电磁粒子模拟软件CHIPIC是我国开发研制的首个电磁粒子模拟软件,电磁场算法是CHIPIC开发中的一个核心问题。CHIPIC软件是应用于高功率微波器件研究领域的2.5维、3维电磁粒子模拟软件,采用时域有限差分法结合PIC方法,使用FORTRAN语言编写。CHIPIC中的冷腔本征模式分析模块(EIGENMODE)应用在电磁场二维粒子模拟中,计算冷腔的谐振频率和谐振模式,是电磁场模拟非常重要的组成部分。本文从分析电磁场计算的基本原理和方法出发,立足于时域有限差分法,结合计算机粒子模拟技术和数值计算原理,开发出一种能够分析计算高功率微波器件冷腔谐振频率以及本征模式的算法。本文重点研究EIGENMODE模块算法如何实现对频谱中孤立本征模的萃取及其中遇到的加速迭代的问题。具体的说:(1)首先以电磁理论中的亥姆霍兹方程的边值问题理论和计算电磁学中的有限差分法为基础,计算冷腔中的场分布并离散亥姆霍兹方程,得到标准的本征值问题: Ax =λx;(2)然后根据矩阵理论中的EIGENVALUE问题和数值计算中的迭代方法,采用改进后的CHEBYSHEV多项式,在POWER迭代法的基础上对Ax =λx进行多项式迭代,实现对频谱中孤立本征模的萃取;(3)最后将用FORTRAN语言编制的EIGENMODE模块加入到CHIPIC软件中,解决了EIGENMODE模块与CHIPIC主代码的兼容问题,从而实现了CHIPIC软件的模式分析功能。本文最后用两种物理器件模型对EIGENMODE模块进行性能测试,并与常用电磁粒子模拟软件MAGIC和ANSOFT公司的CST做比较,其测试结果基本符合实际要求。