行波管在雷达、卫星通信、电子对抗、测量和遥感等领域都有着重要的应用。作为毫米波源器件,它具有高可靠性、稳定性、较大的带宽以及可观的输出功率。慢波结构作为行波管中放大激励微波能量的核心部件,直接决定了行波管的发展水平。在传统的几种慢波结构中,螺旋线具有很宽的带宽,但是在毫米波段它的功率容量很小并且不易提升,而耦合腔虽然功率容量大但是带宽却非常的窄,相比而言,曲折波导在毫米波段不仅带宽较宽,功率容量也很可观,同时,它的结构简单,可复制性强,便于精确加工且成本较低,机械强度高,输入输出结构也很简单。科技的进步要求行波管具有更大的输出功率及工作带宽,但是常规曲折波导的耦合阻抗较低,限制了微波能量的进一步放大,同时,每个结构周期的功率增益较低,如果需要较大的输出功率则慢波结构的长度会很长,而功率随着长度的增加会达到饱和,所以加长慢波结构也未必能得到足够的功率增益。小型化也是行波管的一个发展趋势,所以我们很有必要寻找新的大功率小型化的宽带慢波结构。在对常规曲折波导慢波结构进行介绍研究的基础下,本文研究了三种新型曲折波导,对它们的色散及耦合阻抗等高频特性进行了模拟,并利用三维粒子仿真软件MAGIC3D对这几种新型曲折波导行波管的大信号注-波互作用进行了分析,得出他们能以比常规曲折波导更短的线路长度得到更大的输出功率,同时电子效率和增益也更高,并且具有很好的带宽性能。本文的研究以Ka波段为例。1.常规曲折波导。介绍了常规曲折波导的理论及高频特性的研究方法,为新型曲折波导的研究做准备。2.矩形槽加载曲折波导。通过模拟比较,由于耦合阻抗的显著提升,它在Ka波段35GHz附近能以远短于常规曲折波导的线路得到高出2倍以上的连续波输出功率,而增益和电子效率也更高,同时在2GHz的范围内具有很好的带宽性能。另外,它能有效改善在通频带高频端由于耦合阻抗下降带来的增益降低问题。3.弯曲槽加载曲折波导。以Ka波段35GHz为中心频率时,和常规曲折波导有着相似的色散特性及更高的耦合阻抗,所以它能获得更高的连续波输出功率和电子效率以及更宽的3-dB带宽,同时线路长度也比常规曲折波导更短。4.三角槽加载曲折波导。它显著地改善了常规曲折波导的带宽性能,同时功率和效率更高,线路更短。由上可知,这几种新型曲折波导慢波结构都有利于设计大功率、小型化的宽带毫米波行波管。