作为经典的微波功率源,高峰值功率速调管在对撞机、同步辐射光源、自由电子激光等大科学装置领域以及高功率定向能武器等军事领域都有着重要的应用价值。我国大科学工程领域的快速发展对高峰值功率速调管提出了迫切的需求。出于这种原因,本论文结合中科院电子所正在承担和计划开展的高峰值功率速调管课题,针对研制单注及多注高峰值功率速调管所需要解决的若干关键技术开展了理论分析、计算机模拟和实验研究。论文的主要工作如下:　　 (1)采用EGUN、MAGIC软件,对S波段100MW速调管电子光学系统进行了模拟设计,获得了导流系数2.0μP,枪内场强低于22kV/mm,电子注传输特性良好的电子枪。分别以KLY及MAGIC软件对注.波互作用系统开展模拟计算和优化设计,获得了大于50%的注-波互作用计算效率。样管热测实验表明:电子枪耐压性能良好;电子注直流通过率达到了99%,高频通过率达到了97%以上;输出功率实验测试值达到了110MW,与模拟计算结果基本吻合。　　 (2)推导了盘荷波导结构色散方程及耦合阻抗的解析表达式,给出了计算盘荷波导结构高频特性的软件模拟方法。采用解析及模拟方法对盘荷波导结构色散曲线、带宽特性以及耦合阻抗与主要结构参数之间的关系进行了计算和分析,给出了不同结构参数下盘荷波导高频特性的变化规律。　　 (3)对C波段50MW盘荷波导输出速调管开展研究,设计了其π/2模3间隙盘荷波导输出系统,对采用等周期及变周期盘荷波导输出结构的注.波互作用系统开展了计算,分析了其转换效率、间隙电压等特性。计算表明:相对于普通单间隙圆柱输出腔,盘荷波导输出结构不仅可以显著降低间隙电压,而且可以获得较高的效率;变周期盘荷波导结构可以使不同间隙内的电场强度更加均匀,并可进一步提高转换效率。　　 (4)以L波段10MW同轴腔多注速调管为研究对象,采用EGUN、MAGIC、CST计算软件,对其电子光学系统开展了等效2维设计及3维设计。采用新型多透镜均匀磁场聚焦系统对旁轴多电子注进行聚焦。计算结果表明:旁轴电子注得到了良好聚焦;多透镜系统可以有效调整电子注平衡半径;电子枪区线包产生的均匀场可以有效调节电子注层流性。对电子枪热形变进行了模拟计算,并开展了热膨胀实验,计算结果与实验结果基本吻合。　　 (5)设计了长漂移管方案和二次谐波腔方案两种L波段10MW同轴腔多注速调管注.波互作用系统,对二者进行了大信号计算和对比分析。建立了同轴腔多注速调管单注等效模拟设计方法以及MAGIC三维注.波互作用计算模板,对二次谐波腔方案注-波互作用系统进行了全面的一维、二维及三维模拟计算。一维、二维计算获得了大于70%的计算效率。　　 对L波段10MW多注速调管输出系统开展了模拟和实验研究。分别采用谐振法及S12传输参数法计算分析了双端口6注同轴输出腔谐振频率、品质因数、特性阻抗等高频参数,讨论了不同耦合方式下谐振腔的高频特性。设计了扁波导结构输出窗,在波导内设置金属杆以调节阻抗匹配。加工了输出系统冷测模型,开展了冷测实验,高频特性实验值与设计值取得了较好的一致性。