Neuartige planare Slow-Wave-Strukturen für breitbandige Leistungs-TWT bei Millimeterwellen und Terahertz Frequenzen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die miniaturisierte und verfügbare Vakuumelektronik-Bauelemente sind für Millimeterwellenanwendungen wie Radar, drahtlose Kommunikation und Satellitenkommunikation von entscheidender Bedeutung. Heutzutage sind Vakuumtechnologien kostenintensiv und eingeschränkt einsetzbar für größere Marktvolumina. Neue Herstellungsmethoden für elektronische Vakuumbauelemente die über 100 GHz arbeiten muss grundlegend erforscht werden. Der wichtigste Treiber für die Forschung sind neuartige Herstellungsprozesse der Slow-Wave- Struktur (SWS). Die herkömmliche Realisierung von SWS ist aufgrund des 3D-Charakters und der Geometrieanforderungen bei Millimeterwellen extrem schwierig. Andererseits können 2D- planare SWS-Strukturen durch fotolithografische Techniken realisiert werden, die die obigen Herstellungsbeschränkungen lösen können, auf Kosten höherer Verluste, schmaler Bandbreite und begrenzter Leistung der Vakuumbauelemente. Ziel dieses Vorhabens ist die Erforschung neuartiger 2D-Strukturen, die die oben genannten Einschränkungen überwinden und den Weg für eine effiziente SWS-Herstellung und die Realisierung von Wanderfeldröhren bei Millimeterwellenfrequenzen bei etwa 200 GHz mit einer Bandbreite 10 GHz ebnen können. Wir möchten den Stand der Technik von Wanderfeldröhren auf Basis von 2D-SWS sowohl hinsichtlich der Herstellungskomplexität als auch hinsichtlich der Leistung verbessern. Die Studien umfassen neuartige planare 2D-SWS als Alternative zu den zuvor untersuchten Mäanderlinien mit schmaler Bandbreite, wobei sowohl Einzel- als auch Mehrschichtsubstrate berücksichtigt werden. Fotolithografische Techniken ermöglichen die zuverlässige Herstellung solcher SWS mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit zu einem Bruchteil der Herstellungskosten. An diesen SWS-Strukturen wurden theoretische und Simulationsstudien mit dem Ziel der Optimierung der Bandbreite und Kopplungsimpedanz durchgeführt. Die experimentelle Charakterisierung dieser Strukturen wurde durch Simulationen validiert. Der Erfolg des Projekts basiert auf einer starken Zusammenarbeit und Synergie zwischen den beiden Gruppen. Die beiden Gruppen nutzten komplementäre Entwurfsansätze und unterschiedliche elektromagnetische Simulatoren. Sie tauschten die Ergebnisse und Entwurfsmodelle der untersuchten Architekturen aus und bewerteten die Strukturen systematisch auf ihre Leistungsfähigkeit. Die beiden Gruppen haben die SWS-Strukturen mit unterschiedlichen Herstellungsansätzen hergestellt. GUF war insbesondere für die Herstellung ein- und mehrschichtiger SWS-Strukturen mit herkömmlicher optischer Lithographie verantwortlich, während das Saratov-Team SWS-Strukturen durch Laserbearbeitung untersuchte. Das Projekt führte zu einer Reihe von Veröffentlichungen in internationalen Fachzeitschriften und internationalen auf das Thema spezialisierten Konferenzen (z. B. IVEC).
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fabrication and measurements of a planar slow wave structure operating in V-band. 2019 International Vacuum Electronics Conference (IVEC), 1-2. IEEE.
Ulisse, Giacomo; Starodubov, Andrey; Galushka, Viktor; Krozer, Viktor; Serdobintsev, Alexey; Samarskiy, Mikhail; Ryskin, Nikita & Pavlov, Anton
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Microfabrication and Study of Planar Slow-Wave Structures for LowVoltage V-band and W-band Vacuum Tubes. 2019 44th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 1-2. IEEE.
Starodubov, Andrey; Ryskin, Nikita; Rozhnev, Andrey; Pavlov, Anton; Serdobintsev, Alexey; Torgashov, Roman; Galushka, Victor; Kozhevnikov, Ilya; Bahteev, Igor; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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Development of a millimeter-band traveling-wave tube with a meander-line microstrip slow wave structure. Fourth International Conference on Terahertz and Microwave Radiation: Generation, Detection, and Applications, 56. SPIE.
Ryskin, Nikita M.; Starodubov, Andrey V.; Torgashov, Roman A.; Rozhnev, Andrey G.; Pavlov, Anton M.; Galushka, Viktor V.; Serdobintsev, Alexey A.; Kozhevnikov, Ilya O.; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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Development of Miniaturized Traveling-Wave Tubes With Planar Microstrip Slow-Wave Structures on Dielectric Substrates. 2020 33rd International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 1-2. IEEE.
