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小型化的大功率、高效率毫米波器件,在国防装备中能够满足机载、星载的需求,其功率量级是其他器件不可替代的。带状束扩展互作用振荡管(sheet beam extended interaction oscillator,SBEIO)的大功率、高效率、小型化、高可靠性使之在星载、机载毫米波器件方面有着优良的表现。本文针对受均匀高频场调制的电子注,在腔体主要互作用区域经过换能后,注波同步条件被破坏,影响注波互作用效率的问题进行研究。在Ka波段设计一种高效率的9个互作用间隙的梯形高频结构。对这种Ka波段高频结构进行冷场仿真、粒子模拟仿真和冷腔测试。均匀高频场调制下,在34 kV,3.5A电子注尺寸8 mm×0.6 mm的直流输入下,SBEIO的输出功率为21.6 kW,效率18.1%。本文提出了一种逐渐增强的纵向电场分布来提升注波互作用效率,功率从均匀场仿真的21.6 kW增加到28.1 kW,电子效率从18.1%上升到23.6%。采用相位重匹配技术对该结构进一步优化,使互作用效率得到进一步提升功率从28.5 kW增加到36 kW,电子效率从23.6%上升到30%。对优化过程中出现的模式竞争问题进行处理,优化谐振腔结构,将竞争模式π/8模引出谐振腔,成功抑制了模式竞争。根据实际需求和加工水准,对所设计的Ka波段SBEIO的高频结构进行加工,并采用矢量网络分析仪进行冷腔测试,仿真和冷测取得较好的一致性,为进一步的热测实验奠定基础。探究更高频段、更多互作用间隙、更高横纵比的带状电子束高频结构。具体在W波段设计了一种15个互作用间隙,带状束横纵比15:1的梯形高频结构,直流电子注电压为44.4 kV,电流2 A,电子注尺寸为6 mm×0.4 mm下可得到功率6.7 kW,效率7.5%。对W波段的设计的高频结构进行加工,对加工模型使用矢量网络分析仪进行冷测和整管热测,电子流通率高达99.5%,最终,在输出48kV,1.8A时,95.09 GHz的电磁波输出功率可以达到2.1 kW。本文探究了提高梯形高频结构的互作用效率的方法,是大功率、小型化的毫米波源实现的至关重要的一步,可以为星载、机载应用场合提供可靠的大功率毫米波辐射源。