本文对工作在TM310模式下的X波段同轴多注速调管进行了理论分析与粒子模拟。结合CST软件,对同轴谐振腔的特征进行仿真和理论研究,并测试冷腔参数。对X波段多注速调管的理论研究,包括速调管基本原理、小信号理论、大信号理论、谐振腔理论、收集极结构设计等。其中着重分析了空间电荷波理论、场波互作用、以及电子原盘理论等。依据理论计算出谐振腔结构参数、电参数等,并分析其对注波互作用和输出功率、频谱的影响。此外,还研究了收集极虚阴极现象的起因,提出有效解决方法,成功抑制住了电子回流现象。在理论上,结合CST软件对X波段速调管互作用段的工作特性进行研究。其中对TM310模的研究,分为三部分:一是计算谐振腔特征参数,例如工作频率、特征阻抗、品质因数等,并通过CST软件分析其与同轴谐振腔结构参数、漂移管结构参数之间的关系;二是分析速调管电参数,根据电压、电流密度和输入的高频信号等计算输出的功率、频率。调节输入、输出腔以及耦合孔结构,使之对应合适的工作参数;三是分析TM310模式下,X波段速调管谐振腔的场分布,同时计算间隙电场、耦合系数等。在仿真上,采用我国自独立研发的三维粒子模拟软件——CHIPIC,对整管进行仿真。研究速调管结构参数、电参数等与输出频率、功率和增益的关系。通过增大耦合孔半径将输出功率从33.6KW提高到39KW,通过增加损耗材料,抑制腔体自激振荡,将Q值从3000多降低至20以内,并拓展了速调管带宽。阴极发射6注束电流,电压21.5KV,总电流14.5A,电流密度358KA/m2。输入频率为9.75GHz、功率2.5W左右的高频信号,测得输出频率9.75GHz,输出功率约为100KW,滤波后输出功率为45KW,效率约为14%,增益约为42.6dB,带宽为200MHz。此外,本文根据CST软件的冷枪测试结果,研究了TM310模式,并引入短路杆解决了该模式的极化问题。对输入、输出腔场分布出现畸变的情况,本文引入调谐杆,不但使场分布重新恢复均匀,还增大了输出功率。通过CHIPIC软件里的动量、粒子瞬时相位图实时观测电子回流过程,分析并解决此现象。