該文從功率流觀察指令入手，對粒子PIC模擬軟件中表征輸出功率的曲線圖的物理問題進(jìn)行了理論分析。推導(dǎo)了功率流密度—— 坡印亭矢量S 的復(fù)數(shù)表達(dá)式，分析了PIC模擬軟件中功率流密度與真實(shí)功率之間的關(guān)系，解釋了在PIC模擬過程中，在不同抽向位置觀察到的功率流曲線圖不同的現(xiàn)象。并以8 mm二次諧波回旋速調(diào)管的非線性互作用模擬為例，對其輸出功率和模擬結(jié)果進(jìn)行了深入分析，提出了PIC模擬中功率流曲線圖的內(nèi)涵及輸出功率的正確讀取方法。
關(guān) 鍵 詞 模式; 輸出功率; 功率流; 坡印亭矢量; 行波

高功率微波器件在粒子加速、精確制導(dǎo)和目標(biāo)探測等方面有著巨大的應(yīng)用前景，我國在這方面的研究起步較晚，但在國內(nèi)學(xué)者的不懈努力下，近十幾年我國的高功率微波技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，有些方面已處于世界先進(jìn)水平[1-3]。由于電真空器件制管工藝復(fù)雜、費(fèi)用昂貴，精度要求高、而且描述注-波互作用的大信號理論還不夠完善或不能準(zhǔn)確、迅速地求解。而隨著計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，慣用的研究手段是在大信號理論的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)算法將這些理論編譯成計(jì)算機(jī)代碼，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行近似求解。國內(nèi)外的學(xué)者都在花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來開發(fā)用于冷腔設(shè)計(jì)和熱腔計(jì)算的優(yōu)化模擬的程序。實(shí)踐證明，采取先軟件仿真，后按照相關(guān)參數(shù)制造真空微波管是最有效的科研途徑[4-5]。在仿真8 mm二次諧波回旋速調(diào)管注-波互作用這一非線性過程中，在行波段的不同截面觀察輸出功率時(shí)卻得到了不同的功率流輸出曲線，針對這一事實(shí)，本文結(jié)合功率觀察命令得到的模擬數(shù)值對功率的提取方法做研究和探討。
1 注-波互作用理論
如果采用自洽理論來描述高功率微波器件中電子-波互作用的非線性過程，可分兩個(gè)方面考慮，一是電子運(yùn)動(dòng)激發(fā)起高頻場，用下面方程描述：