等离子体微波电子学是微波技术、微波电子学、气体电子学、等离子体电子学等的交叉学科。研究在传统微波器件中存在气体或等离子体后，束、波、等离子体两两或三体互作用的机理，并由此研制微波器件，是近年来等离子体微波电子学发展最为迅速、最为活跃的方向之一。 本课题主要是研究等离子体对微波管的影响。研究内容主要有以下两个方面： 1、以相对论返波振荡器为例，采用KARAT粒子模拟软件，通过粒子诊断，深入研究了充等离子体相对论返波振荡器中脉冲缩短现象的机理。2、使用OOPIC粒子模拟软件研究了存在残留中性背景气体的速调管中的离子噪声问题。课题研究主要内容和创新之处在于： 1、深入研究了充等离子体高功率微波器件中脉冲缩短现象的机理。以相对论返波振荡器为例，采用KARAT粒子模拟软件模拟了填充中性气体对脉冲输出的影响，分段填充中性气体对微波脉冲输出的影响，并比较了充入不同种类的中性气体对微波脉冲输出的影响。模拟结果表明： (1)以He气为例，随着填充中性气体密度的增加，产生的等离子体密度增加，当到达一定程度时，器件就会出现明显的脉冲缩短现象。 (2)电子注碰撞中性气体产生等离子体的速率与中性气体的核电荷数相关。填充中性气体的核电荷数越大，在单位时间内产生的等离子体就越多，在相同时间内，导致脉冲缩短现象所需填充的中性气体密度就越小。 (3)等离子体填充相对论返波振荡器的脉冲缩短现象主要是由于等离子体密度过高，破坏了电子束的群聚状态，使电子束与波互作用效率降低，导致脉冲缩短。 (4)在等离子体密度达到一定值时，满足共振吸收条件，等离子体吸收微波也是脉冲缩短的原因之一。 (5)分段填充中性气体的研究表明：在慢波结构前段，电子束还没群聚，而在慢波结构后段，电子束与波换能已基本完成，因此对输出功率影响不大；在慢波结构中段，电子束充分群聚，电子束与波互作用充分，高密度的等离子体的形成使得电子束群聚质量变差，严重影响微波输出。 2、研究了存在残留中性背景气体的速调管中的离子噪声问题。采用OOPIC粒子模拟软件，得到了填充中性气体速调管输出信号的离子噪声图像。从理论上阐述了束电子、离子、二次电子和电磁波之间的相互作用的动力学过程。模拟结果表明： (1)离子噪声所表现出来的相位波动是由电子束速度的波动引起的，电子束速度的变化来源于管子内离子数量的变化，离子的数量变化又与电子束状态变化相互影响，这是离子噪声产生的根本原因。 (2)二次电子对离子噪声产生过程的影响很小，但是其行为却反映了离子噪声的形成机理。 (3)离子噪声引发的输出信号幅度波动取决于电子束速度和半径的改变，与离子行为密切相关。