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Hybrid domain multipactor prediction algorithm and its CUDA parallel implementation 被引量:1
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作者 WU Peiyu XIE Yongjun +1 位作者 NIU Liqiang JIANG Haolin 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2020年第6期1097-1104,共8页
Based on the finite element method(FEM)in the frequency domain and particle-in-cell approach in the time domain,a hybrid domain multipactor threshold prediction algorithm is proposed in this paper.The proposed algorit... Based on the finite element method(FEM)in the frequency domain and particle-in-cell approach in the time domain,a hybrid domain multipactor threshold prediction algorithm is proposed in this paper.The proposed algorithm has the advantages of the frequency domain and the time domain algorithms at the same time in terms of high computational accuracy and considerable computational efficiency.In addition,the compute unified device architecture(CUDA)acceleration technique also can be employed to further enhance its simulation efficiency.Numerical examples are carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.The results indicate that the multipactor threshold can be accurately predicted and the computational efficiency can be improved. 展开更多
关键词 compute unified device architecture(CUDA) finite element method(FEM) hybrid domain multipactor threshold prediction particle-in-cell(PIC)
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Three-dimensional simulation method of multipactor in microwave components for high-power space application 被引量:5
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作者 李韵 崔万照 +4 位作者 张 娜 王新波 王洪广 李永东 张剑锋 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第4期686-693,共8页
Based on the particle-in-cell technology and the secondary electron emission theory, a three-dimensional simulation method for multipactor is presented in this paper. By combining the finite difference time domain met... Based on the particle-in-cell technology and the secondary electron emission theory, a three-dimensional simulation method for multipactor is presented in this paper. By combining the finite difference time domain method and the panicle tracing method, such an algorithm is self-consistent and accurate since the interaction between electromagnetic fields and particles is properly modeled. In the time domain aspect, the generation of multipactor can be easily visualized, which