随着现代军事技术及国防电子装备的发展,对微波真空电子器件的主要性能指标提出了更高的要求,从而促进了各类新型真空电子器件的发展。计算机仿真软件是微波真空电子器件设计中不可或缺的工具。粒子模拟方法具有通用性,对器件结构没有限制,计算准确可靠、精度高,因此非常适合于新型真空电子器件的仿真设计。但是粒子模拟方法的计算效率非常低,严重制约了粒子模拟方法在真空电子器件仿真设计中的应用。针对粒子模拟方法计算效率低的问题,本论文以新型真空电子器件的快速粒子模拟方法为研究课题,主要研究内容包括以下四个部分。第一部分主要研究了新型真空电子器件的共形时域有限差分法与共形网格快速生成算法。首先,研究了共形时域有限差分法的基本原理及稳定性条件。然后研究并改进了基于三角面模型和OBBTree的快速求交的共形网格生成算法,解决了原有算法中存在切点判断、交点缺失及平行面边界等问题,为新型真空电子器件的共形时域有限差分模拟方法奠定了基础。第二部分主要研究了新型真空电子器件输入输出波导端口的模拟方法。首先,为了解决现有激励源技术应用于波导所存在的问题,提出了一种高精度、高效率的波导端口透明激励源(P-N透明源)。然后,基于激励源对端口电磁场模式分布的需求,提出了基于共形网格的二维四分量/二分量频域有限差分法。接着,对波导端口吸收边界进行了研究,提出了适用于共形网格的波导端口完美匹配层吸收边界算法,并给出了其吸收效果的验证结果。最后通过两个典型微波窗实例对波导端口的模拟方法进行了数值验证。第三部分主要研究了新型真空电子器件的快速粒子模拟方法。首先,根据真空电子器件注波互作用的粒子模拟流程,分别对快速粒子模拟方法中的全电流电磁场更新、Zigzag电荷守恒的电流密度分配方法、带电粒子运动分步求解方法进行了研究,并提出了相应方法的GPU并行加速方案。然后,比较了CPU串行程序与GPU并行程序对同一实例的计算结果,两者吻合很好,验证了GPU并行程序的正确性,同时给出了GPU并行程序的加速效果。第四部分主要采用课题组开发的快速粒子模拟软件BUMBLEBEE 3D对新型真空电子器件进行模拟仿真。首先对折叠波导行波管进行了模拟仿真,分别对冷腔场和注波互作用进行了模拟计算,通过与商用软件CST计算结果对比,验证了BUMBLEBEE 3D软件的计算准确性。同时采用相同的计算平台和模拟参数,对比了两个软件仿真该模型的运行时间,验证了BUMBLEBEE 3D软件的快速计算能力。然后对双排梳齿波导行波管和带状注扩展互作用速调管进行了仿真,进一步说明了软件对新型真空电子器件的仿真能力。