[发明专利]相对论返波管自动化设计制作方法

权利要求书

1.一种相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用相对论返波管线性理论，根据相对论返波管的设计指标，计算相对论返波管的初始参数，相对论返波管的初始参数为相对论返波管的整管初始参数；所述设计指标包括工作频率、电子束电压和电子束能量转换效率；所述相对论返波管的初始参数包括电子束电压初始值、周期性慢波结构(5)初始值以及整管中的其它初始参数，其中，电子束电压初始值、周期性慢波结构(5)初始值为需要优化的初始参数，整管中的其它初始参数包括相对论返波管的高电压产生装置和相对论返波管的天线结构相关参数，无需优化；

2)根据初始参数设置优化参数的取值范围，采用智能优化算法，对需要优化的初始参数，在各自设定的取值范围内，进行全局优化计算，得到优化参数；

3)根据优化参数以及其余初始参数对相对论返波管进行三维几何建模，得到相对论返波管三维模型；

4)采用全电磁粒子模拟算法，对相对论返波管三维模型进行网格剖分以及基于CAD的真空电子器件数值模拟计算，输出相对论返波管的工作特性参数；所述工作特性参数包括工作频率以及电子束能量转换效率；

5)判断所输出的工作特性参数是否满足设计指标要求，若满足设计指标要求，则执行步骤6)；若不满足设计指标要求，则返回步骤2)，对需要优化的初始参数，在各自设定的取值范围内调整取值后，再次进行全局优化计算，得到优化参数；

6)根据所输出的工作特性参数，制作相对论返波管。

2.根据权利要求1所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤1)中，所述计算相对论返波管的初始参数的方法具体包括以下步骤：

1.1)按照圆波导的截止频率计算公式，估算周期性慢波结构(5)平均半径的初始值；

1.2)通过电子束电压，计算周期性慢波结构(5)的周期长度：

1.3)按照相对论返波管的线性理论，依据电子束的多普勒线与周期性慢波结构(5)色散曲线的交点位置，选择慢波结构(5)波纹深度，使得交点位置所对应的频率与设计工作频率的差值小于设计工作频率的5％，得到周期性慢波结构(5)初始值以及电子束电压的初始值。

3.根据权利要求2所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤4)中，所述网格剖分基于射线追踪的以及基于CAD的真空电子器件数值模拟计算方法，具体如下：

通过正交网格线与相对论返波管CAD模型求交，得到二者的交点，通过交点以及网格信息，构造相对论返波管数值模拟所需要的正交网格信息，完成网格剖分。

4.根据权利要求3所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤1)中，所述初始参数包括无箔二极管结构、周期性慢波结构(5)和输出波导，端口的注入电磁波电压和脉冲上升沿，以及注入电磁波的频率和功率，均需进行优化。

5.根据权利要求1至4任一所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤2)中，所述智能优化算法包含粒子群算法、蚁群算法、遗传算法、模拟退火或人工蜂群算法。

6.根据权利要求5所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤2)中，所述遗传算法包括以下步骤：

对需要优化的初始参数进行浮点数编码，再采用选择、变异、交叉以及保留最优个体操作，生成新的优化参数的数值。

7.根据权利要求6所述的相对论返波管自动化设计制作方法，其特征在于：

步骤2)中，所述遗传算法的优化种群数目为20，进化代数为80；

步骤5)中，当进化代数达到80次时，即使不满足设计指标要求也执行步骤6)。