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随着我国航空航天事业的快速发展,对高性能螺旋线空间行波管的国产化需求不断增加,对我国高性能空间行波管的设计及研制提出了极高的要求。目前,我国行波管的研制主要以理论研究指导螺旋线行波管的设计为主,这种方法精度低,难度大,效率低下,尤其以注波互作用过程最为关键,光靠理论解析研究,很难分析注波互作用复杂的过程,从而对管子的设计和研制带来极大的影响和不确定性。然而随着各种数值算法的出现以及其在电磁学中的广泛应用,这为分析复杂的注波互作用过程提供可能,但由于各种数值模拟方法存在差异性,并且单一数值软件对于注波互作用的模拟,存在或设计优化效率低下或计算精度不高的弊端。同时目前仿真计算主要采用电子光学、高频电路或者注波互作用过程的分离式模拟,没有对行波管整管进行一体式仿真计算。为此,如何准确有效地进行注波互作用数值模拟以及能否用整管模拟的方法指导行波管设计和研制将显得很有意义和价值。本文分别采用不同的数值模拟软件对螺旋线行波管注波互作用进行数值模拟研究。以Ku波段螺旋线行波管高频结构为例,首先,利用解析理论与有限元算法相结合的MTSS软件,对其注波互作用过程进行快速的参数化数值模拟,综合模拟数据与优化结果,设计出合理的切断、有效的集中衰减器模型以及高效率螺距分布,使管子在12GHz-17GHz频带内的功率超过120W,电子效率超过16%,增益大于30dB。实现了MTSS对注波互作用进行快速设计的过程。其次,利用基于PIC粒子模拟的CST软件,对以上管子的性能进行深入验证和差异性分析。包括:50?同轴输入输出结构的优化设计,使整管在12GHz-18GHz频带内的电压注波比小于1.5;同样结构参数下管子的工作性能的PIC粒子模拟验证,得到由MTSS设计的切断和集中衰减器,螺距跳变分布能够抑制返波振荡,提升管子性能并抑制谐波放大;以及全频带内行波管注波互作用PIC模拟,得到管子输出功率大于108W,增益大于31dB,电子效率大于15%。验证了两个软件结果的可靠性,为实际制管提供了重要依据和准确参考,简化了其繁琐性。最后,对包括电子枪、注波互作用和收集极的全管模型进行整体一体式模拟研究,设计了电子枪和收集极的实际模型,采用粒子数据导入和整体连通的方式进行注波互作用过程分析,为今后进一步的全管模拟提供有价值的参考。