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基于超辐射（Superradiance）机理的相对论返波管（Relativistic Backward WaveOscillator,RBWO）利用短电子束脉冲的超辐射效应,可以产生纳秒/亚纳秒级的微波脉冲,其输出脉冲具备峰值功率高、脉宽窄和上升前沿快等优点,并能实现大于100%的功率转换效率,即可以实现输出微波峰值功率超过驱动电子束功率的目标。因此,超辐射机制相对论返波管的研究具有非常现实的理论意义和应用价值。本文运用理论分析、数值计算和粒子模拟相结合的方法,对超辐射机制相对论返波管进行了初步的研究。论文的主要贡献与特色如下:1.超辐射机制RBWO的理论研究基于Maxwell方程组及电子运动方程,推导出了RBWO束波互作用非线性自洽方程组;在线性区域联立自洽求解该方程组获得了RBWO中的束波互作用信息;对RBWO中超辐射现象的基本特征、描述参数进行了介绍和讨论;提出了RBWO中实现超辐射的物理条件,以及有可能进一步提高超辐射峰值功率的途径。2.超辐射机制RBWO的数值计算和参数优化通过数值求解RBWO非线性自洽方程组,揭示了超辐射机制RBWO的相关规律和特性;并在已经建立的超辐射机制RBWO数值模型基础上,进行了参数优化,进一步提高了超辐射微波峰值输出功率。3.RBWO慢波结构高频特性的数值分析运用场匹配方法,推导出了可数值求解任意轴对称周期慢波结构冷腔和热腔TMOn模色散曲线的数值算法,通过编写Matlab程序,数值求解了波纹波导及盘荷波导的冷腔和热腔TMOn模色散曲线,以算例形式验证了数值算法的可靠性。4.X波段超辐射机制RBWO的粒子模拟和优化设计运用粒子模拟方法研究RBWO中的超辐射现象,设计出一个X波段的超辐射机制RBWO:束压-400KV、束流-2.5KA、引导磁场-2.7T,得到了微波峰值平均功率-1.1GW、脉宽-800ps、工作频率-9.4GHz、输出模式为TM01、峰值功率转换效率达-110%、电子能量转换效率-20%,达到了微波峰值功率超过驱动电子束功率的设计目标,为实验器件的优化设计提供了有益参考。