以“通過(guò)法測(cè)品質(zhì)因數(shù)”的冷測(cè)實(shí)驗(yàn)為理論基礎(chǔ), 通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬和冷測(cè)實(shí)驗(yàn)證明了利用三維電磁仿真軟件的頻域求解器也能模擬獲得涂覆衰減材料的諧振腔本征模的諧振特性。對(duì)同一個(gè)涂覆衰減材料的諧振腔, 該方法的計(jì)算結(jié)果和JDM 本征模求解器的計(jì)算結(jié)果一致, 并經(jīng)冷測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證, 計(jì)算精度很高, 最重要的一點(diǎn)是該方法計(jì)算速度很快, 解決了JDM 本征模求解器因考慮損耗降低仿真速度的問(wèn)題。

　　在寬帶速調(diào)管中, 為了獲得群聚帶寬往往對(duì)諧振腔( 群聚腔) 加載, 即在諧振腔腔壁上涂覆衰減材料, 在整管設(shè)計(jì)中需要模擬計(jì)算這些諧振腔中存在的若干本征模式, 計(jì)算其諧振頻率, 品質(zhì)因數(shù)和場(chǎng)分布等諧振特性。

　　對(duì)于沒(méi)有涂覆衰減材料的諧振腔, 采用CST 微波工作室的AKS 本征模求解器模擬即可快速獲得諧振腔中存在的若干諧振模式( 模擬時(shí)設(shè)置模式個(gè)數(shù), 為了精確, 往往設(shè)置比實(shí)際需要更多的模式個(gè)數(shù)) , 并通過(guò)后處理可獲得模式的場(chǎng)分布、諧振頻率和品質(zhì)因數(shù)等。當(dāng)然, 對(duì)于上述涂覆了衰減材料的諧振腔, CST 微波工作室還提供了另外一種JDM 本征模求解器, AKS 和JDM, 這兩個(gè)求解器數(shù)學(xué)基礎(chǔ)完全不同, JDM 求解器是考慮了損耗問(wèn)題( 即諧振腔加載) , 但考慮損耗問(wèn)題會(huì)顯著降低仿真速度, 當(dāng)損耗大, 需要計(jì)算諧振腔中的高次模式而設(shè)置較多計(jì)算模式個(gè)數(shù)時(shí), 這一問(wèn)題更加嚴(yán)重, 計(jì)算不收斂, 緩慢,直至內(nèi)存不夠而終止計(jì)算, 所以有耗本征模問(wèn)題的求解是非常具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

　　在CST 微波工作室中, 還有一種頻域求解器,通過(guò)求解不同頻點(diǎn)的場(chǎng)問(wèn)題來(lái)求得S 參量, 計(jì)算速度快, 系統(tǒng)可以自動(dòng)選擇頻率采樣點(diǎn), 也可以手動(dòng)設(shè)置頻率采樣點(diǎn)以滿足整個(gè)頻帶上的精度。頻域求解器分為通用頻域求解器和諧振結(jié)構(gòu)頻域求解器, 其中諧振結(jié)構(gòu)頻域求解器是只考慮無(wú)耗問(wèn)題的, 而通用頻域求解器是可以解決有耗問(wèn)題的。另外關(guān)于諧振腔諧振特性的冷測(cè) , 目前廣泛采用的仍是通過(guò)法, 對(duì)于群聚腔, 由于沒(méi)有輸入或輸出耦合機(jī)構(gòu),是采用兩個(gè)探針通過(guò)漂移管對(duì)諧振腔進(jìn)行激勵(lì)和接收, 接收探針連接高精度示波器, 通過(guò)半功率點(diǎn)法獲得諧振腔的諧振頻率和Q 值。

　　因此鑒于CST 微波工作室的通用頻域求解器計(jì)算速度快, 同時(shí)可以解決有耗問(wèn)題以及結(jié)合現(xiàn)階段“通過(guò)法”冷測(cè)諧振腔本征模諧振特性的理論和方法, 本文提出了利用通用頻域求解器模擬微波諧振腔的諧振特性, 可以和AKS 本征模求解器相結(jié)合,也能完全切合現(xiàn)階段的實(shí)際冷測(cè)實(shí)驗(yàn), 這就實(shí)現(xiàn)了計(jì)算模擬和試驗(yàn)驗(yàn)證的一致性以及相互結(jié)合, 最關(guān)鍵的是解決了以往JDM 本征模求解器計(jì)算模式加載問(wèn)題的非常具有挑戰(zhàn)性的有耗問(wèn)題, 計(jì)算時(shí)間短且準(zhǔn)確。

　　冷測(cè)驗(yàn)證

　　由于衰減材料的特性很難準(zhǔn)確測(cè)量, 同時(shí)腔體上涂覆的衰減量也不易準(zhǔn)確控制, 所以為了能進(jìn)一步驗(yàn)證通用頻域求解器模擬結(jié)果以及本文提出的模擬方法是否正確, 按表1 的尺寸加工圖1 模型所示的零件, 并在腔壁上涂覆衰減材料。當(dāng)吸收腔上未加調(diào)諧釘時(shí), 通過(guò)冷測(cè)法獲得mode1 的諧振頻率f= 2.691MHz, 品質(zhì)因數(shù)Q0 =Qk= 80。

　　根據(jù)測(cè)得的品質(zhì)因數(shù), 在頻域計(jì)算器中, 通過(guò)調(diào)整衰減材料的參數(shù)獲得和冷測(cè)結(jié)果一致的一條衰減曲線, 通過(guò)該曲線獲得mode1 的諧振頻率f = 2.691GHz, 品質(zhì)因數(shù)Q0= 81, 然后腔體上設(shè)置調(diào)諧釘, 調(diào)節(jié)調(diào)諧釘?shù)某叽缫约安迦肭惑w內(nèi)的深度, 獲得mode1 的諧振頻率f = 2.699 GHz, 品質(zhì)因數(shù)Q0= 82。完全按模擬獲得的尺寸加工調(diào)諧釘, 按模擬獲得的插入深度在諧振腔上放置該調(diào)諧釘, 冷測(cè)獲得mode1 的諧振頻率f = 2.7 GHz, 品質(zhì)因數(shù)Q0= 82.3,與通用頻域求解器的模擬結(jié)果有很好的一致性, 這也從冷測(cè)試驗(yàn)上驗(yàn)證了利用通用頻域求解器采用通過(guò)法計(jì)算加載衰減材料的諧振腔諧振特性的可行性、正確性。

　　結(jié)論

　　本文以“通過(guò)法測(cè)品質(zhì)因數(shù)”的方法為理論基礎(chǔ), 解決了AKS 本征模求解器不能模擬損耗問(wèn)題以及JDM 本征模求解器模擬損耗問(wèn)題耗時(shí)長(zhǎng)的難題。并將通用頻域求解器獲得的諧振特性與AKS 本征模求解器和JDM 求解器模擬得到的諧振特性進(jìn)行比較, 模擬結(jié)果有良好的一致性, 同時(shí)將通用頻域求解器模擬獲得的涂覆衰減材料的諧振腔諧振特性與實(shí)際冷測(cè)結(jié)果對(duì)比, 更進(jìn)一步驗(yàn)證了通用頻域求解器完全可以模擬涂覆衰減材料的諧振腔的本征模的各項(xiàng)參數(shù), 指導(dǎo)冷測(cè)試驗(yàn)及速調(diào)管研制工作。