高功率和高频率是行波管的发展方向。带状电子注交错双栅行波管因其在大功率、太赫兹领域内具有卓越的性能和巨大的潜力而越来越多的得到人们的关注。随着对带状电子注交错双栅行波管研究的深入,带状电子注交错双栅行波管理论和仿真工具的不足愈发体现出来。为此,本文针对带状电子注交错双栅行波管中的色散分析、注波互作用分析等问题,利用电磁场理论和计算电磁学中的一些数值方法,对交错双栅慢波结构中的周期结构、集中衰减器、过渡连接段等结构组件中的电磁分布进行了理论描述和仿真计算,给出了对带状电子注交错双栅行波管注波互作用的高效的仿真程序。并通过与其它三维电磁仿真程序仿真结果及交错双栅行波管实验实测结果的相互对比,验证了本文理论和程序的可靠性。本文的主要工作和创新点包括:1.利用边界条件确定麦克斯韦方程组在交错双栅结构中的解,以得到交错双栅结构的场方程,求解交错双栅行波管的高频特性。利用得到的场方程,计算交错双栅结构的色散关系。通过电磁场方程和耦合阻抗的定义式,得到耦合阻抗的方程形式。最后,对利用场方法和等效电路法计算反射特性的办法进行了讨论,并用等效电路法计算单个周期交错双栅结构的散射矩阵。利用本方法得到的色散曲线与有限元法三维仿真软件得到的色散曲线十分吻合。2.从麦克斯韦方程组出发推导行波场和空间电荷场的场方程,进而推导理想导体假设下带状电子注通道内的电磁场方程。使用耦合阻抗、归一化相速等少数几个参数来反映不同慢波结构的影响,将具体的慢波结构形态与电子注通道内的场方程求解方法解耦。利用宏粒子对电子注的模拟计算,使用差分法求解宏粒子的运动学方程,并应用能量守恒原理来分析电磁波与电子注之间的能量交换过程。利用本方法得到的单段式行波管输出功率与基于时域有限差分法得到的结果十分访吻合,而仿真时间缩短约十倍。3.提出了实际导体下考虑导体损耗和反射的交错双栅行波管注波互作用的理论。在电子注通道内,通过电磁场理论得到电子注通道内场的形式,利用磁场计算电子注通道壁上的表面电流,进而计算电子注通道壁上的导体损耗。在电子注通道外,采取等效电路法对导体损耗进行分析。给出通过二端口子网络的散射矩阵计算整个二端口网络散射矩阵的方法。最后,讨论了算法的收敛性。利用本方法得到的单段式行波管输出功率与基于时域有限差分法得到的结果十分访吻合,而仿真时间大幅缩短。算法具有良好的收敛性。4.基于对交错双栅周期结构中注波互作用过程中能量交换和导体损耗等过程的理论,分析了带有集中衰减器的“两段式交错双栅行波管”所特有的集中衰减器和过渡结构中的物理过程,建立了带有集中衰减器的两段式交错双栅行波管的注波互作用的理论。给出了集中衰减器和过渡结构中的导体损耗以及集中衰减器中的介质损耗的计算算法。分析了在集中衰减器和过渡结构中空间电荷力的作用,以及空间电荷的电磁辐射。分析了矩形波导内带状电子注具有的等离子体频率降低因子。利用本方法得到的两段式行波管输出功率与基于时域有限差分法得到的结果十分吻合,而仿真时间大幅缩短。5.对交错双栅行波管注波互作用的分析算法进行集成与验证。将交错双栅行波管的色散分析算法、注波互作用分析算法、损耗分析算法及集中衰减器和过渡段的分析算法进行了整合集成。设计了交错双栅行波管分析程序的程序界面。并对比分析了整合后的分析程序的计算结果与实验实测结果。仿真得到的结果可以指导实验。