常规圆螺旋线具有宽带低色散的优点,在宽带中等功率行波管领域有广泛应用,然而随着工作频率进入毫米波段,慢波结构的尺寸急剧减小,圆螺旋线因为其三维结构特点难以准确批量加工。同时行波管功率的提升受到返波振荡和散热等因素影响。圆环双杆慢波结构是近年来提出的一类适应于高功率行波管发展的慢波结构。研究表明:相对于传统的圆环单杆（环杆）慢波结构,圆环双杆慢波结构具有更大的工作频带和更高的相速度,以及更大的横截面尺寸,因而基于该慢波结构的行波管可以工作在高电压,同时可以采用更大尺寸的电子注进行注-波互作用。然而,圆环双杆慢波结构在大电压和大电流的工作条件下,圆柱形电子注相对较强的空间电荷效应不利于高功率行波管工作的稳定,同时,圆环双杆慢波结构的互作用阻抗相对较小,阻碍了行波管输出功率的提升。基于此,本论文提出了一种新型慢波结构—矩形环对角双杆慢波结构。本文主要采用计算机模拟仿真手段对矩形环对角双杆慢波结构进行深入的研究和分析,主要工作和创新点如下:1.针对圆环双杆慢波结构提出了一种带状电子注矩形环对角双杆慢波结构,该结构具有色散平坦、耦合阻抗高、结构简单、加工容易等优势。2.利用电磁仿真方法分析了对矩形环对角双杆结构的高频特性进行了深入研究,获得了慢波结构参数对色散和互作用阻抗影响的作用规律,和等价圆环双杆慢波结构对比,新结构具有更平坦的色散和更高的耦合阻抗,有利于行波管输出功率的提高和3d B带宽的展宽。3.开展了矩形环对角双杆慢波结构输入输出耦合装置研究,设计一种延伸共面金属板,基于该新型输入输出结构可以在f=20-40GHz范围S11<-15d B。4.开展了注波互作用研究,在相同的工作电压和工作电流条件下,矩形环对角双杆行波管可以获得1148W峰值功率,对应的增益和电子效率分别为40.6d B、22.9%和等价圆环双杆慢波结构行波管相比较,峰值功率提升45.5%,电子效率提升45.9%。