電子器件

電子器件仿真

Electronic device simulation

 

微波和真空器件是應用電子設備中一個大類,常見類型包括各種微波管/源、電子槍(熱陰極設備)、微放電(Multipacting)設備、加速器的光陰極、離子源設備等,這類電真空器件的基本行為由腔中的電磁場以及注入的粒子束實現,粒子束用PIC(Particle in Cell)方法建模,跟蹤粒子的運動軌道。電磁場用FDTD方法建模,跟蹤電磁場的時間演化。

當高功率微波通過充氣波導管時,可能會發生波導管的擊穿現象。電子的碰撞和倍增都強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建模方法無法處理電子分布函數,一般來說,對于擊穿過程的細致物理機理,需要使用PIC/MC方法進行仿真計算。

PIC算法可以用于研究如下問題:

微波管類設備,包括速調管,行波管,磁控管,回旋管,返波管等

粒子源設備,包括電子槍/熱陰極,加速器的光陰極,離子源等

擊穿過程,包括高功率設備的微放電和微波、射頻擊穿等

 

案例1. 速調管

    

 

案例2. 多注電子槍

 

電子在周期性磁場聚焦約束下的分布

 

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,增加外磁場會影響到射頻腔的最大允許電壓閾值。應用論文參見:“High-Gradient RF Box Cavity Breakdown Simulations Using 3-D Particle Tracking Code VSim”, Power Modulator and High Voltage Conference (IPMHVC), 2010 IEEE International。

 

 

藍色表示源電子,紅色表示二次電子

 

不同外間磁場強度下的二次電子數目

 


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