A Compact, High-power Terahertz Amplifier for DNP-NMR and EPR Spectroscopy

用于 DNP-NMR 和 EPR 光谱分析的紧凑型高功率太赫兹放大器

基本信息

  • 批准号:
    8714444
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.06万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-05-01 至 2016-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (provided by applicant): We propose to develop a compact, cost-effective Traveling Wave Tube (TWT) amplifier at 263 GHz with 50 W of peak power, 5 W of continuous wave power and 5% instantaneous bandwidth for application in Dynamic Nuclear Polarization (DNP) enhanced solid-state and solution-state NMR and Electron Paramagnetic Resonance (EPR) spectroscopy. With DNP, the inherently small signal intensities in a NMR experiment can be enhanced by up to two orders of magnitude. This significantly increased overall sensitivity will be highly beneficial for analytical applications of NMR spectroscopy as well as in the structure determination of bio- macromolecules using NMR methods. Currently, DNP is performed with either low power solid-state sources (whose output power is limited to a few mW at frequencies >300 GHz) and at low temperatures in the range of 20-30 K (to compensate for low microwave power) or with large, gyrotron systems which can generate 50 W of power. Gyrotrons are expensive and do not possess sufficient tuning bandwidth (<0.1%) necessary for investigating a wide range of DNP experiments and thus require expensive sweep coils in the NMR magnets. The proposed TWT will address all the above concerns. The TWT can also be used as an external amplifier on a commercial 263 GHz EPR spectrometer to significantly improve the output power capability by 30dB. The TWT is expected to cost less than one-fourth of the cost of a gyrotron system, provide 5% instantaneous bandwidth and will be a compact table-top system. These advantages will allow a larger number of researchers to take advantage of the sensitivity boost offered by DNP in NMR experiments. In Phase I, we will design, build and test key subsystems of the of the TWT including the electron gun, the compact permanent magnet system and the interaction structure. The latter will be built on a state-of-the-art nano-computer numerical controlled (CNC) milling machine to achieve the high precision and surface quality necessary for operation at such high frequencies. The successful testing of the key subsystems will enable optimization of the design for a full prototype in Phase II. The technology is scalable and can be used at frequencies as high as 593 GHz (900 MHz NMR). A higher peak power version of the device will advance the state-of-the-art in high field EPR spectroscopy. As an ultimate result of this project, we expect Bridge12 to offer commercial TWTs from 263 GHz(400 MHz NMR) to 593 GHz (900 MHz NMR) for DNP-NMR and EPR spectroscopy. This will greatly accelerate structure determination of bio-macromolecules of relevance to human disease research funded by NIH.
描述(由申请人提供):我们建议开发一款紧凑、经济高效的 263 GHz 行波管 (TWT) 放大器,具有 50 W 峰值功率、5 W 连续波功率和 5% 瞬时带宽,用于动态核极化 (DNP) 增强固态和溶液态 NMR 和电子顺磁共振 (EPR) 光谱。使用 DNP,NMR 实验中固有的小信号强度可增强多达两个数量级。总体灵敏度的显着提高将非常有利于核磁共振波谱的分析应用以及使用核磁共振方法测定生物大分子的结构。目前,DNP 要么使用低功率固态源(其输出功率在频率 >300 GHz 时限制为几毫瓦)并在 20-30 K 范围内的低温下执行(以补偿低微波功率),要么使用可产生 50 W 功率的大型回旋管系统。回旋管价格​​昂贵,并且不具备研究各种 DNP 实验所需的足够调谐带宽 (<0.1%),因此 NMR 磁体中需要昂贵的扫描线圈。拟议的 TWT 将解决上述所有问题。 TWT 还可用作商用 263 GHz EPR 光谱仪的外部放大器,将输出功率能力显着提高 30dB。 TWT 预计成本不到回旋管系统成本的四分之一,提供 5% 的瞬时带宽,并且将是一个紧凑的桌面系统。这些优势将使更多的研究人员能够在 NMR 实验中利用 DNP 提供的灵敏度提升。第一阶段,我们将设计、建造和测试行波管的关键子系统,包括电子枪、紧凑型永磁体系统和相互作用结构。后者将建立在最先进的纳米计算机数控(CNC)铣床上,以实现在如此高的频率下运行所需的高精度和表面质量。关键子系统的成功测试将使第二阶段完整原型的设计得以优化。该技术具有可扩展性,可在高达 593 GHz (900 MHz NMR) 的频率下使用。该设备的更高峰值功率版本将推动高场 EPR 光谱技术的发展。作为该项目的最终成果,我们预计 Bridge12 将为 DNP-NMR 和 EPR 光谱提供从 263 GHz(400 MHz NMR)到 593 GHz(900 MHz NMR)的商用行波管。这将大大加速与 NIH 资助的人类疾病研究相关的生物大分子的结构测定。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jagadishwar Rao Sirigiri其他文献

Jagadishwar Rao Sirigiri的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jagadishwar Rao Sirigiri', 18)}}的其他基金

A Compact, 395 GHz Traveling Wave Tube (TWT) Amplifier for DNP-NMR and EPR Spectroscopy
用于 DNP-NMR 和 EPR 光谱分析的紧凑型 395 GHz 行波管 (TWT) 放大器
  • 批准号:
    10259439
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
A Compact, High-power Terahertz Amplifier for DNP-NMR and EPR Spectroscopy
用于 DNP-NMR 和 EPR 光谱分析的紧凑型高功率太赫兹放大器
  • 批准号:
    8848524
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:

相似海外基金

SBIR Phase II: Thermally-optimized power amplifiers for next-generation telecommunication and radar
SBIR 第二阶段:用于下一代电信和雷达的热优化功率放大器
  • 批准号:
    2335504
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Cooperative Agreement
Interferometric and Multiband optical Parametric Amplifiers for Communications (IMPAC)
用于通信的干涉式和多频带光学参量放大器 (IMPAC)
  • 批准号:
    EP/X031918/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Fellowship
Josephson Parametric Amplifiers using CVD graphene junctions
使用 CVD 石墨烯结的约瑟夫森参量放大器
  • 批准号:
    EP/Y003152/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Research Grant
Semiconductor-based Terahertz Traveling Wave Amplifiers for Monolithic Integration
用于单片集成的半导体太赫兹行波放大器
  • 批准号:
    2329940
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Standard Grant
OPTIME-PA: Optimal MMIC Design of E-Band Power Amplifiers for Satcom using Dedicated Measurements and Non-Linear Modelling
OPTIME-PA:使用专用测量和非线性建模的卫星通信 E 频段功率放大器的最佳 MMIC 设计
  • 批准号:
    10075892
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
Optical Glass Amplifiers for High Capacity Networks
用于高容量网络的光学玻璃放大器
  • 批准号:
    538379-2018
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
Investigating the function of ZU5 domain-containing proteins as amplifiers of caspase activation
研究含有 ZU5 结构域的蛋白质作为 caspase 激活放大器的功能
  • 批准号:
    10681326
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
Investigating the function of ZU5 domain-containing proteins as amplifiers of caspase activation
研究含有 ZU5 结构域的蛋白质作为 caspase 激活放大器的功能
  • 批准号:
    10621402
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
Broadband Digital Doherty Amplifiers for Sub-6 GHz 5G wireless Applications
适用于 6 GHz 以下 5G 无线应用的宽带数字 Doherty 放大器
  • 批准号:
    573452-2022
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Alliance Grants
TALENT – Tapered AmpLifiErs for quaNtum Technologies
人才 — 量子技术的锥形放大器
  • 批准号:
    10032436
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.06万
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了