سے توجہ، 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 کہ کمپیوٹر عددی کنٹرول (CNC) اور UV-LIGA کے ذریعے گھڑا جا سکتا ہے، تمام دھاتی اور زیادہ طاقت پیدا کرنے کی صلاحیت کے ساتھ بڑے پیمانے پر پاور پیکج فراہم کر سکتا ہے۔ ڈھانچہ ایک وسیع کام کرنے والی بینڈوتھ بھی فراہم کر سکتا ہے۔ فی الحال، UC ڈیوس نے 2017 میں پہلی بار یہ ظاہر کیا کہ SDV-TWT G-band5 میں 100 W سے زیادہ اور تقریباً 14 GHz بینڈوتھ کے سگنلز پیدا کر سکتا ہے۔ terahertz band۔ UC-Davis کے G-band SDV-TWT کے لیے، شیٹ الیکٹران بیم استعمال کیے گئے ہیں۔ اگرچہ یہ اسکیم بیم کی موجودہ 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 ترسیلی فاصلہ برقرار رکھنا مشکل ہے، اور اس کی وجہ سے بیم کی اوور ٹونیل بھی ہوسکتی ہے۔ خود کو منظم کرنا. – جوش اور دوغلا پن 6,7۔ ہائی آؤٹ پٹ پاور، وسیع بینڈوڈتھ اور THz TWT کی اچھی 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 کو دوہری بینڈ وڈتھ کو بڑھانے کے لیے تجویز کیا گیا ہے۔ آؤٹ پٹ پاور، ڈبل پنسل بیم کی پلانر ڈسٹری بیوشن بھی استعمال کی جاتی ہے۔ سنگل پنسل بیم ریڈیو عمودی سائز کی رکاوٹوں کی وجہ سے نسبتاً چھوٹے ہوتے ہیں۔ اگر موجودہ کثافت بہت زیادہ ہے، تو بیم کرنٹ کو کم کرنا چاہیے، جس کے نتیجے میں نسبتاً کم آؤٹ پٹ پاور ہوتی ہے۔ SWS. آزاد بیم ٹنلنگ کی وجہ سے، پلانر تقسیم شدہ ملٹی بیم ایک اعلی ٹوٹل 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 کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے فائدہ مند ہے۔ یکساں مقناطیسی فیلڈ فوکسنگ ڈبل پنسل بیم EOS، جو 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 بناتا 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، اس پیپر میں ایک ڈبل پنسل بیم EOS اور بیم کے تعامل کا نظام تیار کیا گیا ہے۔ انٹرا سیلولر پارٹیکل سمولیشن کے نتائج بھی ہمارے سامنے پیش کیے گئے ہیں۔ SDV-TWT. اس کے علاوہ، کاغذ مختصر طور پر پورے HFS کی درستگی کی تصدیق کرنے 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 ڈالتا ہے۔ پورے TWT کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے، ایک بہتر تعامل کا ڈھانچہ ڈیزائن کیا گیا ہے۔ FUC کی ساخت میں FF کی سائیڈ رینگ ایبلٹی میں دکھایا گیا ہے۔ شیٹ بیم اور 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 بینڈ وڈتھ کو بڑھانے کے لیے، SWS کو چلانے کے لیے ایک دوہری موڈ تجویز کیا گیا ہے۔ SDV ڈھانچے کی ہم آہنگی کی وجہ سے، برقی مقناطیسی فیلڈ ڈسپریشن مساوات کے حل کو طاق اور جفت موڈ میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ ساتھ ہی، بنیادی طاق موڈ کا استعمال کم فریکوئنسی بینڈ کے فنڈ ہائی فریکوئنسی بینڈ کے لیے کیا جاتا ہے۔ بیم کے تعامل کی براڈ بینڈ ہم آہنگی، 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 لگایا جا سکتا ہے۔ شکل 2a SWS یونٹ سیل کی بازی خصوصیات کو ظاہر کرتا ہے۔ 20 kV بیم لائن بیموڈل کریو سے بہت اچھی طرح سے میل کھاتی ہے۔ فریکوئنسی بینڈز 76250 کے ارد گرد میچ 7625 GH تک پہنچ سکتی ہے۔ GHz (odd mode) اور 265.4–280 GHz (even mode) کی حدود۔ شکل 2b اوسط جوڑے کی رکاوٹ کو ظاہر کرتا ہے، جو 210 سے 290 GHz کے درمیان 0.6 Ω سے زیادہ ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ آپریٹنگ بینڈوڈتھ 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 پیدا ہوسکتی ہے، جس سے ناپسندیدہ دوغلا پن پیدا ہوگا۔ دیکھا جائے کہ 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، سٹاپ بینڈ کے ارد گرد آپریشن کے استحکام کا تجزیہ مندرجہ ذیل PIC سمولیشن سیکشن میں کیا جائے گا 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 دوغلے اور انعکاس کو دبانا ہے جیسے کہ ہائی آرڈر موڈز اور نچلے حصے کے درمیان پیدا ہونے والی زبردست صلاحیتوں کو کم کرنا۔ tube.بیرونی ماحول سے کنکشن کے لیے، 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۔ terahertz بینڈ کے اصل اثر کو مدنظر رکھتے ہوئے، مواد کے ابتدائی طور پر کوپر سیٹ کرنے کے لیے کوپر کا استعمال کیا جاتا ہے۔ چالکتا 2.25×107 S/m12 تک کم ہو گیا ہے۔
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 کا استعمال کرتے ہوئے الیکٹران گن کا ایک حصہ ڈیزائن کیا گیا ہے اور اس کا استعمال کیا گیا ہے۔ الیکٹروڈس۔سب سے پہلے، Sect میں SWS کے ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق۔ 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 بیموں کے کرنٹ I دونوں 80 mA ہیں، اور الیکٹران بیم کا بیم قطر dw 0.13 ملی میٹر ہے۔ ایک ہی وقت میں، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ کرنٹ کی کثافت کو حاصل کیا جا سکتا ہے اور الیکٹران کی کثافت کو حاصل کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹران بیم کا تناسب 7 پر سیٹ کیا گیا ہے، لہٰذا 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 کے مطابق 14، 15، 16p، 16p، منفرد الیکٹران گن ہو سکتے ہیں۔ شناخت
شکل 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 سمت میں دو الیکٹران بیم جزوی طور پر x کی پوزیشن پر الگ ہوتے ہیں۔ بالترتیب 0.155 ملی میٹر، y = 0 ملی میٹر اور x = 0.155 ملی میٹر، y = 0 ملی میٹر۔ کمپریشن تناسب اور الیکٹران انجیکشن سائز کے ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق، دو کیتھوڈ سطحوں کے طول و عرض 0.91 ملی میٹر × 0.13 ملی میٹر طے کیے گئے ہیں۔
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۔ فوکسنگ الیکٹروڈ اور کنٹرول الیکٹروڈ کے وولٹیج کو −20 kV، اور انوڈ کے وولٹیج کو 0 V پر سیٹ کرنے سے، ہم tragun کی تقسیم کے طور پر حاصل کر سکتے ہیں۔ تصویر 6۔یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ خارج ہونے والے الیکٹرانوں کی y-سمت میں اچھی سکڑاؤ ہے، اور ہر الیکٹران کی شعاع اپنے اپنے مرکز کے توازن کے ساتھ x-سمت کی طرف موڑتی ہے، جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ کنٹرول الیکٹروڈ فوکس کرنے والے الیکٹروڈ سے 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 لیے، اصل تھرو شو اور F7 کے درمیان فاصلہ F7 کا انتخاب کیا جانا چاہیے۔ کیتھوڈ کی سطح سے 4.6 ملی میٹر پر الیکٹران بیم کا کراس سیکشن۔ ہم دیکھ سکتے ہیں کہ کراس سیکشن کی شکل معیاری سرکلر الیکٹران بیم کے سب سے قریب 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۔ یہ اعداد و شمار موجودہ شکل کے نتائج کو ظاہر کر سکتا ہے۔ دو بیم کرنٹ 76mA ہیں، جو ڈیزائن کردہ 80mA کے ساتھ اچھے معاہدے میں ہیں۔
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 نتائج اور 01F میں تبدیلی ہو سکتی ہے۔ ڈرائیونگ 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 مقناطیسی 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 حصے میں، ڈبل پنسل بیم کی لمبی دوری کی ترسیل کو برقرار رکھنے کے لیے ایک یکساں مقناطیسی فوکسنگ سسٹم تجویز کیا گیا ہے۔ لفافہ، فوکسنگ سسٹم کی ڈیزائن اسکیم تجویز کی گئی ہے، اور حساسیت کے مسئلے کا مطالعہ کیا گیا ہے۔ سنگل پنسل بیم 18,19 کے مستحکم ٹرانسمیشن تھیوری کے مطابق، برلوئن مقناطیسی فیلڈ ویلیو کا حساب مساوات (2) سے لگایا جا سکتا ہے۔ بیم۔ اس مقالے میں ڈیزائن کردہ الیکٹران گن کے ساتھ مل کر، 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 فوکسنگ فیلڈ سسٹم کی ساخت کو ظاہر کرتی ہے۔ نیلا حصہ محوری سمت میں مقناطیسی مقناطیسی مستقل مقناطیس ہے۔ مواد کا انتخاب NdFeB یا FeCoNi ہے۔ تخروپن ماڈل میں remanence Br سیٹ 1.3 T ہے اور پارگمیتا 1.05 ہے۔ اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ پورے سرکٹ کی لمبائی کی ترسیل کو یقینی بنایا جا سکے۔ ابتدائی طور پر 70 ملی میٹر پر سیٹ کیا جاتا ہے۔ اس کے علاوہ، ایکس سمت میں مقناطیس کا سائز یہ طے 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 میگنیٹ 150 ×50 کو سیٹ کیا جاتا ہے۔ mm × 70 mm. دریں اثنا، اس بات کو یقینی بنانے کے لیے کہ پورے سست لہر کے سرکٹ کو فوکسنگ سسٹم میں رکھا جا سکتا ہے، میگنےٹس کے درمیان فاصلہ 20mm پر سیٹ کیا گیا 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 اور قطب کے ٹکڑے کے سوراخ پر پیدا ہونے والے ٹرانسورس مقناطیسی میدان کو مزید کم کر سکتا ہے۔ ابتدائی طور پر 1.5mm پر سیٹ کیا گیا ہے، تین مراحل کی اونچائی اور چوڑائی 0.5mm ہے، اور پول پیس کے سوراخوں کے درمیان فاصلہ 2mm ہے، جیسا کہ شکل 13 میں دکھایا گیا ہے۔
شکل 14a دو الیکٹران بیم کے مرکز کے ساتھ 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 قیمت تقریباً 6000 Gs ہے، جو کہ ٹرانسمیشن کو بڑھانے کے لیے نظریاتی Brillouin فیلڈ سے 1.5 گنا زیادہ ہے، اور کیٹ فیلڈ کی کارکردگی تقریباً ایک ہی وقت پر مرکوز ہے۔ 0، اس بات کی نشاندہی کرتا ہے 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 ٹرانسورس مقناطیسی فیلڈ 200 Gs سے کم ہے، جبکہ ٹرانسورس میگنیٹک فیلڈ صرف سرکٹ میں سست ہے۔ فیلڈ تقریبا صفر ہے، جس سے ثابت ہوتا ہے کہ 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 مقناطیسی فیلڈ کی تقسیم کی مطلق قدر کو ظاہر کرتا ہے۔ 1.2T سے کم، یہ ظاہر کرتا ہے کہ قطب کے ٹکڑے کی مقناطیسی 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 تھا، تو الیکٹران بیم کی ترسیل 99% تک نہیں پہنچ سکتی ہے۔ ریماننس کو 1.4 T تک بڑھانے سے، فوکسنگ میگنیٹک فیلڈ میں G500 کا اضافہ ہو جائے گا۔ xoz اور yoz طیاروں پر تصویر 15 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ بیم میں اچھی ترسیل، چھوٹا اتار چڑھاؤ، اور ٹرانسمیشن کا فاصلہ 45mm 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 میں بہت چھوٹی سی فلو سیکشن ہے۔ 18 بیم کرنٹ کے نقلی نتائج دکھاتا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے 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 اینوڈ پیس اور پول پیس کے درمیان ایک فرق ہے، اس فرق کو سمولیشن کی قدر 2 ملی میٹر میں سیٹ کرنے کی ضرورت ہے۔ شکل 19a 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 kF ± 0 ± 0 1 5 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 2 2 0 0 0 2 2 0 0 2 0 0 2 2 2 2 1 5 2000 پر سیٹ ہے۔ نتائج۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ 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 کا لفافہ مشکل سے تبدیل ہوتا ہے، جس کا مطلب ہے کہ پورے EOS کی طاقت میں تبدیلی ہوتی 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 HFS بھری ہوئی اور بغیر شہتیر کے لفافوں کا موازنہ دکھاتی ہے۔ نتائج سے ظاہر ہوتا ہے کہ جب پورا HFS لوڈ ہوتا ہے تو بیم لفافہ زیادہ تبدیل نہیں ہوتا ہے، HFS کی لہروں کے لیے موزوں نظام HFS لوڈ ہوتا ہے۔ اوپر ڈیزائن.
