回旋管振荡器是一类基于电子回旋脉塞机理的快波真空电子器件，能在毫米及亚毫米波段产生高功率、高效率电磁辐射。它在毫米波雷达、受控热核聚变等离子体加热和诊断、定向能武器以及材料处理等领域有重大应用前景。国际上很重视它的理论和实验研究。 注波互作用过程一直是回旋管研究领域的重要课题。电磁粒子模拟技术（Particle in Cell Simulation）技术基于时域有限差分方法和有限大小粒子概念，能直接求解有源麦克斯韦方程组和电子相对论运动方程。与大信号理论模拟相比，PIC模拟能更全面地反映互作用物理过程。与实验研究相比，PIC模拟具有耗费人力、物力较少的优点。随着计算机计算能力的快速增长，目前PIC技术已逐步应用到回旋管注波互作用的计算机模拟中。 本论文对被研究的回旋管互作用电路模型，运用线性理论确定初步设计参数，再使用PIC技术进行大量计算机模拟，详细分析腔体几何参数、电子导引中心半径、注电流和外加直流磁场等参量对互作用过程和模式竞争状况的影响，最后总结模拟结果并给出优化设计参数。基于上述思路，本论文对回旋管振荡器注波互作用进行深入研究，得到了三种稳定工作且输出频谱纯度好的Ka波段回旋管振荡器的优化设计结果：基波TE₀₁模单腔管在70kV、1.323T、16A的工作条件下获得44.2％的电子效率及495kW的输出功率；二次谐波TE₀₂模单腔管在50kV、0.695T、6A的工作条件下获得28.8％的电子效率及76.9kW的输出功率；TE₀₁—TE₀₄模式对基波工作复合腔回旋管在70kV、1.262T渐变磁场、17A的工作条件下获得60.2％的电子效率及716kW的输出功率。模拟结果表明，本文给出的Ka波段基波TE₀₁-TE₀₄模式对复合腔回旋管具有高稳定工作电流，高效率和高输出功率的优点，是一种较好的高功率回旋管振荡器设计方案。