微波电真空器件是利用带电粒子与电磁波信号进行互作用,将电子注的能量交给电磁波信号的一大类器件。行波管作为一种电真空器件,在电磁应用领域具有重要的地位。随着科技的发展,人们对电磁波的研究和应用已经进入毫米波和太赫兹领域,由于行波管的结构尺寸随着频率的升高而急剧减小,使功率容量下降,所以在高频率下提高行波管的输出功率成为一项重要的工作,而通过集成化的功率合成等手段是提高行波管输出功率的有效方法。双模行波管作为行波管的一种,工作于高低两种模式下,在雷达、电子对抗等领域有着重要的应用。本论文的主要研究内容如下:(1)Ka波段介质支撑悬置线双模行波管研究。首先对慢波结构高频特性进行计算分析,最终根据设计要求确定慢波结构尺寸。其次建立全周期模型并计算传输特性,在27GHz-32GHz频带范围内,回波损耗低于-15dB。然后计算了行波管高、低模式下的注波互作用情况,27GHz-32GHz频带范围内,低模式:工作电压4700V,电流0.11A,输出功率高于24W,最大输出功率可达54.2W,增益为20.35dB;高模式:工作电压4700V,电流0.15A,输出功率高于28W,最大输出功率可达72.5W,增益为21.6dB。最后提出了一种基于MEMS牺牲层技术的该类慢波结构加工方法,利用该方法可对集成化慢波结构进行加工。(2)对平面行波管进行功率集成化设计。首先对介质支撑悬置线慢波结构进行两路和四路并联,并计算传输特性。随后讨论了耦合对多路慢波结构传输参数的影响,并对两路和四路结构各支路信号的幅值与相位一致性进行分析。然后计算了功率集成行波管在高、低模式下的注波互作用,并将单路、两路和四路结构的输出功率进行对比,结果表明,相较于单电子注、单一慢波电路的行波管,通过多电子注、多条慢波电路的集成化设计可以使行波管的输出功率得到较大程度的提高。最后分析了两路和四路慢波结构存在的电磁耦合对输出功率的影响。(3)研究设计用于Ka波段四注功率集成双模行波管的电子枪。设计了一种双阳极带状注电子枪,通过改变第一阳极的电压来实现双模工作。第一阳极电压分别为4900V和4000V,第二阳极电压保持4900V不变,得到电流分别为0.11A和0.15A、电流密度为131A/cm~2和178A/cm~2,与互作用计算的电子束参数一致。