毫米波行波管是一类优质的毫米波源,如今已成为国防建设和国民经济中的关键基础性器件。在高性能雷达、电子对抗以及卫星通讯等领域旺盛的应用需求牵引下,亟待对毫米波行波管开展更高频段、更大功率、更高效率的研究。其中,输能装置作为行波管的关键部件之一,直接影响行波管的带宽与功率容量,因此,开展输能装置的研究具有重要的现实意义。本学位论文从理论分析、设计仿真与实验研究等方面入手,主要对Ka波段和E波段螺旋线行波管输能装置进行了研究,具体开展了以下创新性工作:1.设计了用于Ka波段螺旋线行波管的四种输能装置。一种是同轴型输能耦合结构,另外三种是不同形式的同轴-波导型输能耦合结构,包括同轴-单脊波导-矩形波导型、同轴-双脊波导-矩形波导型以及同轴-矩形波导型耦合结构。结果显示,在26.5-40GHz频带范围内,加载慢波电路输入段的同轴型耦合结构整体驻波比在1.33以内,加载慢波电路输出段的同轴-波导型耦合结构整体驻波比分别小于1.43、1.88、1.47,达到工作频带内电压驻波比小于2的设计目标。2.开展了Ka波段螺旋线行波管输能装置实验研究。输入端采用同轴型耦合结构,该结构具有频带宽、插损低、可靠性强的优点。冷测实验显示:加载慢波电路输入段的同轴型耦合结构在26.5-40GHz频带内,电压驻波比小于1.98。输出端采用同轴-单脊波导-矩形波导耦合结构,实验结果显示:加载慢波电路输出段的该结构在26.5-40GHz频带范围内,驻波比小于1.96。同时,对实验中出现的问题进行了细致分析,获得了相应解决方法。实验研究表明,设计的输能装置具有结构简单、易于加工,带内反射较小的特点,验证了设计的有效性与可靠性。3.优化设计了E波段螺旋线行波管输能装置。基于E波段行波管的高频特性,分析了该行波管传输特性差的原因。通过推导影响螺旋线特性阻抗的因素,设计了半径渐变的匹配筒结构,结合螺距跳变的方法,改善了整管传输特性。优化后的E波段螺旋线行波管S11从-8d B下降至-14d B,S22从-6d B下降至-13d B。在此基础上,对整管进行了注-波互作用仿真,整管在工作频带内输出功率达36W以上,最大输出功率达52W,增益达41d B。最后,为该螺旋线行波管优化设计了匹配良好的输能装置,仿真结果显示,加载慢波电路的输入、输出结构在80-87GHz频带内,驻波比分别小于1.43和1.55,满足设计要求。