VSim螺旋線行波管模擬案例講義

1、 專業(yè)技術(shù)資料VSim螺旋線行波管模擬案例講義第一部分 概述模擬的對(duì)象為一個(gè)典型的螺旋線行波管?；窘Y(jié)構(gòu)是在金屬管內(nèi)裝有螺旋線和介質(zhì)夾持桿，然后在兩端引入輸入和輸出端口。當(dāng)電子束進(jìn)入螺旋線波導(dǎo)時(shí)，就產(chǎn)生微波放大。實(shí)際模擬時(shí)我們用很多圈的螺旋線，為了看清幾何，我們用一組示意圖來描述：第二部分 幾何生成從上面的圖形可以看到，整個(gè)幾何模型包括下面的主要內(nèi)容：金屬外殼：在外殼上安裝了耦合端口，這里使用的耦合端口是一個(gè)簡(jiǎn)單的同軸線針頭-壁面耦合，在模擬的時(shí)候直接從同軸線送入TEM波。然后是作為波導(dǎo)的螺旋線，同軸線針頭直接耦合到螺旋線上。接下來，為了支持螺旋線，需要三根介質(zhì)夾持桿：剖面圖顯示出夾持結(jié)構(gòu)：實(shí)

2、際計(jì)算中，我們需要使用一個(gè)圈數(shù)很多的螺旋線（N=100 turns以上）。此外，在實(shí)踐中還需要加入衰減器。我們首先把匝數(shù)調(diào)整到100，然后可以看到衰減器的結(jié)構(gòu)（去掉外殼以便看清）：中央綠色的是衰減器。這里需要考慮一下VSim的邏輯，金屬件都必須被實(shí)現(xiàn)為幾何結(jié)構(gòu)(gridBoundary)，而夾持桿（介電結(jié)構(gòu)）和衰減器（電導(dǎo)耗散）既可以實(shí)現(xiàn)為幾何結(jié)構(gòu)，也可以直接用函數(shù)引入，它們并不是必須被寫成gridBoundary的。確定一個(gè)結(jié)構(gòu)是否要被實(shí)現(xiàn)為gridBoundary，要看它的具體應(yīng)用。例如如果設(shè)置夾持桿和衰減器都要吸收電子，那么就應(yīng)該將它們實(shí)現(xiàn)為gridBoundary，而如果我們暫時(shí)不考慮

3、夾持桿和衰減器的吸收，那么就可以到處理電磁場(chǎng)的時(shí)候再寫這個(gè)部分。除了上述的部分之外，VSim邏輯建議把所有的粒子發(fā)射源(emitter)都設(shè)置成為gridBoundary。所以，在幾何建模部分，需要建立金屬部件和發(fā)射體的gridBoundary。特別是，如果整個(gè)系統(tǒng)中有若干組金屬部件，但其中只有一個(gè)用作發(fā)射體，那么這個(gè)必須額外被單獨(dú)幾何建模一次，吸收體同理。gridBoundary可以用常規(guī)的<gridBoundary>對(duì)象來做，也可以使用geometry宏來做。下面是用geometry宏實(shí)現(xiàn)的金屬部件幾何，其中復(fù)雜的主要是螺旋線結(jié)構(gòu)?；舅悸肪褪菑囊粋€(gè)實(shí)體開始，不斷貼上或者挖去部

4、分，最后形成金屬部件。$ 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, geoCylin

5、derXP(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) )voidGeo

6、Expression(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-XB

7、GN_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, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XBGN_HELIX,RINNER_COAX,LEGNTH_COAX) )fillGeoExpression(outputCoaxI

8、nner, geoCylinderXP(y-YBGN_COAX,z,x-XEND_HELIX,RINNER_COAX,LEGNTH_COAX) )$ endifsaveGeoToGridBoundary(metalParts,DM_FRAC)其中有一部分幾何用$ if PERIODIC_GEOMETRY=0來設(shè)置為條件形式。這些部分主要是兩端的切斷以及饋電的同軸線接口。涉及到的幾個(gè)宏的具體描述參考VSim In Depth。emitter幾何可以類似地來做，應(yīng)該指出的是emitter一般來說不必和金屬部件有什么關(guān)系，但是實(shí)踐中emitter往往是金屬部件的一部分。在這種情況下，emitter必

