Backward-wave oscillator
बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर (बी. डब्ल्यू. ओ.), जिसे कार्सिनोट्रॉन या बैकवर्ड वेव ट्यूब भी कहा जाता है, एक वैक्यूम ट्यूब है जिसका उपयोग टेराहर्ट्ज़ रेंज तक माइक्रोवेव उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब परिवार से संबंधित, यह एक व्यापक इलेक्ट्रॉनिक ट्यूनिंग रेंज के साथ एक ऑसिलेटर है। एक इलेक्ट्रॉन बंदूक एक इलेक्ट्रॉन किरण उत्पन्न करती है जो एक धीमी-तरंग संरचना के साथ परस्पर क्रिया करती है। यह किरण के खिलाफ पीछे की ओर एक यात्रा तरंग का प्रसार करके दोलनों को बनाए रखता है। उत्पन्न विद्युत चुम्बकीय तरंग शक्ति का समूह वेग इलेक्ट्रॉनों की गति की दिशा के विपरीत निर्देशित होता है। उत्पादन शक्ति को इलेक्ट्रॉन बंदूक के पास जोड़ा जाता है। इसके दो मुख्य उपप्रकार हैं, एम-प्रकार (एम-बीडब्ल्यूओ), सबसे शक्तिशाली, और ओ-प्रकार (ओ-बीडब्ल्यूओ)। ओ-प्रकार की उत्पादन शक्ति आम तौर पर 1000 गीगाहर्ट्ज़ पर 1 मेगावाट से 200 गीगाहर्ट्ज़ पर 50 मेगावाट की सीमा में होती है। कार्सिनोट्रॉन का उपयोग शक्तिशाली और स्थिर माइक्रोवेव स्रोतों के रूप में किया जाता है। वे अच्छी गुणवत्ता वाले तरंगमुख का उत्पादन करते हैं (नीचे देखें), वे टेराहर्ट्ज़ इमेजिंग में प्रकाशक के रूप में उपयोग पाते हैं। बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर का प्रदर्शन 1951 में किया गया था, बर्नार्ड एप्स्टेन द्वारा एम-टाइप और रुडोल्फ कोम्प्फ़नर द्वारा ओ-टाइप। एम-प्रकार बी. डब्ल्यू. ओ. मैग्नेट्रॉन अंतःक्रिया का एक वोल्टेज-नियंत्रित गैर-अनुनाद बहिर्वेशन है। दोनों प्रकार त्वरित वोल्टेज को बदलकर आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला पर ट्यून करने योग्य हैं। उन्हें इतनी तेजी से बैंड के माध्यम से बहाया जा सकता है कि वे एक बार में पूरे बैंड पर विकिरण करते हुए दिखाई दे सकते हैं, जो उन्हें प्रभावी रडार जामिंग के लिए उपयुक्त बनाता है, जल्दी से रडार आवृत्ति में ट्यूनिंग करता है। कार्सिनोट्रॉन ने वायुजनित रडार जैमर को अत्यधिक प्रभावी होने दिया। हालांकि, आवृत्ति-फुर्तीले रडार इतनी तेजी से आवृत्तियों को हिला सकते हैं कि जैमर को बैराज जैमिंग का उपयोग करने के लिए मजबूर कर सकते हैं, जिससे एक विस्तृत पट्टी पर इसकी उत्पादन शक्ति कम हो जाती है और इसकी दक्षता में काफी कमी आती है। कार्सिनोट्रॉन का उपयोग अनुसंधान, नागरिक और सैन्य अनुप्रयोगों में किया जाता है। उदाहरण के लिए, चेकोस्लोवाक कोपाक निष्क्रिय संवेदक और रमोना निष्क्रिय संवेदक वायु रक्षा पहचान प्रणाली ने अपने रिसीवर प्रणालियों में कार्सिनोट्रॉन को नियोजित किया। बुनियादी अवधारणा सभी यात्रा-तरंग नलिकाएं एक ही सामान्य तरीके से काम करती हैं, और मुख्य रूप से उनके निर्माण के विवरण में भिन्न होती