一种行波管注波互作用的模拟方法

摘要

本发明属于行波管模拟技术，公开了一种行波管注波互作用的模拟方法。针对现有的半解析半数值的参数理论模型模拟各类行波管注波互作用过程存在的问题，本发明的方法通过利用纯数值的方法获得行波管高频结构内的高频场分布，并结合高频场方程、粒子的相位方程与运动方程，构建微分方程组，即建立起适用于各种类型行波管的注波互作用参数理论模型，本发明的方法能够模拟各类行波管中的注波互作用过程，并且具有参数理论模型的高效性，可用于各类具有周期性高频结构的行波管中的电子注和高频场相互作用的数值仿真。

主权项

1.一种行波管注波互作用的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：A.根据行波管高频结构内的广义高频场表达式得到高频场方程，所述的高频场方程具体为：$[\frac{d}{\mathrm{dz}}+\sigma \left(z\right)]a\left(z\right)=-\frac{1}{2\sqrt{\overline{p_0}}}\underset{z}{\overset{z+l}{\int }}\frac{\mathrm{dz}}{l}\underset{t}{\overset{t+T}{\int }}\frac{\mathrm{dt}}{T}\int \underset{S}{\int }\mathrm{dsj}(x_{\perp },z)·e^{*}(x_{\perp },z)\exp \left(\mathrm{i\omega t}\right),$其中，是关于轴向位置z的微分运算，σ(z)为单位长度高频场的衰减量，即衰减系数；l为高频结构的轴向周期长度，T=2π/ω为与信号频率相对应的时间周期，表示沿高频结构横截面积分，j(x_⊥,z)为电流密度分布，由粒子的运动状态得到，上标“^*”表示取共轭，下标“⊥”表示横向分量，变量z和t分别表示轴向位置和时间，a(z)为高频场幅值，是轴向位置变量z的复函数；为本征功率，e(x_⊥,z)为无源的高频电场的分布函数，i为虚数因子，ω=2πf为角频率，f表示本征频率；B.利用纯数值的方法获取行波管高频结构内无源的高频场分布；C.计算空间电荷场；D.利用洛伦兹力方程推动粒子运动，得到粒子的相位方程与运动方程；E.利用步骤A、B、C、D得到的高频场方程、粒子的相位方程与运动方程，建立描述行波管注波互作用过程的微分方程组，设置互作用初始条件，求解建立的微分方程组，直到注波互作用结束，即可完成一次注波互作用过程的模拟。