在种类繁多的电真空器件当中,行波管因为具有高输出功率、宽工作频带的特性,广泛应用在军事雷达、电子对抗、通信卫星等领域中,是最重要的微波管之一。行波管可以分为最主要的两类:螺旋线类行波管和耦合腔类行波管。螺旋线行波管由于其宽频带特性而普遍应用于中小功率行波管中,但因为螺旋线与管子外壳之间必须使用介质夹持杆,从而导致螺旋线散热能力较差,使得其输出功率受到限制。然而耦合腔行波管由于结构尺寸较大,又是全金属结构,热耗散能力强,因此可以获得较大的输出功率,是大功率行波管的代表。近年来发展迅速的折叠波导行波管可以看作耦合腔行波管的一种变形,由于它兼备大功率和宽频带的优点,而且易于加工装配,在毫米波乃至太赫兹频段都有广泛的应用前景。本文主要研究Ka波段大功率耦合腔行波管,设计了慢波结构,电子枪,传输系统等关键部件,并加工测试了部分部件,目标是在33-37 GHz的频带内产生大于5 kW的功率输出。另外本文还针对一种新型的真空太赫兹源——高次谐波倍频行波管(HHTWT),提出了两种改进方案,提高其在340 GHz频段的输出功率。本文的主要研究内容有:1、对耦合腔慢波结构及其相关理论进行了详细介绍,分析了慢波结构各个参数对其高频特性的影响,确定了具体的尺寸参数。2、设计仿真了与耦合腔行波管相匹配的电子枪,传输系统等,并加工测试了双曲圆弧渐变过渡波导和输能窗。我们选用了常见的皮尔斯无栅电子枪,电子枪工作电压为28 kV,工作电流为2.5 A,电子注通道半径为0.8 mm。输入输出结构采用阶梯阻抗变换器与标准波导连接。3、对两种耦合腔慢波结构的注波互作用过程进行详细分析,先用课题组自主开发的非线性注波互作用软件得到了功率、效率、带宽等特性,然后利用CST进行整管的粒子模拟,论证此设计的可行性。仿真结果表明这两种结构在33-37 GHz频带内能分别能产生6.5-10.47 kW和6.1-9.7 kW的输出功率。4、介绍了课题组提出的高次谐波倍频行波管,针对其功率较小的缺陷提出两种结构不同的太赫兹双注高次谐波级联行波管的改进方案。CST仿真结果显示在输入100 mW的84.5-87.5 GHz的W波段信号时,两种结构可以分别得到功率为200-923.3 mW和600-970 mW的四倍频太赫兹频段输出信号。