速调管是一种成果比较完善,发展比较迅速的微波放大器件。多注速调管发展的前提基础是单注速调管,相对于单注速调管来说,多注速调管具有工作电压低、宽频带、高频率和高增益的优点。速调管在微波放大器件中占有不可替代的地位,并且也有广大的应用前景,粒子模拟计算在其研究过程中也起到重要的作用。本论文主要对S波段TM₀₁₀多注速调管进行基础理论和三维粒子模拟研究。结合多种粒子模拟软件对速调管的谐振腔、输入输出结构以及整管进行全面的研究分析。理论研究主要包括基本的速度调制、密度调制、空间电荷理论、多电子注受力以及电子注聚焦系统。基础研究部分主要是结合CHIPIC、MAGIC、CST、HFSS等粒子模拟软件着重研究分析了冷腔状态下速调管输入输出回路以及谐振腔的各种性能参数,包括电磁场分布,模式耦合变换、谐振频率等性能参数,着重研究了输出结构π模双间隙的电磁场分布,模式变换,以及圆柱形中间谐振腔的结构尺寸对谐振频率f,特性阻抗R/Q,品质因数Q的影响。论文整体主要利用CHIPIC粒子模拟软件对S波段TM₀₁₀模式的18电子注多注速调管进行全三维的粒子模拟研究。考虑到计算机的性能和内存以及模拟时间等问题利用了多线程粒子模拟;考虑到模拟结构的准确性,采用非均匀网格划分。首先进行三维模型的建立,在冷腔研究结论的基础上研究聚焦系统对电子注的影响,同时对电流电压等电参数进行研究;其次研究分析零输入信号状态下的电子速度分布,防止谐振腔自激振荡的产生;最后在不会有自激振荡的情况下输入高频信号,对整个多注速调管进行热腔粒子模拟研究。粒子模拟结果表明在阴阳极电压为17.4KV,所有电子注的总电流为20.9A,每个电子注的平均电流密度3.25A/mm²,18个电子注的总平均电流为58.5A/mm²,导流系数为1.26μP,输入平均功率为33W,频率为2.85GHz的高频信号的条件下,得到输出高频微波信号的峰值功率为207KW,输出高频微波信号的平均功率为103.5KW,输出频率为2.85GHz,频谱单一,没有杂频。计算得到效率为29%左右,增益为35dB左右。