磁绝缘线振荡器（Magnetically Insulated Transmission Line Oscillator,MILO）是当今高峰值功率、无磁场、紧凑型窄带高功率微波（High-Power Microwave,HPM）产生器件的典型代表,也是当前高功率微波产生器件的研究热点之一。传统MILO输出的微波频率不可调节,属于典型的窄带高功率微波产生器件,随着MILO理论与应用研究的发展,大范围频率调谐已成为其重要发展方向之一。本课题提出一种跨波段（L、S波段）调谐磁绝缘线振荡器系统,该系统包括调谐MILO、调谐模式转换器和宽带辐射部件。论文的主要研究内容及创新点如下:1、MILO的理论研究论文系统阐述了MILO主慢波结构设计的基本原理和步骤,建立了一个频率为1.575 GHz的负载限制型MILO模型。以该模型为基础,分析了MILO的自磁绝缘、束波相互作用等工作特性。重点研究了MILO的调谐特性和功率效率;分析了调谐过程中微波频率、归一化相速度、模式分隔度、耦合阻抗等参数的变化规律;得到了在大范围调谐的同时,保证器件稳定工作且提高器件整体功率效率的调谐技术方案。该技术方案为:在传统MILO的基础上增加调谐机构来改变慢波结构的外半径,从而改变MILO产生的微波频率,构成一个跨波段调谐MILO。2、MILO的模拟研究通过设计和仿真优化,得到1.575 GHz的负载限制型MILO,并对本征模、品质因数、热腔特性等参数进行了分析。当工作电压为590 k V、输入电功率为29 GW时,微波输出功率为5.0 GW,频率为1.575 GHz,功率效率为17.2%。在相同的输入电参数下研究分析MILO的调谐特性和功率效率,调谐MILO的最高功率效率为20.1%,对应的输出功率为5.6 GW,微波频率为1.425 GHz。在该输入电参数下进行调谐,相应的3 d B频率调谐范围为0.85～2.12 GHz,调谐带宽为85.5%。提出了一种具有非均匀叶片的新型MILO模型。典型模拟结果为:当输入电压为586 k V、输入电功率为28.7 GW时,改变叶片外半径,非均匀新型MILO的最大功率效率达到22.0%,微波频率为1.42 GHz。在该输入电参数下进行调谐,相应的3d B频率调谐范围为0.95～2.05 GHz,调谐带宽为73.3%。提出了一种新型加脊MILO模型。通过对加脊SWS的慢波特性和色散特性进行物理分析和模拟仿真,证实该新型加脊MILO的脊结构可有效提高束波相互作用且不影响调谐特性。在外加电压为580 k V,输入电功率为30.0 GW时,得到工作频率为1.440 GHz、功率为7.1 GW的微波输出,功率效率为23.7%。在该输入电参数下进行调谐,相应的3 d B频率调谐范围为0.75～2.10 GHz,调谐带宽为94.7%。在外加电压为815 k V,输入电功率为59.5 GW时,得到工作频率为1.440GHz、功率为16.4 GW的微波输出,功率效率为27.6%。3、调谐模式转换器的仿真研究设计了调谐同轴插板式TEM-TE11模式转换器,工作频带范围为1.63～2.12GHz,相应的转换效率超过95%,带宽为26.1%。设计了径向折叠式TEM-线极化TE11宽带调谐模式转换器,它具有结构简单、调谐更方便、调谐带宽更宽、转换效率更高、匹配和调谐机构控制更精准、密封性更好等优点。通过调节调谐机构,在整个频带1.45～2.35 GHz范围内该模式转换器的转换效率都大于99%,调谐带宽为47.4%。4、调谐MILO系统的实验研究在调谐径向折叠式TEM-线极化TE11模式转换器的低功率实验中,该调谐模式转换器可以有效地将同轴波导TEM模转换为圆波导线极化TE11模,在频率1.55～2.35 GHz范围内转换效率达到99%以上。仿真与实验的方向图具有较好的一致性,说明没有杂模产生。在传统调谐MILO系统的高功率实验中,当二极管电压、脉冲宽度和电流分别为486 k V、90 ns和51 k A时,该系统的最大输出功率为3.7 GW,相应的功率效率为14.8%,微波脉冲宽度为29 ns。在该输入电参数下进行调谐,相应的3d B频率调谐范围为1.552～2.168 GHz,调谐带宽为33.1%。在加脊调谐MILO系统的高功率实验中,当二极管电压、脉冲宽度和电流分别为510 k V、90 ns和49 k A时,该系统的最大输出功率为4.3 GW,相应的功率效率为16.8%,微波脉冲宽度为43 ns。在该输入电参数下进行调谐,相应的3d B频率调谐范围为1.536～2.100 GHz,调谐带宽为31.0%。