行波管有着宽频带、大功率、高效率、高增益、小体积等优点,在真空电子器件中占据着重要地位。随着行波管技术的迅速发展,对其频带宽度、功率大小、设备体积以及散热性能等设计指标的要求也不断提升。对行波管来说,扩宽频带和提升功率不仅能够带来性能上的提升,还能减少电子战系统中的用管数量,节省经济成本,产生重大的经济效益。行波管的研究向着更宽的工作频带,更大的输出功率方向发展具有很高的现实价值和研究意义。基于上述原因,在参考了大量文献的基础上,本论文对超宽带行波管的多种关键技术进行了研究,通过仿真建模软件CST和MTSS对2.7-12GHz的二倍频程超宽带螺旋线行波管进行了仿真建模设计及分析。为了抑制注波互作用的返波振荡,谐波输出和提高输出功率,本文对该超宽带行波管的高频特性,注波互作用特性以及输入输出装置结构进行了研究。本文的主要工作主要如下:一、为实现宽频带,选择了适合的慢波结构及尺寸,系统全面地研究了二倍频程超宽带行波管的慢波结构对高频特性的影响。总结规律,对螺旋线内半径、翼片内半径、翼片夹角以及螺距等多种对高频特性影响较大的慢波结构进行仿真分析,得到了在工作频段内合适的慢波结构参数。二、对抑制返波振荡、抑制二次谐波以及提高电子效率的方法进行深入的探究,采用了内置衰减器的方式来抑制返波振荡,针对超宽带行波管二次谐波的抑制采用翼片内半径和螺距共同跳变的方式,再结合相速跳变技术,找到饱和输出功率前合适的螺距降低点,有效的提高了超宽带行波管的电子效率。三、结合多种超宽带行波管的关键性技术,设计出一种互作用分布使工作频段内所有频点的输出功率大幅提升,在输入段采用色散曲线较为平坦高耦合阻抗的结构,输出段采用超反常色散耦合阻抗低的结构。通过MTSS仿真软件完成了对工作频段在2.7-12GHz的二倍频程超宽带行波管的仿真设计,对各频点输出功率和二次谐波抑制比进行了模拟计算,实现2.7-12GHz频段内各个频点的输出功率大于160W,电子效率大于16%,谐波抑制比小于-4.7dBc。四、设计了二倍频程超宽带行波管的输入输出装置。在行波管的输入输出部分设计了输入输出窗以及相连的同轴阻抗变换器,最后优化得到在整个2.7-12GHz的工作频带内驻波系数均小于1.85的输能结构。