9、須被獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)為一個(gè)gridBoundary：resetGeoToVoid()fillGeoExpression(emitterDisk, geoCylinderXP(x-XBGN_GUN_WALL,y,z,RBGN_TUBE,THICKNESS_ENDCAPS) )saveGeoToGridBoundary(emitter,DM_FRAC)第三部分：場(chǎng)模型和頻率分析基本框架產(chǎn)生金屬部件模型后，就可以啟用電磁場(chǎng)模型了。電磁場(chǎng)模型看上去很復(fù)雜，實(shí)際上基本都是從一個(gè)模板產(chǎn)生的，最簡(jiǎn)單的模板是以前用的dMYee宏。對(duì)于微波器件，一般我們可以從VSim6的例子中選擇一個(gè)類似的模型，然后逐步修改成我們需

10、要的模型。這里我們使用的是一個(gè)比較通用的模板，它基本來自于dMYee宏。<MultiField yeeEM># 場(chǎng)定義.#推進(jìn)公式# - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -# update operations# 實(shí)際的推進(jìn)步驟</MultiField>通常幾乎不會(huì)有人真的從頭寫出整個(gè)電磁模塊，而都是在一個(gè)類型比較相似的模塊上進(jìn)行修改。當(dāng)然，我們可以使用以前遺留的一個(gè)宏deymittra.mac,此外現(xiàn)在的TWT輸入文件也是一個(gè)不錯(cuò)的模板。這個(gè)模板是利用MultiField寫成的。為了在需要的時(shí)候修改這個(gè)模板，

11、我們需要解釋其基本內(nèi)容。一般來說，MultiField框架要包含三個(gè)主要的部分：場(chǎng)定義，更新器和算法包裝。由于MultiField是一個(gè)具有相當(dāng)自由的場(chǎng)計(jì)算框架，原則上我們應(yīng)該首先列出場(chǎng)方程。實(shí)踐中因?yàn)槲⒉ㄆ骷膱?chǎng)模型是非常類似的，一般只要簡(jiǎn)單修改就可以，無需如此復(fù)雜。這里為了解釋清楚，我們列出基本概念。微波器件計(jì)算的電磁場(chǎng)，一般包含靜態(tài)外場(chǎng)（主要是外磁場(chǎng)）和微波時(shí)變電磁場(chǎng)。時(shí)變電磁場(chǎng)的方程是和在計(jì)算電磁學(xué)中的方法一樣,電場(chǎng)強(qiáng)度（和電流強(qiáng)度）被定義在網(wǎng)格的棱邊上，而磁場(chǎng)強(qiáng)度B被定義在面心，如同下面這個(gè)圖：和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算電磁學(xué)稍有區(qū)別的是，由于存在粒子電流J，為了計(jì)算的精度，上述方程是被拆成三步來進(jìn)

12、行FDTD推進(jìn)。按照VSim的邏輯，我們引入一個(gè)參數(shù)toDtFrac，它的取值從0.0到1.0。我們假設(shè)每個(gè)推進(jìn)步推進(jìn)中，迭代器的絕對(duì)時(shí)間從推進(jìn)到，每個(gè)電磁場(chǎng)推進(jìn)步的時(shí)間步長(zhǎng)是。實(shí)際中MultiField總是要由一組“更新步”組成，而每個(gè)更新步代表從“當(dāng)前時(shí)間”推進(jìn)到某個(gè)值?，F(xiàn)在我們可以列出PIC算法里面最標(biāo)準(zhǔn)的電磁場(chǎng)推進(jìn)步，推進(jìn)開始的時(shí)刻是，所有場(chǎng)的“內(nèi)部時(shí)間”都是：第一步：進(jìn)行磁場(chǎng)B的推進(jìn)。設(shè)置toDtFac參數(shù)為0.5，也就是推進(jìn)目標(biāo)時(shí)間然后按照法拉第電磁感應(yīng)定律將磁場(chǎng)推進(jìn)為其中，其中是磁場(chǎng)在這個(gè)更新步之前的內(nèi)部時(shí)間。這里顯然。于是，于是磁場(chǎng)被推進(jìn)了半個(gè)時(shí)間步，推進(jìn)結(jié)束后，磁場(chǎng)內(nèi)部時(shí)間被

