專(zhuān)利名稱(chēng)：一種行波管注波互作用的模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于行波管模擬技術(shù)，具體涉及一種行波管注波互作用的模擬方法。
背景技術(shù)：
行波管是使用最廣泛的真空電子器件之一，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通訊、雷達(dá)、電子對(duì)抗等領(lǐng)域。目前，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design,CAD)技術(shù)是節(jié)約成本，改進(jìn)設(shè)計(jì)和提高行波管整體性能的主要手段之一。在行波管CAD技術(shù)中，對(duì)行波管內(nèi)電子注與高頻電磁場(chǎng)的相互作用(即注波互作用)進(jìn)行分析具有重要意義。行波管中的注波互作用是一個(gè)自洽過(guò)程行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)的高頻電磁場(chǎng)和粒子群聚產(chǎn)生的空間電荷場(chǎng)推動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)，粒子運(yùn)動(dòng)形成高頻電流，高頻電流反過(guò)來(lái)激勵(lì)高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)的高頻電磁場(chǎng)。目前，主要有兩類(lèi)方法模擬行波管內(nèi)的注波互作用過(guò)程，一是純數(shù)值的粒子模擬方法，二是利用半解析半數(shù)值的參數(shù)理論模型。純數(shù)值的粒子模擬方法具有通用性，可以對(duì)各類(lèi)行波管的注波互作用過(guò)程進(jìn)行模擬，但是其計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)，內(nèi)存消耗多，計(jì)算一次注波互作用過(guò)程往往需要數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天。參數(shù)理論模型計(jì)算一次注波互作用過(guò)程只需幾分鐘甚至幾十秒即可。然而，對(duì)不同類(lèi)型的行波管，如螺旋線行波管、耦合腔行波管、折疊波導(dǎo)行波管等，其高頻結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了不一致的電磁場(chǎng)分布，從而需要建立不同的注波互作用參數(shù)理論模型。對(duì)于某些具有復(fù)雜高頻結(jié)構(gòu)如耦合腔結(jié)構(gòu)、折疊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的行波管，無(wú)法建立起有效的注波互作用參數(shù)理論模型。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的半解析半數(shù)值的參數(shù)理論模型模擬各類(lèi)行波管注波互作用過(guò)程存在的問(wèn)題，提出了一種行波管注波互作用的模擬方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種行波管注波互作用的模擬方法，包括以下步驟A.根據(jù)行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)的廣義高頻場(chǎng)表達(dá)式得到高頻場(chǎng)方程；B.利用純數(shù)值的方法獲取行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)源的高頻場(chǎng)分布；C.計(jì)算空間電荷場(chǎng)；D.利用洛倫茲力方程推動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)，得到粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程；E.利用步驟A、B、C、D得到的高頻場(chǎng)方程、粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程，建立描述行波管注波互作用過(guò)程的微分方程組，設(shè)置互作用初始條件，求解建立的微分方程組，直到注波互作用結(jié)束，即可完成一次注波互作用過(guò)程的模擬。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的方法通過(guò)利用純數(shù)值的方法獲得行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)源的高頻場(chǎng)分布，并結(jié)合高頻場(chǎng)方程、粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程，構(gòu)建微分方程組，即建立起適用于各種類(lèi)型行波管的注波互作用參數(shù)理論模型，本發(fā)明的方法能夠模擬各類(lèi)行波管中的注波互作用過(guò)程，并且具有參數(shù)理論模型的高效性，可用于各類(lèi)具有周期性高頻結(jié)構(gòu)的行波管中的電子注和高頻場(chǎng)相互作用的數(shù)值仿真


圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖。圖2是本發(fā)明和Christine理論模型求解螺旋線行波管的基波5GHz和諧波IOGHz 的功率沿軸分布示意圖。圖3是利用本發(fā)明的方法求解耦合腔行波管飽和輸出功率與測(cè)試結(jié)果比較示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的行波管注波互作用的模擬方法的流程示意圖如圖1所示，包括如下步驟A.根據(jù)行波管高頻結(jié)構(gòu)的廣義高頻場(chǎng)表達(dá)式得到高頻場(chǎng)方程。在具有軸向周期性的行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)，廣義高頻電磁場(chǎng)可表述為公式(1. 1)
權(quán)利要求
1.一種行波管注波互作用的模擬方法，其特征在于，包括以下步驟A.根據(jù)行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)的廣義高頻場(chǎng)表達(dá)式得到高頻場(chǎng)方程；B.利用純數(shù)值的方法獲取行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)源的高頻場(chǎng)分布；C.計(jì)算空間電荷場(chǎng)；D.利用洛倫茲力方程推動(dòng)粒子運(yùn)動(dòng)，得到粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程；E.利用步驟A、B、C、D得到的高頻場(chǎng)方程、粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程，建立描述行波管注波互作用過(guò)程的微分方程組，設(shè)置互作用初始條件，求解建立的微分方程組，直到注波互作用結(jié)束，即可完成一次注波互作用過(guò)程的模擬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的行波管注波互作用的模擬方法，其特征在于，步驟A中所述的高頻場(chǎng)方程具體為
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的行波管注波互作用的模擬方法，其特征在于，步驟B中所述的純數(shù)值的方法具體為通過(guò)三維電磁場(chǎng)數(shù)值仿真軟件、或者無(wú)源高頻場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得行波管高頻結(jié)構(gòu)一個(gè)軸向周期內(nèi)的數(shù)值高頻場(chǎng)分布，然后利用弗洛奎定理得到行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)任意位置的數(shù)值高頻場(chǎng)分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的行波管注波互作用的模擬方法，其特征在于，步驟C所述的計(jì)算空間電荷場(chǎng)具體采用空間電荷波模型進(jìn)行計(jì)算。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的行波管注波互作用的模擬方法，其特征在于，步驟D所述的求解建立的微分方程組具體采用龍格庫(kù)塔法。
全文摘要
本發(fā)明屬于行波管模擬技術(shù)，公開(kāi)了一種行波管注波互作用的模擬方法。針對(duì)現(xiàn)有的半解析半數(shù)值的參數(shù)理論模型模擬各類(lèi)行波管注波互作用過(guò)程存在的問(wèn)題，本發(fā)明的方法通過(guò)利用純數(shù)值的方法獲得行波管高頻結(jié)構(gòu)內(nèi)的高頻場(chǎng)分布，并結(jié)合高頻場(chǎng)方程、粒子的相位方程與運(yùn)動(dòng)方程，構(gòu)建微分方程組，即建立起適用于各種類(lèi)型行波管的注波互作用參數(shù)理論模型，本發(fā)明的方法能夠模擬各類(lèi)行波管中的注波互作用過(guò)程，并且具有參數(shù)理論模型的高效性，可用于各類(lèi)具有周期性高頻結(jié)構(gòu)的行波管中的電子注和高頻場(chǎng)相互作用的數(shù)值仿真。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102298658SQ201110236508
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月17日
發(fā)明者彭維峰, 朱小芳, 李建清, 李斌, 楊中海, 胡玉祿 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)