TWT 案例研究
Helix-shaped traveling-wave tubes (TWTs) are used in many electronics to amplify microwave radio-frequency (RF) signals. Traditionally helix TWT amplifiers haven’t been used for RF signals in the TeraHertz region, as these higher frequency signals require extremely small devices that are fragile and difficult to manufacture.
Creating miniature TWTs that could be used for signals in the TeraHertz region is appealing, as these small devices would require fewer material costs and could take advantage of relatively low atmospheric attenuation compared to infrared and optical wavelengths.
Heather Song 博士和她的科羅拉多大學科羅拉多泉分校 (UCCS) 的研究小組提出了一種新型微型階梯式TWT，用於 50GHz V波段操作。這種小型對稱器件只需少量簡單組裝即可，而且可能可以讓製造商以低成本製造。
由於這種微型階梯式TWT是一種新型器件，因此必須優化設計和製造工藝，在進行大規模製造之前，必須瞭解非線性增益和頻寬等重要特徵。為了她的研究和驗證過程，Song 博士開始評估一些候選的多重物理耦合模擬軟體。意識到一般常見的模擬工具無法同時處理電磁和粒子研究以及階梯型 TWT 的複雜幾何形狀，她求助於 Tech-X 的團隊尋求解決方案。
使用 VSim，Song 博士和她的團隊開始運行模擬和分析結果。使用 VSim 的 Dey-Mittra 切割格網演算法，她的微型 TWT 的複雜形狀可以以非鋸齒狀的方式解決，從而提供平滑的表面來解決麥克斯韋方程式的問題。雖然微型階梯式TWT需要複雜的物理原理，通常需要數天來模擬，但憑藉 VSim 的分散式平行計算能力，Song 博士提出的設計在32 核心機器上的模擬時間被縮短到4天。
在與 VSim 合作後，Song 博士首次能夠可靠地預測其微型階梯式 TWT 的光學行為。使用 VSim，她確定了梯子的最佳長度和功率，並能夠將 TWT 的頻率範圍擴展到近 50 GHz，而傳統類型的 TWT 在這個評斷不能製造。3D VSim 結果將用於在 UCCS 設計新的階梯式類型行波管。
