作为电子回旋脉塞器件中发展最为成熟的一种管型,回旋管在工业、军事和科学研究等多方面有着重要的应用价值。例如,频率高于24GHz的回旋管用于材料加工,W波段的回旋管可以应用在主动拒止系统中,170GHz的回旋管用于热核聚变领域。鉴于不同输出功率的回旋管有不同的应用场景,文中设计了两个工作在94GHz,输出功率分别为10kW级和150kW级的高频互作用腔。为了降低对工作磁场的要求,互作用腔采用二次谐波工作以及选用具有抑制模式竞争作用的渐变式复合腔结构。本论文主要关于回旋管的注-波互作用谐振腔做了以下研究:1.探究了回旋管的理论基石——电子回旋脉塞不稳定性,正是由于相对论效应的存在,使得电子的回旋运动频率与电子的运动速度建立起了联系,进而回旋运动的电子注在一定条件下会发生群聚反应,与高频场交换能量。2.分析了支撑回旋管互作用谐振腔不断研究的两大理论:线性理论和自洽非线性理论。以伏拉索夫线性方程和麦克斯韦方程组为出发点的线性理论是设计互作用腔不可或缺的内容。依据耦合波理论得到的圆柱腔体的一阶传输线方程,以及满足特定腔体结构的边界条件,再加上互作用腔体中电子的运动方程,这些为计算互作用效率提供了理论公式。3.通过模式的分析,选取了高阶模式对TE_7.2/TE_7.3作为工作模式,高阶模式工作有利于增大腔体尺寸,进而减少加工的难度,而且有利于提高功率容量。4.仿真设计了在低电压、低电流以及低磁场工作参数下的二次谐波复合腔回旋管。通过冷腔模拟程序设计了互作用腔的结构尺寸,分析了工作模式及其附近竞争模的高频特性,进一步验证腔体结构以及模式的合理性。并且分析了谐振频率和Q值在腔体结构参数的改变下的变化情况。通过热腔模拟程序,仿真计算互作用效率和输出功率,而且探究了与电子注相关的工作参数电压、电流、横纵速度比、电子注质量,还有工作磁场以及主要腔体结构对互作用的影响情况。设计出了互作用效率为32.9%,输出功率为16kW的高频互作用腔。5.数值模拟设计了输出功率150kW级二次谐波复合腔回旋管。利用冷腔程序初步仿真出腔体结构,并分析了在该腔体结构下竞争模式的高频特性。仿真计算了互作用效率在关键工作参数下的变化情况,计算分析出最佳效率点。最终设计出了互作用效率为34.83%,输出功率为173kW的高频互作用腔。