makes it possible to gain a deeper insight into the physical mechanism of this effect. In addition to the classic secondary electron emission model, the measured practical secondary electron yield is used, which increases the accuracy of the algorithm. In order to validate the method, the impedance transformer and ridge waveguide filter are studied. By analyzing the evolution of the secondaries obtained by our method, multipactor thresholds of these components are estimated, which show good agreement with the experimental results. Furthermore, the most sensitive positions where multipactor occurs are determined from the phase focusing phenomenon, which is very meaningful for multipactor analysis and design. 展开更多
关键词 multipactor numerical method THREE-DIMENSIONAL HIGH-POWER threshold
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基于频域电磁场的微波器件微放电阈值快速粒子模拟 被引量:11
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作者 王洪广 翟永贵 +5 位作者 李记肖 李韵 王瑞 王新波 崔万照 李永东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第23期275-281,共7页
提出了一种利用频域电磁场快速计算微波器件微放电阈值的粒子模拟方法.首先通过CST微波工作室频域求解器获得微波器件中频域电磁场分布,在微放电过程模拟时将其转换到时域,再采用Boris算法求解电磁场中的电子运动,然后判断电子是否与三... 提出了一种利用频域电磁场快速计算微波器件微放电阈值的粒子模拟方法.首先通过CST微波工作室频域求解器获得微波器件中频域电磁场分布,在微放电过程模拟时将其转换到时域,再采用Boris算法求解电磁场中的电子运动,然后判断电子是否与三角面片边界相交,进行二次电子发射处理.变化输入功率,经过系列粒子模拟后,根据电子数目随时间的变化曲线确定微放电阈值.采用该方法分别对平行平板和同轴传输线微波器件的微放电阈值进行模拟计算,并与CST粒子工作室的模拟结果进行对比.结果表明,两者获得的阈值基本一致,但本方法的计算效率提高了1—2个数量级. 展开更多
关键词 微放电阈值 Boris算法 粒子模拟 二次电子发射
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铝阳极氧化的多孔结构抑制二次电子发射的研究 被引量:4
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作者 白春江 封国宝 +7 位作者 崔万照 贺永宁 张雯 胡少光 叶鸣 胡天存 黄光荪 王琪 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期217-224,共8页
针对空间大功率微波部件中的二次电子倍增效应影响微波部件性能的问题,基于铝阳极氧化产生大深宽比、高孔隙率均匀纳米级多孔结构的特性,结合蒸发镀银技术,提出一种有效降低表面二次电子发射系数的方法.结果表明,相比于未阳极氧化的铝样... 针对空间大功率微波部件中的二次电子倍增效应影响微波部件性能的问题,基于铝阳极氧化产生大深宽比、高孔隙率均匀纳米级多孔结构的特性,结合蒸发镀银技术,提出一种有效降低表面二次电子发射系数的方法.结果表明,相比于未阳极氧化的铝样片,在不清洗样片的情况下(实际的样片表面都会存在吸附或沾污),测试得到二次电子发射系数曲线的第一能量交叉点E1从45 eV增加到77 eV,最大二次电子发射系数SEY_(max)从2.68减小到1.52;在清洗样片的情况下(清洗是为了去除吸附或沾污,获得理想的表面),测试得到第一能量交叉点E_1从40 eV增加到211 eV,最大二次电子发射系数SEY_(max)从2.55减小到1.36.为了验证本文所提方法对抑制空间大功率微波部件二次电子倍增效应的有效性,分别将获得的未阳极氧化和阳极氧化后的二次电子发射系数数据用于一个X频段阻抗变换器设计中,结果显示,使用本文所提方法后,阻抗变换器的微放电阈值从7000 W提高到125000 W.本文研究的方法不仅对解决空间大功率微波部件的微放电问题有指导意义,而且对真空电子器件、加速器等领域的研究也具有重要参考价值. 展开更多
关键词 阳极氧化 多孔结构 二次电子发射 微放电阈值
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空间微波系统中微放电现象 被引量:8
5
作者 曹桂明 王积勤 《宇航计测技术》 CSCD 2002年第5期1-5,12,共6页
