提出了一种开敞式脊加载折叠波导慢波结构.通过除去直波导段周围的金属边界, 形成一种开敞式结构以减弱色散, 同时在直波导段加脊以提高耦合阻抗.研究表明, 和传统结构相比, 新型结构在不影响带宽的前提下, 有效提高了耦合阻抗, 尤其在大功率设计情况下, 耦合阻抗的提高接近1倍.

理论推导了电磁波在半无限长直波导和均匀慢波结构交界面上的反射系数表达式，得到反射系数模值和相位随电磁波的纵向相移常数和慢波结构末端相位的变化关系。运用传输线理论以及反射系数的理论计算结果，得到了有限长慢波结构的纵向谐振条件，可以分析各种情况下有限长慢波结构的纵向谐振特性。计算了一种有限长慢波结构的纵向谐振频率，理论预测与数值仿真结果基本一致。对于一种非均匀慢波结构的数值计算结果表明，其纵向谐振模式对应的频率、场分布与相应的均匀慢波结构接近，因此仍可根据提出的纵向谐振条件对非均匀慢波结构进行分析。

采用MAGIC 2.5D模拟软件, 建立了X波段11.424 GHz相对论大功率速调管放大器的高频结构模型。该模型由5个简单药盒型谐振腔组成, 包括1个输入腔、3个中间腔和1个输出腔。研究了该模型的高频特性, 初步设计漂移管及各谐振腔结构参数, 再结合热腔模拟, 研究了输入腔的吸收匹配问题, 依据各腔体对基波电流逐级调制情况, 优化配合各腔体的间隙等结构参数, 从而获得电子束的最佳调制状态, 最后通过调节外加均匀磁场大小获得百MW功率输出, 结果表明: 在加速电压520 kV、束电流460 A、外加磁场0.4 T的条件下, 当注入信号功率为1 kW时, 基波电流调制深度达162%, 最终输出功率105 MW, 效率43.5%, 增益50 dB。

理论分析了高阶模抑制型磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构, 推导了其各分区电磁场分布。通过对场分布的进一步分析可以发现, 角向开槽使得原始MILO结构中的两个简并的HEM11模式去简并, 分裂成为极化方向与开槽方向垂直或平行的两个模式; 通过改变慢波结构叶片间开槽角向位置相对关系, 可以破坏高阶模式之间π模谐振关系, 从而抑制高阶模式的起振, 使器件稳定工作在基模。

研究了同轴边加载三腔谐振腔的高频特性，从圆柱坐标系下的Borgnis位函数出发求解各个区域的场表达式，利用边界条件和相邻区域公共界面上的匹配条件，导出同轴边加载三腔谐振腔内角向均匀的TM模式的色散关系和各个区域场分布的解析表达式。将求得的谐振频率和数值模拟所得到的谐振频率进行了对比验证，求解所得谐振模式的频率和场分布与数值模拟的结果基本一致。

为解决实验中经常遇到的输出微波频率不纯问题, 提出一种新型磁绝缘线振荡器, 采用2维周期慢波结构, 使对称模式和低阶非对称模的工作频率相同, 在模式竞争条件下得到纯频微波输出。利用3维电磁场软件计算表明,新型磁绝缘线振荡器的慢波结构的对称模式和低阶非对称模的π模谐振频率相同;3维粒子模拟计算表明, 在450 kV,40 kA输入条件下, 微波输出平均功率由2.4 GW提升至2.8 GW,输出模式为多种模式混合, 频率为单一的1.22 GHz。

建立了基于谐振腔深度角向分区的L波段双频磁绝缘线振荡器的模型,并采用数值研究的方法,开展了双频磁绝缘线振荡器主慢波结构的色散特性分析,同时还研究了封闭结构和开放结构的双频磁绝缘线振荡器的谐振腔,得到其谐振频率、场分布、Q值等信息,从高频特性研究的角度来进一步验证了双频磁绝缘线振荡器产生稳定的双频率高功率微波的可行性。研究表明:双频磁绝缘线振荡器的高频结构可以分区工作,每一个分区对应一个谐振频率。

建立了带输入、输出波导结构的C波段相对论速调管放大器3维整管模型,利用3维软件对其高频特性进行了数值计算研究,对整管结构进行了优化设计。并用3维PIC程序对电子束经过输入腔后的束流调制、注入微波的吸收情况、中间腔对束流的调制以及输出腔后微波提取情况进行了模拟研究。模拟结果表明:输入腔与微波注入波导匹配较好,注入微波能被电子束和谐振腔很好吸收,在输入腔间隙后20 cm处得到了11%的基波电流调制深度;在中间腔后15 cm处得到了约76%的基波电流调制深度;在中间腔后电流调制最强处加上输出腔,提取到800 MW的输出微波,效率26%。

利用数值方法计算了磁绝缘线振荡器(MILO)主慢波结构谐振腔和扼流腔的谐振频率和场分布.结果表明:当主慢波结构腔内半径为4.6 cm,扼流腔内半径为4.2 cm,阴极半径为3 cm时,MILO工作在3.6～4.4 GHz频率范围,扼流片可以阻止微波功率向脉冲功率源泄漏,这有利于提高器件微波输出的功率;4.5～4.9 GHz频段为慢波结构的阻带,微波在该频段截止.计算了C波段MILO开放腔的谐振频率,当模式分别为3π/8,π/2,5π/8,3π/4时,其谐振频率分别为3.18,3.76,4.00,4.11 GHz;并通过实验测出了开放腔的谐振频率,其相应的值分别为3.80,3.94,4.08.4.18 GHz,Q分别为194,143,231,468.数值计算的谐振频率与实验测出的频率基本一致.