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磁绝缘线振荡器（Magnetically Insulated transmission Line Oscillator，MILO）是一种产生GW级高功率微波的正交场器件，是当前高功率微波研究领域的主要热点之一。目前，MILO研究主要集中在L、S、C等较低的微波频段。本文在对传统MILO调研研究的基础上设计了一种工作于Ku波段的改进型MILO。论文主要从以下几个方面对Ku波段MILO展开了研究，得到了一些合理而有价值的结果。1．对MILO进行了系统的理论研究。初步分析了MILO的工作原理，简单介绍了MILO中微波的产生、放大、提取机制。研究了MILO的色散关系，MILO工作于色散曲线后半区的近π模点。根据色散曲线研究了MILO各个结构参数的变化对π模频率的影响。设计了Ku波段MILO主慢波工作区的结构，根据电流密度和功率容量要求选择了过模结构，初步确定了结构参数。设计了Ku波段MILO的整体结构，与传统MILO相比，主要改进有：用扼流片代替扼流腔，防止微波向前泄漏；采用双腔提取结构，改善提取特性。另外，还研究了MILO的阻抗，电流，功率和效率等参数的特性。2．开展了Ku波段MILO的模拟研究。重点研究了MILO各个参数对于微波输出功率、转换效率、工作频率、阻抗等性能的影响，总结了MILO设计和优化的一些基本规律。优化后的结构在输入电压510kV、输入电流55.7kA的条件下，得到4.1GW的微波输出，微波频率约为13.2GHz，效率约为14.4%。对Ku波段MILO进行了高频特性分析，得到主慢波结构的工作点为13.24GHz，是近π模点。进一步模拟得到了开腔谐振频率为13.3GHz，验证了色散关系分析、高频特性分析以及模拟结果的正确性。模拟得到了提取品质因数为106，与传统的经典MILO的品质因数相当。3．设计了Ku波段MILO的模式转换器结构。对Ku波段MILO提取区同轴结构进行了模式的理论分析及数值计算；提出了支撑杆的设计方案；设计并优化了模式转换器的支撑杆及圆台结构。模拟得到支撑杆段实现TEM模传输系数约99.9%；模式转换器圆台实现TM01模的转换效率达到98.6%；整个模式转换器结构实现TM01模转换效率98.2%，功率容量约2GW。