螺旋线行波管因其频带宽、输出功率大,在电子对抗、卫星通讯等领域有着十分广阔的应用前景。随着工艺水平的提升,螺旋线行波管的工作频率提升到了V波段,V波段空间行波管在通讯中发挥着重要作用,因而研究V波段螺旋线行波管具备非常重要的意义。本文围绕V波段（52GHz～62GHz）螺旋线行波管开展研究,完成了互作用电路和电子光学系统的设计。V波段螺旋线行波管高频结构的研究。首先,研究了不同结构尺寸对高频特性的影响,根据设计目标,获得最优化的慢波结构参数。然后,采用ORION计算程序,进行互作用电路的设计,给出螺旋线行波管设计方案,其中,为了抑制振荡和提升功率,在设计中,采取了切断和集中衰减器技术。采用均匀螺距方案,行波管的输出功率和效率都未能达到预期设计目标,故采取螺距跳变技术,从仿真结果可以得出,在电压为14800V,电流为100m A时,饱和输出功率在工作频带内最小为282.5W,电子效率最小为19%,增益最小为43.8d B。为了直观的研究行波管中的返波振荡,利用CST PIC模块对设计的行波管进行了粒子仿真,从计算结果看出,管子稳定工作无振荡。V波段螺旋线行波管电子光学系统的研究。首先在CST中设计了与V波段螺旋线行波管配套使用的电子枪,先由迭代综合法所编写的计算程序得到其结构尺寸的理论值,再设置参数扫描,优化结构参数,最终设计出了一个满足设计指标的圆形注电子枪。然后基于电压、电流等参数的基础上,初步对PPM聚焦系统进行研究设计。根据PPM结构参数的计算方法,可以得到PPM聚焦系统的磁场周期和轴向磁场的理论值,再利用CST软件进行优化。最后将优化好的圆形注电子枪和周期磁聚焦系统实行联合仿真,电子束流通率为100%。新型正弦波导行波管的研究。基于传统正弦波导慢波结构,提出一种双通道正弦波导慢波结构。在慢波结构尺寸基本相同的情况下,在CST和HFSS软件中分别计算两个慢波结构的高频特性,计算结果表明,双通道正弦波导慢波结构具有更高的耦合阻抗以及更高的工作频带。此外,PIC仿真结果表明,在相同的工作电压下,与传统正弦波导行波管相比,双通道正弦波导行波管的最大输出功率提升了113%,输出功率和增益带宽得到了明显改善。本文完成了V波段螺旋线行波管的设计,采用螺距负跳变两次的方案后,输出功率提升至282.5W,并且该管56GHz处的输出功率最大为301W,实现了大功率的输出。本文还对电子枪和聚焦系统展开了研究,最终设计出了一把电压为14800V、电流为100mA、注腰半径为0.07mm的圆形注电子枪,对该把电子枪和周期磁聚焦系统进行联合仿真,电子束流通率为100%,实现了电子束在整个行波管内的良好传输。最后提出了一种可工作在太赫兹频段的双通道正弦波导慢波结构,在结构尺寸和工作电压相同的前提下,新结构具有更高的输出功率,并且最大可达405W,因此,在太赫兹频段上,双通道正弦波导行波管具有显著优势。