提出了一种工作在TM310模式下的用于高次模式速调管的新型谐振腔。通过对侧腔电场的离散化，可以有效地增强中间腔和侧腔的电场。当两腔均工作在TM310模式时，新型谐振腔的特性阻抗均高于传统的哑铃型腔。对两种腔体进行了尺寸敏感性分析。在此基础上，设计了一个W频段的射频电路。当向射频电路注入45 mW的输入功率时，获得了52.4 dB的高增益和7.8 kW的峰值输出功率。互作用电路由25 kV、2 A的圆形电子注驱动。该互作用电路的电子效率和3-dB带宽分别为15.6%和120 MHz。

针对W波段速调管难以实现连续波高功率的问题，设计了一个工作在TM₃₁-2π模式的W波段连续波带状注扩展相互作用速调管（EIK）高频电路，该电路采用电压20 kV、电流0.65 A，2.5 mm×0.3 mm的带状电子注，高频系统采用五个哑铃型的五间隙谐振腔，输出系统采用对称输出波导。通过理论设计和高频结构参数优化，三维PIC仿真结果显示：在输入功率0.2 W的条件下，能够获得超过1200 W的输出功率，效率和增益分别为9.35%和37.8 dB。在高频参数敏感性和误差稳定性方面，对TM₃₁模式和TM₁₁模式进行了详细的对比分析。

谐振腔作为速调管的高频互作用电路，其特性对速调管的功率、效率、增益和带宽等性能具有决定性影响。主要介绍了某Ka波段分布作用速调管谐振腔的设计过程：基于多间隙谐振腔理论，利用电磁仿真软件CST详细分析了谐振腔不同结构尺寸对特性参数，如品质因子、特性阻抗、耦合系数、有效特性阻抗的影响，优化得到谐振频率为35 GHz的五间隙谐振腔的物理结构模型，并给出互作用仿真结果，为Ka波段分布作用速调管设计及其高频注波互作用的计算提供重要的参考和依据。

为克服高欧姆损耗对发展毫米波频率的扩展互作用振荡器（EIO）的限制，本文开展了对于阶梯型射频电路的振荡起始特性研究。通过PIC仿真模拟、定量计算和理论分析，本文证明了一个被设计和制作的W波段EIO具有大幅度降低振荡启动电流的可能性。通过对间隙数、腔体尺寸、场分布、工作电压和表面损耗五个方面的优化，在电子注电压为17.5kV时，该EIO的振荡起始电流可降至0.43A。根据冷测实验结果，本文还对输出功率衰减进行了分析和预测。

扩展互作用速调管采用多间隙分布作用谐振腔和全金属平面结构，互作用电路短、单位长度增益高，其平面化结构特征与现代微加工工艺相兼容，已成为发展太赫兹高功率源的研究热点，进一步展宽扩展互作用速调管放大器的带宽成为拓展其应用的关键技术问题。设计了一种G波段5腔多间隙注波互作用电路，采用参差调谐技术扩展群聚段带宽和滤波器加载技术扩展输出段带宽，通过CST软件对结构参数优化和输出特性模拟仿真，结果表明：在电子注电压19 kV，电流300 mA，输入功率120 mW时，获得输出功率222 W，电子效率3.89%，增益32.67 dB，3 dB瞬时带宽达到了1.5 GHz。

提出了一种新型周期永磁（PPM）聚焦系统，其中，每半个周期的这种PPM聚焦系统由1件极靴和5块永磁体共同组成，第1、第3、第5块永磁体与第2、第4块永磁体的极化方向相反，且任何相距半个周期的2块永磁体均具有相反的极化方向。采用MTSS2018对这种新型PPM聚焦系统的磁场进行了计算，结果表明新型PPM聚焦系统的轴线上磁感应强度B_z具有显著的第3次和第5次空间谐波，在过0点后能够更快上升到峰值，整体构型十分接近具有理想矩形分布的PPM系统。采用MTSS2018对G波段分布作用速调管（EIK）所需的电子枪进行了模拟计算，并采用上面计算的B_z对该电子注进行聚焦，获得了电子注电压为22 kV，电子注电流为215 mA的电子注，电子注最大半径为0.08 mm，满足G波段EIK的应用要求。计算中的峰值磁感应强度仅为1.2 $ \sqrt 2 $B_B，说明新型PPM聚焦系统与传统PPM聚焦系统相比，可以在较低的峰值磁感应强度的条件下实现电子注的有效聚焦。

为满足无线传能系统对高效率大功率毫米波功率源的迫切需求，开展大功率连续波速调管高效率技术研究，采用降压收集极技术实现速调管在效率上的有效提升。主要介绍了某Ka波段大功率连续波分布作用速调管（EIK）降压收集极的设计方案，包括注-波互作用后废电子能量分布及行为特性的研究，收集极初始条件、结构及电极电压的设计，给出了单级降压收集极和两级降压收集极的设计和计算结果。三维粒子模拟（PIC）计算结果表明，该Ka波段连续波EIK采用单级降压收集极时回收效率为41.0%，采用两级降压收集极时回收效率为68.8%，EIK总管效率相比于未采用降压收集极技术时的27.5%上升至54.8%，表明通过降压收集极技术可有效提升毫米波大功率速调管工作效率。

简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果，并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统，阴极电压17 kV，阴极电流0.78 A；高频系统由5间隙和11间隙（输出腔）的分布作用腔组成，采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。

针对太赫兹频段实现高功率面临物理机制上的难题，设计了一个G波段带状注速调管，展示了基于非相对论带状电子注和扩展互作用技术所能达到的功率水平以及影响性能的物理因素。文中设计基于电压24.5 kV、电流0.6 A，1 mm×0.15 mm的椭圆电子注，以及与之相匹配的互作用系统，即横向过尺寸哑铃型多间隙谐振腔，可以实现高功率和高增益。三维PIC仿真结果显示，在考虑实际腔体损耗的情况下，能够获得超过500 W的功率，电子效率和增益分别达到3.65%和38.2 dB。研究发现，输出功率和效率的提升很大程度上受到多间隙腔模式稳定性以及电路欧姆损耗的制约；输出腔的欧姆损耗对输出功率影响尤为显著，工程设计需要特别考虑。本文的研究为高频段带状注扩展互作用器件的研发打下了良好的基础。

对基于12个周期的交错双排矩形波导慢波结构(staggered double rectangular waveguide slow wave structure,简记为SDRWSWS)的单谐振腔94.5GHz分布作用振荡器(extended interaction oscillator, EIO)进行了计算机模拟，给出了通过计算机模拟确定谐振腔结构参数及电子注参数的方法和步骤。提出了“相位再同步”的高效率方法，将谐振腔中从电子注输入端数起的第5～6个周期的慢波结构的周期降低到原来的90%左右，改变了谐振腔中轴向电场强度的分布，使轴向电场强度在远离输出口一端相对降低，而在靠近输出口一端相对升高，有助于电子注的调制随着电子注的行进而加强；同时，使在靠近输出口一端的轴向电场强度的相位增大了51.6o，从而与电子注的空间电荷波的相位保持同步并从电子注提取更多能量。计算机模拟结果证实，采用该技术的分布作用振荡器的功率和电子效率都得到显著提高，改善最大的数值是原来的2倍以上。