ट्रैवलिंग-वेव ट्यूब



प्रगामी तरंग नलिका (टीडब्ल्यूटी, उच्चारण ट्विट ) या प्रगामी तरंग नलिका प्रवर्धक (टीडब्ल्यूटीए, उच्चारण ट्वीटा) एक विशेष निर्वात नलिका है जिसका उपयोग इलेक्ट्रानिक्स में सूक्ष्म तरंग सीमा में आकाशवाणी आवृति (आरएफ) संकेतों को विस्तरीकृत करने के लिए किया जाता है। टीडब्ल्यूटी रैखिक किरण पुंज नलिका की एक श्रेणी से संबंधित है, जैसे कि क्लाइस्ट्रॉन, जिसमें रेडियो तरंग को इलेक्ट्रॉनों के किरण पुंज से शक्ति को अवशोषित करके प्रवर्धित किया जाता है क्योंकि यह नलिका के नीचे से गुजरता है। हालांकि टीडब्ल्यूटी के विभिन्न प्रकार हैं, दो प्रमुख श्रेणियां हैं:

कुंडलित वक्रता टीडब्ल्यूटी - जिसमें किरण पुंज के चारों ओर एक तार कुंडलित नीचे की तरफ प्रगम करते समय रेडियो तरंगें इलेक्ट्रॉन किरण पुंज के साथ एक दूसरे को प्रभावित करती हैं। इनमें व्यापक बैंड विस्तार है, लेकिन उत्पादन शक्ति सौ वाट तक सीमित है। कुछ अन्य सूक्ष्म तरंग नलिका की तुलना में टीडब्ल्यूटी का एक प्रमुख लाभ इसकी आवृत्ति की एक व्यापक श्रृंखला अर्थात एक बड़ी बैंड विस्तार (सिग्नल प्रोसेसिंग) को बढ़ाने की क्षमता है। कुंडलित टीडब्ल्यूटी की बैंड विस्तार दो सप्तक जितनी अधिक हो सकती है, जबकि गुहिका संस्करणों में 10–20% की बैंड विस्तार होती है। प्रचालन आवृत्ति 300 मेगाहर्ट्ज़ से लेकर 50 गीगाहर्ट्ज़ तक होती है।  नलिका का शक्ति लाभ लगभग 40 से 70 डेसिबल होता है, और उत्पादन शक्ति कुछ वाट से लेकर मेगावाट तक होती है।
 * युग्मित गुहिका टीडब्ल्यूटी - जिसमें गुहा अनुनादी यंत्र की एक श्रृंखला में रेडियो तरंग किरण पुंज के साथ एक दूसरे को प्रभावित करती है जिसके माध्यम से किरण पुंज गुजरती है। ये संकीर्ण बैंड शक्ति प्रवर्धक के रूप में कार्य करते हैं।

टीडब्ल्यूटी सभी सूक्ष्म तरंग निर्वात नलिका की बिक्री की मात्रा का 50% से अधिक है। वे व्यापक रूप से राडार प्रणाली, संचार उपग्रह और अंतरिक्ष यान संचारक, और इलेक्ट्रॉनिक युद्ध प्रणाली में शक्ति प्रवर्धक और इलेक्ट्रॉनिक दोलक के रूप में उपयोग किए जाते हैं।



एकल आधारीय टीडब्ल्यूटी
टीडब्ल्यूटी एक छोर पर एक इलेक्ट्रॉन गन (एक गर्म कैथोड जो इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है) के साथ एक लम्बी निर्वात नलिका है। कैथोड और एनोड पर लगाया गया एक वोल्टेज नलिका के दूर अंत की ओर इलेक्ट्रॉनों को गति देता है, और नलिका के चारों ओर एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को एक किरण पुंज में केंद्रित करता है। नलिका के दूसरे छोर पर इलेक्ट्रॉन संग्राहक से टकराते हैं, जो उन्हें विद्युत परिपथ में वापस कर देता है।

जो किरण पुंज पथ के ठीक बाहर नलिका के अंदर लपेटा जाता है, तार का कुंडलित भाग होता है, सामान्यतः ऑक्सीजन रहित तांबा होता है। प्रवर्धित किए जाने वाले आरएफ सिग्नल को नलिका के उत्सर्जक अंत के पास एक बिंदु पर कुंडलित में फीड किया जाता है। सिग्नल को सामान्यतः कुंडलित में तरंगपथ निर्धारित्र या विद्युत चुम्बकीय कुण्डली के माध्यम से एक छोर पर रखा जाता है, जिससे एक तरफ़ा सिग्नल पथ, एक दिशात्मक युग्मक बनता है।

