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磁绝缘线振荡器(MILO)是一种同轴正交场器件,它具有高功率、较高效率、结构简单、不需外加磁场、阻抗低、单频性好等许多优点,具有非常重要的应用前景。目前,国内外对MILO的研究工作多集中在L波段和C波段,且实验也已获得了GW级的高功率微波输出,但对于1GHz以下的P波段MILO还未见到相关的报道,而工作在P波段的高功率微波源仍然有它潜在的国防和工业应用前景,有必要进行深入的研究。本文对工作在小于1GHz的P波段MILO从初步理论分析、粒子模拟、实验设计三个方面开展了研究,得到一些有意义的结果。在理论研究中,本文根据MILO同轴慢波结构中TM模色散方程,通过编程求解得到了在一定结构参数条件下的MILO同轴慢波结构中TM模的色散曲线,从而得到了能够工作在P波段频带范围内的MILO器件慢波结构的近似尺寸,为P波段MILO的粒子模拟研究和优化设计提供了初始结构参数。在模拟研究中,采用2.5维全电磁粒子模拟软件对四种工作在P波段MILO器件进行了粒子模拟。(1)我们以负载限制型MILO为模型研究了P波段MILO的几何结构参数及电子束参数对其工作特性的影响,得到了许多有用的规律性认识;(2)通过调整各项参数进行模拟优化,所设计的P波段负载限制型MILO获得了较好的微波输出:在外加工作电压为540kV,二极管电流为56kA的条件下,获得频率为640MHz,平均功率5.17GW,束波转换效率17%的模拟结果。器件结纵向长度为42cm,直径约为44cm;(3)对结构较紧凑的P波段负载限制型MILO进行了粒子模拟,器件中仅含有五根慢波叶片,其中只使用了一根扼流叶片,但作用明显,在外加工作电压为550kV,二极管电流为57kA的条件下,获得频率为640MHz,平均功率5.46GW,束波转换效率17.4%的模拟结果;(4)对工作在P波段的渐变型MILO进行了粒子模拟,在外加工作电压为550kV,二极管电流为57kA的条件下,获得频率为640MHz,平均功率6GW,束波转换效率19.1%的高功率微波输出;(5)结合负载限制型MILO和渐变型MILO的优点,提出了混合型MILO的想法,在外加工作电压为550kV,二极管电流为57kA的条件下,获得频率为640MHz,平均功率4.27GW,束波转换效率13.6%的高功率微波输出。在系统的实验设计中,主要从器件与实验室现有加速器匹配、辐射系统设计及器件工程设计三方面进行。利用高频场分析软件完成了该器件的辐射系统设计,该辐射系统完成了TEM模到TM01模的模式转换、辐射波导与空间的匹配辐射、内导体的机械支撑、以及内外导体的金属连接等功能,且辐射系统的效率大于95%。最终,参考粒子模拟结果和辐射系统设计完成了对P波段负载限制型MILO器件的工程设计。这些研究成果对今后开展P波段MILO的实验研究具有一定的参考意义。