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磁绝缘线振荡器(MILO)是一种吉瓦级同轴正交场器件，与线性磁控管相似。主要优点在于它的直流磁场是由管子内部电流提供，不需要外加磁场，使得MILO结构紧凑，重量轻，可以在低阻抗下工作。这种自绝缘特性使得它可以在输入非常高的电压(数百千伏)和电功率(数十吉瓦)下工作而阴阳极之间不产生击穿，因此MILO是一种很有吸引力的高功率微波源。本文从MILO的同轴慢波结构色散特性、谐振腔高频特性和粒子模拟三个方面对S波段MILO进行了研究。本论文的主要内容如下：一、对国内外MILO的总体研究进展进行了分析、综述。对MILO的工作原理进行了介绍。二、推导MILO无限长同轴慢波结构TM场的色散方程，通过编程计算研究了S波段MILO的色散关系，得出了慢波结构参数对器件频率影响的规律。三、通过模拟计算对S波段MILO的同轴慢波结构谐振腔、MILO的封闭腔和开放腔等高频特性也进行了研究。四、通过大量的粒子模拟，对S波段的MILO进行了优化设计，在输入电压450kV、总电流40.1kA的条件下，得到频率为2.42GHz、平均功率为1.80GW的微波输出，功率转换效率为10.0％。研究了S波段MILO中各参数对微波输出功率、微波频率和功率转换效率的影响，并在此基础上对三种改进型MILO进行了模拟和优化，使得在频率变化很小的情况下，起振时间都有所减小，输出功率和转换效率都得到了提高。第一种MILO结构在输入电压为450kV、总电流42.0kA的条件下输出微波平均功率为2.35GW，功率转换效率为12.4％，频率为2.41GHz；第二种MILO结构在输入电压为450kV、总电流41.8kA的条件下输出微波平均功率为2.20GW，功率转换效率为11.7％，频率为2.41GHz；第三种MILO结构在输入电压为450kV、总电流42.1kA的条件下输出微波平均功率为2.25GW，功率转换效率为11.9％，频率为2.41GHz。