[发明专利]一种速调管TESLA理论输入腔耦合项处理方法

权利要求书

1.一种速调管TESLA理论输入腔耦合项处理方法，包括以下步骤：

S1、在电磁仿真软件中建立目标速调管高频谐振腔结构模型，并对其进行本征分析，得到高频谐振腔的固有品质因素Q₀，特性阻抗R/Q和本征频率ω_s；

S2、在目标速调管高频谐振腔的基础上加入波导构成输入/输出腔，然后在电磁仿真软件中建立结构模型，并进行驱动模式仿真；设置波端口输入功率为P，仿真得到场分布、群时延曲线，并由此计算工作频率ω，外观品质因子Q_ext及对应输入功率P下的间隙电压U以及高频谐振腔的储能W₀；

其中外观品质因子Q_ext计算公式为

τ_g为群时延，ω工作频率；ω和τ_g均可由群时延曲线上读取，腔体储能W₀根据

计算得到；

S3、根据波导形状及尺寸计算工作模式的特性阻抗Z_wg；

对矩形波导，特性阻抗Z_wg计算公式为

式(8)中m、n表示模式编号，a、b为输入波导宽边、窄边尺寸，ω为工作频率、c＝3×10¹⁰cm/s，j为虚数单位；

S4、根据目标速调管谐振腔与外接波导的耦合关系式|C_k，s|²Z_wg＝Q_ext计算耦合系数C_k，s；

速调管谐振腔与外接波导之间的耦合关系式满足

(|C_k，s|²Z_wg)^-1＝Q_ext (9)

根据步骤S2得到的外观品质因素Q_ext和步骤S3得到的波导特性阻抗Z_wg得到|C_k，s|；取C_k，s相位为0，则C_k，s＝|C_k，s|；

S5、计算稳态时与输入功率P对应的波导工作模式电压幅值系数V₊；

根据TESLA理论中谐振腔电压电流满足的广义电报方程(3)、(4)

稳态时腔体电压电流幅值分别记为V_s′、I′_s，得

忽略式(10)中电子注通道与外腔的耦合项，此时I_s′与V_s′存在关系式

将式(12)代入式(11)，消去电压幅值V_s′，得到稳态时腔体电流幅度系数I′_s与波导工作模式电压幅值系数V₊的关系式，见式(13)；

利用TESLA中腔体储能公式结合式(12)得到

利用步骤S1中得到的本征频率ω_s、步骤S2中得到的工作频率ω和腔体储能W₀，得到与输入功率P对应的稳态腔体电流幅度|I_s′|，取I_s′相位为0，即I_s′＝|I_s′|；

通过式(13)即可得到与输入功率P对应的波导工作模式电压幅值系数V₊

S6、建立修正的电压V₊与输入总功率P关系式，并计算修正系数β；

根据波导工作时工作模式对应入射波电压幅值系数V₊与其入射功率P₊之间的关系式建立修正的输入功率P与波导工作模式电压幅值系数V₊的关系式，即

其中β为修正系数；利用步骤S5得到的与输入功率P对应的V₊，结合步骤S3得到的波导特性阻抗即可确定修正系数β；

S7、根据修正的输入功率P与波导工作模式电压幅值系数V₊的关系式即可得到任意输入功率对应P对应的V₊。