近年来研究发现,在某些微波器件中填充等离子体以后,器件的输出功率和互作用效率都得到显著提高,同时等离子体还可改善电子注的传输质量,甚至取消笨重的外加磁场。全俄电技术研究所、美国休斯实验室和马里兰大学在这方面均有报道,我国电子科技大学高能电子学研究所也正在积极地开展该领域的各项研究工作。本文对任意磁场大小条件下的等离子填充耦合腔慢波结构特性进行了详细的理论研究和数值分析,并对等离子体阴极电子枪进行了实验研究。对于填充磁化等离子体慢波结构,通常采用的线路模型法遇到了困难,尤其当等离子体密度超过一定阈值,使得等离子体频率在耦合腔结构模式频率之上时。本文中采用分区域场匹配结合并矢格林函数、矩量法建立并数值求解磁化等离子体填充耦合腔慢波结构色散方程。利用矢量波函数边界条件在一维空间的射影结合本征函数展开法,构造电磁并矢格林函数,并求出真空区域磁场矢量算子,得到真空区域导纳矩阵元。从麦克斯韦方程组以及双成份等离子体粒子在外部轴向磁场的线性化运动方程出发导出任意纵向磁场中等离子体-腔漂移通道的双组分等离子体介电张量。根据前人推导的结果,结合Floquet定理得到磁化等离子体填充电子注通道场分量表达式,得出磁场矢量算子、相应的等离子体导纳矩阵元、并获得等离子体电子注通道功率流表达式。编制基于上述方法的耦合腔慢波结构特性计算程序,利用已知的耦合腔行波管(961HA)色散特性测试结果来验证算法准确度。然后进行小参量等离子体填充耦合腔慢波结构特性计算分析,得出以下结论:小参量、低密度等离子体填充没有从根本上改变电子注通道的场分布,这种情况下,耦合腔的冷测特性仅仅是对真空情况的修正,其带宽、耦合阻抗没有很大改善。当等离子体频率大于耦合腔结构模式(腔模)频率时候,系统中将出现等离子体—腔混合模式,这些模式几乎充满整个色散空间。对不同等离子体密度、磁场大小情况下的混合模式特性进行详细研究,发现混合模式色散特性受以下三个方面影响:(1)耦合腔慢波结构各个部分的尺寸;(2)等离子体密度;(3)磁炒笮?象征注波互作用效果的参量——耦合阻抗也随着电子注通道场结构分布的改变有大的提高。可以预见,在跳模工作方式下,等离子体耦合腔行波管的带宽、互作用效率均有大的提高。等离子体阴极电子枪是一类新型高电流、长脉冲电子注源,最先在PASOTRON中得到应用。本文中给出了等离子体阴极电子枪的典型设计,并搭建热测平台,采用连续馈气和脉冲馈气两套实验方案分别进行电子枪放电实验和高压出束实验。研究表明,等离子体阴极可以取代材料阴极,在某些HPM源特别是等离子体填充行波管中有很大的应用潜力。