对微放电理论的研究历史进行了回顾。分析了微放电的发生条件和机理 ,讨论了影响微放电效应的各种因素 ,提出了各种增高微放电阈值电平的有效措施 ,以防止微放电效应发生 ,保护系统正常工作。给出了设计微放电部件的一般步骤 。
关键词 空间微波 微放电现象 空间通信 设计 空间设备
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多载波微放电阈值的粒子模拟及分析 被引量:1
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作者 王新波 张小宁 +6 位作者 李韵 崔万照 张洪太 李永东 王洪广 翟永贵 刘纯亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第15期262-270,共9页
多载波微放电阈值的准确分析对于空间大功率微波系统的长期可靠性至关重要.近年来,一种源于多载波包络周期间少量剩余电子累积的"长周期"微放电机制引发广泛关注.国内外研究者普遍认为,相对源于单个周期内电子累积的"周... 多载波微放电阈值的准确分析对于空间大功率微波系统的长期可靠性至关重要.近年来,一种源于多载波包络周期间少量剩余电子累积的"长周期"微放电机制引发广泛关注.国内外研究者普遍认为,相对源于单个周期内电子累积的"周期内"微放电,"长周期"微放电应该被优先激发、具有更低的阈值.但依据长周期微放电判据分析所得的阈值显著高于实验结果.针对这一问题,本文采用与实验系统可比拟的微放电判据,在相同多载波信号激励、相同微波部件条件下,对微放电的演化过程进行了粒子模拟,分析了多载波微放电、特别是周期内微放电的行为特性和发生条件,有效地解释了实验结果.本文的粒子模拟结果表明,给定微波部件被优先激发的多载波微放电类型取决于载波频率的配置,长周期微放电并非一定被优先激发,这是导致基于长周期微放电判据分析所得阈值显著高于实验结果这一问题的原因所在.以上结论对于空间大功率微波部件的多载波微放电全局阈值评估和抑制设计具有指导意义. 展开更多
关键词 多载波 微放电阈值 微波部件 粒子模拟
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TM_(11)模对高功率盒形窗次级电子倍增效应影响的研究 被引量:4
7
作者 张雪 王勇 +1 位作者 朱方 范俊杰 《真空电子技术》 2014年第4期19-23,共5页
本文对S波段盒形窗内TE11模和TM11模两个模式存在下的次级电子倍增效应进行了分析,证明了TM11的存在会影响盒形窗次级电子倍增的阈值,通过对比双面法向谐振倍增(法向电场激励)和单面切向倍增(切向电场激励)两种倍增方式,证明了TM11模法... 本文对S波段盒形窗内TE11模和TM11模两个模式存在下的次级电子倍增效应进行了分析,证明了TM11的存在会影响盒形窗次级电子倍增的阈值,通过对比双面法向谐振倍增(法向电场激励)和单面切向倍增(切向电场激励)两种倍增方式,证明了TM11模法向场的存在改变了窗片表面次级电子倍增的轨迹,使次级电子倍增的电场阈值上限降低,且该现象是由倍增初期的窗片表面的双面谐振所致。 展开更多
关键词 盒形窗 TM11模 次级电子倍增 阈值
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微放电效应部件设计研究 被引量:4
8
作者 曹桂明 王积勤 《宇航计测技术》 CSCD 2004年第6期45-48,55,共5页
分析了影响微放电效应阈值电平的几种因素。对微放电效应部件设计的一般步骤和方法进行了论述 ,给出了具体的设计实例 。
关键词 微放电 电效应 一般 阈值 具体 步骤 电平
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微波部件微放电特性分析 被引量:1
9
作者 曹桂明 聂莹 王积勤 《航空计算技术》 2006年第2期6-8,12,共4页
着重分析了平行金属平板电极之间微放电效应发生过程。对空间微波重要部件矩形波导和方同轴线的微放电效应阈值进行了预测计算和对比。计算结果表明,在相同的空间通信条件下,方同轴线具有更高的阈值功率水平,在现代高功率微波通信中具... 着重分析了平行金属平板电极之间微放电效应发生过程。对空间微波重要部件矩形波导和方同轴线的微放电效应阈值进行了预测计算和对比。计算结果表明,在相同的空间通信条件下,方同轴线具有更高的阈值功率水平,在现代高功率微波通信中具有重要的应用前景。 展开更多
关键词 微放电效应 阈值 矩形波导 方同轴线
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同轴结构微波部件中微放电阈值的统计理论计算 被引量:1
10
作者 林舒 李永东 +3 位作者 闫杨娇 强文 保荣 刘纯亮 《真空电子技术》 2014年第4期12-15,共4页
本文介绍了一种考虑同轴结构内电场非对称性以及二次电子能量分布的微放电统计理论。首先采用微扰法得到电子不同的出射位置与碰撞类型的运动轨迹,再根据电子不同的运动轨迹,分别构建了电子从内、外极板出射后完成单、双边碰撞的关于出... 本文介绍了一种考虑同轴结构内电场非对称性以及二次电子能量分布的微放电统计理论。首先采用微扰法得到电子不同的出射位置与碰撞类型的运动轨迹,再根据电子不同的运动轨迹,分别构建了电子从内、外极板出射后完成单、双边碰撞的关于出射时刻与渡越时间的联合概率密度函数,然后通过电子出射时刻的稳态假设,构建稳态积分方程。最后根据实验Ag样件的二次电子发射率曲线,计算该样件的微放电敏感区域,并将实验频点下的统计理论预测值与实验测量的阈值进行比较。 展开更多