13、推進(jìn)到。第二步：進(jìn)行電場(chǎng)E的推進(jìn)，這是利用廣義的安培定律：由于電場(chǎng)只有一步推進(jìn)，因此這里的toDtFrac=1.0，所以，并且在執(zhí)行這個(gè)推進(jìn)后，電場(chǎng)的內(nèi)部時(shí)間被推進(jìn)到。第三步：再次推進(jìn)磁場(chǎng)，仍然使用法拉第定律，并且設(shè)置toDtFrac=1.0，于是并且。執(zhí)行這個(gè)推進(jìn)后，磁場(chǎng)內(nèi)部時(shí)間被推進(jìn)到。現(xiàn)在我們可以分析行波管的MultiField模型了。在開始的部分，必須定義這個(gè)MultiField框架所蘊(yùn)含的場(chǎng)：<Field edgeE>numComponents = 3offset = edgeoverlap = 1 2</Field><Field faceB>nu

14、mComponents = 3offset = faceoverlap = 1 2</Field><Field edgeJ>kind = depFieldnumComponents = 3offset = edgeoverlap = 1 2</Field>$ if INCLUDE_PARTICLES=1<Field nodalE>numComponents = 3offset = noneoverlap = 1 2dumpPeriod = 0</Field><Field nodalB>numComponents = 3of

15、fset = noneoverlap = 1 2dumpPeriod = 0</Field>$ endif幾個(gè)場(chǎng)的語法是一樣的，都是要定義場(chǎng)的分量，位置(offset參數(shù)用來約定場(chǎng)量定義是在頂點(diǎn)，面心還是棱邊上），存盤周期以及鬼網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。在這里首先定義了電場(chǎng)，磁場(chǎng)和電流場(chǎng)。接下來兩個(gè)節(jié)點(diǎn)電磁場(chǎng)nodalE和nodalB是用來將計(jì)算出的電磁場(chǎng)傳遞給帶電粒子計(jì)算。所以這個(gè)部分是使用了條件編譯。接下來是更新算法，我們看到一系列的FieldUpdater和FieldMultiUpdater：<FieldMultiUpdater yeeFaraday>gridBoundary =

16、 metalPartsinteriorness = deymittrakind = yeeFaradayUpdatercomponents = 0 1 2expandToTopInComponentDir = 1lowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZreadFields = edgeEwriteFields = faceB</FieldMultiUpdater><FieldUpdater deyMittraFaraday>gridBoundary = metalPartsinteriorness = deymittrakind

17、 = deyMittraUpdaterlowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZreadFields = edgeEwriteFields = faceB</FieldUpdater><FieldMultiUpdater yeeAmpere>gridBoundary = metalPartsinteriorness = deymittrakind = yeeAmpereUpdatercomponents = 0 1 2contractFromBottomInNonComponentDir = 1lowerBounds = 0 0

18、0upperBounds = NX NY NZreadFieldCompShifts = 0 0readFields = faceB edgeJwriteFields = edgeE</FieldMultiUpdater>$ if INCLUDE_PARTICLES=1<FieldUpdater nodalEupdate>kind = edgeToNodeVeclowerBounds = 0 0 0upperBounds = $NX+1$ $NY+1$ $NZ+1$readFields = edgeEwriteFields = nodalE</FieldUpdat

