高功率微波器件冷腔物理特性的數值模擬.pdf

1、電磁粒子模擬軟件CHIPIC是我國開發(fā)研制的首個電磁粒子模擬軟件，電磁場算法是CHIPIC開發(fā)中的一個核心問題。CHIPIC軟件是應用于高功率微波器件研究領域的2.5維、3維電磁粒子模擬軟件，采用時域有限差分法結合PIC方法，使用FORTRAN語言編寫。 CHIPIC中的冷腔本征模式分析模塊(EIGENMODE)應用在電磁場二維粒子模擬中，計算冷腔的諧振頻率和諧振模式，是電磁場模擬非常重要的組成部分。本文從分析電磁場計算的基本原

2、理和方法出發(fā)，立足于時域有限差分法，結合計算機粒子模擬技術和數值計算原理，開發(fā)出一種能夠分析計算高功率微波器件冷腔諧振頻率以及本征模式的算法。 本文重點研究EIGENMODE模塊算法如何實現對頻譜中孤立本征模的萃取及其中遇到的加速迭代的問題。具體的說： (1)首先以電磁理論中的亥姆霍茲方程的邊值問題理論和計算電磁學中的有限差分法為基礎，計算冷腔中的場分布并離散亥姆霍茲方程，得到標準的本征值問題：Ax=λx； (2

3、)然后根據矩陣理論中的EIGENVALUE問題和數值計算中的迭代方法，采用改進后的CHEBYSHEV多項式，在POWER迭代法的基礎上對Ax=λx進行多項式迭代，實現對頻譜中孤立本征模的萃??； (3)最后將用FORTRAN語言編制的EIGENMODE模塊加入到CHIPIC軟件中，解決了EIGENMODE模塊與CHIPIC主代碼的兼容問題，從而實現了CHIPIC軟件的模式分析功能。 本文最后用兩種物理器件模型對EIGENM