新型真空电子器件的快速粒子模拟研究

发布时间：2023-03-04 01:47

　　随着现代军事技术及国防电子装备的发展,对微波真空电子器件的主要性能指标提出了更高的要求,从而促进了各类新型真空电子器件的发展。计算机仿真软件是微波真空电子器件设计中不可或缺的工具。粒子模拟方法具有通用性,对器件结构没有限制,计算准确可靠、精度高,因此非常适合于新型真空电子器件的仿真设计。但是粒子模拟方法的计算效率非常低,严重制约了粒子模拟方法在真空电子器件仿真设计中的应用。针对粒子模拟方法计算效率低的问题,本论文以新型真空电子器件的快速粒子模拟方法为研究课题,主要研究内容包括以下四个部分。第一部分主要研究了新型真空电子器件的共形时域有限差分法与共形网格快速生成算法。首先,研究了共形时域有限差分法的基本原理及稳定性条件。然后研究并改进了基于三角面模型和OBBTree的快速求交的共形网格生成算法,解决了原有算法中存在切点判断、交点缺失及平行面边界等问题,为新型真空电子器件的共形时域有限差分模拟方法奠定了基础。第二部分主要研究了新型真空电子器件输入输出波导端口的模拟方法。首先,为了解决现有激励源技术应用于波导所存在的问题,提出了一种高精度、高效率的波导端口透明激励源(P-N透明源)。然后,基...

【文章页数】：112 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 快速粒子模拟方法的发展与现状
    1.3 本论文主要工作及创新
    1.4 本论文组织结构
第二章 新型真空电子器件共形时域有限差分法研究
    2.1 共形时域有限差分法
        2.1.1 共形时域有限差分法基本原理
        2.1.2 共形时域有限差分法稳定性条件
    2.2 共形网格划分
        2.2.1 三角面模型构建及OBBTree构造
        2.2.2 基于OBBTree的快速求交算法
        2.2.3 基于射线追踪法的网格生成方法
        2.2.4 网格划分实例
    2.3 本章小结
第三章 新型真空电子器件波导端口模拟方法研究
    3.1 波导端口激励源
        3.1.1 硬源
        3.1.2 透明电流源
        3.1.3 透明场源
        3.1.4 P-N透明源
        3.1.5数值实验
    3.2 波导端口模式求解
        3.2.1 二维四分量共形频域有限差分法
        3.2.2 二维二分量共形频域有限差分法
    3.3 波导端口吸收边界
        3.3.1 分裂场完美匹配层
        3.3.2 单轴完美匹配层
        3.3.3 卷积完美匹配层
        3.3.4 数值实验
    3.4 实例验证
        3.4.1 盒型窗
        3.4.2 同轴窗
    3.5 本章小结
第四章 新型真空电子器件快速粒子模拟方法研究
    4.1 快速粒子模拟方法流程
    4.2 电磁场求解及其GPU加速
        4.2.1 电磁场求解算法
        4.2.2 电磁场GPU并行方案
    4.3 推动粒子运动及其GPU加速
        4.3.1 粒子运动分步求解算法
        4.3.2 粒子推动GPU并行方案
    4.4 电流源求解及其GPU加速
        4.4.1 Zigzag电流密度分配方法
        4.4.2 电流密度分配GPU并行方案
    4.5 快速粒子模拟方法GPU加速测试
    4.6 本章小结
第五章 新型真空电子器件的快速粒子模拟仿真
    5.1 折叠波导行波管模拟
        5.1.1 计算模型及参数
        5.1.2 模拟结果及分析
        5.1.3 计算效率测试
    5.2 双排梳齿波导行波管模拟
        5.2.1 计算模型
        5.2.2 计算结果
    5.3 扩展互作用速调管模拟
        5.3.1 计算模型
        5.3.2 计算结果
    5.4 本章小结
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果



本文编号：3753501