VSim螺旋线行波管模拟案例讲义.docx

VSim螺旋线行波管模拟案例讲义第一部分 概述模拟的对象为一个典型的螺旋线行波管。基本结构是在金属管内装有螺旋线和介质夹持杆，然后在两端引入输入和输出端口。当电子束进入螺旋线波导时，就产生微波放大。实际模拟时我们用很多圈的螺旋线，为了看清几何，我们用一组示意图来描述：第二部分 几何生成从上面的图形可以看到，整个几何模型包括下面的主要内容：金属外壳：在外壳上安装了耦合端口，这里使用的耦合端口是一个简单的同轴线针头-壁面耦合，在模拟的时候直接从同轴线送入TEM波。然后是作为波导的螺旋线，同轴线针头直接耦合到螺旋线上。接下来，为了支持螺旋线，需要三根介质夹持杆：剖面图显示出夹持结构：实际计算中，我们需要使用一个圈数很多的螺旋线（N=100 turns以上）。此外，在实践中还需要加入衰减器。我们首先把匝数调整到100，然后可以看到衰减器的结构（去掉外壳以便看清）：中央绿色的是衰减器。这里需要考虑一下VSim的逻辑，金属件都必须被实现为几何结构(gridBoundary)，而夹持杆（介电结构）和衰减器（电导耗散）既可以实现为几何结构，也可以直接用函数引入，它们并不是必须被写成gridBoundary的。确定一个结构是否要被实现为gridBoundary，要看它的具体应用。例如如果设置夹持杆和衰减器都要吸收电子，那么就应该将它们实现为gridBoundary，而如果我们暂时不考虑夹持杆和衰减器的吸收，那么就可以到处理电磁场的时候再写这个部分。除了上述的部分之外，VSim逻辑建议把所有的粒子发射源(emitter)都设置成为gridBoundary。所以，在几何建模部分，需要建立金属部件和发射体的gridBoundary。特别是，如果整个系统中有若干组金属部件，但其中只有一个用作发射体，那么这个必须额外被单独几何建模一次，吸收体同理。gridBoundary可以用常规的gridBoundary对象来做，也可以使用geometry宏来做。下面是用geometry宏实现的金属部件几何，其中复杂的主要是螺旋线结构。基本思路就是从一个实体开始，不断贴上或者挖去部分，最后形成金属部件。$ DM_FRAC = 0.25$ import geometryfillGeoExpression(tube, geoCylinderXP(x-XBGN_GUN_WALL,y,z,REND_TUBE,LENGTH_TUBE_SHELL) )$ if PERIODIC_GEOMETRY==0fillGeoExpression(inputCoaxShell, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XBGN_HELIX,RSHELL_COAX,LEGNTH_COAX) )fillGeoExpression(outputCoaxShell, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XEND_HELIX,RSHELL_COAX,LEGNTH_COAX) )$ endifvoidGeoExpression(tubeInterior, geoCylinderXP(x-XEND_GUN_WALL,y,z,RBGN_TUBE,LENGTH_TUBE_INTERIOR) )$ if PERIODIC_GEOMETRY==0voidGeoExpression(inputCoaxInterior, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XBGN_HELIX,ROUTER_COAX,LEGNTH_COAX) )voidGeoExpression(outputCoaxInterior, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XEND_HELIX,ROUTER_COAX,LEGNTH_COAX) )$ endiffillGeoExpression(helix, geoCylinderXP(x-XBGN_HELIX_WIRE,yHelix(y,z),zHelix(x,y,z),RWIRE_HELIX,LENGTH_HELIX_WIRE) )$ if PERIODIC_GEOMETRY==0voidGeoExpression(trimHelixInput, myHalfCylinderXPZ(x-XBGN_HELIX_WIRE,y,-z,RBGN_TUBE,LENGTH_TRIM_HELIX_INPUT) )voidGeoExpression(trimHelixOutput, myHalfCylinderXPZ(x-XTRIM_HELIX_OUTPUT,y,z,RBGN_TUBE,LENGTH_TRIM_HELIX_OUTPUT) )fillGeoExpression(inputCoaxInner, geoCylin