开展了40 kW预群聚注入锁相回旋管的理论与模拟设计。基于全电磁仿真方法完成了预群聚腔的设计，并采用给定场理论对电子束经过预调制腔后的群聚状态进行了计算。采用自洽理论获得了回旋管的自由振荡工作参数，并计算了振荡频率随各种参数变化的规律，由此提出了锁相带宽的要求。采用PIC粒子模拟进行了锁相状态的模拟，得到7 mm漂移距离下锁定增益可达30.5 dB，相应的锁相带宽为20 MHz。如果进一步增长漂移距离或者进一步增大输入功率，锁相带宽还会增大。理论计算和粒子模拟结果表明40 kW级回旋管注入锁相具有良好的可行性。

研究了预群聚电子束团沿周期性理想金属光栅表面平行移动时产生的史密斯-帕塞尔辐射(SPR)。详细分析了电子束团能量、束团群聚长度、具有不同电流密度分布的电子束团以及光栅结构对辐射特性的影响,同时研究了多个群聚束团的辐射。分析发现,电子束团能量增加、束团群聚尺寸变小以及光栅周期变短,辐射能量角分布峰值所对应的频率明显向高频方向移动;光栅周期与电子束团参量相同的条件下,三角形光栅辐射能量角分布峰值所对应的频率明显高于正弦光栅;群聚束团尺寸越小辐射能量越大,并且束团的纵向群聚长度对辐射能量与辐射频率起主要作用。研究结果表明,通过合理选择光栅尺寸与束团参量,可获得工作频率锁定的太赫兹(THz)波段辐射。