行波管(TWT)频带很宽,是在电子战、雷达、通信系统中应用十分广泛的一类微波真空电子器件。其中螺旋线行波管是在中小功率领域最为普遍的一类行波管。为了应对固态器件体积小、重量轻、可靠性强的挑战和满足微波功率模块(MPM)的发展要求,行波管需要越来越小型化。同时,现代军事和通信系统要求覆盖更多的频率,因此需要拓展行波管带宽。小型化和宽带化成为行波管研制的两大方向。本论文仿真设计了一支工作在2-6GHz的小型化宽带螺旋线行波管,主要完成的工作如下:1.阐述了小型化宽带螺旋线行波管的一些关键技术,包括用于小型化和宽带化的色散成型技术、返波振荡抑制技术、衰减和切断技术、螺距跳变技术、降压收集极技术等。2.利用三维电磁仿真软件HFSS软件设计了2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管的慢波结构。基于小型化宽带螺旋线行波管色散成型技术,该结构采用T型夹持杆和扇形翼片加载。重点研究了螺旋线与管壳之间的距离、金属翼片和介质夹持杆的尺寸参数对螺旋线慢波结构高频特性的影响,并优化这些参数,得到满足小型化宽带螺旋线慢波结构要求的低的、弱的反常色散曲线,以及较高的耦合阻抗和较低的损耗特性。为了抑制返波振荡,还分析了所设计的慢波结构的返波振荡频率点,得出该慢波结构返波振荡频点的耦合阻抗很小,不会发生返波振荡。3.利用二维大信号程序ORION计算并优化2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管注-波互作用过程。具体采用了一个切断,并在切断两端附近设置渐变衰减器以抑制反射振荡。在此基础上分别设计了均匀螺距、螺距负跳变、螺距正跳变、螺距负正跳变慢波电路,对比四种螺距设置,螺距负正跳变效果最好,在工作电压为4900V,工作电流550mA情况下,将互作用长度从通常的340mm缩短至200mm,在全频带范围内饱和输出功率达到了600W以上,饱和增益为30dB以上,电子效率为22%以上,二次谐波比小于-6dB。4.利用二维大信号程序ORION仿真设计了2-6GHz小型化宽带螺旋线行波管三级降压收集极,以提高行波管总效率。在设计过程中,分别采取了三种方法对各级电极电压进行了优化,并对二次电子发射系数优化,实现了在2-6GHz频段收集极效率达到80%以上,总效率大于65%,达到了小型化行波管对效率的要求。