受大功率宽带毫米波应用需求的牵引,扩展互作用速调管(EIK)以其诸多优势,得到了越来越广泛的研究与应用。由于EIK在国内发展时间较短,且在毫米波宽带EIK电路方面未有公开的解决方案,所以当前毫米波宽带EIK研究的关键之一是深入研究扩展互作用电路特性,找到合适的宽带电路,并将其作为基本单元构建宽调谐扩展互作用振荡器(EIO)与宽带扩展互作用放大器(EIA)。本论文紧紧围绕毫米波宽带EIK这一主题,对其进行了理论研究、电路设计以及初步实验测量。研究的器件包括宽调谐EIO与宽带EIA,研究的重点是宽带EIA。宽调谐EIO研究的意义不仅在于实现其本身,更是作为扩展互作用电路的基本特性研究、指导常用单模EIO/EIA的性能优化与稳定性分析以及为宽带EIA寻找解决方案。对于毫米波宽调谐EIO,本论文在宽调谐电路方面进行了多种尝试。电调谐多模EIO克服了常用单模EIO电调谐范围的限制,通过使用多个工作模式,在W波段获得了大于0.73GHz的电调谐范围。电调谐多模EIO首次实现了扩展互作用电路在驻波模附近的多模连续调谐,扩展了EIO的电调谐范围。同时,其多模工作思想指导了宽带多模EIA的设计。机械调谐高效双腔EIO克服了常用单腔EIO的效率限制与电路不稳定性。通过引入群聚腔,电子效率从14.2%提高到20.2%(或从16.8%提高到21.7%),其效率还可以进一步提升。通过在电场场强较小的群聚腔中引入机械调谐机构,在Ka波段得到了80MHz的机械调谐范围。同时,对双腔电路的可行性与稳定性进行了分析与改进。对于毫米波宽带EIA,由于常用扩展互作用电路单模工作的限制,公开的EIA电路的-3dB带宽一般在0.5%左右。本论文提出了一种全新的宽带多模扩展互作用电路,由其构建的Ka波段宽带多模EIA的-3dB带宽超过了2.4%,且带宽有进一步扩展的空间。这是首次公开研究扩展互作用电路的多模工作机理并实现了宽带多模放大。该电路具有带宽宽、增益高、结构简单、易于工程实现等优点,适合在毫米波频段应用。此外,对均匀/参差光栅扩展互作用电路的研究还首次解释了当前被广泛采用的参差光栅π模EIA电路的工作机理。同时,仿真研究并实验测量了普遍存在于扩展互作用电路中但未被公开研究过的双2π模问题,系统地研究了常用单模扩展互作用电路,梳理了W波段圆注/带状注单模EIA的设计思路,分析了低电压电路的电场分布特性,探索了常用多腔参差调谐单模EIA的带宽水平,研究了均匀/参差光栅扩展互作用电路的特性,光栅强/弱耦合、模式竞争的抑制、电场分布实验测量等研究内容对扩展互作用电路研究具有较大意义。本论文选取了两种典型电路进行了实验测量,包括常用扩展互作用电路双2π模的电场分布测量与新型宽带多模扩展互作用电路在不同光栅参差程度下的反射/传输特性测量。前者的意义不仅在于首次实验证实了作为竞争模式的2π腔模的存在,还得到了作为工作模式的2π光栅模的电场分布;后者旨在验证MC电路的谐振特性与光栅参差变化规律,以作为热测实验的基础。总之,本论文不仅对常用单模EIO/EIA进行了系统研究,还对双2π模、电调谐多模电路等进行了仿真与实验研究。更主要的是在以上研究的基础之上,提出了全新的宽带多模工作机理以及新型的宽带多模电路,扩展了EIA的带宽。本论文在宽带扩展互作用电路方面的研究将EIA的带宽提高到了一个全新的水平,并且将EIA的宽带研究引向了宽带多模这一新的方向。同时,给出了宽调谐EIO与宽带多模EIA的全部电路参数,以方便研究者。