随着人们对通信需求的日益提升,卫星频段不断扩展,功率大幅增长,微放电效应更容易发生。微放电问题会影响航天器的在轨工作安全,严重时甚至使部件损毁进而导致航天器的失效,因此研究如何准确判断微放电的阈值、模拟微放电的发生过程以及有效抑制微放电的发生已经成为迫切需要。微放电实验研究周期长、成本高、难度大,且受到各种因素限制只能得到部分宏观特性,目前仍无法准确测量微放电阈值等关键参数。随着计算机的高速发展,数值模拟优势日趋体现且被越来越多地应用于微放电的研究中,其中PIC/MCC方法是应用最广泛的数值模拟方法。直到目前为止,学者们已经对微放电物理过程进行了较多的PIC/MCC数值模拟研究,但是仍有很多物理过程十分复杂且机制不明,同时PIC/MCC模拟程序的庞大计算负担极大地限制了其在微放电数值模拟的广泛应用。本文从上述研究背景及研究需求出发,基于PIC/MCC方法对微放电的模拟算法和物理特性进行了深入研究,主要包含以下几个方面:1.介绍了微放电的发生背景及对卫星通信系统的危害,说明了微放电研究的必要性;指出实验研究存在的问题,突出了数值模拟在微放电研究的优势,并列举了微放电领域常用的数值计算方法;广泛调研了微放电的研究历史与现状,并指出现有研究工作存在的不足。2.阐述了微放电中互作用的高效PIC/MCC模拟算法;调研了Vaughan模型和Furman模型这两种被广泛使用的二次电子发射模型,以所在团队开发的全三维电磁快速PIC软件为基础,利用Furman模型结合MCC方法增加了二次电子发射模块,并利用k-d树粒子合并算法提高了模拟效率。3.对二次电子发射模块分别独立进行了发射系数和发射能谱的测试,并与商业软件CST粒子工作室材料库导出的数据进行了对比验证;选取矩形波导对完整程序进行了微放电数值模拟,并从微观粒子相空间分布和宏观粒子数目变化两个角度与CST粒子工作室进行了对比验证。4.利用开发的微放电PIC/MCC模拟软件,通过一步法、两步法及耦合法依次对微放电阈值检测过程进行了详细的模拟研究,逐步研究微放电对微波部件的S参数以及频谱等宏观传输特性的影响,并对微观粒子分布和局部场变化进行了分析。