利用椭圆形超材料对类似陀螺仪的反向波振荡器进行的PIC研究

《IEEE Transactions on Plasma Science》：PIC Investigations of a Gyro-Like Backward-Wave Oscillator Using Elliptical Metamaterials

本研究开发了一种新型椭圆Metamaterial单元结构，并构建了基于该结构的gyro-like反向波振荡器（BWO），实现电磁能量向TE11模式的高效释放。PIC仿真表明，该BWO可在截止频率以下工作，当电压375 kV、电流1.77 kA、磁场0.51 T时，输出功率达450 MW，电子效率高达67.8%于2.41 GHz，为设计紧凑型高功率微波源提供了新方法。

　　

摘要：

研究人员开发了一种新型的椭圆形超材料单元格，并利用这种椭圆形超材料构建了一个类陀螺结构的后向波振荡器（BWO），能够将电磁能量释放到所需的TE11模式中。通过光子集成电路（PIC）仿真发现，该类陀螺结构的BWO可以在其截止频率以下工作于TE11模式。当施加电压U=375 kV、电流I=1.77 kA以及磁场B=0.51 T时，输出功率可达到450 MW，且在2.41 GHz频率下的电子效率可高达67.8%。这些结果表明，利用超材料单元格可以实现高效类陀螺结构BWO在截止频率以下的工作。此外，本研究还旨在设计一种基于超材料的紧凑型高功率微波源，以辐射出高斯型微波波束。