带状束行波管是一种毫米波和亚毫米波段高功率器件。带状电子束相比传统的圆形或椭圆形电子注,具有大传输电流,低电流密度,以及较大面积的注波互作用区间等优点,实现了带状束行波管的高功率输出和小型化结构。近年来,带状束行波管的研究和发展使得该器件在雷达、卫星通信、电子对抗、遥感等国防和国民经济起到很大的作用。随着工业等领域的不断发展,要求器件输出功率越来越大,工作带宽越来越宽,工作频率越来越高。输入输出耦合器和输出窗作为带状束器件的重要部件,输入输出耦合器的传输、反射、隔离性能、带宽以及微波穿过输出窗所产生的耗散功率产生的局部热量严重影响管子的工作成败。因此设计和研究低反射和高隔离的宽带输入输出耦合器以及高功率容量宽带输出窗有着重要的意义。本论文主要设计了W频带的多种具有低反射、高隔离、高传输的性能的宽带输入输出耦合器,在有限的条件下,加工和测试了Q波段和Ku波段的输入输出耦合器。为了更好的实现带状束行波管的传输特性,本文还设计了高功率容量的宽带多层输出窗。本文主要包括以下内容:1、介绍了带状束行波管研究的背景和意义,详细阐述了国内外带状束器件的输入输出耦合器和输出窗结构研究现状和发展动态。引入了耦合器设计的小孔理论、相位匹配理论、建立在场匹配法上的Dolph-Chebyshev曲线理论以及Blagg栅的模式匹配法和级联矩阵理论;并对多层输出窗的场匹配法和热分析的传热学理论作了简要的阐述。2、利用HFSS仿真软件设计,设计和研究了W波段的多种新型宽带输入输出耦合器。采用多个矩形波导孔设计了E面超多孔定向耦合器和H面多孔定向超宽带耦合器;结合Matlab编程,设计了结构紧凑的Chebyshev分布单孔耦合器,通过改变耦合孔与矩形波导间的角度改善了耦合性能;采用多级Blagg反射器和多级匹配设计了低反射和高隔离的L弯波导宽带耦合,不断优化Blagg反射器来匹配反射器与L弯波导间的相位,提高了耦合器低频段的性能;利用Blagg反射器和Y分支波导设计了高隔离超宽带的输入耦合器。在以上结构的基础和有限的条件上,加工和测试了Q波段的Chebyshev分布的单孔输入输出耦合器、Ku波导的L弯耦合器和Q波段的Y分支波导的输入耦合器,测试结果和仿真结果取得很好的一致性。4、采用HFSS设计了适用于Q波段和W波段的三层圆波导宽频带工作的高功率容量输出窗结构。根据场匹配理论建立传输级联矩阵的方法,通过数值计算与仿真验证输出窗的传输性能,并分析了窗片间存在缝隙对传输性能的影响。5、简要介绍了ANSYS Workbench的内容和功能,详细阐述了HFSS关联ANSYS Workbench对Q波段输出窗进行热分析,研究了窗片的温度分布、功率容量以及窗片缝隙对最大功率容量的影响。