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高功率微波技术在科学研究、国防军事、通信、航天和民用领域都具有很大的应用前景,相对论磁控管是所有高功率微波源中最成熟之一。国内外对于相对论磁控管的研究主要集中在S波段和C波段,考虑到L波段RM具有重要的国防和军事应用价值,本文对L波段RM进行了初步研究。同时,目前RM的应用不仅需要功率高,而且还需要RM快速起振,而使用传统圆柱阴极的RM一般起振缓慢,并且效率也较低。使用透明阴极能够加快RM的起振,因此对透明阴极的工作机理进行研究对透明阴极的应用具有重要的指导意义。首先理论分析了透明阴极的工作机理,进而分析了透明阴极的变化对RM中的静场及电子运动轨迹产生的影响。结果表明,随着阴极叶片度数的增加,透明阴极表面附近的直流角向电场幅值逐渐减少,电子从阴极到达阳极所用的时间越来越多;随着阴极叶片个数的增加,也呈现相同的变化规律;透明阴极叶片位置在正对于阳极块时直流角向电场的幅值最大。然后色散分析了RM的结构变化对谐振频率的影响,PIC仿真研究了结构变化对RM输出性能的影响,得到一个性能较好的L波段RM结构,输出频率为1.3GHz左右。在此基础上,PIC仿真研究了透明阴极的变化对RM输出性能的影响。仿真结果表明,不同透明阴极RM起振快慢的不同,主要是由于透明阴极表面附近的直流角向电场幅值不同和阴极发射电子的表面积不同共同导致的,这两个条件同时满足越大时,RM起振就越快;当透明阴极叶片度数为30°,叶片个数为2个或3个,角向位置正对于阳极块时,RM的起振相对最快,比使用圆柱阴极的RM起振加快了38%~39%左右。最后根据仿真结果,设计加工了一个L波段RM结构和四种透明阴极结构,对其进行了实验测试。实验结果表明,RM的谐振频率在1.33GHz左右;相比传统圆柱阴极,各种透明阴极都能加快RM的起振,并且最快加快了30.23%;使用6个面30°的透明阴极相比使用圆柱阴极让RM的输出功率和效率都得到了提高,同时起振也加快了25.58%。实验结果佐证了仿真结果的正确性,选取合适的阴极叶片个数和阴极叶片度数能够使RM的输出性能得到一定提升。