त्वरित वोल्टेज को नियंत्रित करके, नलिका के नीचे बहने वाले इलेक्ट्रॉनों की गति कुंडलित के नीचे चलने वाले आरएफ सिग्नल की गति के समान होती है। तार में संकेत कुंडलित के केंद्र में एक चुंबकीय क्षेत्र को प्रेरित करने का कारण बनता है, जहां इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होते हैं। सिग्नल के चरण के आधार पर, जब वे प्रेरण कुंडली के पास से निकल जाते हैं तो इलेक्ट्रॉनों की गति या तो बढ़ जाती है या धीमी हो जाती है। यह इलेक्ट्रॉन किरण पुंज को बंच करने का कारण बनता है, जिसे तकनीकी रूप से वेग प्रतिरुपण के रूप में जाना जाता है। किरण पुंज में इलेक्ट्रॉन घनत्व का परिणामी पैटर्न मूल आरएफ सिग्नल का एक एनालॉग है।

क्योंकि किरण पुंज प्रगम के दौरान कुंडलित से गुजर रहा है, और वह संकेत परिवर्तित होता रहता है, यह कुंडलित में प्रेरण का कारण बनता है, मूल सिग्नल को बढ़ाता है। जब तक यह नलिका के दूसरे छोर तक पहुंचता है, तब तक इस प्रक्रिया के पास कुंडलित में काफी ऊर्जा वापस जमा करने का समय होता है। संग्राहक के पास स्थित एक दूसरा दिशात्मक युग्मक, आरएफ विद्युत परिपथ के दूर के छोर से इनपुट सिग्नल का एक प्रवर्धित संस्करण प्राप्त करता है। आरएफ विद्युत परिपथ के साथ लगाए गए क्षीणकारी परावर्तित तरंग को कैथोड पर वापस जाने से रोकते हैं।

उच्च शक्ति वाले कुंडलित टीडब्ल्यूटी में सामान्यतः कुंडलित समर्थक रॉड दोनों के रूप में बेरिलियम ऑक्साइड सिरेमिक होता है और कुछ मामलों में, इसके विशेष विद्युत, यांत्रिक और ऊष्मीय गुणों के कारण टीडब्ल्यूटी के लिए इलेक्ट्रॉन संग्राहक के रूप में होता है।

तुलना
ऐसे कई आरएफ प्रवर्धक नलिका हैं जो टीडब्ल्यूटी के समान तरीके से काम करते हैं, जिन्हें सामूहिक रूप से वेग-मॉड्यूलेटेड नलिका के रूप में जाना जाता है। सबसे अच्छा ज्ञात उदाहरण क्लेस्ट्रॉन है। इन सभी नलिका में प्रवर्धन प्रक्रिया प्रदान करने के लिए इलेक्ट्रॉनों के एक ही मूल गुच्छन का उपयोग किया जाता है, और किस प्रक्रिया में वेग प्रतिरुपण होने के कारण काफी हद तक भिन्न होता है।

क्लाइस्ट्रॉन में, इलेक्ट्रॉन किरण पुंज अनुनादी गुहा में एक छिद्र से होकर गुजरता है जो स्रोत आरएफ सिग्नल से जुड़ा होता है। इलेक्ट्रॉनों के छिद्र से गुजरने के तुरंत बाद संकेत उन्हें त्वरित (या कम) होने का कारण बनता है। इलेक्ट्रॉन एक प्रवाहित नलिका में प्रवेश करते हैं जिसमें तेजी से इलेक्ट्रॉन धीमे वाले से आगे निकल जाते हैं, गुच्छों का निर्माण करते हैं, जिसके बाद इलेक्ट्रॉन एक अन्य अनुनादी गुहा से गुजरते हैं जिससे आउटपुट शक्ति ली जाती है। चूंकि वेग छँटाई प्रक्रिया में समय लगता है, इसलिए प्रवाहित नलिका प्रायः कई फीट लंबी होनी चाहिए।

