1、基于切倫科夫效應的行波管和返波管等切倫科夫器件是最重要的電磁波輻射源，在雷達、通信以及電子對抗等領域發(fā)揮著巨大作用。切倫科夫器件利用慢波結構降低電磁波的相速，使慢波結構中傳播的表面慢波與線性注同步進而互作用來放大電磁場或產(chǎn)生電磁輻射。針對慢波結構中所傳播的電磁慢波及其與線性注互作用的研究歷來是此類器件的研究重點。介質(zhì)平板類結構是常見的慢波結構之一，其中的介質(zhì)平板常采用介電常數(shù)和磁導率同時為正的材料。雙負材料又名負指數(shù)材料（Negativ

2、e-Index Materials，NIM），是指介電常數(shù)和磁導率同時為負的材料。一般由人工合成，具有天然媒質(zhì)所不具有的特性。是否可以將此材料應用于真空電子器件是目前的一個交叉研究方向。其關鍵在于有NIM存在的分界面上是否可以傳播表面慢波以及其慢波的特性。
　　本文將研究NIM介質(zhì)平板類慢波結構，對此類結構中傳播的表面慢波進行基礎性理論研究。主要研究了帶金屬底板的 NIM介質(zhì)平板結構和有限厚 NIM介質(zhì)平板結構，以及三側封閉的NI

3、M介質(zhì)平板結構。首先研究這類結構中介質(zhì)分界面上傳播的表面慢波存在的物理條件，為后續(xù)研究奠定基礎。再對結構中傳播的表面慢波模式進行了具體分析，研究其色散、截止頻率、場分布、功率流等特性。最后理論研究此類結構中傳播的表面慢波與線性電子注的互作用。
　　本論文的主要創(chuàng)新點包括以下部分：
　　1.首先研究了表面慢波在 NIM介質(zhì)平板類慢波結構中能傳播的物理條件。為簡化計算，建立了帶金屬底板的 NIM介質(zhì)平板模型和有限厚 NIM介質(zhì)平

4、板模型兩種二維理論分析模型。基于場匹配法，推導了這兩種模型的色散方程，得到了表面慢波在結構中分界面上存在的物理條件，即介電常數(shù)εr和相對磁導率μr需要滿足的關系。
　　2.以帶金屬底板的NIM介質(zhì)平板和有限厚NIM介質(zhì)平板作為器件的慢波結構時，電子注與有縱向電場分量的慢波模式互作用。在此類結構中與電子注互作用的模式是橫磁模式（TM模式）。因此需要對慢波結構中傳播的表面慢波TM模式進行更詳細的研究。根據(jù)所推導的色散方程，通過理論和數(shù)

5、值計算的方式研究了半空間模型、帶金屬底板的介質(zhì)平板模型和有限厚介質(zhì)平板模型中傳播的各 TM模式的色散特性，并研究了其截止頻率、場分布和功率流等特性。當NIM介質(zhì)平板的εr和μr位于(εr,μr)平面上不同區(qū)域時，結構中傳播的表面慢波模式各有不同。
　　3.切倫科夫器件中的慢波結構是電子注與慢波互作用的場所，對其中慢波與電子注互作用的線性理論的研究是理論研究切倫科夫器件的基礎。針對帶金屬底板的NIM介質(zhì)平板和有限厚NIM介質(zhì)平板結構

6、，根據(jù)流體動力學理論，研究了其加載電子注的小信號色散方程，推導了空間增長率和起振電流的表達式。同時研究了有限厚NIM介質(zhì)平板結構上下同時加載雙電子注的情況，研究結果表明加載雙注后，電磁場的空間增長率大幅度提高。
　　4.在帶底板的NIM介質(zhì)平板結構兩側添加金屬側壁，構成了三側封閉的NIM介質(zhì)平板結構。建立三維分析模型，對其進行了理論研究。經(jīng)過模式分析后發(fā)現(xiàn)，能在該結構中傳播的基本模式是縱電模式（LSE模式）或縱磁模式（LSM模式）

7、。以LSM模式為例進行了分析研究。研究發(fā)現(xiàn)，介電常數(shù)和磁導率滿足不同條件時，結構中傳播不同的LSM模式。詳細研究了該結構中傳播的LSM模式的色散特性、截止頻率等特性。推導了結構中加載電子注的小信號色散方程，研究了電磁場的空間增長率。相同參數(shù)下，三側封閉的NIM介質(zhì)平板結構中傳播的表面波模式具有相對更高的頻率。
　　5.提出了“電子束團激勵法”用于研究橫向開放或者縱向非周期型慢波結構的慢波色散特性，從而驗證本文中得到的色散特性的理論