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在高功率微波领域的研究进程中,增大输出功率和提高转换效率一直是该领域的重要目标。而渡越时间振荡器作为高功率微波领域的典型器件之一,具有腔体构造简单,输出功率高且工作频点单一的优点,从而受到科研人员关注。目前,大多数渡越时间振荡器通常使用栅网结构或圆柱腔结构,同轴结构的研究则相对较少,而同轴结构可增大腔体结构的空间电荷限制电流,从而增大整管的输出功率。基于此,为了提高输出功率和器件效率,本文设计了一种基于渡越时间效应的,工作于S波段的同轴扩展互作用腔振荡器,并对该器件进行了详细研究,具体研究内容如下:1.分析了在同轴漂移管中的空间电荷限制流,结果表明同轴结构有利于提高器件的效率。同时分析了在同轴结构中保证电子束稳定传输的临界磁场取值。接着分析了基于小信号前提下,单腔结构与两腔结构中电子注与?模场的作用情况,推导了电子在离开间隙时的速度及动能,最后得到了电子负载电导和效率的表达式;2.通过理论分析了S波段同轴相对论扩展互作用腔振荡器的主要设计参量,同时结合实际工艺等方面给出了各参量的设计标准;3.利用软件对S波段同轴相对论扩展互作用腔振荡器的高频特性进行了研究,主要分析了调制腔中0模场和?模场以及输出腔中01TM模场,同时分别研究了多个设计参量对腔体高频特性的影响,为S波段同轴相对论扩展互作用腔振荡器的设计提供依据;4.通过PIC粒子模拟分别研究了电子束在调制腔中与高频场的作用过程以及电子束在输出腔中的微波提取过程,最后对整腔结构进行了PIC粒子模拟。粒子模拟结果表明,在引导磁场1T,电子束电压900kV电流9kA的条件下,整管的输出微波功率为2GW,微波频率为2.408GHz,效率为24.7%。通过本文的研究,S波段同轴相对论扩展互作用腔振荡器表现出了良好的输出性能,表明同轴结构在高功率微波源方面的应用是可行的,同时本文的研究也为进一步探究同轴结构的高功率微波器件奠定了基础。