Vacuum Electronic High Power Terahertz Sources

Booske, John H.; Dobbs, Richard; Joye, Colin D.; Kory, C.L.; Neil, George; Park, Gun-Sik; Park, Jaehun; Temkin, Richard J.

doi:10.1109/tthz.2011.2151610

Cited by 897 publications

(262 citation statements)

References 159 publications

Supporting

Mentioning

237

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…High power terahertz frequencies from 0.1 THz to 10 THz of the electromagnetic spectrum are being explored for numerous scientific and technological applications like ultra-broadband communication, security, medical imaging, remote sensing, planetary exploration and spectroscopy [1][2][3][4][5]. Ultra broadband communication and sensing applications demand extremely broad bandwidth (>10 GHz) and high power (>10 W) linear devices at THz frequencies.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Design of a Broadband Planar RF Structure for a 0.22 THz Travelling Wave Tube

Srivastava¹,

Sharma²

2017

ujeee

View full text Add to dashboard Cite

Planar broadband THz travelling wave tube is being designed for ultra broadband high speed data rate communication and imaging. A simplified analytical approach is developed for designing of a planar staggered double vane rectangular waveguide slow-wave structure (SDVSWS) for a broadband 0.22 THz 100W TWT. The structure is inherently compatible for sheet beam operation, and it is designed for an electron beam of voltage 20 kV and current 50 mA. 3D e.m. field simulator code CST-MWS was used for simulating the SDVSWS using the analytical design parameters. It is found that the dispersion characteristic by the analytical method matches well within 5% with the simulated dispersion characteristic of the structure. Effects of various parameters of a double-vane SWS on dispersion and impedance characteristics are evaluated for achieving a planar TWT of bandwidth more than 40 GHz with high gain. It is shown that pitch and vane height are most significant parameters and half-period staggering of double vanes in the structure provides wider bandwidth, high impedance and high symmetric RF electric field for efficient beam-wave interaction.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Design of a Broadband Planar RF Structure for a 0.22 THz Travelling Wave Tube

Srivastava¹,

Sharma²

2017

ujeee

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Наиболее простые по конструкции одноострийные полевые эмиттеры традиционно и успешно используют-ся при создании, например, электронных микроскопов и сенсоров, где необходимы, как правило, токи с эмиттера не более 10 −7 −10 −5 A. В последние годы делаются попытки освоить не со-всем обычную область применения полевых эмиттеров, использовать их при создании некоторых типов высо-ковольтных, но миниатюрных электронных приборов, таких, например, как СВЧ усилители и генераторы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов (см., например, [1,2]), а также портативных источников рент-геновского излучения (например, [3,4]). В указанных приложениях полевые эмиттеры должны обеспечивать одновременно не только высокие плотности тока эмис-сии (порядка или более 100−150 mA/cm 2 ), но и большие полные токи (свыше нескольких десятков миллиампер), причем в условиях технического вакуума [5,6].…”