इसकी तुलना में, टीडब्ल्यूटी में त्वरण नलिका की पूरी लंबाई के साथ कुंडलित के साथ अन्योन्य क्रिया के कारण होता है। यह टीडब्ल्यूटी को बहुत कम शोर आउटपुट की अनुमति देता है, जो डिजाइन का एक बड़ा लाभ है। अधिक उपयोगी रूप से, यह प्रक्रिया नलिका की भौतिक व्यवस्था के प्रति बहुत कम संवेदनशील है, जो टीडब्ल्यूटी को व्यापक प्रकार की आवृत्तियों पर संचालित करने की अनुमति देती है। जब कम शोर और आवृत्ति परिवर्तनशीलता उपयोगी होती है तो टीडब्ल्यूटी सामान्यतः एक लाभ होता है।

युग्मित-गुहा टीडब्ल्यूटी
कुंडलित तार की धारा प्रबंधन (और इसलिए मोटाई) द्वारा कुंडलित टीडब्ल्यूटी पीक आरएफ शक्ति में सीमित हैं। जैसे ही बिजली का स्तर बढ़ता है, तार ज़्यादा गरम हो सकता है और कुंडलित ज्यामिति को तन्यता दे सकता है। प्रकरणों में सुधार के लिए तार की मोटाई बढ़ाई जा सकती है, लेकिन यदि तार बहुत मोटा है तो उचित संचालन के लिए आवश्यक कुंडलित प्राप्त करना असंभव हो जाता है। सामान्यतः कुंडलित टीडब्ल्यूटी 2.5 kW आउटपुट शक्ति से कम प्राप्त करते हैं।

युग्मित-गुहा टीडब्ल्यूटी किरण पुंज के साथ अक्षीय रूप से व्यवस्थित युग्मित गुहाओं की एक श्रृंखला के साथ कुंडलित को बदलकर इस सीमा को पार कर जाता है। यह संरचना एक पेचदार तरंगपथनिर्धारित्र प्रदान करती है, और इसलिए वेग प्रतिरुपण के माध्यम से प्रवर्धन हो सकता है। पेचदार वेवगाइड्स में बहुत ही गैर-रैखिक फैलाव होता है और इस प्रकार केवल संकीर्ण बैंड (लेकिन क्लेस्ट्रॉन से व्यापक) होते हैं। एक युग्मित-गुहा टीडब्ल्यूटी 60 kW आउटपुट शक्ति प्राप्त कर सकता है।

संचालन क्लिस्ट्रॉन के समान है, सिवाय इसके कि युग्मित-गुहा टीडब्ल्यूटी को प्रवाह नलिका के बजाय धीमी-तरंग संरचना के बीच क्षीणन के साथ निर्मित किया गया है। मंद-तरंग संरचना टीडब्ल्यूटी को इसकी व्यापक बैंड विस्तार देती है। एक मुक्त इलेक्ट्रॉन किरण उच्च आवृत्तियों की अनुमति देता है।

प्रगामी तरंग - नलिका प्रवर्धक
एक विनियमित बिजली आपूर्ति और सुरक्षा विद्युत परिपथ के साथ एकीकृत टीडब्ल्यूटी को प्रगम-तरंग-नलिका प्रवर्धक के रूप में संदर्भित किया जाता है (संक्षिप्त टीडब्ल्यूटीए और प्रायः उच्चारण ट्वीट-उह कहा जाता है)। इसका उपयोग उच्च-शक्ति रेडियो आवृत्ति संकेतों का उत्पादन करने के लिए किया जाता है। प्रसारीकरण टीडब्ल्यूटीए की बैंड विस्तार एक ऑक्टेव (इलेक्ट्रॉनिक्स) जितनी अधिक हो सकती है, हालांकि समस्वरित (नैरोबैंड) संस्करण उपलब्ध हैं; प्रचालन आवृत्ति 300 मेगाहर्ट्ज़ से लेकर 50 गीगाहर्ट्ज़ तक होती है।

