【摘 要】
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近年来无线通信设备逐渐小型化、复杂化,为了实现更大的工作带宽,设备的传输功率不断增大。大功率运行期间的固体和气体介质的击穿对电子设备都是有害的,一旦发生击穿,极有可能导致电子器件的损毁。因此,使用数值方法来模拟高功率微波作用下的击穿问题,具有十分重要的现实意义。论文选用时域谱元法（Spectral Element Time-Domain,简称SETD）作为仿真使用的数值方法。此方法作为时域有限元（
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近年来无线通信设备逐渐小型化、复杂化,为了实现更大的工作带宽,设备的传输功率不断增大。大功率运行期间的固体和气体介质的击穿对电子设备都是有害的,一旦发生击穿,极有可能导致电子器件的损毁。因此,使用数值方法来模拟高功率微波作用下的击穿问题,具有十分重要的现实意义。论文选用时域谱元法（Spectral Element Time-Domain,简称SETD）作为仿真使用的数值方法。此方法作为时域有限元（FETD）方法的一种特殊形式,将谱方法和有限元相结合,兼具了谱方法的高精度及有限元的灵活性的特点。本文的工作主要概括为两部分:第一部分对高功率微波作用下的非线性电导率介质模型进行了仿真分析。介质的非线性表现在电导率是一个随电场变化的函数,文章采用时域谱元法对耦合非线性电导率的麦克斯韦方程进行推导,将隐式的不动点迭代作为求解此非线性问题的方法,并与蛙跳迭代进行了对比。通过具体算例验证了使用时域谱元法分析此问题的准确性,接着研究了由于非线性现象产生的奇次谐波问题,最后对介质窗口击穿进行了仿真分析。第二部分对高功率微波作用下的气体介质的击穿问题进行了仿真分析。为了准确地模拟这一过程,基于时域谱元法,将麦克斯韦方程和电子流体方程进行耦合求解。首先研究了波导中不同比例的空气和六氟化硫混合气体对击穿的影响,结果表明击穿时间随六氟化硫浓度的增加而延后;接着,将非线性电导率介质与气体击穿相结合,对比分析了高功率微波作用下非线性电导率介质窗对窗内背景气体的击穿产生的影响。
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