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论文提出了一种Ku波段低磁场过模慢波结构高功率微波发生器。文中结合理论分析和粒子模拟方法对该器件进行了相关研究,证实了在低磁场条件下实现Ku波段的GW级高功率微波输出的可能性。论文的研究内容包括以下几个方面:首先,对拟研究器件相关的物理问题进行了理论分析。采用解析法和数值法研究了矩形慢波结构的色散特性,分析了慢波周期和慢波片深度对色散特性的影响;求解慢波器件的耦合阻抗,分析了束半径对耦合阻抗的影响;计算维持电子束平衡和控制电子束波动所需的最低磁场,通过对回旋共振点的预测,判断得出较低的导引磁场可以满足器件中电子束导引的要求;经估算比较了过模结构相对于单模结构的优点,同时讨论了模式选择的方法。其次,采用粒子模拟的方法研究了Ku波段过模慢波器件的慢波周期、慢波片深度、导引磁场和束电压等参数对束波作用的影响,优化得到频率为14.38GHz、功率1.1GW的微波输出:外加二极管电压为500kV、电流5.8kA、导引磁场0.7T、束波转换效率37.9%、慢波区微波模式为TM01。在此基础上,探索该波段更高频率微波输出的器件,通过结构调整,加入前反射腔,在二极管电压600kV、电流6.8kA、导引磁场1.0T下,获得了频率16.96GHz,功率1.2GW的微波输出,束波转换效率为29.3%。模拟发现,反射腔可增强束波作用。最后,进行了实验的初步设计,包括实验系统、器件装配、导引磁场的设计,并对实验测量和可能遇到的相关问题进行了分析。实验系统由选取的加速器平台、慢波器件,以及配套的真空系统和测量系统等组成;器件装配结构的最大径向和轴向尺寸分别为22.8cm和45.5cm;导引磁场可由4个180μF、充电2.0kV的电容器供电下的励磁线圈提供,线圈最大电流500A,电流达到最大值所需时间为4ms;对于本模型中的Ku波段微波,频率测量拟用混频法,功率和模式测量采用远场法。