E段波是未来高速无线通信的重要频段。小型基站、无人机等狭小空间应用场景,急需开展E波段行波管小型化技术研究。本文选择小型化E波段行波管为研究课题,重点进行改进型余弦栅加载折叠波导慢波结构的高频特性研究和制造方法探索,提出并优化设计了与这类新型慢波结构相适应的小型化T型能量耦合器,并进行了注波互作用计算,获得了小型化、高性能模拟结果。首先,利用解析法和等效电路法对常规折叠波导进行理论分析,通过对比验证了CST冷特性模型。对余弦栅加载折叠波导进行改进,使用CST软件分析了新型结构参数对冷特性影响,得到了尺寸敏感度结果。根据应用需求提出输出功率、工作电压等指标,完成了改进型余弦栅加载折叠波导的尺寸设计。并且与相同色散条件下常规折叠波导的冷特性和结构尺寸进行对比,结果表明:改进型余弦栅加载折叠波导慢波结构具有突出的小型化、高耦合阻抗的优点。其次,针对结构复杂的余弦栅加载折叠波导特有的电磁波输入、输出耦合问题,特别是针对小尺寸的要求,提出了一种T型能量耦合器,分析了不同结构参数对匹配特性的影响,并进行参数优化,T型耦合器的纵向长度仅为0.3mm,实现了小型化的设计目标,达到了在工作频率范围内的良好匹配。然后,对改进型余弦栅加载折叠波导进行注波互作用计算,首先使用MTSS进行初步模拟,分析工作电压和互作用长度与增益的关系,得出了最佳工作电压与互作用长度,以及相应条件下改进型余弦栅加载折叠波导的输出功率和增益。与常规折叠波导相比,改进型余弦栅加载折叠波导互作用更强、横向尺寸更小、互作用长度更短,实现了小型化设计。之后使用CST粒子工作室对注波互作用精确计算,优化后的工作电压为9350V,当工作电流为20m A时,在81-86GHz频率范围内,输出功率大于10W,增益大于20d B,电子效率超过5%。特别在5GHz带宽内,功率起伏小于2W,增益起伏小于3d B,获得了高速通信应用关注的高带内一致性性能。最后,对余弦栅加载折叠波导的加工方法进行初步探索。综述了几种折叠波导类慢波结构的精密加工方法。由于余弦栅加载折叠波导结构的复杂性,重点对3D打印技术进行了初步探索并使用3D打印技术进行加工。对基于树脂材料加工的余弦栅加载折叠波导高频结构,分析了误差大小以及误差来源。