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通渭浅谈先进的仿真工艺在真空器件上的应用

来源:通渭光大油浸式变压器厂 时间:2019-05-08 次数:769

50核心提示:    ARGUS/ESP:三维冷测模拟,对NorthropGrumman研制的C波段螺旋线TWT的色散特性计算精度为1%,耦合阻抗为15%。对CPI的耦合腔TWT带内色散特性的计算精度约为0.6%,模拟与实验结果下面提供几个用PIC方法模拟真空电子器  

  ARGUS/ESP:三维冷测模拟,对NorthropGrumman研制的C波段螺旋线TWT的色散特性计算精度为1%,耦合阻抗为15%。对CPI的耦合腔TWT带内色散特性的计算精度约为0.6%,模拟与实验结果下面提供几个用PIC方法模拟真空电子器件的例子:XOOPIC:模拟电子枪,背景为0[p[0.133Pa的氩气,阳极电压30kV,电流2.8A,轴上峰值磁场180G。真空中电子注发散严重,发射系数(Emittance)E90=0.79mm-rad,在压力为0.133Pa的氩气背景下E90=0.37mm-rad,显然等离子体对电子注的成形极为有利,使电子注的质量大大提高。用XOOPIC软件模拟相对论速调管振荡器(RKO),电压500kV,电流10kA,峰值功率1GW,比较真空和有等离子体存在的两种情况下电子注和输出功率,也可看到等离子体的存在使电子注更规则,电子截获降低。MASK:计算机模拟重入式正交场放大器,可模拟CFA电特性和噪声特性,包括翼片的二次电子发射及翼片边界条件的等效外电路模拟。计算CFA电路的U-I特性,模拟翼片的功率负载,并输入到热分析模型中,利用MASK在一维(径向)翼片热分析模拟的输出中计算翼片温升,计算与实验数据比较,吻合得相当好。MAGIC:2.5维PIC软件(计算中假定场的变化为二维,但所有场和粒子的速度全部三维计算),MAGIC和MASK可用作全三维软件进行大规模模拟,但这样对计算机要求太高。PIC可模拟TWT整管和收集极,例如模拟作用完了的电子注在收集极内的分布。MAGIC软件模拟了一只5.5GHz的TWT,结果表明稳态功率发生在注入信号后,通过互作用长度大约23个渡越周期,完成这样的模拟在300MHz奔腾II个人计算机上需2h左右,模拟中每一个时刻有11000个粒子。

  展望先进的模拟技术,自20世纪70年代以来,半导体电子工业就遵循Moore定律,即芯片上的电路密度大约每3年增长为4倍。这个定律导致计算机处理速度及存储器尺寸持续向高水平发展,时至今日,台式计算机提供的速度和容量已是十多年前*的巨型计算机的水平。同时软件也已发展成为一种有效的工具,各学科利用新的硬件和新的计算技术在不断地开发新的软件工具。真空电子学设计计算软件主要集中于3个方面:电子枪-收集极设计,用于电子枪和收集极设计的稳态模拟;冷测和大信号模拟设计,用于冷测计算的电磁场软件及大信号分析;可靠性分析设计,能够预示互作用线路和电子枪对寄生振荡的稳定性的设计手段,热和机械的模拟计算以及环境条件诸因素对器件的性能影响的模拟计算等都属于可靠性分析设计。20世纪90年代软件工程大发展,导致了新的互作用的设计框图和网络工具,将允许头尾相接地(end-to-end)设计器件。设计结果自动耦合到机械制造工序和零件存档,网络上的数据通过WorldWideWeb达到各子元件和质量鉴定的自动仪器上。这样的手段将会很好地适应未来真空电子器件的市场,这也对高度专门化器件及器件生产量极少的情况极为有利。以行之有效的软件为基础,用一定力量予以开发和二次设计,这样形成本系统的自动设计和生产的能力,将使研制者迅速而完美地满足市场需求,为此研究和推广模拟计算技术的重要性及迫切性正与日俱增。