19、er><FieldUpdater nodalBupdate>kind = faceToNodeVeclowerBounds = 0 0 0upperBounds = $NX+1$ $NY+1$ $NZ+1$readFields = faceBwriteFields = nodalB</FieldUpdater>$endif這里面有五個(gè)Updater。一般來說前三個(gè)都是標(biāo)準(zhǔn)的：yeeFaradayUpdater和deyMittraUpdater用來推進(jìn)電磁場(chǎng)的法拉第感應(yīng)定律：由于導(dǎo)體表面處沒有切向電場(chǎng)，需要對(duì)這個(gè)方程做特殊考慮，所以法拉第定律包含了兩個(gè)updater

20、，yeeFaradayUpdater用于計(jì)算不和導(dǎo)體接觸的網(wǎng)格，而deyMittraUpdater用于計(jì)算導(dǎo)體邊界處的網(wǎng)格，兩個(gè)updater一般都是在一起應(yīng)用的。yeeAmpereUpdatery用來推進(jìn)安培定律：上面兩種updater足以完成FDTD推進(jìn)步驟，為了把電磁場(chǎng)輸出給粒子，需要把edgeE和faceB的值傳送給nodalE和nodalB，這是后面兩個(gè)updater完成的工作。一般情況下我們基本不需要修改這些updater，只要補(bǔ)充我們需要的updater并且封裝就可以了。最后是包裝成完整的推進(jìn)步：<UpdateStep finishFaraday>toDtFrac =

21、 0.5messageFields = faceBupdaters = yeeFaraday deyMittraFaraday</UpdateStep><UpdateStep Ampere>toDtFrac = 1.0updaters = yeeAmperemessageFields = edgeE</UpdateStep><UpdateStep startFaraday>toDtFrac = 1.0messageFields = faceBupdaters = yeeFaraday deyMittraFaraday</UpdateStep

22、>$ if INCLUDE_PARTICLES=1<UpdateStep getEatNodes>toDtFrac = 1.0updaters = nodalEupdatemessageFields = nodalE</UpdateStep><UpdateStep getBatNodes>toDtFrac = 1.0updaters = nodalBupdate messageFields = nodalB</UpdateStep>$ endif按照我們說的那樣，首先是finishFarady（半步法拉第定律），然后是Ampere(一步安培

23、定律），再startFarady（另外半步法拉第定律）。實(shí)際上完成這三步之后，一個(gè)FDTD推進(jìn)步就完成，剩下的兩個(gè)更新步用于將E和B輸出到nodalE和nodalB。加入介質(zhì)和損耗上面的計(jì)算只包含了導(dǎo)體部分，而實(shí)際的行波管還包含夾持桿和衰減器。從模擬的角度來說夾持桿是一塊電介質(zhì)，而衰減器是一塊部分導(dǎo)體。對(duì)于電介質(zhì)和衰減介質(zhì)的建模，VSim有兩種方案，一種是使用現(xiàn)成的兩個(gè)求解器（更新器），另一種是干脆自己寫一個(gè)更新器。兩者的區(qū)別是前者可以處理復(fù)雜外形（包括CAD導(dǎo)入），但是只能是均勻的介電函數(shù)或者電導(dǎo)函數(shù)；后者只能處理用函數(shù)描述的結(jié)構(gòu)，但可以處理介電/電導(dǎo)函數(shù)的演化。這里因?yàn)橥庑魏芎?jiǎn)單，我們使用

24、第二種方法。首先看一下處理介電和電導(dǎo)問題的方法，在考慮介電和電導(dǎo)的情況下，安培定律是使用半點(diǎn)差分，這個(gè)方程可以寫成化簡(jiǎn)后就是或者寫成其中第二個(gè)方程完全等價(jià)于原來的安培更新步，所以我們只需要在原來的安培更新步之前之后各插入一個(gè)轉(zhuǎn)換步，就可以實(shí)現(xiàn)帶電導(dǎo)和介電的器件的求解。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)步驟，首先要寫出介電和電導(dǎo)的表達(dá)式，這兩個(gè)表達(dá)式是：<function epsRelTerm(x,y,z)> 1.0 + (EPS_ROD-1.0)*geoCylinderXP(x-XBGN_HELIX_WIRE,y-YROD1,z-ZROD1,RADIUS_ROD,LENGTH_HELIX_WIRE)

