强激光与粒子束
彊激光與粒子束
강격광여입자속
HIGH POWER LASER AND PARTICLEBEAMS
2013年
6期
1419-1426
,共8页
董烨%董志伟%杨温渊%张芳%陈军%周海京
董燁%董誌偉%楊溫淵%張芳%陳軍%週海京
동엽%동지위%양온연%장방%진군%주해경
高功率微波%三维全电磁粒子模拟%有限电导率%表面粗糙度%太赫兹折叠波导行波管
高功率微波%三維全電磁粒子模擬%有限電導率%錶麵粗糙度%太赫玆摺疊波導行波管
고공솔미파%삼유전전자입자모의%유한전도솔%표면조조도%태혁자절첩파도행파관
针对THz频段微电真空器件波导壁面材料电导率及加工粗糙度引发损耗的模拟需求,研制了有限电导率模块,并将其添加进三维全电磁粒子模拟大规模并行程序NEPTUNE3D.介绍了有限电导率的时域有限差分显格式及时谐场近似解方法,针对上述方法的优缺点,提出了基于扩散方程隐格式的有限电导率模块算法,该算法具备无条件稳定、普适性好的优点.利用矩波导常见电磁波模传输损耗算例,测试了自编的有限电导率模块,测试结果与理论值及同类商业电磁软件计算结果进行了比对,验证了模块的可靠性.利用添加有限电导率的三维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE3D,模拟了材料电导率以及表面粗糙度对0.22 THz折叠波导行波管性能的影响,模拟结果表明,材料电导率及表面粗糙度会显著降低器件输出功率和增益水平.综合色散关系、耦合阻抗、衰减常数等因素,给出了器件结构参数设计建议,并指出:通过增加电子束流、注入信号功率以及慢波结构周期数目等方式可一定程度上提高器件输出功率水平.
針對THz頻段微電真空器件波導壁麵材料電導率及加工粗糙度引髮損耗的模擬需求,研製瞭有限電導率模塊,併將其添加進三維全電磁粒子模擬大規模併行程序NEPTUNE3D.介紹瞭有限電導率的時域有限差分顯格式及時諧場近似解方法,針對上述方法的優缺點,提齣瞭基于擴散方程隱格式的有限電導率模塊算法,該算法具備無條件穩定、普適性好的優點.利用矩波導常見電磁波模傳輸損耗算例,測試瞭自編的有限電導率模塊,測試結果與理論值及同類商業電磁軟件計算結果進行瞭比對,驗證瞭模塊的可靠性.利用添加有限電導率的三維全電磁粒子模擬程序NEPTUNE3D,模擬瞭材料電導率以及錶麵粗糙度對0.22 THz摺疊波導行波管性能的影響,模擬結果錶明,材料電導率及錶麵粗糙度會顯著降低器件輸齣功率和增益水平.綜閤色散關繫、耦閤阻抗、衰減常數等因素,給齣瞭器件結構參數設計建議,併指齣:通過增加電子束流、註入信號功率以及慢波結構週期數目等方式可一定程度上提高器件輸齣功率水平.
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