磁控管作为一种微波功率源,在高效率、紧凑型微波源领域占据着显著的地位。相比较其他的微波功率源,其最主要的特点是功率高、效率很高、工作电压较低,此外它还有结构简单、工作稳定性高、和批量生产成本低等一系列优点。由于一些工艺上导致的尺寸误差,生产出来的磁控管的频率会有偏移、相位不稳定,导致同一型号的多个磁控管的输出不能直接进行功率合成,所以锁相技术在磁控管领域的研究中是一个热点,并且它在雷达、通讯、微波能应用等很多领域都有着广阔的应用前景。本课题中利用阻抗变换技术来设计一种磁控管的能量耦合结构,该结构的耦合口耦合少部分能量来和另一个同样的磁控管互锁,达到两个磁控管的输出频率相同、相位差恒定的目的。本文就Ka波段异腔磁控管及其能量耦合结构进行了研究,特别是针对了基于能量耦合结构的锁频锁相问题进行理论和仿真分析,主要内容包括:1.设计22腔Ka波段异腔磁控管的谐振系统,使用3D电磁仿真软件CST对谐振系统进行建模和冷腔仿真,得到π模的谐振频率为36.201GHz。2.设计磁控管的能量输出器并对其进行冷腔仿真,分析工字型阻抗变换器尺寸变化对能量输出器输出性能的影响。将优化后的能量输出器作为磁控管的输出口,对其进行建模和粒子模拟,得到磁控管的工作频率为37.083GHz,输出功率为13.78kW,效率为15.73%。3.分析基于能量耦合结构的锁频锁相技术的工作原理,设计应用于Ka波段磁控管的能量耦合结构,并对其进行冷腔仿真。在耦合口上加激励信号,然后对使用了能量耦合结构的磁控管进行粒子模拟,验证其可以实现锁频锁相的目的,得到输出功率约为12.01kW,效率为13.21%。