行波管中的慢波结构作为行波管的一个核心部件,它的性能的优劣直接决定着行波管的整体性能。因此,寻找新型的慢波结构以改善行波管宽带特性、提高工作频率和功率容量是慢波结构研究的重点和方向。本论文对螺旋槽慢波系统的新结构——任意槽形螺旋槽及中心加介质棒的任意槽形螺旋槽进行了深入的研究,推导了这些慢波结构的色散方程和耦合阻抗表达式。通过数值计算,获得了此类慢波结构的色散特性和耦合阻抗随结构几何尺寸和介质参数的变化规律;在此基础上,建立了任意槽形螺旋槽及中心加介质棒的任意槽形螺旋槽行波管的注-波互作用线性理论,并编制程序,计算了管子的小信号增益、带宽、电磁慢波的“热”相速与电子注参数、结构参数之间的关系,获得了增加带宽或增益的途径。主要工作成果和创新之处在于:1.通过考虑高次模式的影响,获得了一种更为精确分析任意槽形螺旋槽结构的普遍理论,经与实验测量值比较,发现它更能准确可靠地描述此类螺旋慢波结构的高频特性,然后详细研究了五种槽形状(三角形槽、余弦形槽、梯形槽、矩形槽和燕尾形槽)对螺旋槽慢波系统导波特性的影响。结论为: (1)槽深较大情况下,槽形状对截至频率影响较大,槽形状从三角形变化到燕尾形,截至频率依次降低。(2)当槽的深度较浅时,三角形螺旋槽的通频范围最大,且色散最弱,其中波的相速和群速最大。(3)燕尾形螺旋槽结构在槽深度较深情况下用作大功率行波管的互作用系统相速最小、耦合阻抗最大。2.从自洽场论的角度出发,利用边界条件以及电子注表面的场的连续和阶跃条件获得任意槽形螺旋槽慢波结构的注-波互作用线性理论,然后同样选取五种槽形状(三角形槽、余弦形槽、梯形槽、矩形槽和燕尾形槽)进行研究: (1)在槽深较大时,结构参数(即槽的内、外半径,周期和槽口宽),电流和电子注半径相同的条件下,从三角形到余弦形一直到燕尾形螺旋槽,即随着槽横截面积的增大,工作频率依次降低,小信号增益逐渐增大。(2)提高电子注电流、增加电子注半径以及选择合适槽结构参数既可以提高小信号增益同时又能展宽频带。