对70 GHz二次谐波倍频回旋速调管高频结构和电子与波互作用进行了研究.研究了TE02模腔体绕射品质因数及模式转化,解决了二次谐波倍频回旋速调管漂移段不能截止70 GHz的TE01模而引起的腔体间高频串扰的问题.分析了注电流、输入功率、电子横纵速度比和电子注引导中心半径等参数对输出功率、增益和效率的影响.针对二次谐波回旋速调管放大器工作频带窄、效率低,进行了高频结构优化设计,显著地展宽了工作频带,提高了互作用效率.在理论分析和高频计算的基础上,建立了注波互作用PIC(粒子模拟)模型,进行了粒子模拟计算和优化,得到了70 GHz 的二次谐波倍频四腔回旋速调管放大器设计方案.粒子模拟结果表明:在工作电压70 kV,注电流13 A,电子注横向速度与纵向速度比为1.5时,中心频率69.81 GHz输出功率256 kW,带宽160 MHz,电子效率28%,饱和增益大于44 dB.

用模式场匹配理论建立了散射矩阵,数值模拟并分析了加载损耗介质层对群聚腔Q值、谐振特性以及群聚腔两端漂移段半径的大小对谐振特性的影响.研究表明:加载损耗介质在高频率下使群聚腔主要寄生模式EH₂₁₂和EH₃₁₁得到极大的抑制,对工作模式H₀₁模更有利;衰减常数随损耗层厚度的增加而迅速增加,Q值随介质厚度的增加迅速减小,因此在设计腔体时必须严格控制损耗材料厚度.最后为正在研制的回旋速调管设计了满足要求的低Q群聚腔,该腔冷测实验结果与计算结果基本一致.

对新型回旋速调管放大器的链式群聚腔-TE模簇腔进行研究,通过三维电磁模拟对其进行分析和计算,讨论了损耗介质对群聚腔Q值的影响,以及内外腔耦合孔数量对谐振特性的影响.模拟计算结果和冷测实验吻合得很好.最后,为正在研制中的Ka波段三次谐波倍增回旋速调管放大器设计了一种链式群聚腔.