STTR Phase I: Metamaterial Based Vacuum Electron Devices for Next Generation Communication Systems

STTR 第一阶段:用于下一代通信系统的基于超材料的真空电子器件

基本信息

  • 批准号:
    1212327
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2012
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2012-07-01 至 2013-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Small Business Technology Transfer (STTR) Phase I project aims to develop novel technology for Vacuum Electron Devices (VED) such as Traveling Wave Tubes (TWT) for the next generation high spectral efficiency, high data rate civilian and military communication systems. VED amplifier performance be greatly improved by employing frequency selective interaction structures (IS) with high gain in the operating band and negligible spurious output in the neighboring bands for achieving high spectral efficiency. This project aims to develop a novel TWT with a metamaterial (MTM) IS. MTMs can be engineered to simultaneously have large negative values of permittivity (å) and permeability (ì) which cause left handed propagation of electromagnetic waves with high coupling to the electron beam. Also, such structures allow co-propagation of an electron beam in the medium of the IS, permitting the choice of a spatially distributed high current electron beam to achieve higher gain and output power. As a result of the proposed research an MTM IS for a 10 GHz TWT will be designed, tested and characterized. A proof-of-concept TWT design will be developed which will have potential to advance the state-of-the-art in high data rate communication systems.The broader impact/commercial potential of this project includes advances in novel designs of passive components such as waveguides, filters, duplexers, power combiners and channel drop filters. Advances in the performance of these components are crucial to advancing system-level performance of the next generation communication systems. The design methodology developed under this work will also be applicable to other microwave and terahertz sources such as VED based gyrotrons and semiconductor based Terahertz sources such as Quantum Cascade Lasers (QCL) by using an MTM structure to improve confinement of desired modes and filtering the unwanted modes. Also, further development of MTMs will create new technology for the manipulation and transportation of light which is the basic building block for optical computing. The development of the concept of using MTMs for solving problems in both active and passive microwave and terahertz devices will contribute to the understanding of the basic physics of MTMs and advance the field of microwave engineering.
该小型企业技术转移(STTR)第一阶段项目旨在开发真空电子器件(VED)的新技术,如行波管(TWT),用于下一代高频谱效率、高数据速率的民用和军用通信系统。采用频率选择性互作用结构(IS),在工作频段具有较高的增益,而在相邻频段的杂散输出可以忽略不计,从而获得较高的频谱效率,从而极大地改善了VED放大器的性能。本项目旨在开发一种新型的具有超材料(MTM)的行波管。MTMS可以设计成同时具有较大的负介电常数和磁导率,这会导致电磁波在左手中传播,并与电子束高度耦合。此外,这种结构允许电子束在IS的介质中共同传播,从而允许选择空间分布的大电流电子束以获得更高的增益和输出功率。作为拟议研究的结果,将设计、测试和表征用于10 GHz行波管的MTM。将开发一种概念验证行波管设计,这将有可能推动高数据速率通信系统中的最先进技术。该项目的更广泛的影响/商业潜力包括无源元件的新设计,如波导、滤波器、双工器、功率合成器和信道降滤波器。这些部件的性能进步对于提高下一代通信系统的系统级性能至关重要。这项工作开发的设计方法也将适用于其他微波和太赫兹源,如基于VED的回旋管和基于半导体的太赫兹源,如量子级联激光器(QCL),通过使用MTM结构来改善所需模式的限制和过滤不需要的模式。此外,MTMS的进一步发展将为光的操纵和传输创造新的技术,光是光学计算的基本构件。利用MTM来解决主动和被动微波和太赫兹器件中的问题的概念的发展,将有助于理解MTM的基本物理,并推动微波工程领域的发展。

项目成果

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