推导了时域多模公式并结合频域单模理论对 394 GHz二次谐波回旋管进行了模式激励及模式互作用分析。当工作电压为 15 kV,工作磁场为 7. 185 T,在频域单模稳态计算中 TE2 工作模工作电流为 0. 25 A时,261-不能起振,式 TE2 时域多模仿真结果显示 TE2 261-均能在 393. 87 GH稳定振荡, TE261 +2 在最终振荡中261 +达到稳定振荡; 261 +和 TE2 占主导地位,其输出功率和效率分别为 136. 8 W、3. 6 %,两者获得的工作模式的输出特性完全吻合。

相对于高阶工作模式的单腔回旋管,同轴腔回旋管具有缓解模式竞争,提高单模工作的稳定性,以及增大功率容量的优点,宜用于受控热核聚变中的电子回旋共振加热和电子回旋电流驱动而受关注.详细地研究了工作频率为 170 GHz,TE34,11模同轴腔回旋管的结构参数、电子束参数及腔壁损耗对注-波互作用的影响.首先对 170 GHz兆瓦级功率模式选择进行分析,给出了工作模式.再次,基于时域自洽非线性理论,编写了时域单模稳态注-波互作用程序,分析了电流、磁场强度和腔壁欧姆损耗对互作用的影响,并对工作参数进行了优化.模拟结果表明: 当电子束电流为 68 A,工作电压为 65 kV,引导磁场强度为 6. 58 T时,可获得 2. 18 MW的输出功率, 49. 23 %的效率,外腔壁上的欧姆损耗密度峰值为 1. 94 kW/cm2,内导体表面的小于 0. 15 W/cm2; 互作用效率随速度零散增大而降低,输出频率向下偏移; 电子注厚度对互作用也有相似的影响.

利用有限元软件ANSYS对W波段回旋行波管电子枪进行了热应力分析.在给定热子功率下对阴极组件的温度场分布和热形变分布进行了模拟, 并通过实验进行验证.测试的温度分布基本与模拟结果基本一致.最后, 利用EGUN软件对电子枪形变前后进行了模拟.

介绍了W波段四腔回旋速调管放大器的设计.放大器工作在基膜TE01圆电模式，电子束工作电压70 kV，工作电流6 A，设计的双阳极磁控式注入电子枪，电子束纵横速度比1.5，速度零散小于4%.采用粒子模拟方法分析了各种参数对器件性能的影响.模拟结果显示，设计的放大器在电子束速度零散4%的情况下，增益35 dB，带宽800 MHz，输出功率100 kW，效率为23.8%.

分析了光子晶体谐振腔的模式选择功能，实现光子晶体谐振腔回旋管振荡器高阶电磁模与高次电子回旋模的有效耦合，并成功抑制了模式竞争。通过对光子晶体谐振腔禁带特性的分析，定出了工作模式为TE23模,还建立了光子晶体谐振腔回旋管的等效半径的概念，设计了自洽非线性理论和相关的计算机数值模拟程序。研究发现TE23模能有效地与电子的二次回旋谐波相互作用，其耦合频率为206 GHz，并极大地降低了对工作磁场的要求。在考虑诸多物理因素影响的情况下,对该二次谐波光子带隙谐振腔(PBGC)回旋管振荡器进行了参数优化，得到了电压40 kV、电流4.2 A、磁场3.925 T、输出功率35 kW、互作用效率21%的二次谐波TE23模PBGC回旋管振荡器。