JPH0422877A

JPH0422877A - 電磁界解析装置

Info

Publication number: JPH0422877A
Application number: JP2127365A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Sakiyama; 一幸崎山; Motoaki Anami; 阿波　根明; Hidetoshi Kodera; 秀俊小寺; Yozo Kita; 洋三喜多
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-05-16
Filing date: 1990-05-16
Publication date: 1992-01-27
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: EP0457294A1; DE69114180T2; JPH0833423B2; EP0457294B1; DE69114180D1; US5315233A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、クライストロンやマグネトロンといった電磁
波発振装置等の電磁界解析装置に関するものである。

従来の技術電磁界中の電荷の運動解析の方法としては、時間的に変
化し・ない電磁界中での電荷の軌道分析等の解析法は一
般的である。また、電磁波発振管の動作解析に用いられ
る解析法としては、時間的に変化する無負荷状態の電磁
界を時々刻々分析し、その結果を用いて電荷の運動解析
を行う方法などがある。

発明が解決しようとする課題しかしながら、上記のような方法では、動作時の電磁波
発振装置にかかる負荷抵抗の影響を考慮した電磁界解析
を行うことをできない。また、動作時の負荷抵抗が電磁
波発振装置内の電荷の運動に影響を与えるが、このよう
な現象を解析することはできない。

本発明はかかる点に鑑み、電磁界にかかる負荷抵抗を考
慮して電荷の運動と電磁界との達成解析ができる電磁界
解析装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段本発明は、電荷の運動分析のための初期条件や、電磁界
分析のための境界条件を設定するための入力手段と、そ
の入力手段から入力されたデータに基づいて、所定時刻
での電荷の位置、速度を分析するための電荷運動分析手
段と、その電荷運動分析手段の結果を利用して、磁界の
分布を求めるための磁界分析手段と、解析領域の境界上
乞こ電磁界にかかる負荷抵抗を、等測的に扱うための抵
抗モデルを配置するとき、その位置での磁界の強さを、
前記磁界分析手段の結果を利用して求め、導体表面での
磁界の境界条件より、抵抗に流れる電流を求める等通電
流分析手段と、その等通電流分析手段による等価負荷抵
抗に流れる電流に基づいて、等価負荷抵抗の両端での電
圧降下量求める電圧降下分析手段と、その電圧降下分析
手段による分析結果に基づき、負荷抵抗位置の電界強度
を分析する電界強度分析手段と、その電界強度分析手段
によって得られた情報に基づいて、電界を求めるための
電界分析手段と、前記各手段の全部又は一部の駆動を時
間経過に応じて繰り返させるための制御手段とを備えた
ことを特徴とする電磁界解析装置である。

作用本発明は、電磁波発振装置の解析のために、電磁界解析
と電荷の運動解析を達成させて解析する際に、電磁界に
かかる負荷抵抗の影響を考慮するために、この負荷抵抗
と等価な抵抗を解析領域に配置し、この抵抗にかかる電
圧と流れる電流を電界と磁界成分に換算して、解析領域
全体の電磁界分布を分析する。そして、この電磁界分布
より電荷が受ける力を考慮して電荷の運動分析を行う。

このような電磁界と電荷の連成分析を大型電子分析機で
交互に反復実行させる。

これによって、電磁波発振装置が負荷を受けながら動作
するとき、時々刻々の内部における電磁界分布と電荷分
布を定量的に解析することができるので、実機に即した
解析装置である。

実施例以下に本発明の実施例を図面を参照して説明す第１図は
本発明の１実施例における電磁界解析装置を示すブロッ
ク図である。

入力手段ｌは、電荷の運動分析のための初期条件や、電
磁界分析のための境界条件を設定するための手段であっ
て、例えばキーボー！・である。

電荷運動分析手段２は、時刻ｔての電荷の位置、速度を
分析するため手段である。そして、そこで得られる電荷
の位置と速度から電荷密度分布ρ及び電流密度分布Ｊを
求める。