हैं। अवधारणा एक इलेक्ट्रॉन बंदूक से इलेक्ट्रॉनों की एक स्थिर धारा पर निर्भर है जो ट्यूब के केंद्र से नीचे की ओर यात्रा करती है (आसन्न अवधारणा आरेख देखें)। इलेक्ट्रॉन किरण के चारों ओर किसी प्रकार का रेडियो आवृत्ति स्रोत संकेत होता है; पारंपरिक क्लिस्ट्रॉन के मामले में यह एक अनुनाद गुहा है जो एक बाहरी संकेत के साथ खिलाया जाता है, जबकि अधिक आधुनिक उपकरणों में इन गुहाओं की एक श्रृंखला या एक ही संकेत के साथ खिलाया जाने वाला एक पेचदार धातु तार होता है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन नलिका के नीचे की ओर यात्रा करते हैं, वे आर. एफ. संकेत के साथ परस्पर क्रिया करते हैं। इलेक्ट्रॉन अधिकतम सकारात्मक पूर्वाग्रह वाले क्षेत्रों की ओर आकर्षित होते हैं और नकारात्मक क्षेत्रों से पीछे हट जाते हैं। यह इलेक्ट्रॉनों को गुच्छे में डालने का कारण बनता है क्योंकि वे ट्यूब की लंबाई के साथ पीछे हट जाते हैं या आकर्षित होते हैं, एक प्रक्रिया जिसे वेग मॉडुलन के रूप में जाना जाता है। यह प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन किरण को मूल संकेत के समान सामान्य संरचना पर ले जाती है; किरण में इलेक्ट्रॉनों का घनत्व प्रेरण प्रणाली में आर. एफ. संकेत के सापेक्ष आयाम से मेल खाता है। इलेक्ट्रॉन धारा बंदूक के विवरण का एक कार्य है, और आम तौर पर इनपुट आर. एफ. संकेत की तुलना में अधिक शक्तिशाली परिमाण का आदेश होता है। परिणाम इलेक्ट्रॉन किरण में एक संकेत है जो मूल आर. एफ. संकेत का एक प्रवर्धित संस्करण है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन गति कर रहे होते हैं, वे पास के किसी भी चालक में एक चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करते हैं। यह अब-प्रवर्धित संकेत को निकालने की अनुमति देता है। मैग्नेट्रॉन या क्लिस्ट्रॉन जैसी प्रणालियों में, यह एक अन्य अनुनाद गुहा के साथ पूरा किया जाता है। हेलिकल डिजाइन में, यह प्रक्रिया ट्यूब की पूरी लंबाई के साथ होती है, जो हेलिकल कंडक्टर में मूल संकेत को मजबूत करती है। पारंपरिक डिजाइनों के साथ "समस्या" यह है कि उनके पास अपेक्षाकृत संकीर्ण बैंडविड्थ है; अनुनादकों पर आधारित डिजाइन उनके डिजाइन के 10 प्रतिशत या 20 प्रतिशत के भीतर संकेतों के साथ काम करेंगे, क्योंकि यह भौतिक रूप से अनुनादकर्ता डिजाइन में बनाया गया है, जबकि हेलिक्स डिजाइनों में बहुत व्यापक बैंडविड्थ होती है, शायद डिजाइन शिखर के दोनों ओर 100%। बी. डब्ल्यू. ओ. द बी. डब्ल्यू. ओ. को पेचदार टी. डब्ल्यू. टी. के समान बनाया गया है। हालांकि, इलेक्ट्रॉन किरण के समान (या समान) दिशा में प्रसारित होने वाले आर. एफ. संकेत के बजाय, मूल संकेत किरण के समकोण पर यात्रा करता है। यह आम तौर पर एक आयताकार वेवगाइड के माध्यम से एक छेद को ड्रिल करके और छेद के माध्यम से बीम