0.22THz折叠波导行波管放大器理论分析与数值模拟

为了解折叠波导行波管放大器的性能影响因素,在理论分析的基础上,对0.22 THz折叠波导行波管放大器进行系统的数值模拟与分析,重点讨论电子束压、束流、输入信号功率、结构周期数、材料电导率、引导磁场大小、电子能散度以及发射度对器件输出功率水平的影响.发现束压存在最佳工作范围,增加束流可以有效提高器件增益;输入信号不宜过强...     

NEPTUNE:并行三维全电磁粒子模拟软件

为求解具有复杂几何的高功率微波电磁场问题,本文研制了一个三维全电磁粒子并行软件NEPTUNE。本文介绍了该并行软件的基本结构和采用的一些并行算法。目前,该软件已经成功模拟了多种高功率源器件,并可扩展到数千台处理器核上运行。     

高功率微波三维全电磁PIC并行模拟

研制了一个三维全电磁粒子模拟并行程序,用于模拟具有复杂几何结构的高功率微波源器件中的电磁场和电子束相互作用随时间非线性演化过程.本文给出基于"块.网格片"的并行区域分解策略,以及建立在该基础上的并行时间积分算法.采用该并行程序计算一典型微波源器件,在上千台处理机上获得可扩展的并行性能,且模拟结果与国际同类型软件具有可比性.     

345 GHz微折叠波导慢波结构参数分析

借助微机电加工技术(MEMS技术)研制的微折叠波导行波管(FWG-TWT)太赫兹辐射源,具有紧凑、小型、宽带以及高功率的特点。本文对345 GHz微电真空折叠波导慢波结构进行了结构参数的规律分析和初步优化设计。基于小信号理论设计的慢波结构的初步结构参数,采用三维PIC软件仿真并优化,研究了电子参数、几何结构参数、磁场参数与增益之间的关系,对折叠波导慢波结构的设计具有一定的参考意义。     

能散度与发射度模块在太赫兹FWTWT模拟中的应用

研制了三维全电磁粒子模拟大规模并行程序 NEPTUNE3D 的能散度和发射度模块,主要用于评估电子出射速度和方向分布对太赫兹折叠波导行波管(FWTWT)性能的影响。将能散度和发射度模块应用到0.22 THz 的 FWTWT 器件粒子模拟中,结果表明：能散度主要通过改变器件束压范围,使其偏离束波互作用共振电压范围,导致器件性能下降;发射度反映电子发射角的发散,同时影响纵向与横向电子速度,电子横向速度的增加导致其更易碰撞通道内壁,使电子总数下降,导致器件性能下降;若束压保持不变,电子横向速度的增加势必导致轴向速度的减小,破坏束波同步条件,导致器件性能进一步下降。     

MILO实验模型的频移问题研究

针对目前磁绝缘线振荡器(MILO)实验研究中测量频率与数值模拟所得结果相差较远的问题，利用适用于冷腔的三维电磁场程序对MILO的冷腔结构进行了细致的数值模拟和理论分析。研究发现：该MILO的主慢波结构工作在近π模状态时，其电磁模武除设计的基模TM01外，还存在高阶非轴对称的TM21模式，实验中很可能是由于某种非对称激励导致该系统工作在高阶非轴对称模式，从而使得测量频率与理论设计不符。     

高功率微波三维全电磁PIC并行模拟

 研制了一个三维全电磁粒子模拟并行程序,用于模拟具有复杂几何结构的高功率微波源器件中的电磁场和电子束相互作用随时间非线性演化过程.本文给出基于"块-网格片"的并行区域分解策略,以及建立在该基础上的并行时间积分算法.采用该并行程序计算一典型微波源器件,在上千台处理机上获得可扩展的并行性能,且模拟结果与国际同类型软件具有可比性.     

新型电荷守恒算法在大规模粒子模拟中的应用

介绍了一种粒子沿折线(zigzag-line)运动的守恒型PIC算法在自编三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D中的实现与应用情况。相对于经典PIC算法,该算法不需要修正电场,可以避免大型矩阵求逆问题,使得程序鲁棒性更高;相对其他守恒型算法,该算法不需判断语句,代码执行效率更高,更适合大规模并行计算环境。通过与经典PIC算法对比,给出采用zigzag-line守恒型PIC算法的NEPTUNE3D程序对磁绝缘线振荡器天线一体化模型与太赫兹折叠波导行波管2个实际算例的验证测试结果、应用效果,结果表明:zigzag-line守恒型PIC算法模拟结果正确可靠,相对经典PIC算法,大大缩短了计算时间,显著提升了器件模拟设计效率。