毫米波技术主要应用于毫米波雷达、毫米波成像、电子对抗以及探测领域等,毫米波源器件包括真空电子器件和固态半导体器件两大类。真空电子器件根据其工作机理的差异又可以划分为回旋管、速调管、行波管以及磁控管等。随着电真空器件向更高频段延伸,器件在小型化、大功率、高效率等方面将面临新的挑战。扩展互作用振荡器（EIO）作为毫米波辐射源在20世纪50年代被提出。其中带状注扩展互作用振荡器（SBEIO）作为新型的毫米波器件,在大功率、高效率、小型化等方面有着突出的性能,SBEIO结合了扩展互作用谐振腔和带状注器件的优点。带状电子注有利于提升注波互作用效率,有利于实现器件小型化。扩展互作用器件采用分布式互作用结构,结构紧凑且互作用区域较大,具有较高的增益和特性阻抗。综合以上优点,使SBEIO在大功率和小型化等方面具有很大的研究价值。本论文以传统EIO的结构为基础,将采用强耦合结构的SBEIO作为研究对象,首先通过对EIO的原理进行分析,对工作在Ka波段SBEIO高频系统的初始结构参数进行设计,采用电磁模拟软件CST对工作在TM₁₁-2π模式下的SBEIO进行了冷腔仿真,得到工作在基本模式下的SBEIO结构参数,工作频率为35.15GHz。进而对高次模腔体进行设计,分析了谐振频率与场分布的均匀性,设计出工作在TM₃₁-2π模式的高频结构,并使得工作频率与工作在基本模式下的腔体相一致。为了证明高次模SBEIO与传统扩展互作用器件相比更具优势,首先对比了同尺寸条件下TM₃₁-2π模式与TM₁₁-2π模式的冷腔分析结果,发现高次模的工作频率远大于基模,互作用区域的电场强度也更大,验证了高次模式下工作的器件在突破频率限制以及支持更大腔体这两方面的优势。然后对工作在同一频率下的两种高频系统的冷腔结果进行了对比分析,得到改进后的高次模腔体具有较高的固有品质因数₀Q值,论证出工作在高次模的SBEIO在提升功率容量上的优势。最后为了论证TM₃₁模式方案的可行性,通过CST-PS的PIC求解器对改进后的高次模SBEIO进行粒子模拟,仿真模型具有5个互作用间隙,采用梯形高频结构,电子注通道的尺寸为12mm×1.2mm,电子注尺寸为8mm×1mm,采用0.25T的引导磁场进行聚焦。工作电压为29kV,工作电流6A,最终得到38.01kW的稳定功率输出,2π工作点频率为35.25GHz。本文探究了工作在高次模下的SBEIO的优点,将为研究大功率、高频段毫米波辐射源提供重要的参考依据。