行波管是微波／毫米波电真空器件中最重要的器件之一，具有高功率、高增益、高效率、宽频带等优点，在通信、雷达、电子对抗等现代军事电子装备中得到了广泛应用。在行波管中，慢波系统是进行注波互作用实现能量交换的核心部件，它直接决定了行波管的性能。 本文应用数值模拟方法分析了不同形状、不同材料夹持杆对螺旋线慢波结构的影响，并对螺旋线慢波结构的色散与耦合阻抗进行了实验测量。数值模拟结果与实验结果基本相符，为高效率大信号理论分析提供了可靠的输入条件。应用一维大信号程序对变螺距螺旋线慢波结构进行分析与优化，大幅度地提高了注波互作用电子效率，对空间行波管的设计有着极其重要的意义。本论文的主要工作如下： 一、采用基于有限积分法(FIT)的数值计算软件CST MWS和基于解析理论的CAD软件TWTCAD，研究了不同形状、不同材料以及不同几何尺寸的夹持杆对慢波结构冷测特性的影响。CST MWS和TWTCAD两种软件的计算结果有很好的一致性。 二、设计并加工了一段均匀螺距的慢波结构，采用行波法和金属丝非谐振微扰法分别测量其色散特性和耦合阻抗。实验测量、理论计算和软件模拟结果基本相符，证明本文所采用的计算方法是准确的，可以为注波互作用的大信号程序提供可靠的冷测输入参数。 三、慢波结构的性能直接决定了行波管的整体性能，因此对慢波结构的设计是至关重要的。为了提高螺旋线行波管慢波结构的输出功率和电子转换效率，使用一维大信号程序对慢波结构进行了分析。采用动态速度渐变的方法优化了Ku波段的螺旋线行波管的慢波结构，优化后的双渐变螺距螺旋线与均匀螺旋线相比，电子效率有大幅度的提高。这一结果与样管热测结果基本一致，是本文的主要创新点。