25、+ (EPS_ROD-1.0)*geoCylinderXP(x-XBGN_HELIX_WIRE,y-YROD2,z-ZROD2,RADIUS_ROD,LENGTH_HELIX_WIRE) + (EPS_ROD-1.0)*geoCylinderXP(x-XBGN_HELIX_WIRE,y-YROD3,z-ZROD3,RADIUS_ROD,LENGTH_HELIX_WIRE)</function># definitions for attenuator$ VPHASEX_HELIX = LIGHTSPEED*SINPHI$ XBGNTURN_ATTENUATOR = XBGN_HELI

26、X + BGNTURN_ATTENUATOR*PITCH_HELIX$ LENGTH_ATTENUATOR = (ENDTURN_ATTENUATOR - BGNTURN_ATTENUATOR)*PITCH_HELIX$ SIGMA = (VPHASEX_HELIX*EPS0/LENGTH_ATTENUATOR)*ln(10.0*(DB_ATTENUATOR/10.0)$ ATTENUATE_FACTOR = 0.5*DT*SIGMA/EPS0<function attenuateTerm(x,y,z)> ATTENUATE_FACTOR*geoPipeXP(x-XBGNTURN_

27、ATTENUATOR,y,z,RMID_HELIX,REND_TUBE,LENGTH_ATTENUATOR)</function>然后需要在MultiField框架內(nèi)加入updater和updaterStep:<Field epsRelMinus> # = epsRel - 0.5*sigma*dt/eps0numComponents = 3overlap = 1 2offset = edge<InitialCondition vacuumEps>kind = variablelowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZ

28、components = 0 1 2<STFunc component0>kind = expressionexpression = epsRelTerm(x,y,z) - attenuateTerm(x,y,z)</STFunc><STFunc component1>kind = expressionexpression = epsRelTerm(x,y,z) - attenuateTerm(x,y,z)</STFunc><STFunc component2>kind = expressionexpression = epsRelT

29、erm(x,y,z) - attenuateTerm(x,y,z)</STFunc></InitialCondition></Field><Field epsRelPlus># = epsRel + 0.5*sigma*dt/eps0numComponents = 3overlap = 1 2offset = edge<InitialCondition vacuumEps>kind = variablelowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZcomponents = 0 1 2<STFu

30、nc component0>kind = expressionexpression = epsRelTerm(x,y,z) + attenuateTerm(x,y,z)</STFunc><STFunc component1>kind = expressionexpression = epsRelTerm(x,y,z) + attenuateTerm(x,y,z)</STFunc><STFunc component2>kind = expressionexpression = epsRelTerm(x,y,z) + attenuateTerm

31、(x,y,z)</STFunc></InitialCondition></Field><FieldUpdater EtoD>kind = fieldBinOpUpdaterlowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZbinOp = multiplyaCoeff = 0.0bCoeff = 0.0readFields = edgeE epsRelMinus writeFields = edgeE</FieldUpdater><FieldUpdater DtoE>kind = fieldB

32、inOpUpdaterlowerBounds = 0 0 0upperBounds = NX NY NZbinOp = divideaCoeff = 0.0bCoeff = 0.0readFields = edgeE epsRelPlus writeFields = edgeE</FieldUpdater>上面是電磁場(chǎng)的基本部分。按照我們知道的，行波管除了等離子體自生電磁場(chǎng)之外，還有一個(gè)導(dǎo)向磁場(chǎng)，為此我們還要再加入一個(gè)更新器：<FieldUpdater addInBstatic>kind = STFuncUpdateroperation = addlowerBounds

