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《用场分析法求解速调管输出回路特性参数》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷第6期强激光与粒子束Vol.17,No.62005年6月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJun.,2005文章编号:100124322(2005)06208932043用场分析法求解速调管输出回路特性参数1,211,2王进华,丁耀根,沈斌(1.中国科学院电子学研究所,北京100080;2.中国科学院研究生院,北京100080)摘要:为解决速调管输出回路特性参数计算时遇到的困难,结合场分析的手段和3维电磁场模拟计算软件ISFEL3D后处理部分,提出了场分析法。理论分析表明,场分析法可用于计算单注单间隙、多注单间隙、单
2、注多间隙和多注多间隙等各种速调管输出回路的谐振频率、间隙阻抗实部和外观品质因数等特性参数。通过对单注单间隙速调管输出回路的举例计算表明,场分析法的计算结果与反射相位法和等效间隙阻抗法的计算结果吻合较好,初步证实了该方法的可操作性和理论推导的正确性。关键词:速调管;输出回路;间隙阻抗;外观品质因数;谐振;场分析法中图分类号:TN122;TN815文献标识码:A[1,2]速调管输出回路的性能在相当大程度上决定了整管的带宽和效率。由于输出腔与波导或滤波器等相耦合后,谐振体系发生改变,谐振频率等特性也必然随之改变。传统的模拟计算方法只能计算封闭腔的谐振频率,
3、无法计算加载后输出腔的谐振频率等特性的变化情况,只能做粗略的估计,然后在冷测过程中将频率等特性参数反复校正、调准。用传统的等效电路分析方法只能根据要求给出外观品质因数等参数的设计值,并不能[3]给出对应于这些参数的耦合口的具体形状、尺寸等,这一步工作通常只能通过冷测完成。因此,发展和完善速调管输出回路特性参数的模拟计算方法十分重要。历史上由于计算手段和工具的限制,如果研究的对象过于复杂,因无法使用场分析的方法来进行计算,就[1,2]只能作近似等效,如等效电路法等。这些等效必然带来一些误差以及限制条件,给我们的设计工作带来很大的困难。随着计算技术和电子
4、计算机的飞速发展,目前已经开发出很多3维电磁场模拟计算软件,如HF2SS、MAFIA、ANSYS和ISFEL3D等。目前,基于这些3维电磁场仿真软件的计算速调管输出回路特性参数[3～8]的方法有:反射相位法和等效间隙阻抗法等。本文基于俄罗斯3维电磁场计算软件ISFEL3D,用场积分模块来求取各场量,进而可以计算任何速调管输出回路特性参数。因为使用的是场分析的手段,故将此方法命名为“场分析法”。1计算速调管输出回路特性参数的场分析法1.1速调管输出功率的模拟计算速调管输出回路特性的计算机模拟属于单端口问题,ISFEL3D采用从输出波导向腔内馈入能量的方
5、式。由于波导和谐振腔壁均是良导体铜,损耗很小,端口反射系数的幅值等于1。为模拟速调管输出回路的实际工作情况,整个系统中的各场量幅值均应取一半。但由于在我们的计算中关心的都是一些场量平方的比值,因此可以不必考虑“0.5”这个系数,直接应用软件提供的数据即可。根据ISFEL3D的输出文件,找到输出波导中电场或磁场的极大值分布点lmax,然后对在该位置上垂直于波导的平面p上做坡印廷(Poynting)矢量面积分,求得输出功率1Pe=Re[E×H·dS](1)2kp当输出波导为矩形波导时,式(1)化为12Pe=(
6、E
7、)dS(2)2ZTEk10p2式中:ZT
8、E=120π/1-(λ/2a)是矩形波导TE10模的波阻抗,a是矩形波导宽边长度。当输出波导为同轴线10波导时,式(1)化为3收稿日期:2005202203;修订日期:2005206202作者简介:王进华(1977—),男,博士研究生,现从事大功率微波器件的研究;北京2652信箱;E2mail:cquhvwjh@yeah.net。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.894强激光与粒子束第17卷12Pe=(
9、E
10、)dS(3)2ZTEMkp式(3)中的ZTEM=μ0
11、/ε0是同轴线波导的TEM模的波阻抗。1.2单注单间隙速调管输出回路的场分析法为便于分析,首先介绍单注、单间隙速调管输出回路的场分析法。在这种单注速调管输出腔中,由间隙阻抗实部定义可得b322R=V/2Pe=
12、(E·dl)
13、/2Pe(4)∫a3式中:R为间隙阻抗实部;V为间隙处的等效电压之幅值,由电场在间隙上的线积分确定;Pe为输出功率,可由(1)式求得。输出功率的等效电路计算式为23Pe=0.5IR(5)式中:I为等效电流源的幅值。由(5)式可知,当间隙阻抗实部取一半时,功率也取一半。据此,可解出中心频率点和半功率带宽以及外观品质因数等。因此,求取
14、间隙阻抗实部的频率特性曲线至关重要。1.3多注单间隙速调管输出回路的场分析法多注单间隙速调管输出腔是典型的复
