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电子器件

电子器件仿真

Electronic device simulation

 

微波和真空器件是应用电子设备中一个大类,常见类型包括各种微波管/源、电子枪(热阴极设备)、微放电(Multipacting)设备、加速器的光阴极、离子源设备等,这类电真空器件的基本行为由腔中的电磁场以及注入的粒子束实现,粒子束用PIC(Particle in Cell)方法建模,跟踪粒子的运动轨道。电磁场用FDTD方法建模,跟踪电磁场的时间演化。

当高功率微波通过充气波导管时,可能会发生波导管的击穿现象。电子的碰撞和倍增都强烈地依赖于电子的轨道和能量分布。而通常的电磁流体力学建模方法无法处理电子分布函数,一般来说,对于击穿过程的细致物理机理,需要使用PIC/MC方法进行仿真计算。

PIC算法可以用于研究如下问题:

微波管类设备,包括速调管,行波管,磁控管,回旋管,返波管等

粒子源设备,包括电子枪/热阴极,加速器的光阴极,离子源等

击穿过程,包括高功率设备的微放电和微波、射频击穿等

 

案例1. 速调管

    

 

案例2. 多注电子枪

 

电子在周期性磁场聚焦约束下的分布

 

案例3. 高功率射频腔的击穿过程模拟

805MHZ射频腔的击穿过程3D模拟,增加外磁场会影响到射频腔的最大允许电压阈值。应用论文参见:“High-Gradient RF Box Cavity Breakdown Simulations Using 3-D Particle Tracking Code VSim”, Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC), 2010 IEEE International。

 

 

蓝色表示源电子,红色表示二次电子

 

不同外间磁场强度下的二次电子数目

 


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