1、超材料作為一種具有特殊電磁特性的人工結(jié)構(gòu)，是近十幾年來學術(shù)界的研究熱點之一。自從世界上第一塊人造超材料成功制備以來，超材料在隱身衣、天線等領(lǐng)域得到了迅速的發(fā)展，并給這些學科帶來了深遠的影響。真空電子器件是一種非常重要的大功率微波輻射源，在軍民領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用，面對著日益提高的用戶需求，目前迫切需要研制新一代小型化、高效率和高功率的真空電子器件。超材料在真空電子器件領(lǐng)域的應(yīng)用研究，在國內(nèi)外都剛剛啟動，但對于新型真空電子器件的研制，具有重

2、要的意義。
　　本論文以超材料在真空電子器件上的應(yīng)用為主題，從超材料的提出、慢波結(jié)構(gòu)的設(shè)計和注-波互作用的計算等方面，進行了全面的研究。論文的重要工作和創(chuàng)新點有：
　　1.分析了超材料與真空電子器件在物理本質(zhì)上存在的共同點，提出了相應(yīng)的超材料設(shè)計思路，并成功設(shè)計出了一種可以應(yīng)用在真空電子器件上的全金屬超材料，同時使用S參數(shù)提取法提取了其等效介電常數(shù)和等效磁導率，結(jié)果表明這是一種具有單負等效介電常數(shù)的超材料。
　　2.以

3、提出的超材料為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種工作在S波段的新型慢波結(jié)構(gòu)，并提取了其等效電磁參數(shù)。參數(shù)提取結(jié)果表明：當工作在基模時，這種慢波結(jié)構(gòu)能夠視為一種具有“雙負”特性的等效媒質(zhì)，可以用來構(gòu)建在圓形電子注下工作的返波振蕩器。研究了超材料慢波結(jié)構(gòu)的高頻特性，計算結(jié)果表明這種慢波結(jié)構(gòu)除了具有“小型化”特征，相比較常規(guī)慢波結(jié)構(gòu)還具有“高耦合阻抗”的優(yōu)勢。設(shè)計實驗方案，對這種超材料慢波結(jié)構(gòu)的傳輸特性進行了實驗驗證，實驗結(jié)果與仿真計算結(jié)果符合良好。
　

4、　3.以超材料慢波結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計了一支采用同軸線耦合環(huán)作為信號輸出結(jié)構(gòu)的S波段返波振蕩器，對其進行了注-波互作用的研究：成功產(chǎn)生了峰值功率為4.0MW、頻率為2.454GHz的輸出信號，對應(yīng)的電子效率達到了31.5％。通過對粒子模擬結(jié)果中電場的分析，指出基于這種超材料慢波結(jié)構(gòu)的返波振蕩器的電子效率可以進一步提高。
　　4.為了充分發(fā)揮這種超材料慢波結(jié)構(gòu)高耦合阻抗的優(yōu)勢，提出了一種矩形波導信號輸出結(jié)構(gòu)，這種輸出結(jié)構(gòu)具有更高的功率容

5、量和能量耦合效率。對超材料慢波結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，并對聚焦磁場從理論上進行了計算。在上面基礎(chǔ)上，設(shè)計了一支工作在S波段的矩形波導輸出返波振蕩器，其中慢波結(jié)構(gòu)的周期個數(shù)為7，在縱向長度也表現(xiàn)出了一定程度的小型化優(yōu)勢。粒子模擬結(jié)果表明：當注電壓為240kV、注電流為20A時，器件的峰值功率為4.5MW，對應(yīng)的電子效率則超過了90%。
　　5.提出了一種改進型的加載漂移管超材料慢波結(jié)構(gòu)，與上面提出的超材料慢波結(jié)構(gòu)相比較，新慢波結(jié)構(gòu)在保持高耦