Rvskin, N.M.; Torgashov, Roman A.; Torgashov, G. V.; Rozhnev, Andrey G.; Starodubov, Andrey V.; Serdobintsev, Alexey A.; Pavlov, Anton M.; Galushka, Viktor V.; Burtsev, A.A.; Navrotskiy, I. A.; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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Studies on Millimeter-band Low-Voltage Traveling-Wave Tubes with Planar Meander-Line Slow-Wave Structures. 2020 IEEE 21st International Conference on Vacuum Electronics (IVEC), 325-326. IEEE.
Starodubov, Andrei; Pavlov, Anton; Galushka, Viktor; Serdobintsev, Alexey; Kozhevnikov, Ilya; Bessonov, Dmitry; Torgashov, Roman; Rozhnev, Andrey; Ryskin, Nikita; Molchanov, Sergei; Bakhteev, Igor; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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3D printing of a metallic helix for traveling wave tube amplifiers operating in millimeter wave range. 2021 46th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 1-2. IEEE.
Ulisse, Giacomo; Schurch, Patrik; Koelmans, Wabe W. & Krozer, Viktor
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Design of a TWT Collector Integrable on the same Substrate of a Planar Slow Wave Structure. 2021 22nd International Vacuum Electronics Conference (IVEC), 1-2. IEEE.
Ulisse, Giacomo; Krozer, Viktor; Torgashov, Roman A. & Ryskin, Nikita M.
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Development of a Low-Voltage Millimeter-Band Traveling-Wave Tube With a Planar Microstrip Slow-Wave Structure on Dielectric Substrate. 2021 22nd International Vacuum Electronics Conference (IVEC), 1-2. IEEE.
Torgashov, Roman A.; Starodubov, Andrey V.; Rozhnev, Andrey G.; Ryskin, Nikita M.; Galushka, Viktor V.; Serdobintsev, Alexey A.; Pavlov, Anton M.; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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Development of microfabricated planar slow-wave structures on dielectric substrates for miniaturized millimeter-band traveling-wave tubes. Journal of Vacuum Science & Technology B, Nanotechnology and Microelectronics: Materials, Processing, Measurement, and Phenomena, 39(1).
Ryskin, Nikita M.; Torgashov, Roman A.; Starodubov, Andrey V.; Rozhnev, Andrey G.; Serdobintsev, Alexey A.; Pavlov, Anton M.; Galushka, Viktor V.; Bessonov, Dmitry A.; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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Magnetron co-sputtered μm-thick Mo–Cu films as structural material with low heat extension for key parts of high-power millimeter-band vacuum microelectronic devices. Journal of Vacuum Science & Technology B, 40(1).
Starodubov, Andrey V.; Serdobintsev, Alexey A.; Galushka, Viktor V.; Kozhevnikov, Ilya O.; Pavlov, Anton M.; Ulisse, Giacomo; Krozer, Viktor & Ryskin, Nikita M.
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Magnetron Sputtering Formation of Molybdenum-Copper Alloys for Fabrication of Millimeter-Band Planar Slow Wave Structures. 2021 34th International Vacuum Nanoelectronics Conference (IVNC), 1-2. IEEE.
Starodubov, A. V.; Nozhkin, D. A.; Serdobintsev, A. A.; Kozhevnikov, I. O.; Pavlov, A. M.; Galushka, V. V.; Ryskin, N. M.; Ulisse, G. & Krozer, V.
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Studies on a Microfabricated Traveling-Wave Tube With Planar Microstrip Slow-Wave Structure. 2021 46th International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz), 1-2. IEEE.
Ryskin, Nikita M.; Starodubov, Andrey V.; Torgashov, Roman A.; Pavlov, Anton M.; Kozhevnikov, Ilya O.; Serdobintsev, Alexey A.; Rozhnev, Andrey G.; Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
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A 3-D Printed Helix for Traveling-Wave Tubes. IEEE Transactions on Electron Devices, 69(11), 6358-6361.
Ulisse, Giacomo.; Schurch, Patrik Hepp, Edgar; Koelmans, Wabe W.; Doerner, Ralf & Krozer, Viktor
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Planar Helix Slow Wave Structure for K-Band Traveling Wave Tube. 2022 23rd International Vacuum Electronics Conference (IVEC), 330-332. IEEE.
Ulisse, Giacomo.; Krozer, Viktor; Torgashov, Roman A. & Ryskin, Nikita M.
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Diamond Substrate Planar Slow-Wave Structures for Millimeter Wave Traveling Wave Tubes. 2023 24th International Vacuum Electronics Conference (IVEC), 1-2. IEEE.
Ulisse, Giacomo & Krozer, Viktor
