分布互作用器件(Extended Interaction Device,EID)是一类结合了速调管和行波管优点的真空电子器件,在毫米波至太赫兹波段已经成为重要的高功率源器件。如何获取高频率、宽带宽、高功率与高效率一直是高频段微波器件的研究重点,但是分布互作用器件各个目标之间的最优取值会因为客观条件而彼此制约。本文基于一维非线性自洽理论,以W波段分布互作用振荡器(Extended InteractionOscillator,EIO)为例,围绕其输出功率、效率、带宽以及周期个数等相关主题开展模拟分析与优化设计,主要完成了以下几方面的工作:(1)基于电子圆盘注-波互作用方程和能量守恒基本原理,结合分布互作用振荡器的冷测参数,得到了自洽非线性理论模型,并以W波段,7间隙振荡器为例进行计算模拟,讨论了振荡器的结构参数与工作参数对其输出功率、电子转化效率及起振时间的影响。(2)基于非支配排序遗传算法Ⅱ(Non-dominated Sorting Genetic Algorithms,简称NSGA-Ⅱ),将分布互作用振荡器优化等效为多目标优化问题,完成了决策向量,解向量的构建,并将一维非线性程序与NSGA-Ⅱ算法结合,得到了分布互作用振荡器输出性能的全局优化程序,分析了在周期结构下,不同参数数量与目标数量下的优化结果及参量分布规律,跳出了单个目标局部优化的限制,得到了具有处理分布互作用振荡器多维复杂问题能力的全局优化算法,从而有效解决了其输出功率、效率、带宽等多个目标共渡性问题。(3)根据全局优化程序得到6间隙分布互作用振荡器结构工作参数及结构参数,其输出功率为2065W,转化效率为25.2%,并利用CST对该优化结构建模,进行PIC仿真验证,最终得到输出功率为1893W,转化效率为22.7%的高频结构,验证了分布互作用振荡器全局优化的可行性。