改進(jìn)2.5維多頻大信號互作用程序模擬螺旋線(xiàn)行波管非線(xiàn)性交調互調特性

　　改進(jìn)穩態(tài)行波管場(chǎng)論大信號互作用模型,將工作頻率考慮為最小公因子基波的整數倍,采用頻域等效粒子模擬算法,求解離散化亥姆霍茲方程獲得空間電荷場(chǎng)數值解,建立半解析半粒子的2.5維行波管多頻互作用模型,模擬多頻工作時(shí)行波管中信號間的交調和互調的非線(xiàn)性特性,計算結果與L波段螺旋線(xiàn)行波管的互調、三階和五階交調試驗比較具有較好的一致性。

　　行波管由于其寬頻帶、高效率、高功率及高增益等優(yōu)點(diǎn)廣泛應用于雷達、通信及電子對抗等領(lǐng)域。雷達和電子對抗用行波管主要考慮單頻工作時(shí)的帶寬、功率、效率和增益等參數。對于空間通信用行波管, 由于衛星資源的稀缺性, 通常采用頻分復用方式, 將頻帶劃分為若干信道, 實(shí)現多載波工作, 要求行波管具有高效率、較小的交調互調比和幅相轉換系數。與單頻輸入的互作用不同, 多信號工作行波管信號之間相互影響, 在輸出端深度群聚的電子束激勵出的空間電荷波含有非輸入分量[ 1- 2] , 包括諧波分量和交調互調分量。通常諧波分量落在工作頻帶外, 設計中主要涉及交調和互調的非線(xiàn)性行為, 過(guò)大的交調互調影響了相鄰信道的信號, 載噪比下降,降低了傳輸質(zhì)量[ 3- 4] 。

　　綜合計算時(shí)間和精度, 在單頻模型的基礎上發(fā)展了一種改進(jìn)的2. 5 維多頻大信號模型[ 5- 7] 。線(xiàn)路場(chǎng)寫(xiě)為輸入信號和交調互調分量的疊加; 粒子沿縱向和徑向劃分為二維􀀂 無(wú)限細 圓環(huán), 外加周期永磁聚焦磁場(chǎng)下, 具有小搖擺大回旋的三維運動(dòng); 引入離子體粒子模擬( PIC) 方法, 采用一種􀀂 等效的 的一維網(wǎng)格求解離散化的亥姆霍茲方程得到精確的空間電荷場(chǎng)。在非相對論條件下忽略交流磁場(chǎng)及返波對多頻工作的影響, 模擬螺旋線(xiàn)行波管中交調和互調等非線(xiàn)性行為, 跟蹤萬(wàn)量級的粒子數, 單機運行時(shí)間30~ 300 min。

5 、結論

　　基于螺旋線(xiàn)行波管2􀀁5 維場(chǎng)論大信號互作用模型, 將輸出頻率考慮為最小公因子基波的整數倍, 采用頻域等效一維PIC 算法獲得多信號空間電荷場(chǎng)的數值解, 開(kāi)發(fā)出適用于個(gè)人計算機運行的多頻模擬程序, 計算結果與L 波段行波管試驗比較具有較好的一致性, 為通信類(lèi)行波管交調和互調等副特性指標的合理設計提供一個(gè)有效的理論模型和優(yōu)化設計軟件。