回旋自谐振脉塞放大器(Cyclotron Autoresonance Maser Amplifier，简称CARM amplifier)，作为一种高功率、高增益的毫米波亚毫米波波源，在等离子体加热、通讯、空间探测等方面有着巨大的应用前景。 器件在产生高功率微波的过程中，短波长的电磁波会在器壁上产生大量欧姆热，影响器件的稳定运行，严重时可能导致器件不能正常工作。因此，器件的散热性能成为高功率微波源的关键技术之一。解决这一问题的一种有效办法是采用大尺寸的腔体。因为大尺寸的腔体可以有效地增大散热面积，便于热量散发，同时，大尺寸腔体也便于加工。然而，在大尺寸的腔体中工作模式多为高阶模，模式谱变得密集，容易造成模式之间的竞争，使器件工作不稳定。在回旋管振荡器中已证实，采用同轴腔能有效地稀化模式谱，而且还发现，开槽型同轴结构有利于减弱模式竞争、增强束波互作用。结合同轴腔、开槽型波导结构的特点以及CARM放大器高功率、高增益的优点，张世昌教授针对目前的研究现状，近期在提出光滑同轴腔CARM放大器的基础上，又提出另一种新型器件——开槽型同轴波导CARM放大器的设想。此类器件可望在确保高功率、高增益的前提下，有效地稀化模式谱，抑制模式竞争，使模式稳定工作。 根据波导截面的形状，同轴波导大致可以分为光滑同轴波导、内开槽同轴波导、外开槽同轴波导和内外开槽同轴波导四大类。在本论文中就这四种波导结构类型的CARM放大器，展开全面、系统地线性和非线性理论研究。 首先，本论文在第一章阐述电子回旋脉塞机理以及CARM放大器的工作机理和可实现性，并介绍了现在国内外的研究状况和本论文的意义、内容和创新点； 第二章阐述光滑同轴波导CARM放大器的线性理论和非线性理论，用数值模拟方法分析和优化器件的性能，以及电子束轴向速度离散、电子束偏心和采用坡度磁场对器件输出功率的影响； 在第三章中，考虑开槽波导结构对波导中场分布的影响，利用阻抗匹配方