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回旋行波管(Gyro-TWT)是一种基于电子回旋脉塞(ECM)不稳定性的快波器件，它能够在毫米波和亚毫米波段产生高功率、宽频带的电磁波输出，在先进雷达、深空通信、粒子加速器、国防安保、环境监测等领域具有巨大的实用价值。经过几十年的发展，人们在回旋行波管的理论研究和工程研制方面取得了很大进展，然而稳定性问题依然是制约其性能进一步提升的主要问题之一。本文围绕回旋行波管中的模式竞争问题开展了理论研究和数值模拟工作。 1、建立了回旋行波管的多模稳态非线性理论，结合工作模式和振荡模式的边界条件计算每个模式的功率轴向演化，能够清晰展现出不同模式之间相互影响的情况。基于该理论编写了相应的计算机代码，计算结果与国际著名期刊文献中发表的实验结果具有很好的一致性。 2、利用多模理论研究了TE11模基波回旋行波管中的稳定性问题。计算结果表明在光滑波导中增加输入功率和适当增大导引中心半径都能够在一定程度上抑制TE(2)21返波振荡;二者结合使用时能够更有效提高工作模式TE11在模式竞争中的优势，提高工作稳定性。在分布式损耗波导中适当增大导引中心半径能够提高达到零驱动稳定状态所需的损耗材料电导率，减小高平均功率工作时损耗层的散热困难，同时还能减小管子输出性能对损耗材料电导率变化的敏感性。 3、利用多模理论研究了TE01模基波回旋行波管中损耗加载在提高工作稳定性方面的效果，随着损耗材料电导率不断减小TE(1)21和TE(1)11返波振荡依次消失，电导率足够小时达到零驱动稳定状态，工作模式增益和输出功率大幅提升。导引中心半径变化对工作模式输出特性也有一定影响，当导引中心位于电场最大值附近时，可以在一定程度上展宽工作带宽。对于电子偏心的情况，随着电子注偏心距离的增大，工作模式饱和输出功率减小，但饱和输出功率——频率特性曲线变得更平缓。