近年来，国内外许多研究表明，在微波器件中填充背景等离子体后，其性能将得到改善。在同样的输入条件下，带宽、互作用效率、功率和增益都有显著增加。本论文对等离子体—腔混合模耦合腔行波管的注波互作用大信号特性进行了讨论。一、研究了等离子体—腔混合模的形成以及“冷”带宽和“热”带宽的展宽效应。当填充的等离子体密度到一定值后，腔模和TG模式发生部分重叠时，两者相互耦合，即形成所谓的等离子体—腔混合模式，此时原来独立的腔模模式和TG模式不再独立。工作在混合模式下，其冷带宽大大增宽。且可以调整某一电子注参量，使其空间电荷波的曲线与某一混合模式的相切部分变大，而不仅仅是相交于一点，因而大大改善了其“热”带宽效应。同时，工作于混合模式时，其耦合阻抗比真空时提高了近5倍，因此在填充等离子体后，耦合腔链的慢波特性得到了显著的改善。二、推导了大信号理论的自洽方程组。包括考虑了相对论条件下的电子运动方程和反向辐射影响下的线路方程，以及高频电子流n次谐波的复振幅方程，并进行了归一化。此方程组即研究注波互作用大信号特性的基础方程组。三、用分离变量法推导了空间电荷场的电位方程，并借鉴田炳耕荷电圆盘模型求解出空间电荷场。由于等离子体的各向异性的性质，它满足普遍的静电位方程，文中给出了此普遍静电位方程的详细解法。研究发现电子通道填充背景等离子体，其空间电荷场与真空中的有本质差别。真空中的空间电荷场呈指数衰减趋势，而填充背景等离子体的空间电荷场为振荡形式且向远处传播。此即为填充背景等离子体的空间电荷场对互作用影响与真空背景时不同的原因所在。四、采用四阶 Runge-Kutta算法，用VC++编程实现了其大信号特性的仿真。在填充等离子体后效率达到40%以上，比真空中耦合腔行波管的效率有很大的提高。同时比较分析了是否考虑空间电荷场时其效率、功率和增益的变化，发现考虑了空间电荷场时效率增加，而且饱和长度也缩短。而在真空中，考虑空间电荷场比不考虑空间电荷场时的饱和位置推后，效<WP=6>率等参量饱和值降低。两个现象正好相反，是一个本质差别。最后分析了输入功率和填充不同密度背景等离子体时对其注波互作用大信号特性的影响。结果表明，输入功率对输出功率的影响不大。而等离子体密度增加则效率增加，但到一定值后，再继续增加密度，输出效率反而降低。这是因为随着增加，混合模G1和G2重叠的频率范围逐渐加大，稳定工作区变窄。在输入频率不变的情况下，远离了最佳注波同步条件，因而效率反而降低。