1、返波管是輸出功率最高的微波器件之一，也是基于超輻射機(jī)理的毫米波微波器件中功率和功率轉(zhuǎn)換效率最高的器件。 本論文分為三個(gè)部分，第一部分(第二章)研究的是相對(duì)論返波管的非線性理論，第二部分(第三章，第四章)是研究普通受激輻射毫米波返波管，第三部分(第4章)是對(duì)兩種基于超輻射機(jī)理的毫米波返波管進(jìn)行粒子模擬。 本文在一系列假設(shè)條件下，給出相互作用區(qū)的電磁場(chǎng)表達(dá)式。在考慮反向波和同步波都與電子束相互作用條件下，利用Maxwell方

2、程組推導(dǎo)出了相對(duì)論返波管的自洽非線性工作方程組。在MATLAB軟件平臺(tái)上編制了計(jì)算程序，計(jì)算出反向波包絡(luò)隨歸一化長(zhǎng)度之間的關(guān)系曲線，驗(yàn)證了方程組的正確性。 對(duì)普通受激輻射毫米波返波管進(jìn)行粒子模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)，在電子束參數(shù)：電壓170kV、電流800A、脈沖寬度4ns情況下，得到毫米波輸出功率25MW、脈沖寬度3ns、效率21％和輸出模式為TM01。并給出了歸一化輸出功率與電子束半徑和引導(dǎo)磁場(chǎng)的關(guān)系曲線。在第四章對(duì)上述模擬結(jié)果進(jìn)行了

3、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得了如下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：在陰極外半徑為2.25mm、陰陽極之間的距離為3.5mm、二極管電壓～175kV，電流～785A情況下，獲得最大輻射功率～18MW、脈沖寬度～3ns、輸出模式為TE11單一輻射模式，功率效率～12.9％，在重復(fù)頻率10Hz情況下進(jìn)行了運(yùn)行。粒子模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，標(biāo)志國(guó)內(nèi)首次研制成功高功率窄脈沖重復(fù)頻率的毫米波源。 最后部分對(duì)基于超輻射機(jī)理的返波管進(jìn)行了粒子模擬。對(duì)基于

4、超輻射機(jī)理的毫米波返波管(D/λ=1)進(jìn)行了粒子模擬，得到優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果：電子束參數(shù)～200kV、電流～800A、脈沖底寬～1.2ns、上升前沿和下降沿都～0.1ns和引導(dǎo)磁場(chǎng)強(qiáng)度～3.7T，模擬得到輸出功率～75MW、脈沖寬度～350ps、頻率～36.5GHz、輸出模式為TM01.模和功率效率～47％。并給出了歸一化輸出功率與引導(dǎo)磁場(chǎng)、電子束半徑、電子束厚度、電子束脈沖寬度、二極管電壓上升前沿、電子束電流和電子束電壓之間的關(guān)系曲線。首次