螺旋線(xiàn)行波管單周期PIC模擬.pdf

1、螺旋線(xiàn)行波管是一種大功率、寬頻帶、高增益、高效率的微波/毫米波功率放大器件，當(dāng)前在真空電子器件領(lǐng)域中其研究和發(fā)展最為活躍，并廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、通信、電子對(duì)抗等現(xiàn)代軍事裝備中。其主要機(jī)理為通過(guò)電子注和電磁波的相互作用，將電子注的能量轉(zhuǎn)換給高頻電磁波，從而實(shí)現(xiàn)高頻信號(hào)的功率放大。因此，對(duì)行波管中電子注和電磁波相互作用的物理過(guò)程進(jìn)行深入研究和分析十分必要。
　　 本論文采用粒子模擬(PIC)方法跟蹤單個(gè)周期內(nèi)電子的運(yùn)動(dòng)，并利用滑動(dòng)窗時(shí)域

2、有限差分法(MWFDTD)計(jì)算電磁波的傳播和激勵(lì)，從而對(duì)螺旋線(xiàn)行波管電子注和電磁波的相互作用過(guò)程進(jìn)行模擬和分析研究。本論文主要工作和創(chuàng)新之處在于以下三個(gè)方面：
　　 (1)建立了螺旋線(xiàn)行波管二維物理模型;
　　 通過(guò)采用螺旋導(dǎo)電面近似代替螺旋線(xiàn)，均勻介質(zhì)圓環(huán)替代介質(zhì)夾持桿的簡(jiǎn)化處理，建立了螺旋線(xiàn)行波管二維物理模型；同時(shí)，給出了PIC數(shù)值模擬中所需要的螺旋導(dǎo)電面邊界條件。
　　 (2)對(duì)模擬空間進(jìn)行了二維Yee網(wǎng)格

3、劃分;
　　 通過(guò)計(jì)算確定了一個(gè)導(dǎo)波長(zhǎng)度的模擬空間，并在此空間進(jìn)行了二維網(wǎng)格劃分；根據(jù)PIC數(shù)值模擬方法和滑動(dòng)窗時(shí)域有限差分法(MWFDTD)確定了各場(chǎng)分量在網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)格空間中的位置，同時(shí)給出了模擬中所需要的邊界條件。
　　 (3)對(duì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及電子注相關(guān)物理量初始值進(jìn)行了確定，編程對(duì)螺旋線(xiàn)行波管單個(gè)周期內(nèi)電子注和電磁波相互作用過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。跟蹤模擬了螺旋線(xiàn)行波管中電磁波和電子注能量以及電子宏粒子在相空間速度和