電子器件仿真

Electronic device simulation

微波和真空器件是應(yīng)用電子設(shè)備中一個(gè)大類，常見類型包括各種微波管/源、電子槍（熱陰極設(shè)備）、微放電(Multipacting)設(shè)備、加速器的光陰極、離子源設(shè)備等，這類電真空器件的基本行為由腔中的電磁場(chǎng)以及注入的粒子束實(shí)現(xiàn)，粒子束用PIC(Particle in Cell)方法建模，跟蹤粒子的運(yùn)動(dòng)軌道。電磁場(chǎng)用FDTD方法建模，跟蹤電磁場(chǎng)的時(shí)間演化。

當(dāng)高功率微波通過充氣波導(dǎo)管時(shí)，可能會(huì)發(fā)生波導(dǎo)管的擊穿現(xiàn)象。電子的碰撞和倍增都強(qiáng)烈地依賴于電子的軌道和能量分布。而通常的電磁流體力學(xué)建模方法無法處理電子分布函數(shù)，一般來說，對(duì)于擊穿過程的細(xì)致物理機(jī)理，需要使用PIC/MC方法進(jìn)行仿真計(jì)算。

PIC算法可以用于研究如下問題：

微波管類設(shè)備，包括速調(diào)管，行波管，磁控管，回旋管，返波管等

粒子源設(shè)備，包括電子槍/熱陰極，加速器的光陰極，離子源等

擊穿過程，包括高功率設(shè)備的微放電和微波、射頻擊穿等

案例1. 速調(diào)管

案例2. 多注電子槍

電子在周期性磁場(chǎng)聚焦約束下的分布

案例3. 高功率射頻腔的擊穿過程模擬

805MHZ射頻腔的擊穿過程3D模擬，增加外磁場(chǎng)會(huì)影響到射頻腔的最大允許電壓閾值。應(yīng)用論文參見：“High-Gradient RF Box Cavity Breakdown Simulations Using 3-D Particle Tracking Code VSim”, Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC), 2010 IEEE International。

藍(lán)色表示源電子，紅色表示二次電子

不同外間磁場(chǎng)強(qiáng)度下的二次電子數(shù)目