Описан и протестирован алгоритм моделирования методом частица-сетка, позволяющий вести практическую разработку аксиальных виркаторов - импульсных источников мощного СВЧ-излучения. Выбранные и опробированные в комплексе методы коррекции численного решения уравнений Максвелла и Пуассона позволяют устойчиво моделировать быструю нелинейную многопотоковую динамику возникновения и эволюции виртуального катода и порождаемых им полей. При этом использование различных численных значений для параметров, входящих в процедуры, корректирующие решение, открывает широкие возможности тонкой настройки численного решения по доступным экспериментальным данным. В качестве указанных параметров для корректирующих процедур могут использоваться число итераций уравнения Пуассона при применении метода Бóриса, обеспечивающего выполнение закона сохранения заряда, а также число и параметры итерационной процедуры подавления высокочастотных поперечных шумов методом Годфри.
An algorithm of particle in cell simulations is described and tested to aid further the actual design of simple vircators working on axially symmetric modes. The methods of correction of the numerical solution, have been chosen and jointly tested, allow the stable simulation of the fast nonlinear multiflow dynamics of virtual cathode formation and evolution, as well as the fields generated by the virtual cathode. The selected combination of the correction methods can be straightforwardly generalized to the case of axially nonsymmetric modes, while the parameters of these correction methods can be widely used to improve an agreement between the simulation predictions and the experimental data.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.