回旋管是基于电子回旋谐振受激辐射机理的快波微波器件,其能在毫米波段、亚毫米波段实现大功率输出。目前,频率在110GHz—170GHz的回旋管主要应用于磁约束热核聚变中的等离子体加热装置,长脉冲输出功率从千瓦级到兆瓦级,国际上已经有很多110GHz—170GHz高功率长脉冲回旋管的研究成果。传统的回旋管一般为点频工作,难以满足等离子体电子回旋共振加热中抑制磁流体不稳定的需求,所以频率调谐回旋管,也就是具有频率可调功能的回旋管将会有着更加广泛的应用前景。本文选择工作于高阶模式的140GHz回旋振荡管,针对其进行了频率调谐的分析和注-波互作用研究,主要内容有:1.介绍了回旋振荡管的基本结构、频率调谐的原理和国内外的研究现状,本文是通过改变工作参数实现频率的跳频,从而实现频率调谐的功能。2.对缓变截面开放式谐振腔进行分析,根据工作频率140GHz和工作模式TE_22,6模式设计谐振腔的结构尺寸,绘制出工作模式纵向场幅值曲线和相位变化曲线,并分析谐振腔结构尺寸变化对高频特性的影响,结果表明输入输出段夹角和互作用区长度对谐振频率和品质因数的影响较大。3.基于回旋管的理论,分别分析了耦合系数和起振电流在模式竞争的作用,通过选择合适的电子注导引中心半径和工作磁场来抑制模式竞争。给出频率调谐的方法,改变工作磁场的大小,回旋管从而实现跳频工作。4.给出了回旋管自洽非线性理论的推导过程,编写注-波互作用计算程序,并结合非线性计算软件对工作在140GHz,TE_22,6模式的回旋管进行注-波互作用分析,通过对结果的分析,选择最佳的工作参数。5.通过对实验测试结果进行分析,频率调谐回旋管在所研制的140GHz回旋管的实验中到得到初步验证,工作于TE_22,6,1模式下的输出功率为560kW,效率为29.4%,工作频率为140.2GHz。同时改变工作磁场的大小,回旋管可工作在TE_22,6,3模式下,输出功率为450kW,效率为23.59%,工作频率为141.237GHz,与仿真结果基本保持一致。