磁界分析手段３は、次式（１）で示す磁界の波動方程式
を有限要素法でとき、磁界Ｈの分布を求めるための手段
である。

（１’ｌｉ＝、。ｔ、Ｊ　（＋）Ｖ２ｆ（−１ｔεθｔ２なお、磁界分布の分析法としては、他に差分法や境界要
素法等を用いることもできる。

等通電流分析手段４は、第３図に示すように解析領域の
境界上に電磁界にかかる負荷抵抗を等価的に扱うための
抵抗モデルを配置するとき、その位置での磁界の強さを
、磁界分析手段３の結果を利用して求め、　（２）式に
示す導体表面での磁界の境界条件より、抵抗に流れる電
流ｉを（３）式に示すように求める手段である。

Ｈｔ＝ｌｃ　　　　　　　　　　（２）墓＝ｔｃｈｒ　
　　　　　　　　　　（３）ただし、ＩＩＬは境界に対
する磁界の接線方向成分であり、には境界での誘導電流
の面電流密度である。ｈ「は誘導電流が流れる幅である
。

電圧降下分析手段６は、等価に流分析手段４による等面
負荷抵抗に流れる電流ｉに基づいて、等面負荷抵抗の両
端での電圧降下量■「を（４）式より求める手段である
。

Ｖｒ＝ｚｉ　　　　　　　　　　（４）ここで、２は等
面負荷抵抗のインピーダンスを示す。

電界強度分析手段６は、負荷抵抗位置の電界強度を分析
する手段であって、等面負荷抵抗のために負荷を考慮す
る境界位置では、　（５）式より求められる接線方向電
界Ｅ　ｔを得ることが出来る。

Ｅｔ＝Ｖｒ／ｌｒ　　　　　　　（５）ただし、ｌｒは
等面負荷抵抗を配置した位置の距離を示す。

たとえば、この負荷のかかる境界が導体であった場合、
無負荷状態では（４）式よりＶ「＝０であるから電界の
接線方向成分Ｅｔは零であり、負荷抵抗の影響は電磁界
には現れないことここなる。これに対し、負荷がかかる
場合は、前記Ｅｔが解析領域内の電界分布に影響する。

電界分析手段７は、電界を求めるための手段であって、
このことを電界分析の際に、前記Ｅｌを境界条件に組み
込んで分析することで考慮できる。なお、その電界Ｅの
分析には（６）式に示す電界に関する波動方程式を用い
、有限要素法で電界分布を求めることが出来る。

制御手段８は、上述した各手段の全部又は一部の駆動を
制御するための手段であって、例えば、時間経過を追っ
て、磁界分析手段２以降の各手段の動作を縁り返さすよ
うになっている。それによって、負荷抵抗の影響を受け
た電磁界の中での電荷の運動解析情報が得られる。

次に、上記実施例の動作を説明する。

第２図は同実施例における解析装置の動作を示すフロー
チャートである。

ステップ（Ａ）は電荷の運動分析のための初回条件を設
定するための入力ステップである。ステップ（Ｂ）は電
磁界分析のための境界条件を設定するための入力ステッ
プである。

ステップ（Ｃ）は分析時刻を時間積分分析のための変化
量δしたけ進めるものである。

そして、ステップ（Ｄ）では、時刻ｔでの電荷の位置、
速度を得るための処理を示す。そして、そこで得られる
電荷の位置と速度から電荷密度分布ρ及び電流密度分布
Ｊを換算し、ステップ（Ｅ）では上記（１）式で示す磁
界の波動方程式を有限要素法でとき、磁界Ｈの分布情報
を得る。

ステップ（Ｆ）では、第３図に示すように解析領域の境
界上に電磁界にかかる負荷抵抗を等価的に扱うための抵
抗モデルを配置するとき、その位置での磁界の強さをス
テップ（Ｅ）の分析結果から求め、上記（２）式に示す
導体表面での磁界の境界条件より、抵抗に流れる電流１
を上記（３）式のように得る。

