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基于超辐射机理的返波管(BWO)可以产生纳秒级微波脉冲,该脉冲具有高峰值功率、窄脉宽的特点。以往基于超辐射机制的返波管要求的脉冲电压比较高(大于500kV),引导磁场比较大(大于3T),庞大的装置体积限制了它的广泛应用。因此超辐射机制返波管的小型化研究具有非常现实的理论意义和应有价值。 本文运用理论分析、数值计算和粒子模拟的方法对低压(低于30kV)、低磁场(低于1T)引导下的超辐射返波管进行了研究。主要工作和贡献如下: 对返波管中超辐射现象的基本特征和描述参数进行了相关介绍和讨论;提出了返波管中实现超辐射需要的条件; 从冷腔(不包含电子束)和热腔(包含电子束)两方面研究了返波管慢波结构的高频特性,并通过场匹配法和电磁仿真法得到了盘荷波导的TM(O)n色散曲线; 对工作在电压~23kV、电流~80A、引导磁场~0.1T、采用过模结构的超辐射返波管进行了粒子模拟,该结构的输出微波功率~405kW,中心频率~5.6GHz,输出模式为TM01,功率转换效率~22%。从结果来看,低压超辐射返波管输出功率是比较高的。