中国空间科学技术

›› 2017, Vol. 37 ›› Issue (2): 89-95.doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2017.0036

• 微放电部件级研究 • 上一篇    下一篇

基于时域有限差分的微放电仿真算法

 张剑锋1, 游检卫1, 王洪广2, 李韵1, 崔万照3, 崔铁军1,*   

  1. 1东南大学毫米波国家重点实验室，南京210096
    2西安交通大学电子物理与器件研究所，西安710049
    3中国空间技术研究院西安分院空间微波技术重点实验室，西安710110
  • 收稿日期:2016-08-31 修回日期:2017-03-07 出版日期:2017-04-25 发布日期:2017-03-17
  • 作者简介:张剑锋（1979-），男，讲师，jfzhang@seu.edu.cn，研究方向为计算电磁学 *通讯作者：崔铁军（1965-），男，教授，tjcui@seu.edu.cn，研究方向为计算电磁学、人工电磁材料
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（61401096）；国家自然科学基金重点项目（U1537211）

Multipactorsimulationalgorithmbasedonfinitedifferenceintimedomain

 ZHANG  Jian-Feng1, YOU  Jian-Wei1, WANG  Hong-Guang2, LI  Yun1, CUI  Wan-Zhao3, CUI  Tie-Jun1,*   

  1. 1StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,  SoutheastUniversity,  Nanjing210096，China
    2KeyLaboratoryforPhysicalElectronicsandDevicesoftheMinistryofEducation,  Xi′anJiaotongUniversity,Xi′an710049，China
    3NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonSpaceMicrowave,  ChinaAcademyofSpaceTechnology(Xi′an),  Xi′an710110，China
  • Received:2016-08-31 Revised:2017-03-07 Online:2017-04-25 Published:2017-03-17

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摘要： 为克服传统微放电阈值预测方法建模粗糙、精度低的缺点，提高阀值预测精度和效率，研究了基于时域有限差分的精确微放电阀值预测算法。基于时域有限差分算法和粒子追踪算法，通过时空网格自洽互耦实现复杂结构微波器件微放电阈值准确计算。其中，共形和并行算法是提高微放电仿真精度和效率的关键。文章基于空间蛙跳策略实现了基于时域有限差分的微放电仿真算法，利用算法分析了典型微波器件的微放电阈值，仿真与实验结果吻合良好，误差小于0.3dB；同时，并行效率最高可达83%，验证了算法的准确性和高效性。

关键词: 时域有限差分, 粒子追踪, 微放电, 共形, 并行

Abstract: Traditionalmultipactorpredictionmethodbasedonplaneapproximationisfastbutinaccurate,whichcannotmeettheelectricalperformancedesignrequirementswhendevicesbecomemoreandmorecomplex.Thefinitedifferencetimedomainalgorithmisoneofthemostpopularmethodsinthecomputationalelectromagnetics.TheparticletracingalgorithmisanumericalmethodbasedontheNewton'sforcelaw. Thetwoalgorithmscanbeselfconsistentlycombinedbythediscretemeshinbothtimeandspacedomains,whichcanbeusedtopredictthemultipactorbreakdownthreshold.Inaddition,theconformalandparallelizingtechnologieswerewellstudied.Multipactorbreakdownofclassicmicrowavedevicewasanalyzedbythedevelopedalgorithm.Theerroris0.3dBcomparedwiththeexperimentsandthemaximumparallelefficiencyis83%,whichdemonstratetheaccuracyandefficiencyofthealgorithm.

Key words: finitedifferencetimedomain, particletracing, multipactor, conformal, parallelization