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在广泛调研了相对论磁控管（RM）研究进展的基础上，首先对RM的Hull截止条件和Buneman-Hartree同步条件进行了理论分析，利用数值模拟方法得到了两种经典RM谐振系统的色散曲线，并比较了两种经典RM谐振系统的工作区域和色散特性曲线，指出10腔旭日型RM较A6型RM而言，有更宽的工作区域，同时有更好的模式隔离，更利于RM的稳定工作。 在整合实验室已有资源的研究成果的基础上，提出了世界上第一支永磁包装可调谐相对论磁控管的设计方案，对方案的可行性进行了论证，并对永磁包装可调谐相对论磁控管进行了前期实验研究。实验中设计加工了一个小腔深度可调的十腔旭日型阴极结构，对永磁包装下的RM调谐性能进行了实验，通过改变小谐振腔深度，频率变化范围为2.73GHz-2.88GHz，输出功率均大于1GW，效率在13％左右。同时进行了10Hz重复脉冲实验，在10Hz重复脉冲下，永磁包装RM取得了大于700MW的输出功率，效率大于8%。本次实验是在原有的永磁装置上进行的，其磁场峰值场强为5940Gs。 首次对磁场轴向不均匀性对RM性能的影响进行了研究。首先，针对广泛存在的磁场轴向不均匀性，分析了磁场不均匀性的来源及磁场各分量的空间分布，指出在轴向不均匀磁场中，磁场的径向分量是很小的，可以忽略。其次，分析了电子在正交静电场的轴向不均匀静磁场下的运动轨迹，定性分析得出其必然导致RM模式竞争加剧的结论，电子的轴向漂移会加剧这一作用。接着利用粒子模拟软件对轴向不均匀磁场下的RM进行了粒子模拟研究。粒子模拟结果与前面的理论分析一致，粒子模拟结果表明，当磁场轴向不均匀度小于6.9%时，RM可以正常工作。同时还发现一定程度的磁场轴向不均匀性（不均匀度在4%-6%之间时）可加速RM的起振。最后对减小磁场轴向不均匀性对RM影响进行了理论分析和粒子模拟研究，结果表明加长阴极杆能有效抑制电子轴向漂移，从而减小磁场轴向不均匀性引起的模式竞争。同时，与理想均匀场下短阴极支撑杆的仿真结果相比，实验测不均匀磁场下长阴极支撑杆的输出功率的效率都增加了约11%。 对世界上第一支永磁包装可调谐相对论磁控管进行了实验研究，实验采用了新的永磁装置，磁场峰值场强为4993Gs。实验结果在 S波段调谐带宽大于300MHz，中心频率为2.77GHz，输出功率大于500MW，效率6%-16%。分析认为，该实验装置的输出功率还有进一步提升的空间。