行波管是微波／毫米波电真空器件中最重要的器件之一，它具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优点，在通信、雷达、电子对抗等领域中得到了广泛的应用。本论文对螺旋线慢波系统的高频特性等问题进行了深入而细致的理论研究，基于螺旋带模型，定量地分析了由介质夹持杆引入的介质损耗对慢波结构高频特性的影响以及具有衰减器的螺旋线慢波结构的高频特性，同时还基于一维CHRISTINE代码，利用模拟退火算法对螺旋线慢波结构的螺距分布进行了全局优化，从而提高了注—波互作用的电子效率，增大了行波管的输出功率。本论文的主要工作与创新之处：一、基于比螺旋导电面更精确的螺旋带模型，讨论了螺旋线慢波系统中由介质夹持杆引入的介质损耗对慢波系统的高频特性的影响，给出了更精确的色散关系、耦合阻抗和总的衰减常数。二、考虑空间谐波的影响，从理论上分析了具有衰减器的螺旋带慢波系统的高频特性，并进行了相应的数值模拟，定量地给出了衰减器的表面电阻率和工作频率对衰减常数、相位常数和耦合阻抗的影响，并将数值仿真得到的结果与实验数据和由螺旋导电面模型得到的模拟结果进行了比较，同时还提出了一种新的、更精确的衰减器数学建模方式，为利用注—波互作用非线性理论更准确地预测螺旋线行波管的工作性能提供了可能。三、系统地介绍了模拟退火算法的物理背景、概念、原理、应用及其改进，并且基于注—波互作用的新理论——一维的CHRISTINE代码，引入模拟退火算法对螺距跳变螺旋线的螺距分布进行了全局优化，从而达到提高注—波互作用电子效率和输出功率的目的。