改進穩態行波管場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,模擬多頻工作時行波管中信號間的交調和互調的非線性特性,計算結果與L波段螺旋線行波管的互調、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點廣泛應用于雷達、通信及電子對抗等領域。雷達和電子對抗用行波管主要考慮單頻工作時的帶寬、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性行為, 過大的交調互調影響了相鄰信道的信號, 載噪比下降,降低了傳輸質量[ 3- 4] 。

　　綜合計算時間和精度, 在單頻模型的基礎上發展了一種改進的2. 5 維多頻大信號模型[ 5- 7] 。線路場寫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􀀂 無限細 圓環, 外加周期永磁聚焦磁場下, 具有小搖擺大回旋的三維運動; 引入離子體粒子模擬( PIC) 方法, 采用一種􀀂 等效的 的一維網格求解離散化的亥姆霍茲方程得到精確的空間電荷場。在非相對論條件下忽略交流磁場及返波對多頻工作的影響, 模擬螺旋線行波管中交調和互調等非線性行為, 跟蹤萬量級的粒子數, 單機運行時間30~ 300 min。

5 、結論

　　基于螺旋線行波管2􀀁5 維場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的數值解, 開發出適用于個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, 為通信類行波管交調和互調等副特性指標的合理設計提供一個有效的理論模型和優化設計軟件。