随着高功率微波源向高功率、高频率和长脉冲方向不断发展，同轴相对论速调管放大器（RKA）成为近年来研究热点之一，然而其发展一直受限于自激振荡等问题存在，为此，设计一种高Q值单间隙同轴谐振腔，以抑制同轴RKA中TEM模式泄露引起的自激振荡。通过对单间隙同轴谐振腔TM₀₁模式与TEM模式转化进行理论分析与仿真模拟，发现同轴谐振腔上下槽深差值与轴向错位值对其Q值变化影响很大，当上下槽深差值与轴向错位值分别为0.3 mm和0 mm时，同轴谐振腔的Q值为极大值（18 764），意味着此时谐振腔中两种模式转化最小，多组谐振腔级联后自激振荡风险大大降低。将三组级联的高Q值单间隙同轴谐振腔应用于紧凑型同轴RKA，粒子模拟和实验结果表明，器件的输出微波功率稳定，频谱纯净，无自激振荡等问题存在。

针对Danilov(2007)提出的高阶模式激励器纯度未知和设计思路模糊的不足，介绍了一种改进型螺旋分布孔高阶旋转模式激励器，以实现同轴TE1,1模式到圆波导TE5,3模式的高纯度转换。根据不均匀弦方程，编制了数值计算程序对同轴腔体结构参数进行了优化计算，使工作模式能够有效谐振。基于小孔衍射理论以及PEC表面的电场边界条件，详细研究了螺旋分布孔的排列方式和模式抑制器的工作原理。数值计算和仿真结果表明：在中心频率30 GHz附近，TE5,3模式激励器的模式纯度高达97.4%，转换效率为96.1%。设计的高阶模式激励器相对于Danilov的结构具有纯度高和紧凑的性能。

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔, 讨论了TMm,1,0模, TMm,2.0模与TMm,1,1模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系, 并给出了工作模式的选择依据。在此基础上, 提出了一种新型的0.3 THz TM10,1,0模同轴耦合腔链, 使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真, 并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明：对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链, 采用TM10,1,0模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM10,1,0模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗, 但模式间隔较小, 因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。

通过搭建谐振电路的方法对国产磁合金环性能进行了测试。测试的主要参数包括磁合金环的磁导率、Q值及其并联阻抗值等。测试结果表明：该磁合金环的Q值很低, 随频率的变化不明显；磁导率很大, 随频率的增加而减小；并联阻抗值随频率增加而变大。在100 ℃温度以内, 其性能参数变化很小。

介绍了220GHz同轴腔回旋管的设计, 工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化, 选取工作电压50kV, 工作电流10A, 工作磁场8.4Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪, 电子注速度横纵比1.5, 速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明, 设计的220GHz同轴腔回旋管有望获得200kW以上的输出功率与40%以上的互作用效率.

设计了外Q值较小, 工作于高阶横磁TM310模的X波段速调管单间隙同轴输出谐振腔。用微波等效电路理论计算了高阶横磁TM310模情形六个漂移管的等效间隙中心位置, 由此计算腔内等效间隙中心到输出波导内横向膜片的等效长度。以MATLAB编程计算得到同轴谐振腔TM310模式加载矩形波导滤波器输出回路的间隙阻抗, 其结果与传统冷测模拟法计算结果吻合。验证了等效长度计算方法的正确性, 用于圆柱腔基模的传统微波等效电路理论能用于分析同轴谐振腔高阶横磁模式输出回路, 且比传统的冷测模拟法及场分析法更为快捷。

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源(CSNS)铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程，在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较，三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究，提出了解决寄生模问题的方法；通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究，给出了短尺寸腔的扫频工作方案。

为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环, 研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比, 该系统采用了扫频测量的闭环控制, 可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结果表明:该测试系统满足在0~3 000 A偏流调谐范围内的1.02~2.44 MHz频率覆盖要求, 固定频率点的高功率测量结果和材料性能参数与日本J-PARC测量数据吻合。

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。

为了研究回旋管工作模式的选择机理, 分析了圆柱波导开放式谐振腔、光滑同轴谐振腔和纵向内开槽同轴谐振腔相应波导的色散特性, 进而研究了这些谐振腔内模式竞争的问题。对同轴结构波导色散方程作了相应的数值计算, 结果表明,同轴谐振腔利用自身色散曲线与谐振腔内外半径比值的数值关系, 能够使在开放式谐振腔内无法工作的高阶模式在其内部稳定工作。最后, 以德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)研制的同轴回旋管为例, 进行了相应的分析计算,结果表明纵向内开槽同轴谐振腔相对于光滑同轴谐振腔更适合高阶模式的稳定工作。