提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.

根据微波网络理论, 将单耦合口输出回路的冷测模拟物理模型进行扩展, 使其适用于双耦合口回路。并在此模型的基础上提出了计算双间隙双耦合口输出回路间隙阻抗频率特性的冷测模拟方法。运用该方法, 结合软件仿真, 计算分析了某S波段双间隙双耦合口输出腔, 分别得到该回路工作在2π模式下的阻抗实部与虚部的频率特性, 并对计算结果的合理性作了论证。最后通过将计算结果与采用场分析法及散射参数方法得到的结果进行比较和分析, 进一步验证该冷测模拟方法的可靠性。

基于等效电路理论，提出了一种双间隙双耦合口输出结构的设计方法及计算双耦合口输出腔外观品质因数的方法。利用三维电磁场软件，设计了满足阻抗频率特性要求的双间隙单耦合口输出结构及前置腔和输出腔分别具有相同参数的双间隙双耦合口结构。然后，将两者的阻抗频率特性进行比较，通过微调整该输出腔与耦合槽的尺寸，可以得到与单耦合口输出结构一致的阻抗频率特性曲线。

利用3维高频软件对大间隙速调管输出腔及其同轴提取波导金属支撑杆进行了高频分析，建立了带双排金属支撑杆的大间隙输出腔3维结构模型，采用3维PIC程序对该输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明：作为输出腔同轴提取波导支撑的第二排支撑杆，和兼作输出腔腔壁的第一排支撑杆，都会影响输出腔的高频谐振特性，因此必须结合大间隙输出腔进行一体化设计；此时同轴提取波导支撑杆设计的基本原则不以追求最高的TEM模式传输效率为目的，而是通过控制双排支撑杆的散射特性，得到合适的外部品质因数和间隙电场强度。在注入电功率约2.9 GW，束流调制深度90%时，设计的带双排支撑杆的3.6 GHz大间隙输出腔结构，可提取约1.06 GW的平均功率，效率约36.5%。

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础, 分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导, 通过简化两公式的比值因子, 得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算, 结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致, 验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能, 群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观。

设计了工作在X波段的相对论速调管放大器同轴双间隙输出结构，并采用3维PIC程序对其进行了粒子模拟，分析了输出微波功率随直流渡越角、输出腔品质因数值等相关参数的变化，对输出腔体结构进行了优化设计。模拟结果表明：同轴双间隙输出结构可以降低束流的势能，增加束流与腔体的作用时间，提高速调管的微波提取效率。模拟中采用束压600 kV、束流5 kA、调制深度100%和峰值频率9.37 GHz的电子束以及1T的轴向引导磁场强度，得到了周期平均功率1.2 GW、峰值频率9.37 GHz、效率40%的微波输出。

利用3维高频软件设计了一种用于S波段大间隙速调管的膜片加载大间隙单重入输出腔, 建立了带大耦合孔的输出腔3维全结构模型, 采用3维PIC程序对输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明：膜片加载的大间隙单重入输出腔开大耦合孔后, 其所有谐振频点的场分布都不再是TM011模式, 因此,在设计此类输出腔时不能以工作频点是否谐振为优化目标。提出了大间隙输出腔设计原则, 根据设计原则优化后的输出腔可稳定提取1.07 GW的平均功率, 提取效率约35.7%。

介绍了S波段强流相对论速调管放大器(RKA)双间隙输出腔高频系统的设计，并利用3维粒子模拟程序模拟和优化了短脉冲强流相对论调制电子束经过双间隙输出腔后的微波提取。在束压640 kV、束流6 kA、基波调制深度80%的条件下，模拟得到功率为1．1 GW的微波，频率约为2．85 GHz，效率28%。在高频分析和粒子模拟的基础上进行了实验研究，实验中采用束压640 kV、束流6 kA的环行电子束，经过优化调节RKA参数，在中间腔后得到了约4．6 kA的基波调制电流，加上双间隙提取腔后从该RKA获得了频率为2．9 GHz、功率为1 GW、脉宽22 ns的输出微波，束波转换效率26%。

利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵.在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE01模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算.分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响.结果表明:由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz.

建立了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的3维模型.采用时域有限差分法,通过监测激励电流源的响应计算了该双间隙输出腔的谐振频率、有载Q值、场分布以及特性阻抗,并分析了腔体结构尺寸对谐振频率、有载Q值和特性阻抗的影响.研究表明:腔体半径对开放腔的谐振频率影响很大,耦合孔尺寸对腔体谐振频率的影响较小;随着耦合孔张角增加,有载Q值逐渐减小;随着腔体半径增大、间隙的减小,腔体特性阻抗降低.研究结果可为S波段强流相对论速调管放大器双间隙输出腔的设计提供理论依据.