波互作用瞬态非线性理论与模型研究

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1、物理学报摇粤糟贼葬孕澡赠泽援杂蚤灶援摇灾燥造援远园袁晕燥援怨渊圆园员员冤摇园怨园猿园员回旋速调管注波互作用瞬态非线性理论与模型研究覮郭建华摇喻摇胜摇李宏福摇张天钟摇雷朝军摇李摇想摇张颜颜渊电子科技大学高能研究所袁大功率微波电真空器件技术重点实验室袁成都摇远员园园缘源冤渊圆园员园年愿月圆缘日收到曰圆园员园年员员月员远日收到修改稿冤摇摇本文利用自洽非线性理论对回旋速调管放大器中的电子注鄄波互作用进行了时域瞬态分析袁建立了多腔回旋速调管非线性理论袁给出了相应的电子运动方程和复数形式的互作用瞬态场方程援探讨了调制腔尧中间腔尧和输出腔中注鄄波互作用的模型和研究方法袁考虑了电子速度零散对

2、注鄄波互作用的影响援最后利用云韵砸栽砸粤晕语言给出并分析了一支运琢波段四腔回旋速调管注鄄波互作用的数值计算结果袁经与实验值和孕陨悦模拟结果相比较袁三者较为符合援关键词院回旋速调管袁电子注鄄波互作用袁瞬态非线性理论孕粤悦杂院园猿援远缘援郧藻袁园猿援远缘援孕皂袁园缘援员园援原葬件限制较大援另外美研究人员还开发出了用于电子咱猿暂员郾引言注鄄波互作用数值模拟计算的酝粤郧再运蕴和咱源暂酝粤郧再软件袁但由于版权的原因袁未能获取上述两回旋速调管放大器是一种新型高功率相干毫米种软件的程序代码援除此还有一些其他的关于回旋波源袁因其具有高功率尧高效率和高增益并具有一定速调管数值模拟研究的文献咱缘

3、要苑暂袁而目前国内有带宽等优点袁在高分辨率雷达尧毫米波电子对抗尧通关这方面的报道则非常少援讯尧材料加工和高能粒子加速器等方面有着广泛的应本文对回旋速调管放大器中的电子注鄄波互作咱员暂用前景袁目前已成为国际上研究的热门课题之一援用进行了时域瞬态分析袁建立了多腔回旋速调管非电子注鄄波互作用是回旋速调管放大器研究的线性理论援其基本思路为院假定参与电子注鄄波互作重要环节之一袁电子群聚以及与电磁波的能量交换用的工作模在热腔内的电磁场空间分布近似等于都在此过程中完成袁互作用的强弱也直接影响到回冷腔体内正弦驻波场分布袁忽略直流空间电荷效旋速调管放大器的各种输出性能袁因此对电子注鄄波应袁显然

4、在低电子流密度的情况下这种假设是成立互作用的模拟与计算就显得尤为关键援目前孕陨悦模的援于是场方程退化为场幅值关于时间贼的常微分拟方法已经广泛应用于等离子体方面的研究袁大多方程袁然后联合洛伦兹方程计算求解援在这种方法数孕陨悦模拟方法的基本思路是采用时域有限差分法中袁由人来完成诸如横向波矢量函数尧基本解等较渊云阅栽阅冤联解离散化的酝葬曾憎藻造造方程和粒子运动方为规则简单情况下的理论分析工作袁而由计算机来程袁电磁场分量以及电荷尧电流密度被分配到时空进行降维后的低维离散化方程的求解袁这种人与计网格点上袁带电粒子将会在网格间运动袁这样就得算机间的合理分工将会使数值计算量显著降低袁缩到了

5、具体的时空演化数据援例如现在已经商业化的短计算时间袁适合微机计算袁减少设计周期袁可收到咱圆暂酝粤郧陨悦袁运粤砸粤栽等软件都是采用这一基本方法对显著经济效益援电子注鄄波互作用进行模拟袁但这种方法随着时空网格的进一步细化袁计算速度慢的缺点也较为明显袁圆援注鄄波互作用非线性理论同时关于空间的矩阵数据也需要更多的存储空间袁所以这种方法会耗尽大量的计算机资源袁受硬件条回旋速调管放大器高频结构如图员所示援覮耘鄄皂葬蚤造院枣燥则早藻员怨源圆岳赠葬澡燥燥援糟燥皂援糟灶訫圆园员员中国物理学会悦澡蚤灶藻泽藻孕澡赠泽蚤糟葬造杂燥糟蚤藻贼赠摇澡贼贼责院辕辕憎怎造蚤曾遭援蚤责澡赠援葬糟援糟灶园怨园猿园

6、员鄄员摇摇摇摇物理学报摇粤糟贼葬孕澡赠泽援杂蚤灶援摇灾燥造援远园袁晕燥援怨渊圆园员员冤摇园怨园猿园员图员摇回旋速调管高频结构示意图摇摇由各个圆柱谐振腔通过对工作模式截止的漂鄢鄢伊匀窑凿泽垣蓓耘窑允窑凿子越园援渊圆冤移段连接而成渊黑色粗线条表示介质加载段冤援工作子原理为院磁控注入枪提供空心电子注进入输入腔摇摇又由渊员冤式可得后袁与输入腔中由耦合而建立起的高频场发生互作鄣耘渍躁棕贼躁棕贼越枣渊扎冤允忆园渊噪糟则冤咱葬觶渊贼冤藻垣葬渊贼冤躁棕藻暂袁鄣贼用袁产生横向速度调制援接着被调制的电子注进入漂移段袁进一步进行角向群聚援随后电子注进入中鄣月则越原躁凿枣渊扎冤允忆渊噪则冤咱葬觶渊贼

7、冤藻躁棕贼垣葬渊贼冤躁棕藻躁棕贼暂袁园糟鄣贼棕凿扎间腔袁在其中激励起高频场并与之互作用袁使电子注再次被调制后袁进入下一个漂移段援如此反复袁电鄣月扎原躁噪糟躁棕贼躁棕贼越枣渊扎冤允园渊噪糟则冤咱葬觶渊贼冤藻垣葬渊贼冤躁棕藻暂援鄣贼棕子注经过多次调制和漂移袁角向群聚逐渐加深袁最渊猿冤后在输出腔中激励起高频场袁并与之互作用袁把能圆将渊员冤袁渊猿冤两式及着滋糟越员代入渊圆冤式第一项得量交给高频场并输出援由于注鄄波能量交换只是在各鄢鄢鄣月鄣耘个谐振腔内进行袁所以首先就圆柱谐振腔内的注鄄波蓓()匀窑垣着耘窑凿增鄣贼