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。

基于第一性原理的粒子模拟方法，对高功率微波器件中介质窗表面电子实际形成和发展的变化情况进行了研究。使用VORPAL粒子模拟软件，建立一个简单的TEM波垂直入射介质窗表面的二维模型，采用Vaughan二次电子发射模型，利用蒙特卡罗碰撞方法处理电子与背景气体之间的弹性碰撞、激发碰撞和电离碰撞，获得了介质窗表面电子倍增的图像。模拟结果表明，介质窗表面电子数量在一定的时间内达到饱和状态，其振荡频率是入射射频电场频率的两倍。改变初始发射种子电子的数量、入射射频电场的幅值以及背景气体的压强等关键性参数，可得到不同条件下介质窗表面电子数量的变化规律。

在维持电路参数同比变化和通过半导体断路开关(SOS)的电流密度不变的基础上，提出了一种SOS截断特性模拟的缩比模型，并可在Silvaco ATLAS软件中应用。在以不同的缩比率选取等效SOS横截面积的情况下，将原电路中串联的100个二极管等效为若干个二极管，模拟得到了相同的二极管电流和电压波形。模拟结果表明，该模型不仅可以得到正确的SOS瞬态截断过程，而且可将计算速度提高近百倍。通过对SOS截断过程中载流子分布和电场分布变化过程的分析发现，SOS的截断过程发生在nn+区。

为了研究掺杂结构为p+-p-n-n+的半导体断路开关的ns脉冲截断机理, 根据流体力学方程和全电流方程推导出半导体断路开关内部载流子运动满足的电流-电压关系表达式, 提出了一种外电路方程和载流子流体力学方程联立求解的1维耦合数值模型。采用该模型对半导体断路开关的ns脉冲截断过程进行了数值模拟, 模拟结果表明: 在截断过程中, n-n+结处的载流子数密度首先开始明显降低, 并出现高电场, 随后p+-p结处也出现类似现象, 随着载流子的抽取, 高电场区域向p-n结处快速移动, 最终在p-n结处完成截断, 而基区载流子数密度在截断前后无明显变化。