回旋管作为大功率毫米波源，在机理上突破和解决了传统微波器件所遇到的困难，对毫米波、亚毫米波段的开拓和利用带来了巨大的推动作用。回旋速调管放大器具有高功率、高效率、高增益的特点，并具有一定带宽，在毫米波、亚毫米波的雷达、通信、电子对抗、等离子体加热及材料处理等领域有广泛的应用前景。高次谐波的回旋速调管放大器可降低工作磁场，具有很强的实用性，因而在国际上受到高度重视。本论文对Ka波段，TE₀₂₁模式二次谐波回旋速调管放大器的高频结构和注-波互作用进行了专题研究，得到了较优的适于二次谐波工作的高频结构，注-波互作用数值计算也取得了阶段性的结果：1．在现有的谐振腔理论指导下，建立了谐振腔的计算模型，用HFFS优化设计出了工作在35GHz，模式纯度较高的等效输入腔、中间腔和输出腔。2．利用粒子模拟方法，对二次谐波回旋速调管的注-波互作用，进行了大量的数值模拟研究，在不考虑电子注速度零散的情况下，在现有实验室磁场分布、现有的工艺、现有的磁控注入式电子枪参数和现有的工作电源等条件下，优化设计了三腔8mm二次谐波回旋速调管放大器；并在工作电压70KV，注电流16A，轴向磁场系数0.5118时得到了超过400KW的输出功率，互作用效率38％，饱和增益35dB，带宽200MHz。3．分析了电子注参数（注电压、注电流和纵横速度比）、磁场空间分布及相对大小、漂移段长度等各种参数对互作用效率及输出功率的影响关系，为以后开发研制Ka波段二次谐波回旋速调管提供了较可靠的模拟理论参数。4．针对国内用粒子仿真软件时关于功率提取的不同方法，提出了仿真计算中有关输出功率和对于放大器件的调制信号功率的正确提取方法，为在以后计算设计高功率微波器件提供了更加可靠的理论支撑。