在行波管中,一直以来研究的重点都是耦合腔行波管和螺旋线行波管。耦合腔行波管耦合阻抗高,输出功率高,但是带宽一直是个问题;螺旋线行波管带宽宽,但是散热和输出功率不是很理想。为了综合这两种行波管器件的优缺点,近年来,一种新型慢波结构行波管越来越受到研究者们的重视——折叠波导行波管。这种新型的慢波结构为全金属结构,散热好,耦合阻抗较高,带宽宽,而且加工简单。随着工作频率的不断提高,折叠波导行波管的优势越来越明显。在毫米波和亚毫米波器件中有很大竞争力。Q波段折叠波导行波管由于其频段优势,在卫星通信、雷达等方面都有着广泛的应用。本文在对Q波段折叠波导的发展史、研究意义、研究现状做简单介绍后,设计了一支工作在43.5~45.5GHz频段内的折叠波导行波管。该管的电子效率达到7%,输出功率达到150W,整管平均增益达到40dB以上。而后又引入了相速渐变技术,使得电子效率提高了7%左右。研究内容主要有:1、折叠波导慢波结构。我们对折叠波导慢波结构的等效电路模型做了一个理论分析。而后对折叠波导的慢波结构的非线性大信号理论做了分析,并以该理论为基础在MATLAB中实现了一维非线性大信号的仿真工作,为近一步的优化做了参考。我们在HFSS中对慢波结构的冷参数进行了仿真优化,并对结构中各尺寸参数对冷参数的影响做了详细的分析。最后,在TAU中仿真优化出了一组互作用参数,基本达到设计要求。2、周期永磁聚焦系统、输入输出结构和衰减器。对于上述慢波结构,我们经过理论计算,设计了一个周期永磁聚焦系统。然后在FEMM软件中进行了仿真优化,得出了一个基本符合设计要求的周期永磁聚焦系统。对于输入输出结构,我们在参考电子科技大学电真空实验室老师们的研究后,采用了一种双曲圆弧渐变的结构,从结果上来看,反射很小。衰减器同样是在借鉴前面老师们的研究后,采用了以渗碳氧化铍为材料的变形E面楔形渐变结构,达到了设计要求。3、相速渐变技术。为了提高效率和输出功率。我们在前面设计的基础上引用了相速渐变技术,将行波管分为三段结构。从结果上来看,还是取得了一定的效果,但还有待深入研究。