Section: Introductionunclassified

Оптимизация Многоострийных Полевых Эмиттеров С Двуслойными Защитными Покрытиями

Соминский¹,

Тарадаев²

2017

Журнал Технической Физики

View full text Add to dashboard Cite

(Поступило в Редакцию 22 июня2016 г.)Проведены расчеты, необходимые для оптимизации упорядоченных многоострийных кремниевых полевых эмиттеров с двуслойными защитными металл-фуллереновыми покрытиями, предназначенных для использо-вания в высоковольтных электронных приборах, работающих в техническом вакууме. Расчеты выполнены с использованием программы COMSOL. Определено влияние на эмиссионные характеристики эмиттеров морфологии их поверхности, в том числе высоты острий и радиуса их вершины, а также расстояния между остриями. Показано, что эмиттеры площадью 0.2 cm 2 , работающие в условиях частичной взаимной экранировки, могут обеспечить при достаточно больших напряжениях токи порядка нескольких сотен миллиампер. DOI: 10.21883/JTF.2017.06.44519.1949 Введение Холодные полевые эмиттеры привлекательны для ис-пользования в вакуумной электронике прежде всего по-тому, что не требуют накала и практически безынерци-онны. Наиболее простые по конструкции одноострийные полевые эмиттеры традиционно и успешно используют-ся при создании, например, электронных микроскопов и сенсоров, где необходимы, как правило, токи с эмиттера не более 10 −7 −10 −5 A. В последние годы делаются попытки освоить не со-всем обычную область применения полевых эмиттеров, использовать их при создании некоторых типов высо-ковольтных, но миниатюрных электронных приборов, таких, например, как СВЧ усилители и генераторы миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов (см., например, [1,2]), а также портативных источников рент-геновского излучения (например, [3,4]). В указанных приложениях полевые эмиттеры должны обеспечивать одновременно не только высокие плотности тока эмис-сии (порядка или более 100−150 mA/cm 2 ), но и большие полные токи (свыше нескольких десятков миллиампер), причем в условиях технического вакуума [5,6].Применению полевых эмиттеров в высоковольтных приборах в условиях технического вакуума препятствует невысокая их долговечность. Основные причины выхода из строя полевых эмиттеров в высоковольтных устрой-ствах -распыление их поверхности под действием бомбардировки ионами остаточного газа, а также их разрушение из-за перегрева эмитирующих электроны структур при отборе больших токов и/или под действием пондеромоторных сил. Кардинально уменьшить влияние на работу эмиттеров тепловых эффектов и действия пондеромоторных сил можно, используя распределенн-ные многоострийные катоды, при эксплуатации которых с каждого острия отбираются достаточно малые токи ≤ 3−5 µA [6]. Однако и в этом случае необходимо свести к допустимому минимуму разрушающее действие ионной бомбардировки.Перспективный способ борьбы с действием ионной бомбардировки был выявлен в работах [7][8][9][10][11], где ав-торы использовали для решения этой проблемы защит-ные фуллереновые покрытия, активированные потоком ионов калия.В настоящее время наиболее хорошо отработана и достаточно проста технология создания многоострий-ных кремниевых структур [12]. По этой причине они представляются перспективными для создания полевых эмиттеров. Но применение таких структур для форми-рования электр...

show abstract

“…VED (Vacuum Electron Device) technology remains at the top for providing high power [4] at almost all frequency ranges of available microwave/millimeter devices. The sheet beam topology in microvacuum electron devices provides further benefit through the use of planar slow wave structures where the beam tunnel is squashed in one dimension and stretched in other.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…The sheet beam topology in microvacuum electron devices provides further benefit through the use of planar slow wave structures where the beam tunnel is squashed in one dimension and stretched in other. This makes possible high current transmission at moderate magnetic fields in addition to the benefit of the compatibility of sheet electron beam type SWS planar structures with MEMS fabrication schemes [4].…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Mems Compatible Sever for 220 GHZ Ultra Wide Band Twta: Design and Particle-in-Cell Analysis

Baig

Barnett²,

Gamzina³

et al. 2013

PIER Letters

View full text Add to dashboard Cite

Abstract-We report a MEMS (micro-electro-mechanical systems) compatible distributed loss type sever design for the 220 GHz double vane half period staggered traveling-wave tube amplifier (TWTA) [1]. The cold test simulations for a full TWT model including input/output couplers and broadband tapered vane transitions incorporating the sever, predicted a return loss (S 11 ) of < −10 dB in the pass band (205 GHz-275 GHz) while an insertion loss/isolation (S 21 ) of ∼ −27 dB. The return loss of the TWT circuit did not degrade by the inclusion of the sever (< −10 dB) while still maintaining a good isolation (S 21 ) for the RF signal. Particle-In-Cell (PIC) simulation analysis for the full 220 GHz TWT circuit (a) without sever and (b) with sever was conducted. With the inclusion of the sever, the TWTA showed generally a stabilized output response for all cases. The maximum power from the long sever case was ∼ 25 W for P in ∼ 50 mW and the gain was ∼ 27 dB. The reverse power was decreased to ∼ 30 mW. For the short sever, the PIC results were even better with a maximum output power of ∼ 62 W and a gain of ∼ 30.92 dB with a reduced reverse power of ∼ 5 mW for an input power of 50 mW at 220 GHz. The FFT spectrum of the RF signal at the output port also showed a spectrally pure waveform at 220 GHz.

show abstract

Vacuum Electronic High Power Terahertz Sources

Cited by 897 publications

References 159 publications

Design of a Broadband Planar RF Structure for a 0.22 THz Travelling Wave Tube

Design of a Broadband Planar RF Structure for a 0.22 THz Travelling Wave Tube

Оптимизация Многоострийных Полевых Эмиттеров С Двуслойными Защитными Покрытиями

Mems Compatible Sever for 220 GHZ Ultra Wide Band Twta: Design and Particle-in-Cell Analysis

Contact Info

Product

Resources

About