大功率毫米波源和THz波源是当前的研究热点之一,但是不管是单注还是多注速调管在毫米波以上频段都遇到了很多困难。原因是在高射频段,在传统的速调管体积尤其是互作用间隙宽度相当小时,不仅制作加工十分困难,而且在保证较高的注波互作用效率前提下,很难避免互作用间隙出现强电场击穿的问题。为此,本论文在大量阅读国内外相关文献的基础上,在导师的悉心指导下,拚弃了传统思维方式,重点研究了同轴TM812模3毫米波谐振腔的注波换能效率和微波能量的提取方法,探讨其用于毫米波多注速调管的可行性。通过分析得到了一些新的结果,对此类速调管的优化设计具有一定的指导作用和参考价值。具体内容包括以下几个方面:第一、本论文扼要阐述了速调管的结构及其工作原理、谐振腔理论以及腔体耦合均匀波导后的输出电路计算方法、Isfel3D的有限元算法和龙格-库塔(R-K)算法的基本原理。第二、从一维运动学理论出发,结合龙格-库塔(R-K)数值计算方法,分析了电子穿越同轴TM812模谐振腔的换能效率。研究结果表明,在3毫米波段且谐振腔间隙宽度长达4毫米情形下,理想群聚电子注穿越同轴TM812模谐振腔的换能效率可达3.29%,一般群聚电子注穿越同轴TM812模谐振腔的换能效率可达1.86%。第三、结合三维电磁仿真软件Isfel3D设计了一个可用于多注速调管并工作于3毫米波的同轴TM812模谐振腔。模拟计算表明,通过选取合适的同轴腔结构及尺寸,该腔TM812模的谐振频率为101106.04MHz,对该频率的TM01模截止,因此不会产生微波泄漏。第四、运用小孔磁耦合原理,设计了沿轴向的同轴线与同轴TM812模谐振腔耦合的输出电路。采用反射系数相位法,结合高频计算软件Isfel3D,研究了该电路的耦合方式和耦合口结构,以及耦合口结构对这一输出电路的外观品质因素所产生的影响。结果表明:耦合同轴线对输出腔内的同轴812模式的电磁场结构破坏甚微;在耦合口与同轴腔轴线的张角? =22.5 0不变的情况下,谐振频率主要取决于耦合口的高度,越大谐振频率越低;不仅耦合口高度影响外观品质因素,耦合口处同轴线的锥形内导体的倾斜度对外观品质因素具有更加重要的影响。最后,结合注波换能效率、腔体能量计算公式和外观品质因素,就同轴TM812模谐振腔耦合同轴线的最大功率输出进行了估算。根据估算,在假定同轴TM812模输出腔中所能容许的最大电场强度为6×106V/m,输出腔工作频率为100.945GHz,外观品质因素为2243情形下,最大输出功率可达15KW。