行波管是微波/毫米波电真空器件中最重要的器件之一,它具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优点,在通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中得到了广泛应用。本论文对螺旋线行波管的三个重要物理问题:螺旋线慢波系统的高频特性、返波振荡的抑制和自洽非线性注波互作用,进行深入而细致的研究。本论文的主要研究工作和创新之处在于: 一、建立了考虑螺旋带厚度、螺旋带宽度、螺旋带上真实面电流、任意数目任意形状的夹持杆和加载翼片的普适螺带模型,它不仅适用于窄螺旋带慢波系统,而且也适用于宽螺旋带慢波系统。在此基础上,采用严格的场论分析方法得到了螺旋线慢波系统的色散方程、耦合阻抗和衰减常数的表达式。 二、提出了一种新型的具有更高功率容量和较宽带宽的螺旋带慢波系统,即通过翼片加载的方法来拓展其带宽,同时在纵向使连续的夹持杆离散化,这样连续分布的夹持杆就演变成仅在螺旋带上存在的介质支撑,这些介质支撑可以通过焊接的方法与螺旋带和金属屏蔽筒紧密连接起来。这种结构保证了在高温的情况下不因热应力而引起介质支撑断裂,从而有利于改善螺旋线慢波结构的特性、增加散热和提高输出功率。建立了这类慢波系统的物理模型并进行了相应的理论分析,其结果与HFSS仿真结果吻合良好。 三、为了使行波管能够稳定可靠地工作,抑制各种自激振荡是最重要的措施之一,而抑制返波振荡尤为重要。本论文基于耦合模理论,全面地考虑了衰减器/切断、相速渐变/跳变和电子注的电位梯度等的影响,建立了抑制返波振荡的统一的自洽线性工作方程组,包括线路方程、运动方程和电流连续性方程,并给出了相应的边界条件。数值计算表明:增大渐变的强度,就可以增加起振长度,而且当渐变的强度增大到一定值时就不会产生返波振荡;当衰减器靠近输入段时,起振长度就随之减小;当增大衰减器的长度或减小衰减量时,相对起振电流随之减小,可见衰减器对起振条件确实有明显的影响。 四、在抑制返波振荡的方法中,改变聚焦磁场是一种比较好的方法,因为改变聚焦磁场几乎不会改变前向波的互作用条件,而会改变返波的互作用条件,因而既可以对返波振荡进行很好的抑制,又有利于提高效率。在前苏联学者瓦因斯坦的波导激励理论的基础之上,考虑了聚焦磁场等的影响,建立了电磁返波与电子注互作用的自洽线性工作方程组,给出相应的边界条件,并进行了数值计算,计算结果表明:在超宽带行波管中角向非对称空间谐波数增大时,起振长