回旋加速器目前广泛应用于国防基础科学研究,同位素生产以及诊断、治疗等医学应用领域。高频系统是回旋加速器中最重要的两个关键部分之一,高频系统的主要部件是谐振腔,它的任务在于为离子提供回旋加速所必需的高频电压,其工作状况对于加速器的性能有很大的影响。一个好的谐振腔应在工作频率可调,且工作负载等条件变化的情况下具有高度的稳定性。基于一台已有的30MeV回旋加速器的谐振腔,对腔体的谐振频率、空载品质因数、电压分布等参数进行了研究,对比了传统的等效传输线设计方法与基于三维电磁场数值分析的设计方法,利用有限元计算方法探讨了网格剖分精度、建模方法、对称条件对计算精度的影响。研究了在调整微调电容间距、腔体长度、内杆半径等谐振腔结构参数的情况下谐振腔电磁场参数的变化规律。得到的计算结果和实际测量结果的误差在工程允许的范围之内,表明基于有限元的软件能够很好的计算类似回旋加速器高频谐振腔这样具有复杂边界的腔体结构,可用于加速器的物理设计及工程设计。以100MeV强流负氢离子回旋加速器谐振腔的设计为主线,通过使用电磁场有限元计算方法,设计出双内杆和三角形单内杆两种类型的谐振腔模型,对它们的结构特点和性能参数进行了分析,为100MeV强流负氢离子回旋加速器谐振腔的建造提供参考。分析了将周期性结构应用于四分之一波长谐振腔从而减少腔体体积的设计手段,利用传输线理论和数值模拟两种方法分析腔体的谐振特性,探讨了将其应用于回旋加速器谐振腔的可能性。