行波管由于本身大功率,小体积等优良的工作特性在雷达和卫星通信等军事电子领域占据着重要地位。由于“共度性”使得毫米波段的行波管慢波电路尺寸变的小巧,这给器材的加工带来了巨大的挑战。此外,相较于圆形电子注,带状注电子注能以更低的电流密度输送同等电流。因此,寻求基于微细加工技术且适用于带状注电子注的新型慢波结构成为了重要发展趋势。正是基于此思路,在圆环杆慢波结构基础上,矩形环对角单杆慢波结构被提出。矩形环对角单杆慢波结构行波管具有与微细加工技术相兼容,方便与带状束互作用以及高互作用阻抗的综合优点。文中采用计算机模拟仿真手段对矩形环对角单杆慢波结构行波管进行深入研究和分析,其主要工作如下:1.首先利用电磁仿真软件对ka波段的方形环对角单杆慢波结构行波管进行设计。结果表明方形环对角单杆慢波结构可以提供比圆环杆慢波结构更宽的工作带宽和更高的输出功率。在33.5GHz处的最大输出功率为1176w,对应的最大增益为40.7d B,最大电子效率为31.9%。相较于圆环杆慢波结构行波管,最大输出功率至少提升25.1%,且方形环对角单杆慢波结构也具有较强的抑制返波振荡的能力。2.为了进一步提升功率,对采用带状注电子注的矩形环对角单杆慢波结构行波管进行了研究。研究的结果表明:随着宽高比的增加,矩形环对角单杆慢波结构行波管会出现返波振荡。基于此,本文采用布置截断和衰减器的方式抑制返波振荡。抑制返波振荡后的行波管可以提供1400w的最大输出功率,对应的最大增益为41.5d B,最大电子效率为38.2%。在本章的最后一节设计了H型衬底金属片,结果表明:H型衬底金属片会实现带宽的进一步拓宽,但却导致了耦合阻抗的降低。3.基于螺距跳变技术对采用带状注电子注矩形环对角单杆慢波结构进行优化设计。设计结果表明:螺距跳变技术实现了功率和效率的进一步提高。单一负跳变的跳变方式相较于均匀螺距,在28～36GHz范围内,功率整体提高了22.3%。负正负三段式跳变的跳变方式相较于均与螺距,在28～36GHz范围内,功率整体提高了27%,并且可以获得1800w的最大输出功率,对应电子效率为49.2%,对应增益为42.55d B。