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撰稿| 由课题组供稿
导读
近日，电子科技大学电子科学与工程学院段兆云教授研究小组在超材料扩展互作用速调管（Metamaterial Extended Interaction Klystron）方面取得了重要研究进展。他们在电子器件领域最顶级专业期刊《IEEE Electron Device Letters》上发表了题为“Novel S-Band Metamaterial Extended Interaction Klystron”的学术论文。王新博士生为论文第一作者，段兆云教授为通讯作者，电子科技大学为论文第一署名单位，中国工程物理研究院和印度Supreme Knowledge Foundation Group of Institutions均为合作单位。
该研究充分结合了超材料的小型化、强谐振以及扩展互作用技术集中式调制的优点，提出了一种全新的超材料扩展互作用谐振腔。通过研究发现超材料扩展互作用谐振腔能够增加谐振腔对电子注的调制深度，提高超材料扩展互作用速调管的电子效率和减小互作用长度。在此基础上，首次提出了一种小型化高电子效率的超材料扩展互作用速调管，其仿真模型和加工零部件以及冷测样管分别如图1和图2所示。研究表明，超材料扩展互作用速调管的腔体直径约为常规的扩展互作用速调管的1/2，在平均输出功率56 kW的条件下获得饱和增益47 dB和电子效率62 %。
图1. 三腔超材料扩展互作用速调管的仿真模型
图2. 加工零部件（a）和冷测样管（b）
速调管作为高能微波驱动源，为同步辐射光源、散列中子源、受控热核聚变试验装置、重离子实验装置等提供微波能量实现粒子加速，是大科学装置的核心组成部件，不仅数量众多，而且大多数集中在微波低频段。低频段速调管体积庞大，典型的P波段速调管长度约为3.9米，重量接近2.5吨。因此，减小速调管的体积和重量对于节约能耗和成本至关重要。本论文提出的新型超材料扩展互作用速调管在未来的大科学装置、生物医学、工业加热等方面具有广泛的应用前景。
期刊简介：《IEEE Electron Device Letters》的2019年影响因子为4.221，作为电子器件领域最顶级专业期刊，通常发表半导体电子器件、光电子器件、真空电子器件、传感器等极具原创性的学术论文。
文章链接
https://ieeexplore.ieee.org/document/9162052
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