分布互作用速调管是在高频率条件下实现高增益、宽带宽和高功率的微波真空电子器件,而多间隙耦合腔是其提高增益带宽积和功率容量的关键技术。本论文基于空间电荷波和粒子运动学理论,围绕其中注波同步、耦合、稳定性以及非线性注波互作用等相关主题开展理论和模拟分析,主要开展了以下几方面的工作:　　 1.从耦合系数基本定义出发,结合周期与非周期结构中空间谐波特性,分别讨论了其数学物理意义。基于空间电荷波理论,考虑了电子注的边缘效应和径向电场影响,拓展了原有互作用理论的适用范围,形成了多间隙耦合腔中注波互作用线性理论,获得了电子注电导、耦合系数模的平方和群聚电流的一般公式。　　 2.基于线性理论,分析了2π模工作时电子注电压、耦合腔周期长度、微波频率和导流系数对耦合系数模的平方、归一化电子注电导和群聚电流特性的影响,对多间隙耦合腔中注-波同步和耦合进行了较为全面的讨论。以Ku波段三间隙耦合腔为例,分别讨论了2π模、π模和π/2模注-波耦合与同步特点,并对这三种模式作为工作模式的适应性进行了分析和比较。结果表明,2π模耦合系数模平方虽然较低,但其归一化电子注电导和归一化群聚电流最大值却比较大。在等电压情况下,2π模对应同步周期长度最大,有利于提高电子转换效率,而π模和π/2模一次谐波对应同步周期长度较小。　　 3.基于一种多间隙耦合腔稳定性的判定标准,利用耦合腔衍射品质因数与电子注品质因数的比值来分析电路的稳定性。利用这一判定标准,讨论了2π模工作时电子注电导和间隙数目N对稳定性的影响。以Ku波段三间隙耦合腔为例,分别讨论了2π模、π模和π/2模各自作为工作模式的稳定性。结果表明,三种模式都存在稳定工作参数区域,但间隙数目增加、导流系数增大和输出加载减小都可能引起不稳定性。　　 4.从运动学基本理论出发,导出了多间隙耦合腔中注波互作用的非线性方程。分别讨论了单间隙、双间隙和三间隙耦合腔中初始相位、漂移管距离、间隙电压(调制系数)对电子转换效率的影响。结果表明,在总调制系数一定的情况下,不同间隙数目的耦合腔对2π和π模工作可以达到几乎相近的总最大电子转换效率。分析发现,多间隙腔的总电子转换效率最大值并不是取决于电子在某个间隙内获得最大减速,而是电子在这一间隙释放能量后,同时速度变化使电子注的群聚更有效,为在下一个或若干个间隙更好的释放能量,实现电子在所有间隙发生互作用的最佳结合。