को शूट करके पूरा किया जाता है। वेवगाइड फिर दो समकोण मोड़ से गुजरता है, एक सी-आकार बनाता है और फिर से बीम को पार करता है। इस मूल पैटर्न को ट्यूब की लंबाई के साथ दोहराया जाता है ताकि वेवगाइड कई बार बीम के पार से गुजरता है, जिससे एस-आकारों की एक श्रृंखला बनती है। मूल आर. एफ. संकेत टी. डब्ल्यू. टी. के सुदूर छोर से प्रवेश करता है, जहाँ से ऊर्जा निकाली जाएगी। गुजरने वाली किरण पर संकेत का प्रभाव समान वेग मॉडुलन प्रभाव का कारण बनता है, लेकिन आर. एफ. संकेत की दिशा और वेवगाइड की विशिष्टताओं के कारण, यह मॉडुलन आगे के बजाय किरण के साथ पीछे की ओर यात्रा करता है। यह प्रसार, धीमी-लहर, मुड़े हुए वेवगाइड में अगले छेद तक पहुँचता है जैसे आर. एफ. संकेत का वही चरण करता है। यह पारंपरिक टी. डब्ल्यू. टी. की तरह प्रवर्धन का कारण बनता है। एक पारंपरिक टी. डब्ल्यू. टी. में, प्रेरण प्रणाली में संकेत के प्रसार की गति बीम में इलेक्ट्रॉनों के समान होनी चाहिए। यह आवश्यक है ताकि संकेत का चरण आवेगकों को पार करते समय बंचे हुए इलेक्ट्रॉनों के साथ लाइन करे। यह तारों या अनुनाद कक्षों के भौतिक निर्माण के आधार पर उपकरण द्वारा प्रवर्धित की जा सकने वाली तरंग दैर्ध्य के चयन पर सीमाएं लगाता है। बी. डब्ल्यू. ओ. में ऐसा नहीं है, जहां इलेक्ट्रॉन संकेत को समकोण पर पारित करते हैं और उनकी प्रसार की गति इनपुट संकेत से स्वतंत्र होती है। जटिल सर्पटाइन वेवगाइड इनपुट सिग्नल की बैंडविड्थ पर सख्त सीमाएं रखता है, जैसे कि गाइड के भीतर एक स्थायी तरंग बनती है। लेकिन इलेक्ट्रॉनों का वेग केवल इलेक्ट्रॉन बंदूक पर लागू स्वीकार्य वोल्टेज द्वारा सीमित है, जिसे आसानी से और तेजी से बदला जा सकता है। इस प्रकार बी. डब्ल्यू. ओ. एक एकल इनपुट आवृत्ति लेता है और उत्पादन आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला का उत्पादन करता है। कार्सिनोट्रॉन इस उपकरण को मूल रूप से "कार्सिनोट्रॉन" नाम दिया गया था, जो क्रेफ़िश के ग्रीक नाम के नाम पर है, जो पीछे की ओर तैरती है। केवल आपूर्ति वोल्टेज को बदलकर, उपकरण किसी भी बैंड में किसी भी आवश्यक आवृत्ति का उत्पादन कर सकता है जो किसी भी मौजूदा माइक्रोवेव एम्पलीफायर की तुलना में बहुत बड़ी थी जो मेल खा सकती थी-गुहा मैग्नेट्रॉन ने अपने अनुनादकों के भौतिक आयामों द्वारा परिभाषित एकल आवृत्ति पर काम किया, और जबकि क्लिस्ट्रॉन ने एक बाहरी संकेत को प्रवर्धित किया, यह केवल आवृत्तियों की एक छोटी सीमा के भीतर इतनी कुशलता से किया। इससे पहले, रडार को जाम करना एक जटिल और समय लेने वाला ऑपरेशन था। प्रचालकों को उपयोग की जा रही संभावित आवृत्तियों के बारे में सुनना पड़ता था, उस आवृत्ति पर एम्पलीफायरों का एक बैंक स्थापित करना पड़ता था, और फिर प्रसारण शुरू करना पड़ता था। जब रडार स्टेशन को एहसास हुआ कि क्या हो