Leistungsfähiger Magnetron-Entwurf, insbesondere für hohe Frequenzen (sub-THz) und für Dauerstrich-(cw- ) Betrieb

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Klaus Schünemann
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 260476235

Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist das Magnetron, eine Elektronenstrahl-Röhre, mit der durch das Zusammenwirken eines strukturierten Elektronenstrahls mit einer elektro-magnetischen Resonanzstruktur Hochfrequenzleistung im Bereich der Sub-Millimeterwellen erzeugt werden kann. Das ist heute von großem Interesse, da in diesem Frequenzbereich viele technische und wissenschaftliche Anwendungen liegen.Das Ziel unserer Arbeiten ist es, eine vollständig neue physikalische Beschreibung des Magnetrons aufzustellen, die einen gezielten quantitativen Entwurf ermöglichen soll, so dass in einem Folgeprojekt ein leistungsstarker, aber dennoch handlicher Hochfrequenz-Generator für diesen Terahertz (THz) genannten Frequenzbereich entwickelt werden könnte. Dieses neue Modell soll einerseits konkrete Angaben über eine Optimierung der Betriebs- und Geometrie-Parameter liefern sowie andererseits neue Betriebsformen erkunden. Darunter fällt vor allem der sogenannte Dauerstrich-Betrieb, der bei einem Magnetron jenseits des Zentimeterwellen-Bereichs bisher nicht realisiert werden konnte. Gerade dadurch würden aber die Einsatzmöglichkeiten der Röhre vervielfacht werden. Ein charakteristisches Merkmal dieser neuen Klasse von Magnetrons wird der weit gehende Einsatz eines neuen Materials für den Aufbau der Resonanzstruktur sein, das als Metamaterial bekannt ist. Die Entwicklung des Modells, seine Verifizierung sowie die nähere Untersuchung der Betriebs-formen wird durch eine beispielhafte Herstellung von einzelnen Komponenten bis hin zu Prototypen der Röhre begleitet. Dazu dient eine enge Zusammenarbeit mit einem international hoch beleumundeten Forschungs-Institut in Kharkiv, Ukraine, das in der Herstellung von Magnetrons bei kurzen Millimeterwellen führend ist. Die erforderlichen Messungen werden an beiden Orten durchgeführt, in Hamburg und in Kharkiv.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen