三维共形电磁粒子模拟技术研究

论文摘要

CEMPIC为基于面向对象的C++语言所研制的用于真空电子学器件设计与验证的电磁粒子模拟软件,通过MPI消息传递机制实现了区域分解后相邻计算区域之间的信息通讯,具备大规模高效并行计算能力。在前处理方面,CEMPIC软件基于开源的计算机辅助设计函数库OpenCascade实现了复杂几何模型的构建,并基于射线跟踪法实现了高效、准确的共形网格剖分。在核心算法方面,CEMPIC基于保辛格式的共形电磁电磁场算法,能够准确求解弯曲边界处的电磁场值,并在很大程度上消除了粒子模拟中数值上虚拟的Cherenkov辐射;采用了三步Boris积分法提高了求解描述粒子运动的Lorentz力方程的精度;采用了满足电荷守恒的高阶权重分配和插值算法,使得算法体系能够满足离散的Gauss定理;采用了高阶的数值滤波技术,减低了由权重分配算法所产生的数值噪声。为验证CEMPIC软件的算法体系的正确性、匹配性以及软件的计算能力,采用CEMPIC软件对典型的高功率微波器件进行了模拟计算和验证。

论文目录

• 1 CEMPIC的复杂器件建模及共形网格剖分技术
•   1.1 复杂器件建模技术
•   1.2 共形网格剖分技术
• 2 CEMPIC中的共形电磁PIC算法
•   2.1 电磁场推进的计算
•   2.2 粒子推进算法
•   2.3 权重分配算法
•   2.4 带电粒子共形发射技术
•   2.5 数值滤波算法
• 3 CEMPIC在高功率微波器件模拟中的应用
•   3.1 磁绝缘线振荡器
•   3.2 相对论磁控管
•   3.3 波荡器
•   3.4 相对论返波管
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王玥,李永东,蒋铭,王洪广

关键词: 粒子模拟,共形,辛积分,推进,辐射,数值滤波,粒子轨迹跟踪,模式成分分析

来源: 真空电子技术 2019年06期

年度: 2019

分类: 信息科技,基础科学

专业: 物理学

单位: 西安交通大学电子科学与工程学院电子物理与器件教育部重点实验室

分类号: O441

DOI: 10.16540/j.cnki.cn11-2485/tn.2019.06.02

页码: 13-22

总页数: 10

文件大小: 1166K

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