基于时域有限差分的微放电仿真算法

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1、中国空间科学技术Ap.r252017Vo.l37No.289-95ChineseSpaceScienceandTechnologyISSN1000-758XCN11-1859/Vhttp:∥zgk.jcast.cnDOI:10.16708/.jcnk.i1000-758X.2017.0036基于时域有限差分的微放电仿真算法张剑锋1,游检卫1,王洪广2,李韵3,崔万照3,崔铁军1,*1.东南大学毫米波国家重点实验室,南京2100962.西安交通大学电子物理与器件研究所,西安7100493.中国空间技术研究院

2、西安分院空间微波技术重点实验室,西安710110摘要:为克服传统微放电阈值预测方法建模粗糙、精度低的缺点,提高阀值预测精度和效率,研究了基于时域有限差分的精确微放电阀值预测算法。基于时域有限差分算法和粒子追踪算法,通过时空网格自洽互耦实现复杂结构微波器件微放电阈值准确计算。其中,共形和并行算法是提高微放电仿真精度和效率的关键。文章基于空间蛙跳策略实现了基于时域有限差分的微放电仿真算法,利用算法分析了典型微波器件的微放电阈值,仿真与实验结果吻合良好,误差小于0.3dB;同时,并行效率最高可达83％,验证了算

3、法的准确性和高效性。关键词:时域有限差分;粒子追踪;微放电;共形;并行中图分类号:TN102文献标识码:AMultipactorsimulationalgorithmbasedonfinitedifferenceintimedomain1,YOUJianwei1,WANGHongguang2,LIYun3,CUIWanzhao3,ZHANGJianfeng1,*CUITiejun1.StateKeyLaboratoryofMillimeterWaves,SoutheastUniversity,Nanjin

4、g210096,China2.KeyLaboratoryforPhysicalElectronicsandDevicesoftheMinistryofEducation,X'ianJiaotongUniversity,X'ian710049,China3.NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonSpaceMicrowave,ChinaAcademyofSpaceTechnology(X'ian),X'ian710110,ChinaAbstract:Trad

5、itionalmultipactorpredictionmethodbasedonplaneapproximationisfastbutinaccurate,whichcannotmeettheelectricalperformancedesignrequirementswhendevicesbecomemoreandmorecomplex.Thefinitedifferencetimedomainalgorithmisoneofthe收稿日期:2016-08-31;修回日期:2017-03-07;录用日

6、期:2017-03-17;网络出版时间:2017-03-2115:36:34网络出版地址:http:∥kns.cnk.inet/kcms/detail/11.1859.V.20170321.1536.002.html基金项目:国家自然科学基金(61401096);国家自然科学基金重点项目(U1537211)作者简介:张剑锋(1979—),男,讲师,jfzhang@seu.edu.cn,研究方向为计算电磁学*通讯作者:崔铁军(1965—),男,教授,tjcui@seu.edu.cn,研究方向为计算电磁学、人

7、工电磁材料引用格式:张剑锋,游检卫,王洪广,等.基于时域有限差分的微放电仿真算法[J].中国空间科学技术,2017,37(2):89-95.ZHANGJF,YOUJW,WANGHG,etal.Multipactorsimulationalgorithmbasedonfinitedifferenceintimedomain[J].ChineseSpaceScienceandTechnology,2017,37(2):89-95(inChinese).90中国空间科学技术Ap.r252017Vo.l37No.

8、2mostpopularmethodsinthecomputationalelectromagnetics.TheparticletracingalgorithmisanumericalmethodbasedontheNewton'sforcelaw.Thetwoalgorithmscanbeself-consistentlycombinedbythediscretemeshinbothtimeandspacedomains,