[發明專利]用于三維共形全電磁粒子模擬的輸出信號模式成份分解方法

在審

• 申請號: 202010426060.5
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111625946A
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 王玥;方愛平
• 申請（專利權）人: 西安魔朵電子科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 賀小停

本發明的公開了用于三維共形全電磁粒子模擬的輸出信號模式成份分解方法，本發明基于數值上的特征值求解方程，求解得到輸出波導中具有正交性的特征向量，并用于數值診斷數據的模式分解，在方法上具有一致性；本發明采用了一種較為一般的方式來構建用于求解待求模式的相關參數，包括前向波和后向波的振幅和相位，并能夠由一組診斷數據完成多個模式的分解分析。

技術領域

本發明屬于真空電子學器件模擬技術領域，特別涉及用于三維共形全電磁粒子模擬的輸出信號模式成份分解方法。

背景技術

對于高功率或者工作在高頻段的真空電子學器件來說，設計者往往采用過模結構來提高功率容量或者減小加工難度，這就需要考慮器件中的模式選擇、模式競爭及模式抑制問題。

在真空電子學器件的研制過程中，數值模擬已成為一個不可或缺的手段，可以減少器件的開發設計成本，縮短器件的研制周期。在這些數值模擬中，粒子模擬技術是一種比較成熟的得到廣泛使用的數值模擬方法。目前，常用的全電磁粒子模擬軟件，如Karat、UNIPIC、Magic等，都不具備模式分解的功能，而通過直接觀察器件內的場分布的方式，無法獲得輸出模式成份

發明內容

本發明的目的在于提供用于三維共形全電磁粒子模擬的輸出信號模式成份分解方法，以解決上述問題。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

用于三維共形全電磁粒子模擬的輸出信號模式成份分解方法，包括以下步驟：

步驟1，采用三維建模軟件建立需模擬計算的真空電子學器件模型；

步驟2，將三維模型在三維笛卡爾正交網格體系中進行離散剖分，并在離散網格體系中采用局部填充方法將模型進行共形重構；

步驟3，在輸出波導段設置用于模式分析的診斷參數，診斷參數包括：診斷的頻率點，診斷截面的位置以及診斷時間段的中心點，并由此確定記錄診斷數據的時間區間；

步驟4、由根據本征方程，計算得到診斷面上與不同模式相對應的特征向量，特征向量具有正交性；

步驟5，開啟共形全電磁粒子模擬主程序，模擬計算模型，在計算過程中記錄由步驟3所定義的空間點上和時間區間內的電場和磁場值，并作為診斷值；

步驟6，對記錄的信號進行濾波，對濾波后的信號進行正交分解；

步驟7，建立不同時間和不同位置的方程，構建線性方程組，得到單個模式信號前向波和后向波的幅值；

步驟8，重復步驟6和步驟7，基于同一組由步驟5記錄的數據，分解并分析其它模式。

進一步的，步驟3中，診斷位置和診斷時間采用下列的方式選取(z_i,t_i)，i＝1,2,3,4：

z₃＝z₁

t₂＝t₁

其中，ω_r為當前所診斷信號經過濾波后的主頻率，k_r＝2π/ω_r。

進一步的，步驟4中，本征方程由下式得出：

將以端口面上電場為變量的離散波動方程式轉換到頻域，得到如下的本征方程：

其中，

將以端口面上磁場為變量的離散波動方程：轉換到頻域，得到如下的本征方程：