近年来,随着卫星通信业务的快速发展,W频段以其频带宽、干扰少等优点备受关注。真空器件高功率放大器是卫星通信的重要设备之一。如何设计出高频率、宽频带、高增益、小型化的行波管(TWT)是满足卫星通信要求的重要研究内容。平面慢波结构的出现克服了传统三维慢波结构在小型化过程中存在的一些结构和性能上的固有缺陷,并易于进行微细加工和批量生产。与此同时,由于人工超材料(metamaterial)结构具有可自由设计高吸收率频段的特性,成为当前研究的热点之一。metamaterial结构体由于重量轻、厚度薄符合TWT小型化、平面化的发展趋势,具有替代传统涂覆层衰减器的优势。本文从TWT小型化、集成化的角度出发,提出了应用于微带曲折线慢波结构(MML-SWS)的超材料吸波器(MA),使其能够在电磁波平行入射的条件下形成多个吸收峰,满足平面TWT对于高频信号衰减的要求。基于以上所述,本文重点研究了连通矩形谐振环(CRR)吸波器的设计及其在平面TWT中的应用。通过获取metamaterial的本构参数能够设计出使其在特定频段产生吸收峰的结构参数。本文概述了本构参数的获取方法,介绍了基于等效传输线理论的反演算法,通过测量(仿真)S参量来计算本构参数,能够计算平面导波系统中电磁波平行于metamaterial传输的情况,从而有助于设计用于平行波传输的MA。采用以上计算方法,设计了一种CRRMA,其结构单元由中央的金属块连接四个CRR组成。通过调整其结构参数和排列方式,设计出了吸收峰位于特定位置的吸波器,并在低频波段进行了验证实验,实验结果和仿真结果一致,表明了设计的正确性和MA的实用性。在此基础上,针对U型MML-SWS开展了 MA的应用研究。首先,建模并仿真了 U型微带曲折线,使其拥有较好的冷特性。根据冷特性计算结果,设计了满足该微带曲折线行波放大要求的吸波器,设计的吸收峰位于输入信号返波和谐波波段,针对这些波段进行信号抑制,确保输入信号的放大。将MA和传统的涂覆层衰减器分别加载于慢波结构(SWS),对整个结构进行PIC仿真,分析MA对SWS整管性能的影响。仿真结果表明:对于结构相同的慢波电路,采用MA的半功率频带为72-84GHz,比传统衰减器展宽了 3GHz;在中心频率80GHz处,输出功率增益为42.5dB,比后者提高了 2.85dB。最后,对全文工作进行了总结和进一步的展望。