रहा है, तो वे अपनी आवृत्तियों को बदल देंगे और प्रक्रिया फिर से शुरू हो जाएगी। इसके विपरीत, कार्सिनोट्रॉन सभी संभावित आवृत्तियों को इतनी तेजी से पार कर सकता है कि यह एक बार में सभी आवृत्तियों पर एक स्थिर संकेत प्रतीत होता है। विशिष्ट डिजाइन सैकड़ों या कम हजारों वाट उत्पन्न कर सकते हैं, इसलिए किसी भी एक आवृत्ति पर, कुछ वाट बिजली हो सकती है जो रडार स्टेशन द्वारा प्राप्त की जाती है। हालांकि, लंबी दूरी पर मूल रडार प्रसारण से ऊर्जा की मात्रा जो विमान तक पहुंचती है, अधिक से अधिक केवल कुछ वाट होती है, इसलिए कार्सिनोट्रॉन उन पर हावी हो सकता है। यह प्रणाली इतनी शक्तिशाली थी कि यह पाया गया कि एक विमान पर काम करने वाला कार्सिनोट्रॉन रडार क्षितिज से ऊपर उठने से पहले ही प्रभावी होना शुरू हो जाएगा। जैसे-जैसे यह आवृत्तियों के माध्यम से बहता गया, यह रडार की परिचालन आवृत्ति पर प्रसारित होता था जो प्रभावी रूप से यादृच्छिक समय था, किसी भी समय एंटीना को उसके पास इंगित किया जाता था, शायद लक्ष्य के दोनों ओर 3 डिग्री। इतने सारे बिंदु थे कि प्रदर्शन उस क्षेत्र में सफेद शोर से भर गया था। जैसे ही यह स्टेशन के पास पहुंचा, संकेत एंटीना के साइडलोब्स में भी दिखाई देने लगा, जिससे आगे के क्षेत्र बन गए जो शोर से खाली हो गए थे। निकट दूरी पर, के क्रम पर, पूरा रडार प्रदर्शन पूरी तरह से शोर से भरा होगा, जिससे यह बेकार हो जाएगा। अवधारणा एक जैमर के रूप में इतनी शक्तिशाली थी कि गंभीर चिंताएं थीं कि जमीन-आधारित रडार अप्रचलित थे। एयरबोर्न रडारों के पास यह लाभ था कि वे जैमर ले जाने वाले विमान से संपर्क कर सकते थे, और अंततः, उनके ट्रांसमीटर से भारी उत्पादन जामिंग के माध्यम से "जल जाएगा"। हालांकि, उस युग के अवरोधक जमीन-आधारित रडार का उपयोग करके सीमा में आने के लिए जमीन की दिशा पर निर्भर थे। यह वायु रक्षा अभियानों के लिए एक बहुत बड़ा खतरा था। जमीनी रडारों के लिए, खतरे को अंततः दो तरीकों से हल किया गया था। पहला यह था कि रडारों को कई अलग-अलग आवृत्तियों पर संचालित करने और उनके बीच यादृच्छिक रूप से पल्स से पल्स में बदलने के लिए उन्नत किया गया था, एक अवधारणा जिसे अब आवृत्ति चपलता के रूप में जाना जाता है। इनमें से कुछ आवृत्तियों का उपयोग शांति के समय में कभी नहीं किया गया था, और अत्यधिक गुप्त, इस उम्मीद के साथ कि वे युद्ध के समय में जैमर को नहीं पता होंगे। कार्सिनोट्रॉन अभी भी पूरे बैंड में फैल सकता है, लेकिन फिर यह केवल यादृच्छिक समय पर रडार के समान आवृत्ति पर प्रसारित होगा, जिससे इसकी प्रभावशीलता कम हो जाएगी। दूसरा समाधान निष्क्रिय रिसीवरों को जोड़ना था जो कार्सिनोट्रॉन प्रसारण पर त्रिकोणीय थे, जिससे ग्राउंड स्टेशन जैमर के स्थान पर सटीक ट्रैकिंग जानकारी का उत्पादन कर सकते थे और उन पर हमला किया जा सकता था। धीमी-तरंग