回旋速调管放大器作为一种能够在毫米波段获得高功率、高效率及一定带宽的新型毫米波相干辐射源,在高功率毫米波雷达、电子对抗、定向能武器、通讯、精确制导、材料处理和高能粒子加速器等领域有着广泛的应用前景,在国际上受到了广泛关注。 在真空电子器件中电子注与高频场的相互作用直接决定了器件的电子效率和器件的工作性能。因此,电子注一波互作用的研究是目前研究最为广泛的课题项目之一,也是器件研究的最重要的、关键的内容。 本学位论文基于自洽非线性理论,建立了回旋速调管放大器中电子注-波互作用的自洽非线性方程组,利用Microsoft Developer Studio Fortran 9.0软件工作平台,自行开发了具有自主知识产权的电子注-波互作用的自洽非线性计算程序GKLSC;利用该程序对回旋速调管放大器的注-波互作用进行了深入的研究和分析。在本论文中我们主要对基波两腔回旋速调管放大器、基波三腔回旋速调管放大器、二次谐波两腔回旋速调管放大器和二次谐波三腔回旋速调管放大器的注-波互作用进行了模拟研究;阐述了基次和二次谐波注-波互作用的物理图景和特征;详细分析了器件结构和工作参数(电子注电压、电子注电流、速度比值、归一化引导中心半径和磁场波动等)对器件输出功率、效率和增益的影响。此外,我们还应用该程序对回旋速调管放大器输出腔的特性进行了初步研究。 粒子模拟软件MAGIC作为一个大型粒子模拟软件,在模拟计算电磁场和粒子的时间演变过程和注-波互作用方面具有先天优势;同时由于具有优化算法和功能齐全的模块,因而可以模拟许多实际的电磁场与粒子的运动过程。在自洽非线性模拟程序设计的器件的基础上,我们利用MAGIC软件分别对基波三腔回旋速调管放大器、二次谐波两腔回旋速调管放大器和二次谐波三腔回旋速调管放大器进行了模拟研究;讨论了器件结构和不同工作参数对器件性能的影响。此外,我们还应用高频模拟软件HFSS对器件输出腔的品质因数和本征频率进行了计算分析。 在研究回旋速调管放大器的结构参数和工作参数对电子效率和增益的影响