螺旋线行波管因其具有宽频带、高功率、高增益的特点,在电子对抗、雷达和通信等领域被广泛应用。随着军事、通信技术和毫米波应用的不断发展,为满足设备小型化、大容量信息传输和抗干扰强等需要,对行波管提出了宽带宽、高效率的要求。本文以提高毫米波行波管的电子效率为主要目标,设计了一支Q波段(43~45.5GHz)窄带螺旋线行波管,和一支Ka波段(26.5~40GHz)宽带螺旋线行波管。深入开展了金属-介质焊接一体的夹持杆高频结构的实验工作,使其应用于Ka波段螺旋线行波管以满足带宽要求,并且开展了该Ka波段螺旋线行波管慢波线及耦合装置的冷测实验工作。本课题的主要研究方法、工作内容和结果如下:1.对于Q波段螺旋线行波管,利用HFSS仿真软件对比了矩形介质夹持杆和T型介质夹持杆的慢波结构对高频特性的影响,选用了耦合阻抗更高的T型夹持杆的慢波结构,同时分析了不同尺寸参数对高频特性的影响,最终获得了适合的慢波结构参数。并使用大信号软件ORION,对Q波段螺旋线行波管进行了注-波互作用模拟。采用几种不同的螺距跳变方式,得到输出功率和效率的变化趋势,从中选取满足设计指标的最佳方案。结果表明,采用螺距负-正-负跳变方式时,各项指标性能最好,此时工作电压为9930V,电流为88mA,工作频带内的增益在50dB以上,输出功率和电子效率分别超过170W和19%。2.为了使Ka波段螺旋线行波管获得较宽的工作带宽,在该行波管中采用了矩形金属-介质焊接一体夹持杆,通过计算获得了Ka频段螺旋线行波管慢波结构及输能装置的设计方案。使用ORION软件对该行波管进行了注-波互作用仿真,分别讨论了螺距跳变、内径跳变以及二者同时跳变对功率、电子效率的影响。ORION模拟结果显示在26.5~40GHz频带内,增益高于42dB,输出功率和电子效率分别达260W和20%以上。并借助CST仿真软件进行粒子模拟来观察注-波互作用过程中的物理现象。3.对Ka波段矩形金属-介质夹持杆螺旋线行波管的慢波结构和输能装置开展了实验测试工作,重点探索了金属-介质焊接一体夹持杆的加工方法,进行了整管高频结构的加工及装配工作,并初步开展了传输特性的测试。目前的测试结果表明:在26.5~40GHz频段内驻波系数小于2.7,进一步的装管冷测工作正在进行中。