ステップ（Ｇ）では、このように等面負荷抵抗に流れる
電流１を求めることができるので、等面負荷抵抗の両端
での電圧降下４１　Ｖ　ｒを上記（４）式より得る。

従って、ステップ（Ｈ）では、等面負荷抵抗のために負
荷を考慮する境界位置では、上記（５）式より求められ
る接線方向電界Ｅｔが生じることになる。

たとえは、この負荷のかかる境界が導体であった場合、
無負荷状態ては上記（４）式よりＶｒ＝０であるから電
界の接線方向成分Ｅｔは零であり、負荷抵抗の影響は電
磁界には現れないことになる。

これに対し、負荷がかかる場合は、前記Ｅｔが解析領域
内の電界分布に影響する。このことはステップ（Ｉ）で
の電界分析の際に、前記Ｅｔを境界条件に組み込んで分
析することで考慮できる。なお、電界Ｅの分析には上記
（６）式に示す電界に関する波動方程式を用い、有限要
素法で電界分布を求める。

さらに、分析をステップ（Ｃ）に戻して時間経過を追っ
て分析を繰り返すことて、負荷抵抗の影響を受けた電磁
界の中での電荷の運動解析を行うことができる。

なお、本発明の各手段は、コンピュータを用いてソフト
ウェア的にあるいはファームウェア的に実現してもよい
が、専用のハード回路を用いて実現してももちろん良い
。

発明の詳細な説明したように、本発明によれば、電磁波発振装置の
負荷時動作解析が可能であり、それによって装置内の電
荷運動の解析を定量的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における一実施例の電磁界解析装置を示
すブロック図、第２図は同実施例の動作を示すフローチ
ャート、第３図は同実施例における負荷抵抗のモデル化
を示す概念図である。１・・・入力手段、２・・・電荷運動分析手段、３・・
・磁界分析手段、４・・・等価電流分析手段、５・・・
電圧降下分析手段、６・・・電界強度分析手段、７・・
・電界分析手段、８・・・制御手段。代理人の氏名　弁理士　松　１）正　道第図第図旨

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電荷の運動分析のための初期条件や、電磁界分析
のための境界条件を設定するための入力手段と、その入
力手段から入力されたデータに基づいて、所定時刻での
電荷の位置、速度を分析するための電荷運動分析手段と
、その電荷運動分析手段の結果を利用して磁界の分布を
求めるための磁界分析手段と、解析領域の境界上に電磁
界にかかる負荷抵抗を等価的に扱うための抵抗モデルを
配置するとき、その位置での磁界の強さを、前記磁界分
析手段の結果を利用して求め、導体表面での磁界の境界
条件より、抵抗に流れる電流を求める等価電流分析手段
と、その等価電流分析手段による等価負荷抵抗に流れる
電流に基づいて、等価負荷抵抗の両端での電圧降下量求
める電圧降下分析手段と、その電圧降下分析手段による
分析結果に基づき、負荷抵抗位置の電界強度を分析する
電界強度分析手段と、その電界強度分析手段によって得
られた情報に基づいて、電界を求めるための電界分析手
段と、前記各手段の全部又は一部の駆動を時間経過に応
じて繰り返させるための制御手段とを備えたことを特徴
とする電磁界解析装置。
（２）電磁界の解析と電磁界中に存在する電荷の運動解
析を連成させて扱う解析を電磁界に加えられる負荷抵抗
の影響を考慮して行うことを特徴とする電磁界解析装置
。
（３）電磁界の解析方法として有限要素法を用い、この
有限要素法において電磁界にかかる負荷抵抗の影響を考
慮するために、前記負荷抵抗と等価な抵抗を解析領域に
配置し、解析領域内の電界と磁界の関係を前記抵抗に加
わる電圧と電流とで等価なものとして取り扱うことを特
徴とする電磁界解析装置。
（４）電磁界中の電荷の運動解析において電磁界にかか
る負荷抵抗の影響を考慮するために、請求項２に記載の
負荷抵抗に等価な抵抗にかかる電圧成分から求められる
電界を前記電荷にかかる電界として、電荷の運動を分析
することを特徴とする電磁界解析装置。