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