एक टीडब्ल्यूटीए में एक प्रगामी तरंग नलिका होती है जो इसके सुरक्षा विद्युत परिपथ (क्लिस्ट्रॉन में) और विनियमित बिजली आपूर्ति सक्रिय शक्ति कंडीशनर (ईपीसी) से जुड़ी होती है। जो एक अलग निर्माता द्वारा आपूर्ति और एकीकृत किया जा सकता है। अधिकांश बिजली की आपूर्ति और निर्वात नलिका के बीच मुख्य अंतर यह है कि कुशल निर्वात नलिका में इलेक्ट्रॉनों की गतिज ऊर्जा को रूपांतरित करने के लिए संग्राहकों को दबा दिया जाता है, इसलिए बिजली आपूर्ति की द्वितीयक प्रेरण कुंडली को 6 टैप तक की आवश्यकता होती है, जिसमें से कुंडलित वोल्टेज को यथार्थ विनियमन की आवश्यकता होती है। एक लीनियराइज़र (आगमनात्मक आउटपुट नलिका के लिए) के बाद के जोड़, पूरक क्षतिपूर्ति द्वारा, लाभ संपीड़न और टीडब्ल्यूटीए की अन्य विशेषताओं में सुधार कर सकते हैं; इस संयोजन को रैखिककृत टीडब्ल्यूटीए (एलटीडब्ल्यूटीए, ईएल-ट्वीट-उह) कहा जाता है।

प्रसारीकरण टीडब्ल्यूटीए सामान्यतः एक कुंडलित टीडब्ल्यूटी का उपयोग करते हैं और 2.5 kW आउटपुट शक्ति से कम प्राप्त करते हैं। युग्मित गुहिका टीडब्ल्यूटी का उपयोग करने वाले टीडब्ल्यूटीए 15 kW आउटपुट शक्ति प्राप्त कर सकते हैं, लेकिन संकरी बैंड विस्तार की कीमत पर इसका प्रयोग अधिक किया जाता है।

आविष्कार, विकास और प्रारंभिक उपयोग
टीडब्ल्यूटी का मूल डिजाइन और प्रतिमान आंद्रेई एंडी हैफ सी द्वारा किया गया था। 1931 जब वह कैल्टेक में केलॉग विकिरण प्रयोगशाला में डॉक्टरेट छात्र के रूप में काम कर रहे थे। उनका मूल एकस्वीकृत, "उपकरण के लिए और उच्च आवृत्ति धाराओं को नियंत्रित करने की विधि", 1933 में दायर किया गया था और 1936 में प्रदान किया गया था।

टीडब्ल्यूटी के आविष्कार का श्रेय प्रायः 1942-1943 में रूडोल्फ कोम्पनर को दिया जाता है। इसके अतिरिक्त, संयुक्त राज्य अमेरिका में आरसीए (रेडियो कॉर्पोरेशन ऑफ अमेरिका) में कार्यरत निल्स लिंडेनब्लैड ने भी मई 1940 में एक उपकरण के लिए एक स्वीकृत दायर किया था। यह उल्लेखनीय रूप से कोम्फनर के टीडब्ल्यूटी के समान था।

ये दोनों उपकरण हेफ़ के मूल निर्मित में सुधार थे क्योंकि दोनों ने इलेक्ट्रॉन किरण पुंज के स्रोत के रूप में तत्कालीन नव आविष्कृत यथार्थ इलेक्ट्रॉन बंदूक का उपयोग किया था और दोनों ने किरण पुंज को इसके बाहर की बजाय कुंडलित के केंद्र में निर्देशित किया था। इन विन्यास संरूपण परिवर्तनों के परिणामस्वरूप हेफ़ के निर्मित की तुलना में बहुत अधिक तरंग प्रवर्धन हुआ क्योंकि वे वेग प्रतिरुपण और इलेक्ट्रॉन गुच्छन के भौतिक सिद्धांतों पर निर्भर थे। कोम्फनर ने द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान ब्रिटिश एडमिरल्टी रडार प्रयोगशाला में अपना टीडब्ल्यूटी विकसित किया। उनके टीडब्ल्यूटी का पहला स्केच 12 नवंबर, 1942 का है, और उन्होंने 1943 के प्रारम्भ में अपना पहला टीडब्ल्यूटी बनाया था।

टीडब्ल्यूटी को बाद में कोम्फनर द्वारा परिष्कृत किया गया था, ध्यान दें कि जॉन आर पियर्स, और बेल लैब्स में लेस्टर एम. विंसलो द्वारा 1953 में प्रदान किया गया कोम्फनर का यूएस एकस्वीकृत, हैफ के पिछले काम का हवाला देता है।

1950 के दशक तक, कैलिफोर्निया के कल्वर सिटी में ह्यूजेस एयरक्राफ्ट कंपनी में इलेक्ट्रॉन टेक्नोलॉजीज, इंक इतिहास में आगे के विकास के बाद, टीडब्ल्यूटी वहां उत्पादन में चला गया, और 1960 के दशक तक e2v जैसी कंपनियों द्वारा टीडब्ल्यूटी का उत्पादन किया गया, इसके बाद फेरांती ने 1970 के दशक में अपना पहला टीडब्ल्यूटी बनाया था।

