随着理论和技术的不断发展,螺旋线行波管以自身的宽带宽、高功率、高效率等优异的性能,被广泛应用到电子对抗、雷达及通信等领域。本文以6~18GHz宽带螺旋线行波管的设计为研究背景,重点解决提高电子效率、抑制二次谐波和降低螺流等问题。出于获得低电压、宽频带、高效率的目的,本文在T型介质夹持杆加载扇形金属翼片的初始模型的基础上,对慢波结构的尺寸进行了优化。基于优化后的慢波结构,又对行波管的注-波互作用进行了仿真,探索了提高电子效率和输出功率、抑制二次谐波以及降低螺流的方法,获得满足指标要求的宽带螺旋线行波管设计方案。本文的主要内容和研究方法为:1、在T型介质夹持杆加载扇形金属翼片的初始模型的基础上,利用HFSS仿真软件计算了慢波结构的高频特性,并且分析了螺旋线厚度、螺旋线宽度、螺旋线内半径、加载金属翼片的内半径及圆心角、管壳内半径以及螺距等结构参量对高频特性的影响,选取了较为恰当的尺寸参数,获得了性能优良的慢波结构。2、利用大信号仿真软件ORION,对该行波管进行了注-波互作用仿真。分析了均匀螺距-均匀磁场、负-正-负螺距跳变-均匀磁场和负-正-负螺距跳变-多段磁场跳变三种方案下,行波管的增益、电子效率、输出功率、二次谐波比和螺流。最终的仿真结果为:在工作电压为3150V,工作电流为115mA时,该行波管采用负-正-负螺距跳变以及多段磁场跳变方案,在工作频带6~18GHz范围内,增益达到了30.58~51.23dB,输出功率为61~79W,电子效率为17.02%~22%,6GHz对应的二次谐波比为-6.01dB,螺流为0mA;相比均匀螺距-均匀磁场方案时,在工作频带内,最大增益下降了约10dB,输出功率最大增幅为30W,电子效率最大增加约8%,6GHz二次谐波比下降了2.98dB,螺流最大下降了40.25mA。3、利用ORION软件,对电子枪进行了初步设计和优化,并将优化后的电流结果代入互作用程序中进行了联合仿真,并根据理论设计方案进行了制管和热测实验。实验结果表明,在工作电压为3010V、电流为110mA时,工作频带内输出功率大于46W,电子效率大于13.9%,二次谐波比小于-3.8dB,螺流小于7.5mA。