申请/专利权人：西安魔朵电子科技有限公司

申请日：2020-05-19

公开（公告）日：2024-02-02

公开（公告）号：CN111625946B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06T17/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.02.02#授权;2020.09.29#实质审查的生效;2020.09.04#公开

摘要：本发明的公开了用于三维共形全电磁粒子模拟的输出信号模式成份分解方法，本发明基于数值上的特征值求解方程，求解得到输出波导中具有正交性的特征向量，并用于数值诊断数据的模式分解，在方法上具有一致性；本发明采用了一种较为一般的方式来构建用于求解待求模式的相关参数，包括前向波和后向波的振幅和相位，并能够由一组诊断数据完成多个模式的分解分析。

主权项：1.用于三维共形全电磁粒子模拟的输出信号模式成份分解方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，采用三维建模软件建立需模拟计算的真空电子学器件模型；步骤2，将三维模型在三维笛卡尔正交网格体系中进行离散剖分，并在离散网格体系中采用局部填充方法将模型进行共形重构；步骤3，在输出波导段设置用于模式分析的诊断参数，诊断参数包括：诊断的频率点，诊断截面的位置以及诊断时间段的中心点，并由此确定记录诊断数据的时间区间；步骤4、由根据本征方程，计算得到诊断面上与不同模式相对应的特征向量，特征向量具有正交性；步骤5，开启共形全电磁粒子模拟主程序，模拟计算模型，在计算过程中记录由步骤3所定义的空间点上和时间区间内的电场和磁场值，并作为诊断值；步骤6，对记录的信号进行滤波，对滤波后的信号进行正交分解；步骤7，建立不同时间和不同位置的方程，构建线性方程组，得到单个模式信号前向波和后向波的幅值；步骤8，重复步骤6和步骤7，基于同一组由步骤5记录的数据，分解并分析其它模式；步骤6和步骤7中，具体为：为实现输出信号的模式分解，首先，给出输出信号的一般表达形式；不失一般性，将输出波导中坐标为z处的横截面上的横电横磁场分布可分解为不同模式的叠加，如下形式， 其中，qj为诊断面上的与模式j相对应的场线积分矢量，由正交性，分解得到与某个模式对应的qi，可表达为： 其中，kj表示模式j的轴向波数，和为几何元上场积分量的幅值形成的矢量；对于某个模式来说，横截面上的场分布表达为横截面上坐标的函数fx,y；那么，确定矢量和以及和的求解计算转为求解具有最大幅值的几何元上的和并假设与之对应的场值为qj，由上式，qj可表达为： 上式中，和均为未知的，为求解这4个未知数，需要在4个不同的t,z坐标点由上式构建方程组进行求解： 将步骤3中确定记录诊断数据的时间区间，代入上面四个式子，定义下列中间变量， 由上述三个式子，4个不同的t,z坐标点构建方程组式变换为： 由上述式子，求解得到和进一步得到： 对于不同模式，由同一组诊断数据，改变中的kj并带入上面的式子完成不同模式的幅值的求解；对于kj来说，通过本征方程，求解得到了不同模式的截止频率，也就能得到与截止频率对应的横向波数，得到所诊断频率所对应的轴向波数kj。

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