回旋行波管(gyro-TWT)作为一种基于电子回旋脉塞原理的高功率微波源,在高分辨率雷达、毫米波通讯、等离子体诊断、医疗成像等方面有着十分诱人的应用前景,因而在国内外引起高度重视。在回旋行波管的发展过程中,人们一直在努力提高管子的输出功率、带宽、降低对速度离散的敏感性。而螺旋波纹波导能够很好的满足这一要求,它用螺纹结构代替光滑结构波导,在根本上改变了小轴向波数区域的色散特性,使得TE11模和TE21模在角向耦合出“准TE21”本征模式,工作本征模的群速度在很宽范围内接近于一个大于零的常数,这非常有利于和电子注发生互作用,拓展了带宽的同时也降低了对速度离散的敏感性,还能增加抑制模式竞争的能力。输出窗作为回旋行波管的的关键部件之一,一方面起隔绝外部大气的作用,另一方面尽量使放大的微波能无反射通过。本文主要对螺旋波纹波导回旋行波管及输出窗进行了研究。全文的主要工作如下:1学习并梳理了电子回旋脉塞原理与回旋行波管的发展历史、设计理念以及未来的发展方向。2运用微扰理论和耦合波理论推导螺旋波纹波导的耦合波方程及其色散方程,并从中得到了耦合系数表达式及角向选择条件表达式。3编写Matlab程序分析螺旋波纹波导色散曲线的变化规律,着重研究了螺纹波导的耦合特性、色散特性、场分布以及模式竞争问题。然后利用三维电磁仿真软件模拟螺旋波纹波导,观察场分布情况并将工作模式色散曲线进行了模拟对比。初步研究了脉冲压缩应用及五折螺纹波导的色散特性,为下一步工作打下基础。4通过PIC粒子模拟软件编制程序,设计了一款性能良好的螺旋波纹波导回旋行波管,并分析其注波互作用过程及各重要参数的变化对回旋行波管输出特性的影响。5结合场匹配理论建立传输级联矩阵,利用数值计算和高频软件仿真优化,设计出了X波段TE11模双层窗片结构输出窗。