33、 = 0 0 0upperBounds = $NX+1$ $NY+1$ $NZ+1$writeFields = nodalBcomponent = 0<STFunc wave>kind = expressionexpression = BSTATIC</STFunc></FieldUpdater>然后我們需要把這些updater安裝在正確的位置，首先我們裝入EtoD和DtoE：<UpdateStep Ampere>toDtFrac = 1.0updaters = EtoD yeeAmpere DtoEmessageFields = edgeE&l

34、t;/UpdateStep>然后裝入靜磁場(chǎng)：<UpdateStep getBatNodes>toDtFrac = 1.0updaters = nodalBupdate addInBstaticmessageFields = nodalB</UpdateStep>最后還有一個(gè)問題，即行波管具有輸入和輸出端口。在VSim6中，最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)輸入和輸出端口的方法是使用Port和incident宏。這兩個(gè)宏必須使用在ampereUpdater附近：applyPortAtBoundary_beforeAmpere(1,1,LIGHTSPEED,DY,DT,edgeE,NX,N

35、Y,NZ)<UpdateStep Ampere>.</UpdateStep>applyPortAtBoundary_afterAmpere(1,1,LIGHTSPEED,DY,DT,edgeE,NX,NY,NZ)addIncidentWaveAtBoundaryPort(1,1,LIGHTSPEED,DY,DT,edgeE,NX,NY,NZ,0,0,inputWaveX(x,y,z,t)addIncidentWaveAtBoundaryPort(1,1,LIGHTSPEED,DY,DT,edgeE,NX,NY,NZ,2,0,inputWaveZ(x,y,z,t)此外，這

36、兩個(gè)宏都包含在port文件里面，所以要在文件的開頭加入$import port原理上，這樣行波管的cold部分就設(shè)計(jì)完成了，接下來，我們可以加入一些診斷來檢查電磁波會(huì)不會(huì)在行波管內(nèi)正常傳播。例如，加入出射信號(hào)診斷：# input signals$ IXVINPUTBGN = int(XBGN_HELIX-RSHELL_COAX-XBGN)/DX)$ IXVINPUTMID = int(XBGN_HELIX -XBGN)/DX)$ IXVINPUTEND = int(XBGN_HELIX+RSHELL_COAX-XBGN)/DX)<History inputVoltage>kind

37、= pseudoPotentialfield = yeeEM.edgeEreferencePoint = IXVINPUTMID $NY-1$ $int(NZ/2)$measurePoint = $IXVINPUTEND+1$ $NY-1$ $int(NZ/2)$</History><History inputPoynting>kind = fieldPoynlowerBounds = IXVINPUTBGN $NY-1$ 0upperBounds = $IXVINPUTEND+1$ $NY-1$ NZfields =yeeEM.edgeE, yeeEM.faceB&l

38、t;/History># output signals$ IXVOUTPUTBGN = int(XEND_HELIX-RSHELL_COAX-XBGN)/DX)$ IXVOUTPUTMID = int(XEND_HELIX -XBGN)/DX)$ IXVOUTPUTEND = int(XEND_HELIX+RSHELL_COAX-XBGN)/DX)$ IYVINPUT = NY-1<History outputVoltage>kind = pseudoPotentialfield = yeeEM.edgeEreferencePoint = IXVOUTPUTMID $NY-1

39、$ $int(NZ/2)$measurePoint = $IXVOUTPUTEND+1$ $NY-1$ $int(NZ/2)$</History><History outputPoynting>kind = fieldPoynlowerBounds = IXVOUTPUTBGN $NY-1$ 0upperBounds = $IXVOUTPUTEND+1$ $NY-1$ NZfields = yeeEM.edgeE, yeeEM.faceB</History>診斷的內(nèi)容包括輸入輸出功率/電壓。其中電壓需要特殊注意。嚴(yán)格的說電磁波器件并沒有電壓，實(shí)踐中VSim用

