微波功率模块(MPM)是一种新型功率放大器,它既有行波管输出功率大、效率高的优点,也具有固态放大器体积小、噪声低的优点。微波功率模块因其优良的特性在军事及民用等领域具有重要的价值。目前在微波频段,螺旋线慢波结构大量应用在微波功率模块中,它具有带宽宽,高效率等优点。当需要工作在毫米波频段时,螺旋线慢波结构由于尺寸共渡效应,将变得非常小。此时不仅螺旋线,与之匹配的圆形注电子枪也将面临加工困难的问题,因此,在毫米波频段,能够应用于带状注的平面慢波结构近年来受到了全球各地极大的关注。这种慢波结构有天然的带状注通道,由于电磁波在这种慢波结构内是以表面波的形式传输,不需要考虑电子注信号与电磁信号分离。随着带状注电子枪以及行波管小型化的发展,这种平面慢波结构具有相当大的市场应用前景。这种基于平面微带传输线所设计的慢波结构对行波管的小型化有着极大的推动作用,如果将该结构应用于MPM中,将会减小结构尺寸,也解决了螺旋线行波管相匹配的圆形注电子枪加工困难的问题。本文从计算机仿真以及加工实测两方面对微带型慢波结构进行了深入的研究,将微带型慢波结构作为第一级放大器。为了进一步放大功率,再设计一只Ka波段交错双栅行波管作为次级放大器,从而使得行波管能够在Ka波段拥有较大的功率输出。本文的主要研究内容如下:(1)设计一种利用金刚石介质杆支撑的Ka波段U型平面曲折线行波管。主要工作有:设计高频结构,接着设计了脊波导输入/输出结构使其能过渡到标准波导口BJ320中,利用仿真所得的参数,在CST中建立全周期模型计算S参数与PIC注-波互作用,仿真结果表明,32-38 GHz的频带范围内,回波损耗低于-15 dB,输出增益峰值可以达到20 dB,最大功率输出可达57W。最后对整个慢波结构进行加工、装配并测试传输特性。(2)设计满足平面曲折线行波管需求的电子光学系统,主要内容包括:以皮尔斯电子枪理论为基础,设计带状注电子枪,然后设计周期聚焦系统PCM保证注-波互作用的顺利进行,并且保证电子能够顺利经过慢波结构。(3)设计Ka波段交错双栅结构的行波管,主要目的则是进一步放大电磁信号。在34-37 GHz的频带下,回波损耗总体低于-15 dB,注-波互作用显示,在工作频带内输出功率可以达到550 W,电子效率为9.96%。