本书是一本关于大功率交错栅带状注行波管互作用关键技术研究的专著。
带状注行波管的提出和发展在毫米波通信、视频合成孔径雷达、深空探测等对功率、功耗、体积和重量要求苛刻的领域展示出了巨大的潜力与优势。而在其向大功率发展时仍存在诸多理论问题和技术瓶颈，如：功率极限问题、多模振荡问题、效率受限问题等。本书针对上述问题，从基础前提、技术实现和面向应用三个方面开展研究：首先深入研究了限制毫米波带状注行波管大功率输出和高效互作用的核心问题，提出了高阶模工作技术、一体化微流体散热技术、新型的振荡抑制技术等；其次构建了振荡阈值判断方法、基于特殊分段函数的相速全周期相速快速优化方法；最后揭示了电子“群聚势阱”高效换能物理机理，成功实现了带状注行波管输出功率与互作用效率的大幅提升。
本书适用于微波电真空器件研发工程师、高功率微波技术研究生等阅读使用。

第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 带状注行波管的发展历史
1.2.2 带状注行波管的发展瓶颈和研究热点
1.2.3 带状注行波管的整管实验研究现状
1.3 主要贡献和创新
1.4 主要结构安排
第2章 高阶模带状注扩展极限与工作可行性研究
2.1 引言
2.2 交错栅结构模式色散分析
2.2.1 高阶模本征模场特征分析
2.2.2 高阶模极限宽度扩展研究
2.3 高阶模最优工作条件设计
2.3.1 高阶模的耦合阻抗特性
2.3.2 极限宽度下的振荡问题
2.4 高阶模的匹配与优化算法
2.5 高阶模的互作用特性研究
2.6 太赫兹频段下加工与冷测
2.7 本章小结
第3章 带状注交错栅的大功率容量高频系统研究
3.1 引言
3.2 交错栅最佳互作用条件与色散设计
3.2.1 两个核心参数对冷参数的影响
3.2.2 交错栅最佳交错角度色散设计
3.3 梯形交错栅结构的提出与性能分析
3.3.1 梯形交错栅结构的提出
3.3.2 梯形交错栅结构的性能分析
3.4 基于微流体设计的热功率容量分析
3.5 梯形交错栅的加工冷测与误差模拟
3.6 本章小结
第4章 大功率带状注行波管模式振荡与抑制研究
4.1 引言
4.2 反馈增益本征值方法对振荡阈值的预测研究
4.2.1 变周期互作用段的一维非线性理论
4.2.2 自激振荡的判定和稳定性理论分析
4.2.3 恒定反射下电流电压的稳定性阈值
4.2.4 实际反射条件下的稳定性阈值计算
4.2.5 关于下边带稳定性计算误差的讨论
4.3 高阶模的振荡观测与抑制技术研究
4.3.1 潜在的高阶模振荡理论分析与观测
4.3.2 模式选择滤波器的提出与设计方法
4.3.3 放缩模型设计与模式转换器的提出
4.3.4 太赫兹频段下冷测与误差模拟分析
4.4 π模和2π模处的振荡问题与抑制方案讨论
4.4.1 边带振荡问题的分析模型
4.4.2 π模处的振荡问题
4.4.3 2π模处的振荡问题
4.5 本章小结
第5章 全周期相速与电场调控下高效互作用研究
5.1 引言
5.2 影响互作用效率的因素
5.2.1 非同步条件参量对效率的影响
5.2.2 全周期相速调控对效率的影响
5.3 电场调控对效率的提升
5.3.1 魔鬼犄角电场构造和理论研究
5.3.2 魔鬼犄角电场互作用特性分析
5.3.3 关于带状注异常增益问题讨论
5.3.4 单极降压收集极效率提升研究
5.4 本章小结
第6章 带状注交错栅的高频系统小型化技术研究
6.1 引言
6.2 基于双脊波导的横向扁平化互作用段研究
6.2.1 双脊波导加载对模式色散的调控
6.2.2 双脊交错栅的场特性与匹配设计
6.2.3 双脊交错栅互作用性能对比研究
6.2.4 边带稳定性验证与带宽扩展分析
6.2.5 双脊交错栅模型加工与冷测验证
6.3 基于极化旋转器的纵向紧凑化功率耦合器研究
6.3.1 三端口耦合器原理与特性分析
6.3.2 极化旋转耦合器的设计与优化
6.3.3 谐振模式分析与抑制方案研究
6.3.4 耦合器模型的加工与冷测验证
6.4 本章小结
第7章 总结与展望
7.1 多尺度耦合模拟下的结构探索与整体设计
7.2 基于仿真的设计方法与柔性制造系统的结合
7.3 先进微加工技术与检测技术的应用
参考文献

真空电子器件是一个古 老又充满生机的领域，带状 注行波管的提出，丰富并拓 展了真空电子器件的应用场 景。携带更高能量的电子、 更大的功率输出以及轻量的 平面化聚焦系统等特征使得 带状注行波管的功率密度（ 单位体积内产生的功率）远 超传统行波管甚至接近传统 回旋行波管，从而在毫米波 通信、视频合成孔径雷达、 深空探测、电子对抗等对功 率、功耗、体积和重量要求 苛刻的领域展示出了巨大的 潜力与优势。特别是在毫米 波乃至太赫兹频段展示出的 大功率输出能力，成为区别 于固态器件和光子器件的重 要标志。 互作用段作为容纳高能 电子与电磁场相互作用的场 所，决定着最本质的能量交 换能力，是行波管设计的核 心。其中，交错栅互作用结 构得益于横向扩宽的互作用 区、全金属化的高导热特性 、天然的带状电子通道以及 易集成的扁平化结构等优势 ，成为设计带状注互作用段 的热门选择之一。当前，交 错栅带状注行波管向大功率 发展时仍存在诸多理论问题 和技术瓶颈，如功率极限问 题、多模振荡问题、效率受 限问题等。这一系列问题制 约了大功率交错栅带状注行 波管的发展与应用。 针对上述问题，本研究 从前提基础、技术实现和面 向应用等三个方面逐步开展 理论探索与实验研究，为充 分发挥带状电子优势、实现 交错栅带状注行波管大功率 输出能力提供了若干建议和 方案支撑。主要研究内容概 述如下：（1）针对交错栅 带状注行波管在太赫兹频段 由于尺寸共渡效应致使功率 受限的根源问题，开展了高 阶模带状注扩展极限与工作 可行性研究；（2）针对交 错栅带状注行波管在毫米波 频段高平均功率工作状态下 功率容量和散热能力不足的 突出问题，开展了带状注交 错栅的大功率容量高频系统 研究；（3）针对交错栅带 状注行波管在高电压大电流 工作条件下潜在的多源振荡 的复杂问题，开展了大功率 带状注行波管模式振荡与抑 制研究；（4）针对交错栅 带状注行波管功率和效率提 升的技术问题，开展了全周 期相速与电场调控下高效互 作用研究；（5）针对交错 栅带状注行波管聚焦系统设 计中面临的高度方向距离大 、磁场强度需求高、带状电 子传输距离短的实际问题， 开展了带状注交错栅的高频 系统小型化技术研究。 在本书的写作过程中， 作者参阅了大量国内外相关 文献，并从中受益良多；同 时，还得到了导师、同学、 同事、朋友与家人的指导和 帮助，在此一并表示衷心的 感谢。 由于作者水平有限，书 中难免存在疏漏与不足，恳 请各位专家和读者批评指正 ，以期进一步改进和完善。 万易鑫 2025年10月