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在众多的微波管当中,行波管可以在最大程度上把大功率与宽频带高效结合,因此被广泛应用在雷达、电子对抗等军事领域以及民用通信、医疗等领域之中。行波管可以根据慢波结构的种类大致分为螺旋线行波管和耦合腔行波管。由于耦合腔行波管具有全金属结构,热耗散能力更强,因此可以获得较大的输出功率,而螺旋线行波管的散热能力较弱,使得其功率难以得到大幅度的提高。具有全金属特性的慢波结构在热耗散能力上有优势,从而功率容量大,但是它的金属密封性又会增强色散,从而使行波管的带宽变窄,所以需要在这二者之中找到最佳的平衡点。因此,探索新型的具有大功率和宽频带特性的耦合腔慢波结构行波管具有重要的意义。本文主要研究X波段大功率新型耦合腔慢波结构行波管。一方面优化了一种新型的脊加载单交错矩形耦合腔行波管,另一方面设计了重入式双交错梯形线耦合腔慢波结构行波管,主要内容有:1.利用微扰理论对耦合腔慢波系统进行场论分析,同时也着重对慢波结构的色散特性和耦合阻抗进行理论分析和研究。2.对脊加载单交错耦合孔矩形耦合腔行波管的慢波结构的高频特性进行优化,在尽量保持较高耦合阻抗前提下,适当的减小归一化相速,减弱色散,并对前后两段的慢波线的周期进行跳变。最终使得其在更小的工作电压下,输出功率和电子效率有了提升,同时带宽也得到了拓展。仿真结果为:工作电压25.2kV、电流5A,在8.3-9.8GHz内输出功率大于20kW,增益超过37dB,并且在工作频带8.6-9.5GHz内的电子效率大于20%。3.设计工作于X波段的重入式双交错梯形线耦合腔慢波结构,研究了耦合腔各个参数的尺寸对高频特性的影响,获得带宽最宽的高频特性的慢波结构。然后设计优化了输入输出耦合结构和衰减器。最后对整管进行注-波互作用模拟,得到最终的仿真结果为:工作电压25.9kV、电流5A,在8.6-9.9GHz内输出功率大于20.8kW,增益超过37.2dB,电子效率大于16%。