建立了槽区内加载介质的格栅慢波结构模型. 通过Borgnis函数法和场匹配法得到冷态和热态色散方程. 并推导了耦合阻抗的表达式.在稀疏电子注的假设下, 求得增益近似解的表达式.通过数值方法,求解并分析了加载介质对色散关系、基波耦合阻抗、基波相速和基波增益的影响.并指出分别在槽内加载介质和格栅对侧加载介质对高频特性的不同影响趋势.

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合，利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟，研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础, 分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导, 通过简化两公式的比值因子, 得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算, 结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致, 验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能, 群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观。

根据空间电荷波小信号基础理论, 建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型。以3间隙耦合腔为例, 推导出了各个间隙电子电导的计算公式。通过理论计算与仿真模拟, 研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性, 并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析。模型计算发现：各个间隙不同模式的电子电导不同, 第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大, 对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大。该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟。

大功率微波真空电子器件具有工作频率高、峰值和平均功率大等特点，已广泛应用于微波电子系统,在科学研究和国民经济方面的应用越来越广泛。在科学研究方面，它主要应用在高能粒子加速器和可控热核聚变加热装置等大型科学装置上，主要包括高峰值功率速调管、连续波和长脉冲高功率速调管和高功率回旋管等器件。在国民经济方面，则主要应用于天气雷达、导航雷达、医用和工业辐照加速器、电视广播和通信等微波电子系统，主要包括大功率脉冲和连续波速调管、分布作用速调管、行波管、磁控管和感应输出管等。为此，介绍了这些微波真空电子器件的技术现状、共性技术问题和发展趋势。

采用微波等效电路和3维电磁场计算软件研究了负载不匹配对大功率速调管输出腔的谐振频率、间隙阻抗和外观品质因数的影响。并采用1维大信号计算软件研究了负载不匹配对速调管效率的影响。对C波段速调管的研究表明：对于单间隙输出腔, 负载不匹配对谐振频率影响较小, 对间隙阻抗和等效外观品质因子影响较大, 当负载驻波比为1.5时, 谐振腔的谐振频率变化约35 MHz, 间隙阻抗实部最大值变化为3 660~7 998 Ω, 等效外观品质因子变化为36.9~93.5, 中心频率处的效率下降4.6%。对于滤波器加载输出电路, 负载不匹配对阻抗-频率特性和效率-频率特性有较大影响, 当负载驻波比为1.5时, 中心频率处的效率下降11.2%。当负载驻波比小于1.2时, 负载失配对速调管性能的影响较小。

研究了高频段微波同轴谐振腔高阶横磁模式TMn10的系列相关参数,发现对于确定的工作频率,可以根据器件功率的大小与工作环境的不同而比较自由地选择谐振腔的横截面尺寸及TMn10模式的阶数,即在较高频率下,可以采取较大横截面的腔体以便提升功率。根据计算所得的模式图,调节腔体尺寸和选择工作模式阶数,使工作模式与其相邻的模式有较大的模式间隔以增加带宽,并且获得较大的特性阻抗。编程理论计算的大量结果与用高频电磁场软件ISFEL 3D仿真的结果吻合较好。

开展了峰值功率10 MW、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦,获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统;采用二次谐波腔,对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明,当电子注电压为115 kV,电流为132 A时,可获得大于10 MW的脉冲输出功率,大于65%的输出效率和大于45 dB的增益。