关键词 微放电 同轴 统计理论 阈值 实验
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星载微波部件微放电阈值的改进多粒子蒙特卡罗计算方法 被引量:1
11
作者 张娜 曹猛 +2 位作者 王瑞 白春江 崔万照 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1752-1759,共8页
星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研... 星载微波部件的微放电效应是导致航天器谐振类设备失谐、噪声电平抬高、输出功率下降,甚至影响通信信道乃至整个微波传输系统彻底失效的瓶颈问题之一。在设计阶段对星载微波部件微放电效应进行精准的评估是减少地面反复试验,避免延误研制周期的重要手段。为了进一步改善现有蒙特卡洛方法的计算准确度问题,文中提出了一种精度更高的计算星载微波部件微放电阈值的蒙特卡罗方法,该方法对参与微放电过程的初始电子进行了动态调整,采用四阶龙格-库塔法推进微波部件中电子的运动轨迹,基于Furman模型描述电子与微波表面相互作用的二次电子发射过程,按照碰撞电子产生的实际二次电子个数及对应能量参与碰撞时刻后的微放电过程,该多粒子-多碰撞过程更加客观、准确地表征了微放电效应发生的物理过程。以平板传输线和同轴传输线为例,文中所提出的方法相对于已有的蒙特卡罗方法计算精度显著提升,同时计算效率优于商用CST的粒子模拟结果。 展开更多
关键词 微放电 二次电子发射 蒙特卡罗方法 阈值 微波部件
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方同轴线内微放电效应预测
12
作者 曹桂明 王积勤 《真空电子技术》 2003年第3期29-30,34,共3页
运用FDTD方法分析并计算了方同轴线内部的射频电场。根据微放电效应的基本方程对方同轴线内部的微放电阈值电平进行了预测 ,并和实验数据作了比较。结果表明该预测方法是有效的 ,能够满足工程上的应用。
关键词 方同轴线 微放电效应 阈值电平 FDTD 空间微波通信系统
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介质部分填充平行平板传输线微放电过程分析 被引量:5
13
作者 翟永贵 王瑞 +3 位作者 王洪广 林舒 陈坤 李永东 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第15期345-352,共8页
本文主要研究了介质填充微波部件微放电随时间演变的过程,重点分析了介质微波部件微放电自熄灭机理.以介质部分填充平行平板传输线为研究对象,忽略空间电荷效应,采用自主研发粒子模拟软件模拟微放电过程,并将模拟结果与金属微波部件结... 本文主要研究了介质填充微波部件微放电随时间演变的过程,重点分析了介质微波部件微放电自熄灭机理.以介质部分填充平行平板传输线为研究对象,忽略空间电荷效应,采用自主研发粒子模拟软件模拟微放电过程,并将模拟结果与金属微波部件结果进行对比.结果表明,在一定功率下,金属微放电过程中电子数目呈指数形式增长,而介质微放电过程经历初始电子倍增后发生自熄灭现象,同时发现在电子数目即将下降为0时,介质表面的平均二次电子发射系数大于1或约等于1.另外,在上述模拟结果的基础上对微放电过程中介质表面积累电荷问题进一步分析,模拟结果表明,如果持续向微波部件内注入电子,介质表面的平均二次电子发射系数最终都约等于1.所得结论对研究复杂介质填充微波部件微放电的机理具有一定的理论指导价值. 展开更多
关键词 微放电阈值 介质 自熄灭 二次电子发射系数
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微波器件微放电阈值功率自适应扫描方法 被引量:3
14
作者 翟永贵 李记肖 +2 位作者 王洪广 林舒 李永东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期53-57,共5页
传统的粒子模拟软件在获得微放电阈值时需要进行多次微放电模拟,而且不具备自动功率扫描功能,在不考虑电子运动所产生的自洽场的情况下,提出了一种微波器件微放电阈值功率自适应扫描方法,对同一微波器件中的电磁场只计算一次并重复利用... 传统的粒子模拟软件在获得微放电阈值时需要进行多次微放电模拟,而且不具备自动功率扫描功能,在不考虑电子运动所产生的自洽场的情况下,提出了一种微波器件微放电阈值功率自适应扫描方法,对同一微波器件中的电磁场只计算一次并重复利用,改变输入功率,获得不同功率下的粒子数目变化的趋势,结合阈值功率判断方法,进而能够快速获得微放电阈值。首先,采用MSAT粒子模拟软件计算单位功率下微波部件中的电磁场分布,接着利用蛙跳法求解粒子运动轨迹,然后结合二次电子发射模型确定出射粒子数目。在微放电模拟过程中对粒子数目曲线进行分析,建立微放电阈值判据方法,根据二分法改变输入功率使得粒子模拟软件在给定初始功率后自动给出微放电阈值。以微波阶梯阻抗变换器与同轴腔体滤波器为研究对象,采用该方法分别计算其微放电阈值并与实验结果进行对比,结果表明,该方法具有准确性。 展开更多
关键词 微放电阈值 粒子模拟 二分法 阈值判据
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铁氧体环形器微放电阈值快速粒子模拟 被引量:3
15
作者 翟永贵 王瑞 +3 位作者 王洪广 李记肖 李韵 李永东 《真空电子技术》 2017年第2期11-13,28,共4页
