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本文建立起分析相对论返波管中注波互作用过程的自洽非线性理论,理论模型中计及了慢波结构两端口对电磁波的反射效应、正向波基波与注电子的异步互作用效应、电子注的空间电荷效应。对均匀慢波结构相对论返波管效率进行了数值模拟和优化,计算结果表明正向波基波与同步波在慢波线开始处的相差Φ0,正向波基波与电子注的异步互作用效应显著地影响微波产生效率,器件运行于最佳状态时,效率可达到27%。在截止波导与慢波波导之间设置一段光滑漂移段,调节漂移段的长度可实现对Φ0和电子注与正向波基波异步互作用效果的灵活调节。全电磁粒子模拟结果表明带漂移段的相对论返波管能高效率地产生高功率微波,且具有较宽的机械调谐潜力。