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.
科罗拉多大学科罗拉多泉分校 (UCCS) 的 Heather Song 博士和她的团队提出了一种新型的微制造阶梯型 TWT，将用于 50GHz V波段的操作。这种小型、对称的装置需要很少的部件，装配过程简单，有可能以较低的成本给制造商制造。
由于这种微制造的阶梯型 TWT 将是一种新的装置，在大规模适应之前，必须优化设计和制造过程，并且必须了解诸如非线性增益和带宽等重要特征。对于她的研究和验证过程， Song 博士开始审查候选的多物理场仿真软件。意识到许多普遍的仿真工具都无法处理电磁和粒子研究，以及她的梯形 TWT 的复杂几何形状，她转向 Tech-X 团队寻求解决方案。
利用 VSim，Song 博士和她的团队开始运行模拟并分析结果。利用 VSim 的 Dey-Mittra 切割网格算法，她的微制造 TWT 的复杂形状可以以非阶梯式的方式解决，从而提供了解决麦克斯韦方程的光滑表面。尽管微制造阶梯式环形隧道需要复杂的物理学，通常需要数天的时间来模拟，但利用 VSim 的分布式并行计算能力，Song 博士提出的设计的模拟时间在32核机器上被缩短到4天。
在使用 VSim 后，Song 博士首次能够可靠地预测其微制造的梯形TWT的光学行为。利用 VSim，她确定了梯子的最佳长度和功率，并能够将TWT的频率范围扩大到近 50 GHz，而传统类型的 TWT 已经无法制造。3D VSim 的结果将被用于设计 UCCS 的新型阶梯式TWT。
