行波管是微波电真空器件中应用最为广泛的一类器件,它通过分布式注-波互作用实现信号放大,具有大功率、宽频宽和高效率等优点。随着用户对器件的工作频段要求越来越高,希望得到的功率越来越大,高频段、大功率电真空器件也成为业界的追求目标。工作在低频段的真空电子器件研制相对成熟,已有大量管型广泛应用于军事和民商领域。而在毫米波的高频部分特别是W波段及以上的频段,相关电真空器件的研究还相对薄弱。W波段和220 GHz频段均处于“大气窗口”,有穿透性强、抗干扰、波束窄和分辨率高等优点,有着广泛的发展空间。因此对工作在W波段及以上频段的大功率微波真空电子器件的研究具有较高的使用价值和现实意义。本论文设计研究了一种可以工作在W波段且输出功率可以达到1 kW及以上的带状注行波管,对其注波互作用进行模拟分析,并对慢波系统进行加工、组装、“冷测”实验及对比论证。主要研究内容如下:1.针对三槽梯形线慢波结构进行优化改进,分析不同结构参数的变化对高频特性的影响,从而确定工作在W波段的三槽梯形线慢波结构尺寸。设计了匹配三槽梯形线慢波结构的阶梯渐变过渡波导,设计匹配良好的盒型输出窗,为微波功率提供一个输出窗口。对传输特性进行仿真和优化,慢波系统在91.3-100.6 GHz频带内电压驻波比VSWR低于1.2。2.利用CST仿真软件对W波段带状注三槽梯形线行波管的注波互作用进行粒子模拟,调整参数在最大的带宽上达到预期的功率和增益,仿真结果显示:无损耗时,在93 GHz~99 GHz频带内,输出功率大于1kW。在94.3 GHz处输出功率最高为1260 W,电子效率为11.4%。3.设计测试需用的加持模具,利用UG作图软件对慢波系统所有部件进行工程制图,一并加工、组装和“冷测”。测试结果显示,在89.34~99.12 GHz范围内VSWR均小于1.5,与仿真结果基本吻合,说明系统传输特性良好,满足设计要求。4.提出并设计了一种新型螺旋槽矩形波导慢波结构。将该结构应用于W波段和220 GHz频段并计算其高频特性,与传统交错双栅慢波结构的高频特性进行对比和分析。新结构具有易于加工、耦合阻抗高、工作电压低等显著优点,为W波段大功率行波管和220 GHz频段太赫兹行波管的研制提供一个新思路。