سیکشن III میں تجویز کردہ EOS کی درستگی کی تصدیق کرنے اور 220 GHz SDV-TWT کی کارکردگی کی چھان بین کرنے کے لیے، بیم ویو کے تعامل کا ایک 3D-PIC سمولیشن کیا 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 ایومیٹر کے ساتھ تبدیل کیا گیا تھا۔ 0.13 ملی میٹر 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، PIC سمولیشن میں بہترین آؤٹ پٹ پاور حاصل کرنے کے لیے ڈرائیونگ وولٹیج کو مناسب طریقے سے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ سمولیشن کے نتائج سے ظاہر ہوتا ہے کہ سیچوریٹڈ پاور آؤٹ پٹ اور سیر وولٹیج کو حاصل کیا جا سکتا ہے۔ 20.6 kV، 2 × 80 mA (603 A/cm2) کا بیم کرنٹ، اور 0.05 W کی ان پٹ پاور۔
بہترین آؤٹ پٹ سگنل حاصل کرنے کے لیے، سائیکلوں کی تعداد کو بھی بہتر 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 d پاور اسپیکٹ کے ذریعے ٹرانسفارمر آؤٹ پٹ پاور کے ذریعے حاصل ہوتا ہے۔ (FFT) خالص ہے، جس کی چوٹی 220 GHz ہے۔ 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 بنایا جا سکتا ہے۔ اس نتیجہ سے ظاہر ہوتا ہے کہ 3-dB بینڈ وِڈ کا مطلب ہے کہ 3-dB بینڈ وِڈ 200 سے GHz کا احاطہ کرتا ہے۔ ڈبل موڈ 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 265.3 GHz، 265GHz، 2654GHz، 2654GHz پر 20 ns سمولیشن کے نتائج ہیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ اگرچہ تخروپن کے نتائج میں کچھ اتار چڑھاؤ ہیں، لیکن آؤٹ پٹ پاور نسبتاً مستحکم ہے۔ تصویر 24 میں بھی بالترتیب سپیکٹرم 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 کرنے 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 فریکوینسی ڈھانچے کے لیے مواد ہائی فریکوئنسی (آکسیجن فریکوئنسی) کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے۔ 25a من گھڑت ڈھانچہ دکھاتا ہے۔ 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 ہول تقسیم کیے گئے ہیں۔ شکل 25b الیکٹران مائکروسکوپی (SEM) کو اسکین کرکے ساخت کو ظاہر کرتا ہے۔ کھردرا پن۔ درست پیمائش کے بعد، مجموعی طور پر مشینی 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 سمیلیشنز کے درمیان موازنہ دکھاتا ہے۔ شکل 26a میں پورٹ 1 اور پورٹ 2 بالترتیب HFS کے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پورٹس سے مساوی ہیں، اور شکل 3 میں پورٹ 1 اور پورٹ 4 کے برابر ہیں۔ اصل پیمائش کے نتائج SIM11 کے مقابلے میں بہتر ہیں۔ وقت، S21 کے ناپے گئے نتائج قدرے خراب 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 بینڈوتھ 70 گیگا ہرٹز کی ضرورت کو پورا کرتی ہے، جو درستگی کی تصدیق کرتی ہے اور درستگی کی تصدیق کرتی ہے۔ SDV-TWT.لہذا، اصل ساخت کے 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 EOS 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۔ کو بھی انجام دیا جائے گا۔ 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 والی ہوائی جہاز 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. ایک G-band interleaved dual-blade traveling wave tube کے beam-wave کے تعامل کے استحکام پر مطالعہ۔ Infrared Millimeter and Terahertz Waves, Nagoya.8510263 پر 43ویں بین الاقوامی کانفرنس، 2018 https://doi.org/10.1109/IRMMW-THz.2018.8510263 (2018)۔