螺旋线行波管不仅能提供大功率输出,且工作频带较宽,增益较大,在现代军事及通信装备中,应用较为广泛。展宽带宽和增大输出功率是螺旋线行波管发展的方向。本文就6-18GHz大功率螺旋线行波管展开研究,旨在二倍频程范围内实现大功率输出。为了展宽带宽,设计了一种夹持杆中加载金属块的螺旋线慢波结构,研究其高频特性,确定整管模型,并对注-波互作用进行分析。除此之外,设计了相对应的输入输出结构和周期永磁聚焦系统。本文的主要工作如下:1.使用HFSS软件完成了6-18GHz螺旋线行波管慢波结构的设计。首先介绍了一些常用的螺旋线慢波结构,在此基础上,研究了一种夹持杆中加载金属块的慢波结构,分析了各个尺寸参数对高频特性的影响,并确定该慢波结构的具体尺寸。2.开展6-18GHz的螺旋线行波管注-波互作用仿真计算。由于所设计的螺旋线行波管工作带宽较宽,且要求大功率输出,为抑制可能出现的返波振荡和二次谐波,设计整管结构为螺旋线螺距、内半径渐变和跳变,并在合适位置添加了衰减和截断。在工作电压为15.3KV,工作电流为2.1A,通道半径为0.67mm,电子注填充比为50%等条件下,仿真结果表明,除6GHz频点,其余频点均获得大于5k W的脉冲功率,且在低频段处,二次谐波得到抑制。3.利用三维仿真软件CST设计了和螺旋线行波管相匹配的输入输出结构。对于该6-18GHz螺旋线行波管,输入端采用同轴型结构,包括同轴线阻抗变换和同轴输能窗两部分。输出端采用同轴转双脊波导结构,其同样包括两部分,分别为双脊波导输出端和双脊波导输能窗。结果显示,所设计的输能结构与慢波电路匹配良好。最后,进一步仿真优化了一支4-18GHz螺旋线行波管的输出结构。4.设计周期永磁聚焦系统。根据相关理论推导,计算出所需的PPM聚焦系统的磁场峰值和周期长度,并建模仿真,验证所设计的周期永磁聚焦系统的合理性。