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为了得到更高频率和更大功率输出的短毫米波高功率辐射源,本文分析了基于Smith-Purcell效应的同轴型准光腔系统,研究该系统中的线型电子注与波的互作用过程及辐射机理,探索其激励短毫米波高功率输出的可能。所研究的新型Smith-Purcell互作用系统及其变态结构,此类系统是同轴型结构,可看成是在常规同轴导体基础上,改变其内外导体形状所得。改变内导体,在其外表面刻有周期性的凹槽,就形成了圆柱光栅;改变外导体形状,使其内表面成球面状,形成曲面镜,此时的结构称为闭合式同轴型准光腔,即双反射镜同轴型准光腔。把曲面镜顶腔部分去掉,就形成了开放式同轴型准光腔。此类互作用系统有着特殊的场分布,强场区域处于光栅表面附近,有利于提高互作用效率。由于改变槽截面形状可以改变高频场的分布,增强互作用处电磁波的场强,所以设计了三种槽截面形状的圆柱光栅,包括倒梯形槽截面、矩形槽截面和梯形槽截面。利用MAGIC软件进行注-波互作用的粒子模拟,分析在不同电子注参量和开放腔参数条件下,闭合式同轴腔和开放同轴腔中的互作用及输出特性。在上述结构的基础上进一步分析倒曲面镜同轴型准光腔的结构,即在同轴导体的外导体内表面刻周期性的凹槽,形成圆柱光栅;使内导体表面呈球面状,形成曲面镜,再去掉顶腔部分就形成开放式倒曲面镜同轴型准光腔结构。利用MAGIC软件对这种结构进行模拟计算和优化。对比开放式同轴腔结构和开放式倒曲面镜同轴腔结构的模拟结果,得出在倒梯形栅结构,角度输出口θ为36°,电子注电压为0.5MV,电流为3000A时,此开放式倒曲面镜同轴腔可以辐射158.46GHz的电磁波,其输出功率高达578MW;在相同电子注参量和开放腔参数下,开放式同轴型腔可以辐射76.6 GHz的电磁波,其输出功率仅有25MW。开放式倒曲面镜同轴型准光腔结构可能成为毫米波甚至THz波段辐射源的一个有潜力的高频系统。