随着电磁带隙(Electromagnetic Band Gap,EBG)结构理论的不断成熟,EBG已在光波和微波技术领域得到广泛、成功的应用,且正向用于微波电子器件、集成光子芯片(PIC)的方向发展。构建微波/毫米波段高性能EBG波导,形成核心真空电子器件中波注互作用关键部件；构建EBG单元,形成具有优越光学性能的紧凑型PIC；构建EBG金属波导与矩形/圆波导间、EBG光波导与脊波导间高效耦合结构,形成实用化器件或芯片；是EBG结构实用化过程中必须解决的关键问题。EBG的人造周期结构特性,难以采用直接实验方法确定各类EBG波导结构,必须构建切合应用实际的数值分析模型,采用数值模拟手段,以期实现“一次设计制作成功”。论文面向微波、光波技术领域关键器件(如行波管慢波结构)需求,建立了非正交晶格金属EBG结构的带隙、工作频率、工作模场及传输特性的数值分析模型,研制出EBG结构及波导分析设计平台,给出EBG波导与常规波导高效耦合结构,提出了新型EBG慢波结构,实验研究了金属EBG波导,具有重要的理论与实际意义。　　 第一章介绍了EBG结构的整体发展方向以及研究现状:总结了用于求解微波、光波领域EBG带隙结构的数值分析方法；提出了将EBG结构用于微波电子器件、PIC中必须解决的主要问题；指出建立EBG波导数值仿真平台的重要性；提出了本文主要研究目标与具体工作。　　 第二章建立了可对非正交晶格结构直接分析的通用晶格修正式紧凑型时域有限差分法(CM-CFDTD)模型,该模型可同时分析EBG结构的带隙、模场分布以及纵向均匀EBG波导色散特性。构建了EBG结构及波导分析设计平台,编制了CM-CFDTD、FDTD传输模块,提供了与商用软件HFSS、CST的接口。这些工作为设计EBG波导、慢波结构、耦合结构提供了理论基础与数值仿真手段。　　 第三章面向微波、毫米波器件对新型EBG波导的需求,首次提出了三种一阶非对称缺陷型二维金属柱六角晶格EBG波导结构。探究了金属EBG结构Q值与其晶格结构参数的关系,首次提出了复合缺陷型二维金属柱六角晶格EBG波导。深入分析了这些新型结构以及正方/六角晶格一阶/两阶中心缺陷二维金属柱EBG波导的带隙、模式分布以及色散特性。　　 第四章首次提出了基于锥形复合缺陷的大直径/周期比金属EBG腔体与矩形波导耦合结构,提出了金属EBG波导与高阶模工作圆波导直接耦合结构,首次提出基于一维变周期谐振腔阵列和非线性缓变边界的脊波导到EBGW的高效耦合结构。基于EBG结构及波导分析设计平台,分析了三类结构的带隙及耦合特性,设计并确定了结构的具体参数。　　 第五章重点进行了X波段二维金属柱EBG波导实验研究。首次提出并建立了六角晶格一阶缺陷型金属EBG波导容差分析模型,提出了基于波导效率的容差评估标准；设计了具有与矩形波导BJ100接口的六角晶格一阶缺陷型金属EBG波导,给出了具体容差要求。实验制作了该波导,并测试了其传输特性及色散特性。实验结果充分验证了所提算法的正确性,所建立的EBG结构及波导分析设计平台可供进一步研究工作使用。　　 第六章提出了基于一阶缺陷型二维金属柱EBG的中心孔盘荷型慢波结构,首次提出了基于一阶复合缺陷型二维金属柱EBG的中心孔盘荷型慢波结构,首次提出了基于二维金属柱EBG波导型的带边缘孔盘荷型慢波结构。基于自建的EBG结构及波导分析设计平台,确定了三类慢波结构的具体结构,通过调用CST软件,分析了三类慢波结构的耦合阻抗与色散特性,讨论了它们的工作特性,为研制高性能行波管提供了可行的关键部件。　　 第七章为全文总结,概要介绍主要研究成果。