微波输出窗的失效问题是阻碍高功率真空微波器件向更高功率量级发展的主要原因之一。本文对一S波段高平均功率速调管的输出窗故障进行研究,围绕盒型波导窗的失效机理这一主题,开展理论研究、数值模拟及相关实验研究工作。　　 1.利用X射线光电子能谱(XPS)技术,分析了在17.5kW～46.0kW平均输出功率量级下炸裂的窗片真空侧表面污染区域,并计算了污染物的沉积厚度。结果表明,污染物的主要成分是碳,相应的沉积厚度在7.86nm～57.57nm之间不等,并且随着碳层厚度的增加炸裂功率降低。　　 2.利用电磁仿真软件(CST)分析计算了输出窗内的电磁模式,详细研究了功率流分布、高频介质损耗、温度分布和热应力分布等因素对窗失效问题的影响。结果表明,窗片表面的电场主要包含圆波导TE11模和TM11模。TM11模可能造成窗片上的功率流分布不均、加剧高频介质损耗和表面污染物沉积等,由此导致的局部过热可能增加窗体炸裂的风险。　　 3.利用传输线模型,导出了污染物薄层对微波吸收作用的解析公式,得到了吸波系数随污染物厚度的变化曲线。结果表明,7.86nm～57.57nm厚度的污染物薄层其吸波比例在0.39％～3.0％之间不等。这一计算结果便于我们理解和比较不同污染物沉积厚度对窗片耐受功率的负面影响。　　 4.推广了单面二次电子倍增模型,研究了当介质表面有无纵向射频电场作用时电子的二维运动轨迹、二次电子倍增的电场敏感曲线和时间演化图像等。结果表明,纵向射频电场扩大了电场敏感区域,使介质表面二次电子数量由5.82×1010增至6.99×1010,二次电子碰撞能量由11.45kW增至15.37kW,二次电子倍增效应和介质损耗在介质片内部产生的热应力为267.7MPa,超过其最大抗张强度179MPa,可能导致介质片破裂。　　 5.在上述工作基础上,针对S波段盒型窗的特定频率和结构尺寸,基于驻波谐振法设计了一个工作于3.2GHz、TE111模的微波窗高功率容量模拟实验系统,重点计算了包含待测窗片的谐振腔的尺寸、频率、外观品质因数和功率增益等参数,谐振腔的冷测实验结果与设计值有很好的一致性。