基于真空电子器件应用的蛙跳adi-fdtd及其gpu加速研究

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1、电子科技大学ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣｆｉＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡ专业学位硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲＴＨＥＳＩＳＦＯＲＰＲＯＦＥＳＳＩＯＮＡＬＤＥＧＲＥＥ论文题目基于真空电子器件应用的蛙跳ＡＤＩ－ＦＤＴＤ及其ＧＰＵ加速研究专业学位类别工程硕士学号２０１５２２０４０８４８作者姓名刘智超指导教师金晓林教授分类号注ＵＤＣ＾学位论文基于真空电子器件应用的蛙跳ＡＤ－Ｆ

2、ＤＴＤＩ及其ＧＰＵ加速研究（题名和副题名）刘智超（作者姓名）指导教师金晓林教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕±专业学位类别工ｇ硕士工程领域名称电子与通信工程提交论文日期２０１８年３月论文答辩日期２０１８年５月学位授予单位和日期电子科技大学２０１８年６月答辩委员会主席评阅人注１：注明《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号。Ｓｔｕｄ－ＦＤＴＤａｎｄｉｅｓｏｆＬｅａｆｒｏＡＤＩｐｇｉｔｓＧＰ

3、ＵＡｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｉｎＶａｃｕｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｖｉｃｅＡＭａｓｔｅｒＴｈｅｓｉｓＳｕｂｍｉｔｔｅｄｔｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｏｆＣｈｉｎａｙｇｙＤｉｓｃｉｐｌｉｎｅ：ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｕｔｈｏｒ：ＺｈｉＣｈａｏＬｉｕＳｕｅｒｖｉｓｏｒ：Ｐｒｏｆ．ＸｉａｏＬｉｎＪｉｎｐＳｃｈｏｏｌ：ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＳｃｉ

4、ｅｎｃｅａｎｄＥｎｉｎｅｅｒｉｎｇｇ独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：她越日期：办洛年＜月日斤论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文

5、的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：ｉｐｕ导师签名：曰期：３佟年〈月Ｐ曰？摘要真空电子器件和固态器件是微波的产生与放大过程中使用的主要器件。真空电子器件能够获得比固态器件更高的功率、更高的效率和更好的抗辐射性能，近些年得到了越来越

6、多国内外学者的关注，发展十分迅速。随着计算机技术的发展，越来越多的真空电子器件的设计研发采用了数值模拟技术，大大降低了研发时间和成本。在真空电子器件内部，时变电磁场的求解采用的主要算法有：时域有限差分算ＦＤＴＤ）ＡＤＩ－ＦＤＴＤ法（、交替隐式时域有限差分算法（）以及蛙跳交替隐式时域有（蛙跳ＡＤＩ－ＦＤＴＤＩ－ＦＤＴＤ算法限差分算法）。其中，由于蛙跳ＡＤ没有中间时间步的计算机计算资源耗费、更简单的迭代方程、保持了无条件稳定性、算法适合并行执行等优势，被广泛的应用在数值模拟实验

7、中。数值模拟消耗大量的计算机资源，耗费大量模拟时间，目前解决此问题的最有效方法是采用并行计算方式进行求解。基于上述研究背景与研究需求－，本论文基于真空电子器件应用对蛙跳ＡＤＩＦＤＴＤ算法及其ＧＰＵ加速进行了研究，主要工作与创新包括：１．首先阐述了真空电子器件的应用背景；其次简介了真空电子器件中场的求解算法及边界条件处理方式；最后介绍了ＧＰＵ并行计算的优势与意义；２ＦＤＴＤＡＤＩ－ＦＤＴＤＡＤＩ－ＦＤＴＤ三种算法ＡＤＩ－．比较了、、蛙跳，阐述了蛙跳ＦＤＴＤ算法的优势次推导出

8、三维直角坐标系下的ＦＤＴＤ算法以及ＡＤＩ－ＦＤＴＤ；依算法－ＦＤＴＤ算法的基ＡＤＩ－ＦＤＴＤ算法，并在ＡＤＩ础上推导出蛙跳；３－．概述了常用的边界处理方法ＦＤＴＤ算法的基三，并在蛙跳ＡＤＩ础上推导出维直角坐标系下的含有ＣＰＭＬ吸收边界的蛙跳ＡＤＩ－ＦＤＴＤ算法，减小了反射波的影响，缩小了模拟计算区域，从算法上缩短了计算时间；４－．编ＰＭＬ的蛙ＡＤＩＦＤＴＤ串写了三维直角坐标系下的含有Ｃ跳行程序，模拟计算了矩形波导中Ｔ