40、“偽勢(shì)”量度兩點(diǎn)之間的壓差。在現(xiàn)在的情況下，輸入輸出電壓就是在輸入和輸出端口同軸電纜芯部和外皮上各任選一點(diǎn)然后測(cè)量的偽勢(shì)。輸入電壓輸出電壓第四部分：粒子加入和放大性能物理建模的最后一步是加入粒子。由于沒有背景等離子體，所以只要加入粒子發(fā)射和吸收就可以了。引入粒子的基本模式就是先寫一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Species： $ NPARTICLES_PER_CELL_PER_TIME_STEP = 0.1 $ VEMIT = sqrt(2.0*BEAM_VOLTAGE/511.0e3)*LIGHTSPEED $ BEAM_AREA = PI*BEAM_RADIUS*2 $ JDENS = BEAM_CURREN

41、T/BEAM_AREA $ NSTEPS_ACROSS_CELL = DX/(VEMIT*DT) $ NOMINAL_DENSITY = JDENS/(VEMIT*1.602176487e-19) $ NOMINAL_PARTICLES_PER_CELL = NPARTICLES_PER_CELL_PER_TIME_STEP*NSTEPS_ACROSS_CELL <Species electron> kind = relBorisVW charge = -1.602176487e-19 mass = 9.10938215e-31 nominalDensity = NOMINAL_D

42、ENSITY nomPtclsPerCell = NOMINAL_PARTICLES_PER_CELL fields = yeeEM.nodalE yeeEM.nodalB currDeps = Jdepostion.</Species>這里有一個(gè)需要特殊注意的地方，是我們必須將粒子和電磁場(chǎng)耦合起來。耦合包含兩部分，一個(gè)是讓粒子接受電磁場(chǎng)力的作用，這是通過fields = yeeEM.nodalE yeeEM.nodalB 這樣語法實(shí)現(xiàn)的；另一點(diǎn)則是將粒子的電流密度傳遞給電磁場(chǎng)，這是通過currDeps語句。 為了讓currDeps生效，我們還要對(duì)其中的Jdepositi

43、on進(jìn)行定義：<VectorDepositor Jdepostion> kind = areaWeighting depField = yeeEM.edgeJ </VectorDepositor>其中areaWeighting 表示使用面積權(quán)重計(jì)算，具體到這個(gè)語法的詳細(xì)內(nèi)容可以研究手冊(cè)，我們這里只指出一點(diǎn)：如果使用的是MultiField類型的場(chǎng)，那么我們的電流是自己定義的，因此必須使用一個(gè)獨(dú)立的VectorDepositior；如果按照以前的方法使用emMultiField，那么電流場(chǎng)自動(dòng)定義成SumRhoJ，也就無需自己再定義VectorDepositior，當(dāng)然對(duì)

44、應(yīng)地也不需要定義edgeJ。定義了粒子類型后，需要引入一個(gè)粒子源。在現(xiàn)在的情況下，發(fā)射體已經(jīng)定義，所以直接使用一個(gè)cutCellPosGen的xvLoaderEmitter就好。一般我們總是xvLoaderEmitter:<ParticleSource beamEmission> kind = xvLoaderEmitter positionFunction = bitReversed useCornerMove = true emitBasedOnLocalForce = false load = false applyTimes = 0.0 1.0 <PositionGe

45、nerator bitRevSlab> kind = cutCellPosGen numMacroPtclsPerStep = $int(NPARTICLES_PER_CELL_PER_TIME_STEP*BEAM_AREA/(DY*DZ)$ emitterBoundary = emitter emissionOffset = 0.01 <STFunc mask> kind=expression expression = H(x-(XEND_GUN_WALL-DX)*H(BEAM_RADIUS*2-y*2-z*2)-0.5 </STFunc> </PositionGenerator> <VelocityGenerator emitVelGen> kind = funcVelGen velocityIsLocal = true <STFunc component0> kind = expression # negative sign is necessary expression = -VEMIT </STFunc> </Velocit