本文建立了一种计算铁氧体环形器微放电阈值的快速粒子模拟方法,首先采用CST微波工作室获得铁氧体环形器中的交变电磁场、静磁场分布和边界三角形信息,利用跳步法求解粒子运动轨迹,然后通过Furman模型计算单次碰撞产生的二次电子发射系... 本文建立了一种计算铁氧体环形器微放电阈值的快速粒子模拟方法,首先采用CST微波工作室获得铁氧体环形器中的交变电磁场、静磁场分布和边界三角形信息,利用跳步法求解粒子运动轨迹,然后通过Furman模型计算单次碰撞产生的二次电子发射系数,根据粒子数目随时间的增长曲线来判断是否发生微放电。以结型铁氧体环形器为研究对象,分别采用该方法和CST粒子模拟方法计算其微放电阈值,计算结果表明,本方法不仅具有与CST粒子模拟方法相当的计算精度,而且在计算效率上提高6倍以上。 展开更多
关键词 铁氧体环形器 微放电 粒子模拟 二次电子发射
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C波段波导同轴转换器设计及其微放电功率阈值 被引量:1
16
作者 李继超 陈潇杰 +2 位作者 刘长军 白鹤 崔万照 《应用科技》 CAS 2020年第6期5-8,17,共5页
针对空间应用中微放电效应对微波器件的制约,设计了一种C波段高微放电功率容量的波导同轴转换器。基于从局部到整体的微放电敏感区域分析方法,对同轴接头和馈电体进行优化,提出了改进型后馈式波导同轴转换器。频率在3.0~5.4 GHz时,回波... 针对空间应用中微放电效应对微波器件的制约,设计了一种C波段高微放电功率容量的波导同轴转换器。基于从局部到整体的微放电敏感区域分析方法,对同轴接头和馈电体进行优化,提出了改进型后馈式波导同轴转换器。频率在3.0~5.4 GHz时,回波损耗大于15 dB,插入损耗低于0.3 dB。实验测试得到微放电功率阈值突破7 kW,与理论分析结果吻合。该波导同轴转换器结构简洁,微放电功率阈值高,有望在空间得到应用。微放电分析的方法对空间微波器件抑制微放电的设计有借鉴意义。 展开更多
关键词 C波段 波同转换器 阻抗变换 微放电 敏感区域 二次电子发射率 阈值 抑制
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粒子模拟在空间大功率微波器件微放电效应研究中的应用
17
作者 林舒 翟永贵 +4 位作者 张磊 王洪广 王瑞 李永东 刘纯亮 《真空电子技术》 2019年第6期55-61,共7页
作为空间大功率微波器件的主要失效模式,微放电严重威胁着空间微波通信系统的安全与稳定,而微放电的研究与预防已经成为地面器件设计阶段亟需解决的关键问题。粒子模拟方法由于其适用范围广、分析功能强与模拟精度高等优点而广泛应用于... 作为空间大功率微波器件的主要失效模式,微放电严重威胁着空间微波通信系统的安全与稳定,而微放电的研究与预防已经成为地面器件设计阶段亟需解决的关键问题。粒子模拟方法由于其适用范围广、分析功能强与模拟精度高等优点而广泛应用于微放电研究。本文简要阐述了粒子模拟在微放电阈值预测、微放电位置确定、微放电机制分析以及饱和效应研究中的应用及其发展趋势。 展开更多
关键词 微放电 微波器件 粒子模拟 阈值预测 机制分析
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一种二次电子发射的复合唯象模型 被引量:7
18
作者 李永东 杨文晋 +2 位作者 张娜 崔万照 刘纯亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期427-433,共7页
二次电子发射模型的精度对二次电子倍增击穿阈值的模拟计算影响很大,针对现有两种经典二次电子发射唯象模型的不足,以修正Vaughan模型作为Furman模型中的真二次电子发射系数计算模型,建立起一种二次电子发射的复合唯象模型.该模型不仅... 二次电子发射模型的精度对二次电子倍增击穿阈值的模拟计算影响很大,针对现有两种经典二次电子发射唯象模型的不足,以修正Vaughan模型作为Furman模型中的真二次电子发射系数计算模型,建立起一种二次电子发射的复合唯象模型.该模型不仅适用于倍增击穿过程的数值模拟,还很大程度上提高了与实验数据拟合的准确性.通过对银和铝合金两种材料二次电子发射系数实验结果和模型拟合结果的对比发现,在不同入射角情况下。 展开更多
关键词 二次电子发射 唯象模型 击穿阈值
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微波器件微放电阈值计算的蒙特卡罗方法研究 被引量:2
19
作者 林舒 闫杨娇 +1 位作者 李永东 刘纯亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第14期359-364,共6页
为了精准快速地计算微波器件中微放电效应的阈值,在传统蒙特卡罗方法的基础上,提出了三种不同的蒙特卡罗方法,分别对二次电子的初始能量、出射角度和初始相位等参数进行随机,结合四阶龙格-库塔法和Furman模型计算电子的运动轨迹和单次... 为了精准快速地计算微波器件中微放电效应的阈值,在传统蒙特卡罗方法的基础上,提出了三种不同的蒙特卡罗方法,分别对二次电子的初始能量、出射角度和初始相位等参数进行随机,结合四阶龙格-库塔法和Furman模型计算电子的运动轨迹和单次碰撞产生的二次电子发射系数,然后应用不同的方法计算有效二次电子发射系数作为微放电效应的判据.以平板传输线TEM模式为研究对象,采用四种不同的蒙特卡罗方法计算微放电阈值,并与统计模型结果进行对比.结果表明单电子-多碰撞蒙特卡罗方法误差最小,而且稳定性最好. 展开更多
关键词 微放电阈值 平板传输线 蒙特卡罗方法
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