[发明专利]一种能量耦合器的热匹配优化设计方法

摘要

本发明属于微波真空电子器件CAD仿真设计领域，具体涉及一种能量耦合器的热匹配优化设计方法。本发明采用相对论电子注的等效媒质处理方法，将螺旋线行波管中周期磁场聚焦电子注等效为双各向异性的复杂电磁媒质，其等效的介电张量与磁导率张量反映了电子运动与电磁场的相对论效应。同时将等效电子注进行分段建模，更加精确地分析电子注加载对螺旋线行波管热匹配特性的影响，且通过对等效电子注进行分段建模精确反映电子注在周期磁场聚焦下电子注包络的波动性以及轴向聚焦磁场的周期性，其结果精确高效，为高性能空间应用螺旋线行波管的仿真分析与设计提供了一种行之有效的方法。

主权项

一种能量耦合器的热匹配优化设计方法，包括以下步骤：S1、在电磁仿真软件中建立无电子注加载的螺旋线行波管冷匹配特性的仿真模型，并优化能量耦合器，使其满足冷驻波比要求；即通过优化能量耦合器，获得良好的冷驻波比，实现螺旋线行波管良好的冷匹配特性；S2、利用粒子轨迹模拟软件获得电子注在周期聚焦磁场下的运动轨迹，得到电子注运动轨迹的包络，并将电子注的包络用三角函数进行描述；S3、在步骤S1得到的螺旋线行波管冷匹配特性仿真模型的基础上，将步骤S2得到的具有包络的波动电子注进行分段建模，得到电子注加载的螺旋线行波管热匹配特性仿真分析模型；S4、在电磁仿真软件中设定各个分段电子注等效材料属性；将电子注等效为双各向异性的电磁媒质，采用有限引导磁场下相对论电子注的等效媒质处理办法，分析其材料属性，通过建立两套坐标系来研究纵向运动的电子注；一套坐标系为实验室坐标系，一套为运动坐标系，运动坐标系相对实验室坐标系以电子注的直流运动速度向纵向运动，在运动坐标系中，电子注被考虑成静止的磁化等离子体；S5、将电子注的材料属性设置成步骤S4所得到的双各向异性电磁媒质，利用电磁仿真软件模拟电子注加载后的螺旋线行波管的热匹配特性，调整与优化能量耦合器的尺寸，获得满足要求的热驻波比；完成电子注加载后的螺旋线行波管的热匹配特性仿真模型后，即可直接利用电磁仿真软件模拟电子注加载后的螺旋线行波管的热匹配特性，调整与优化能量耦合器的尺寸，获得满足要求的热驻波比。