粒子模拟中的一种高频噪声抑制算法  

An Arithmetic for Filtrating High-frequency Noise in Particle-in-cell Simulation

作　　者：刘大刚[1] 周俊[1] 杨超[1] 蒙林[1] 

机构地区：[1]电子科技大学物理电子学院,四川成都610054

出　　处：《计算物理》2011年第2期243-249,共7页Chinese Journal of Computational Physics

基　　金：国家自然科学基金(10676110)资助项目

摘　　要：对粒子模拟中的高频噪声的产生机理进行分析,并给出一种既能对高频数值噪声进行过滤又能满足Q值较高的相对论型微波器件计算要求的时域有限差分(FDTD)算法———High_Q FDTD算法.在中心差分FDTD算法和时偏FDTD算法的基础上,给出High_Q算法的计算公式,并着重分析算法的稳定性与收敛性.通过对相对论返波管(RBWO)的计算,将计算结果与中心差分和时偏FDTD算法的计算结果比较,验证算法有较好的滤波特性和计算精度.Mechanism of high-frequency noise in particle-in-cell（PIC） simulation is analysed.An effective finite-difference time-domain（FDTD） method called High_Q FDTD method is developed in which high-frequency noise is filtrated and high quality factor device is calculated with PIC simulation.Formulation of the method is derived on the basis of time-biased and centered-difference FDTD method.Stability and convergence of this method are well analysed.Filter efficiency and calculation precion of this method are compared with those of the time-biased and centered-difference FDTD method in computation of a relativistic backward wave oscillator（RBWO）.

关 键 词：粒子模拟 FDTD算法 高频噪声 相对论粒子 

分 类 号：O46[理学—电子物理学] O24[理学—物理]