10 जुलाई, 1962 को, पहला संचार उपग्रह, टेलस्टार, 2 W, 4 GHz RCA-निर्मित किए गए टीडब्ल्यूटी प्रेषग्राही के साथ प्रक्षेपित किया गया था, जिसका उपयोग अर्थ स्टेशनों पर आरएफ सिग्नल प्रसारित करने के लिए किया जाता है। सिनकॉम को 26 जुलाई, 1963 को दो 2 डब्ल्यू, 1850 मेगाहर्ट्ज ह्यूजेस-निर्मित किए गए टीडब्ल्यूटी प्रेषग्राही —एक सक्रिय और एक अतिरिक्त के साथ सफलतापूर्वक भूतुल्यकाली कक्षा में प्रक्षेपित किया गया था।

उपयोग
टीडब्ल्यूटीए का उपयोग सामान्यतः उपग्रह प्रेषग्राही में प्रवर्धक के रूप में किया जाता है, जहां इनपुट सिग्नल बहुत कमजोर होता है और आउटपुट को उच्च शक्ति की आवश्यकता होती है।

टीडब्ल्यूटीए जिसका आउटपुट एंटीना (रेडियो) चलाता है, जो कि एक प्रकार का संचारक है। टीडब्ल्यूटीए ट्रांसमीटरों का व्यापक रूप से रडार में उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से एयरबोर्न अग्नि नियंत्रण रडार प्रणाली और इलेक्ट्रॉनिक युद्ध और आत्म-सुरक्षा प्रणालियों में। ऐसे अनुप्रयोगों में, स्पंदन संचालन की अनुमति देने के लिए टीडब्ल्यूटी की इलेक्ट्रॉन बंदूक और धीमी-तरंग संरचना के बीच सामान्यतः एक नियंत्रण ग्रिड पेश किया जाता है। नियंत्रण ग्रिड को चलाने वाले विद्युत परिपथ को सामान्यतः ग्रिड न्यूनाधिक के रूप में संदर्भित किया जाता है।

2015 में प्लूटो का दौरा करने वाले नए क्षितिज अंतरिक्ष यान के डिश के नीचे दोहरे निरर्थक 12-वाट टीडब्ल्यूएटी को शरीर पर लगाया गया था, फिर सूर्य से 43.4 AU की दूरी पर डेटा वापस करने के लिए 2019 में कुइपर बेल्ट ऑब्जेक्ट 486958 अरोकोथ का उपयोग किया गया।

ऐतिहासिक नोट्स
एक टीडब्ल्यूटी को कभी-कभी प्रगामी तरंग प्रवर्धक नलिका (टीडब्ल्यूएटी) के रूप में संदर्भित किया जाता है। हालांकि इस शब्द को व्यापक रूप से कभी नहीं अपनाया गया था। टीडब्ल्यूटी को इंजीनियरों ने ट्विट कहा है, और टीडब्ल्यूटीए को ट्वीटा के रूप में संदर्भित किया गया।

यह भी देखें

 * वितरित प्रवर्धक
 * मैग्नेट्रान
 * क्लाइस्ट्रॉन ट्यूब
 * क्रॉस-फील्ड प्रवर्धक
 * बैकवर्ड वेव दोलक
 * आगमनात्मक आउटपुट ट्यूब
 * विस्तारित पारस्परिक दोलक

अग्रिम पठन

 * कोपलैंड, जैक; हैफ, आंद्रे ए। (सितंबर 2015)। "द ट्रू हिस्ट्री ऑफ़ द ट्रैवलिंग वेव ट्यूब"।
 * एंडरसन, कार्टर एम; (नवंबर 2015)। "द क्वेस्ट फॉर द अल्टीमेट वैक्यूम ट्यूब"। आईईईई स्पेक्ट्रम;

बाहरी संबंध

 * Memorial page, with photo of John Pierce holding a टीडब्ल्यूटी
 * Nyquist page, with photo of Pierce, Kompfner, and Nyquist in front of टीडब्ल्यूटी calculations on blackboard
 * TMD Travelling Wave Tubes, Information & PDF data sheets.
 * Flash animation showing the operation of a traveling wave tube (टीडब्ल्यूटी) and its internal construction