संरचना आवश्यक धीमी-तरंग संरचनाओं को एक अनुदैर्ध्य घटक के साथ एक रेडियो आवृत्ति (आर. एफ.) विद्युत क्षेत्र का समर्थन करना चाहिए; संरचनाएं बीम की दिशा में आवधिक होती हैं और पासबैंड और स्टॉपबैंड के साथ माइक्रोवेव फिल्टर की तरह व्यवहार करती हैं। ज्यामिति की आवधिकता के कारण, क्षेत्र एक स्थिर चरण परिवर्तन को छोड़कर एक कोशिका से दूसरी कोशिका में समान होते हैं। यह चरण बदलाव, एक दोषरहित संरचना के पासबैंड में एक विशुद्ध रूप से वास्तविक संख्या, आवृत्ति के साथ भिन्न होती है। फ्लोक्वेट के प्रमेय के अनुसार (फ्लोक्वेट सिद्धांत देखें), आर. एफ. विद्युत क्षेत्र ई (जेड, टी) को एक कोणीय आवृत्ति ω पर "स्थानिक या अंतरिक्ष हार्मोनिक्स" एन की अनंतता के योग द्वारा वर्णित किया जा सकता है, जहां प्रत्येक हार्मोनिक की तरंग संख्या या प्रसार स्थिरांक के. एन. को के. एन. = (φ + 2एन. पी.)/पी. (-π <φ <+ π) जेड के रूप में व्यक्त किया जाता है जो प्रसार की दिशा है, पी परिपथ की पिच और एन एक पूर्णांक है। ω-k या ब्रिलौइन आरेख में धीमी-तरंग परिपथ विशेषताओं के दो उदाहरण दिखाए गए हैंः आकृति (a) पर, मौलिक n = 0 एक अग्र अंतरिक्ष हार्मोनिक है (चरण वेग vn = ω/kn का समूह वेग vg = dω/dkn के समान संकेत है), पीछे की बातचीत के लिए समकालिकता की स्थिति बिंदु B पर है, ढलान की रेखा का प्रतिच्छेदन-बीम वेग-पहले पीछे की ओर (n =-1) अंतरिक्ष हार्मोनिक के साथ, आकृति (b) पर मौलिक (n = 0) पीछे की ओर है एक आवधिक संरचना आगे और पीछे की ओर अंतरिक्ष हार्मोनिक्स दोनों का समर्थन कर सकती है, जो क्षेत्र के मोड नहीं हैं, और स्वतंत्र रूप से मौजूद नहीं हो सकते हैं, भले ही एक बीम को केवल जोड़ दिया जा सके। जैसे-जैसे n का मान बड़ा होता है, अंतरिक्ष हार्मोनिक्स का परिमाण तेजी से कम होता जाता है, परस्पर क्रिया केवल मौलिक या पहले अंतरिक्ष हार्मोनिक के साथ महत्वपूर्ण हो सकती है। एम-टाइप बी. डब्ल्यू. ओ. एम-टाइप कार्सिनोट्रॉन, या एम-टाइप बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर, मैग्नेट्रॉन के समान पार किए गए स्थिर विद्युत क्षेत्र ई और चुंबकीय क्षेत्र बी का उपयोग करता है, एक धीमी-तरंग परिपथ के साथ ई और बी के लंबवत बहने वाले इलेक्ट्रॉन शीट बीम को केंद्रित करने के लिए, एक वेग ई/बी के साथ। मजबूत अंतःक्रिया तब होती है जब तरंग के एक अंतरिक्ष हार्मोनिक का चरण वेग इलेक्ट्रॉन वेग के बराबर होता है। आर. एफ. क्षेत्र के ईज़ और आई दोनों घटक परस्पर क्रिया में शामिल होते हैं (स्थिर ई क्षेत्र के समानांतर आई)। जो इलेक्ट्रॉन मन्द-तरंग के मन्दीभूत Ez विद्युत क्षेत्र में होते हैं, वे स्थिर विद्युत क्षेत्र E में अपनी स्थितिज ऊर्जा खो देते हैं और परिपथ तक पहुँच जाते हैं। एकमात्र इलेक्ट्रोड कैथोड की तुलना में अधिक नकारात्मक होता है, ताकि धीमी-तरंग