随着军事电子技术和国民经济的飞速发展,迫切需要行波管具有更宽的频带,更大的输出功率,更高的频率、和更小的体积等其他工作特性。慢波结构是行波管的核心组件,其高频特性的优劣直接决定着行波管的性能参数。传统行波管因体积大、热耗散能力低、加工难度高以及效率低下等因素而难以满足这些要求。与圆柱形电子注相比,带状电子注因其自身具备较低的空间电荷效应,较大的电流和较高的功率等优点而成为一种毫米波器件比较理想的辐射源。正因为如此,探究能与微加工技术(MEMS)相兼容同时方便和带状电子注相互作用的新型慢波结构便自然而然地成为当下行波管发展的主流方向之一。例如,平面螺旋线、微带曲折线以及变形曲折波导等。本文基于此思路,在对螺旋线慢波结构进行深入细致的研究和探索的基础上,提出了一种新型的慢波结构——半矩形环螺旋线慢波结构。本论文通过计算机仿真计算方法,从慢波特性、传输特性和束-波相互作用特性三个方面对结构进行了深入的研究,主要工作和创新点如下:1.提出了一种可方便与带状注互作用的新型半矩形环螺旋线慢波结构,该结构具有平坦色散、耦合阻抗大、与微细加工技术相兼容、易于批量精细加工等优势,适合作为毫米波慢波结构以及应用于微波功率模块。2.研究了不同结构尺寸参数对半矩形环螺旋线高频特性的影响,并完成了对常规半圆形环螺旋线慢波结构的高频特性的比较分析。结果表明,在色散特性相近的情况下,半矩形环螺旋线慢波结构的互作用阻抗要明显高于半圆形环螺旋线慢波结构的互作用阻抗。设计出该慢波结构的输入/输出耦合装置,通过计算机仿真分析了其散射特性,结果显示设计的输能装置具备较小的反射性和良好的传输性。3.设计了S波段圆形电子注半矩形环螺旋线行波管,与常规半圆形环螺旋线结构相比,在色散特性相近的情况下,采用相同的电气参数,粒子模拟结果表明:在2.5~3.4GHz的频率范围,半矩形环螺旋线行波管产生大于600W的输出功率,最高输出功率达到1028W。相比于半圆形环螺旋线行波管,最大饱和输出功率提高了约14%,互作用长度缩短约18.5%。4.设计了140GHz带状注半矩形环螺旋线行波管。在相同的结构尺寸参数下,本文将其与矩形螺旋线行波管进行对比。高频特性模拟结果显示,半矩形环螺旋线慢波结构相比较矩形螺旋线慢波结构具有更低的相速度以及相近的色散平坦度,同时该结构几乎在整个工作频段内具有更高的耦合阻抗。粒子模拟结果表明:120GHz-166GHz频段内,半矩形环螺旋线行波管输出功率超过30W,其在140GHz达到40W的输出功率,增益为26.02dB。相较于矩形螺旋线行波管,100GHz-162GHz的频带内,半矩形环螺旋线行波管的输出功率明显的提高,在140GHz处功率提升了54%。