CST行波管仿真思路

来源：OPERA仿真专家之路更新时间：2024-06-23 阅读：

行波管是靠连续调制电子注的速度来实现放大功能的微波电子管。在行波管中,电子注同慢波电路中行进的微波场发生相互作用,在长达6-40个波长的慢波电路中电子注连续不断地把动能交给微波信号场,从而使信号得到放大。行波管让电子穿过一个长慢波结构。由于作用时间长,增益很高,同时没有谐振腔,工作带宽大大增加。

行波管功能在于将微波讯号放大。待放大的微波信号经输入能量耦合器进入慢波电路、并沿慢波电路行进。电子与行进的微波场进行能量交换、使微波信号得到放大。行波管是当今广泛应用于雷达、电子对抗、通信等领域作为微波功率放大的核心器件。特别是耦合腔慢波电路行波管因其具有高峰值功率、高平均功率输出能力和高效率、大占空比等特点而广泛应用于火控、搜索、警戒雷达等。

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我看到很多小伙伴做的案例基本上源都是在PIC中直接理想定义的，磁场也是用的平行解析场定义的理想状态。我猜想是用于初始设计慢波结构设计时才这么做，主要流程是：

1.冷测得到耦合腔体特性。【E求解器得到色散特性和皮尔斯阻抗，T求解器得到S参数】

2.热测得到整管运行性能、增益。【PIC求解器】

一个完整的行波管主要分为三大部分：电子枪、慢波结构、收集极。那要对其进行整体计算的话那就麻烦了，当然够狠的话可以整体用PIC做，计算效率应该很低，我没尝试过。通常能真的用于设计的流程是将电子枪部分采用TRK求解，磁场参数用EM工作室计算，注入后微波耦合部分采用PIC求解，收集极则可以用PIC中导出的热源做共轭传热仿真或者普通的稳态热仿真。

全管仿真主流程为：

1.粒子工作室TRK计算出电子枪注入面粒子interface作为慢波结构的源。

2.EM工作室计算静态磁场磁聚焦系统，用于耦合到PIC中。

3.在PIC中导入磁场分布和粒子interface计算增益。

4.PIC中导出粒子出射作为收集极的源做热设计仿真。