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设计了一种3mm低电压二次谐波渐变结构复合腔回旋管，采用二次回旋谐波工作可以在获得高效率的同时，降低工作磁场到基波工作所要求磁场的1／2，使磁场系统简单紧凑。选择工作电压为25kV，可以降低回旋管对绝缘的要求和供电系统的体积及重量；采用渐变结构复合腔控制模式竞争和提高效率；工作模式为低损耗的TE02／TE03模式，有利于连续波工作。通过对回旋管中谐振腔结构、模式竞争以及注一波互作用的研究，分析了高频结构特性、寄生模式的抑制和工作参数优化等问题，给出了模拟设计结果。