अंतरिक्ष हार्मोनिक के साथ बातचीत करते समय ऊर्जा प्राप्त करने वाले उन इलेक्ट्रॉनों को इकट्ठा करने से बचा जा सके। ओ-टाइप बी. डब्ल्यू. ओ. ओ-टाइप कार्सिनोट्रॉन, या ओ-टाइप बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर, एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा अनुदैर्ध्य रूप से केंद्रित एक इलेक्ट्रॉन बीम का उपयोग करता है, और बीम के साथ बातचीत करने वाले एक धीमी-तरंग सर्किट का उपयोग करता है। एक संग्राहक नली के अंत में किरण एकत्र करता है। ओ-बीडब्ल्यूओ वर्णक्रमीय शुद्धता और शोर बीडब्ल्यूओ एक वोल्टेज ट्यूनेबल ऑसिलेटर है, जिसकी वोल्टेज ट्यूनिंग दर सीधे सर्किट की प्रसार विशेषताओं से संबंधित है। दोलन एक आवृत्ति पर शुरू होता है जहाँ परिपथ पर प्रसारित होने वाली तरंग किरण की धीमी अंतरिक्ष आवेश तरंग के साथ समकालिक होती है। स्वाभाविक रूप से बी. डब्ल्यू. ओ. बाहरी उतार-चढ़ाव के प्रति अन्य ऑसिलेटरों की तुलना में अधिक संवेदनशील है। फिर भी, इसकी चरण-या आवृत्ति-बंद होने की क्षमता का प्रदर्शन किया गया है, जिससे एक हेटेरोडाइन स्थानीय ऑसिलेटर के रूप में सफल संचालन हुआ है। आवृत्ति स्थिरता आवृत्ति-वोल्टेज संवेदनशीलता, संबंध f/f = 1/2 [1/(1 + |vΦ vg।)] (V0/V0) द्वारा दी जाती है दोलन आवृत्ति भी बीम धारा के प्रति संवेदनशील होती है (जिसे "आवृत्ति धक्का" कहा जाता है)। कम आवृत्तियों पर वर्तमान में उतार-चढ़ाव मुख्य रूप से एनोड वोल्टेज आपूर्ति के कारण होता है, और एनोड वोल्टेज के प्रति संवेदनशीलता f/f = 3/4 [ωq/ω/(1 + |vΦ vg।)] (VA/VA) द्वारा दी जाती है। सबमिलिमीटर-वेव बी. डब्ल्यू. ओ. (डी ग्राऊ एट अल., 1978) पर शोर मापन से पता चला है कि इस तरंग दैर्ध्य सीमा में 120 डी. बी. प्रति मेगाहर्ट्ज के संकेत-से-शोर अनुपात की उम्मीद की जा सकती है। स्थानीय ऑसिलेटर के रूप में बी. डब्ल्यू. ओ. का उपयोग करके हेटेरोडाइन डिटेक्शन में, यह आंकड़ा केवल 1000-3000 के. के. के ऑसिलेटर द्वारा जोड़े गए शोर तापमान से मेल खाता है। बैकवर्ड-वेव ऑसिलेटर। आई. आर. ई. की कार्यवाही, 43 (6), 684-697। रामो एस., व्हिन्नरी जे. आर., वैन डुज़र टी.-फील्ड्स एंड वेव्स इन कम्युनिकेशन इलेक्ट्रॉनिक्स (तीसरा ed.1994) जॉन विली एंड संस कैंटोरोविज़ जी., पैलुएल पी.-बैकवर्ड वेव ऑसिलेटर, इन्फ्रारेड एंड मिलीमीटर वेव्स, वॉल्यूम 1, चैप। 4, के. बटन एड., एकेडेमिक प्रेस 1979 डी ग्रौ थ., एंडेरेग एम., फिटन बी., बोनफॉय आर., गस्टिंसिक जे. जे. - तीसरा इंट। कॉन्फ़. सबम. वेव्स, गिलफोर्ड यूनिवर्सिटी ऑफ़ सरे (1978) कन्वर्ट जी., येउ टी., इन मिलीमीटर एंड सबमिलिमीटर वेव्स, चैप। 4, (1964) इलाइफ बुक्स, लंदन एक्सटर्नल लिंक वर्चुअल वाल्व म्यूजियम थॉमसन सी. एस. एफ. सी. वी. 6124 (वेबैक मशीन) माइक्रोवेव प्रौद्योगिकी टेराहर्ट्ज़ प्रौद्योगिकी वैक्यूम ट्यूब