高功率微波器件冷腔物理特性的數(shù)值模擬.pdf

1、電磁粒子模擬軟件CHIPIC是我國(guó)開(kāi)發(fā)研制的首個(gè)電磁粒子模擬軟件，電磁場(chǎng)算法是CHIPIC開(kāi)發(fā)中的一個(gè)核心問(wèn)題。CHIPIC軟件是應(yīng)用于高功率微波器件研究領(lǐng)域的2.5維、3維電磁粒子模擬軟件，采用時(shí)域有限差分法結(jié)合PIC方法，使用FORTRAN語(yǔ)言編寫(xiě)。 CHIPIC中的冷腔本征模式分析模塊(EIGENMODE)應(yīng)用在電磁場(chǎng)二維粒子模擬中，計(jì)算冷腔的諧振頻率和諧振模式，是電磁場(chǎng)模擬非常重要的組成部分。本文從分析電磁場(chǎng)計(jì)算的基本原

2、理和方法出發(fā)，立足于時(shí)域有限差分法，結(jié)合計(jì)算機(jī)粒子模擬技術(shù)和數(shù)值計(jì)算原理，開(kāi)發(fā)出一種能夠分析計(jì)算高功率微波器件冷腔諧振頻率以及本征模式的算法。 本文重點(diǎn)研究EIGENMODE模塊算法如何實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜中孤立本征模的萃取及其中遇到的加速迭代的問(wèn)題。具體的說(shuō)： (1)首先以電磁理論中的亥姆霍茲方程的邊值問(wèn)題理論和計(jì)算電磁學(xué)中的有限差分法為基礎(chǔ)，計(jì)算冷腔中的場(chǎng)分布并離散亥姆霍茲方程，得到標(biāo)準(zhǔn)的本征值問(wèn)題：Ax=λx； (2

3、)然后根據(jù)矩陣?yán)碚撝械腅IGENVALUE問(wèn)題和數(shù)值計(jì)算中的迭代方法，采用改進(jìn)后的CHEBYSHEV多項(xiàng)式，在POWER迭代法的基礎(chǔ)上對(duì)Ax=λx進(jìn)行多項(xiàng)式迭代，實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜中孤立本征模的萃??； (3)最后將用FORTRAN語(yǔ)言編制的EIGENMODE模塊加入到CHIPIC軟件中，解決了EIGENMODE模塊與CHIPIC主代碼的兼容問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了CHIPIC軟件的模式分析功能。 本文最后用兩種物理器件模型對(duì)EIGENM