螺旋线行波管是一种大功率、宽频带、高增益、高效率的微波/毫米波功率放大器件,当前在真空电子器件领域中其研究和发展最为活跃,并广泛应用于雷达、通信、电子对抗等现代军事装备中。其主要机理为通过电子注和电磁波的相互作用,将电子注的能量转换给高频电磁波,从而实现高频信号的功率放大。因此,对行波管中电子注和电磁波相互作用的物理过程进行深入研究和分析十分必要。本论文采用粒子模拟(PIC)方法跟踪单个周期内电子的运动,并利用滑动窗时域有限差分法(MWFDTD)计算电磁波的传播和激励,从而对螺旋线行波管电子注和电磁波的相互作用过程进行模拟和分析研究。本论文主要工作和创新之处在于以下三个方面:(1)建立了螺旋线行波管二维物理模型通过采用螺旋导电面近似代替螺旋线,均匀介质圆环替代介质夹持杆的简化处理,建立了螺旋线行波管二维物理模型;同时,给出了PIC数值模拟中所需要的螺旋导电面边界条件。(2)对模拟空间进行了二维Yee网格划分通过计算确定了一个导波长度的模拟空间,并在此空间进行了二维网格划分;根据PIC数值模拟方法和滑动窗时域有限差分法(MWFDTD)确定了各场分量在网格节点和网格空间中的位置,同时给出了模拟中所需要的边界条件。(3)对电场、磁场以及电子注相关物理量初始值进行了确定,编程对螺旋线行波管单个周期内电子注和电磁波相互作用过程进行了数值模拟。跟踪模拟了螺旋线行波管中电磁波和电子注能量以及电子宏粒子在相空间速度和相对位置的变化。