太赫兹科学技术是目前重要的前沿研究领域之一，它在材料科学、宽带通信、光谱学、天文学、生物医学、安全检测和国防等领域具有广泛的应用潜力。然而，由于缺乏稳定、高效的辐射源，太赫兹科学技术的发展受到很大的限制。微型电真器件作为一种太赫兹功率源，因具有高功率、宽频带和高能量转换效率等优点而受到人们的高度关注。行波管和返波管是其中两种应用较为广泛的太赫兹辐射源。然而，随着工作频段的不断提高，作为器件核心部件的高频系统在加工和装配方面存在着严峻考验。双排矩形栅慢波结构因其结构简单、径向尺寸较大、散热容易，且易实现输入/输出耦合匹配等优势，使得其在毫米波、亚毫米波及太赫兹频段具有较大的应用前景。　　本文主要对双排矩形栅慢波结构进行理论分析、数值模拟，对基于该结构的W波段行波管和350GHz返波管高频系统进行初步设计，并在此基础上开展了W波段行波管制造工艺的实验研究。论文的主要工作和创新点如下:　　1.提出采用圆形电子注和双排矩形栅慢波结构作为W波段行波管和350GHz返波管的慢波结构。　　2.对具有任意位错的双排矩形栅慢波结构进行理论分析。运用场匹配法，从麦克斯韦方程出发，推导了该慢波结构的场分布，“冷”、“热”色散方程及耦合阻抗表达式，并利用数值计算的方法对非线性方程组进行了求解，求得的色散方程和耦合阻抗与仿真软件计算的结果吻合较好，从而证实了理论的正确性。　　3.对工作于+1次谐波的W波段行波管高频系统进行了深入研究。通过调整上下两排栅之间距离和电子注通道半径，提高了系统的耦合阻抗;讨论了上下两排矩形栅之间的位错对色散特性和耦合阻抗的影响，提出了避免模式简并的一种方法;设计了系统的输入输出耦合结构，优化了系统的传输性能;利用MAGIC对基于该结构的W波段行波管进行注波互作用计算，得出:当电子注电压为10kV,电流为100mA时，在50mW驱动功率下，连续波输出功率在85～96GHz频带内大于40W，增益高于29dB。　　4.对工作于-1次返波的太赫兹返波振荡器高频系统进行研究。通过对慢波结构尺寸公差对高频特性影响的计算，为慢波结构尺寸在加工和装配过程中的工艺控制提供了理论依据;针对350GHz返波振荡器的输能耦合结构进行设计，在慢波结构末端设置一个集中衰减器，用以吸收任何从输出端反射回来的能量，防止末端反射影响返波管工作;输出端直接设计成一个辐射天线，利用辐射天线把返波管的太赫兹能量直接辐射出去，供给太赫兹成像或检测设备使用;通过粒子模拟研究了返波振荡器注-波非线性互作用过程，结果表明:在30mA电流下，当在8-18kV之间进行电压调谐时，该返波管可在324-368GHz频带内产生4W以上的平均功率输出，在353.6GHz处得到最大输出功率，为16W，最大电子效率为3.57％，3-dB工作带宽为340-368GHz;　　5.在上述理论及模拟研究基础上，我们对W波段行波管高频系统进行初步实验研究。结合国内加工技术，尝试加工了双排矩形栅慢波结构组件、输入输出过渡波导接头和输能耦合结构等零部件，并进行初步装配，对其高频传输特性进行测试，并对测量结果进行分析。