[发明专利]波导器件微波气体放电数值模拟方法

权利要求书

1.一种波导器件微波气体放电数值模拟方法，其特征在于步骤如下：

第一步，根据复杂波导结构的几何尺寸，建立目标的几何剖分模型，采用基于Guass-Lobatto-Legendre基函数的六面体单元对目标模型进行剖分，得到目标的几何信息，接着设置激励源的位置信息并且施加激励源；

第二步，通过给定的大气压强，设定波导器件内电子密度的初始值，给出波导器件微波气体放电数值模拟的初始状态；

第三步，根据第一步中得到的目标的几何信息以及第二步中设定的初始值，采用时域谱元法建立描述非线性气体放电现象的微分方程组，即将选定的GLL基函数对未知的磁场强度H、电子速度u、电场强度E、电子密度n、平均电子能量五个未知变量近似展开，然后分别代入由麦克斯韦方程组与电子流体力学方程组构成的偏微分方程组，最后选择GLL基函数作为加权函数，通过伽辽金测试，使在加权平均意义下各方程的余量为零，由此将连续的微分方程组转换为矩阵方程组，如下式（1）所示：

ThihjdHdt+Shiej·E=0TeiejdEdt+Seinjuk·nu-SeihjH+ReiejE=0dndt-(νi-νa)n=0Tuiujdudt+(νi+νc)Tuiuju-SuiejE=0TUiUjdϵ‾edt+νiTUiUjϵ‾e-SUiejukEu+F·Ql=0---(1)]]>

其中，T表示质量矩阵，S表示刚度矩阵，质量矩阵与刚度矩阵的下标分别与展开基与测试基相对应；R和F表示边界积分矩阵和源矢量矩阵，ν_i、ν_a、ν_c和Q_l为电离参数分别表示电离率、附着率、碰撞率与能量损失率；

第四步，根据第三步所得的矩阵方程组（1），采用中心差分方法，依次计算每一时刻，空间内各节点的磁场强度、电子速度、电场强度、电子密度、平均电子能量，得到不同位置处上述变量随时间变化的规律；

第五步，根据第四步得到的平均电子能量，更新电离参数，重复步骤三至步骤四，直至达到预设的计算时间为止；

第六步，输出每一个时刻计算得到的磁场强度、电场强度与电子密度，得到波导器件中电磁场与电子密度随时间变化的规律，由此可计算出各种电磁特性参数。