行波管是真空电子器件中仍应用非常广泛的成员之一。空间行波管是行波管家族中要求最严、价格最高的一类产品,它能提供足够功率完成卫星与地面站之间通信。折叠波导慢波结构是空间行波管向更高频段发展的选择,其主要特点有制造难度低、散热性好、兼顾大功率与宽频带。目前对折叠波导互作用的研究还不是很成熟,且通用粒子模拟软件计算开销大、计算耗时长。基于此背景,本文主要以折叠波导行波管为研究对象,最终完成了一整套计算折叠波导相关参数与性能的平台,简化了设计过程与周期,为今后更深入的研究打下基础。首先,综述了行波管的发展以及空间行波管在卫星通信中的应用,介绍了目前折叠波导行波管的研究动态以及互作用理论的发展。其次,比较了几种慢波结构的冷特性,为使用耦合腔模型计算折叠波导提供了支持。将折叠波导划分为多个部分并等效为不同的微波元件从而得到了折叠波导的等效电路模型,并基于此模型研究了互作用计算所需的冷参数。简单介绍了小信号理论及行波管工作的基本原理。研究了大信号互作用的理论,采用了一种耦合腔的级联模型进行等效分析,推导了电子运动方程、场方程、空间电荷方程、传输矩阵等,形成了完整的折叠波导大信号互作用理论。然后,基于上述理论在Matlab平台上完成了折叠波导计算程序,其中包含折叠波导冷特性的求解、一维及二维互作用计算、非线性计算、参量的扫描计算等,并介绍引入了一种无导数优化算法NEWUOA,完成了人机交互界面的搭建。比较了此程序与粒子模拟软件的计算结果,验证了程序的可靠性。最后对设计实例进行了分析,研究了结构参数对线性度的影响,探讨了非线性抑制的方法,设计给出了一组较好的结构参数。