空间行波管由于其宽频带、大功率、高效率等特性广泛地应用于卫星通信、雷达、电子对抗等领域，作为卫星的有效载荷起着放大微波功率的功能。为了适应高速率的卫星通信、高分辨率雷达和电子对抗的发展需求，开展高效率毫米波行波管的研究具有重要的军事战略意义。在国内，低频率单频段的空间行波管研制技术趋于成熟，而应用于毫米波波段的双频段行波管研究难点众多，它若能研制成功，不仅可以减轻通信、雷达系统的体积和重量、降低功耗，提高其频捷性和灵活机动性;而且还有助于有效避开敌方干扰，在电子对抗中取得优势;同时还可以在雷达、通信和电子对抗等领域达到整机一体化的目的。　　本论文为实现空间行波管能同时高效率工作于毫米波双频段Ka(33GHz-36GHz)/Q(43.5GHz-46.5GHz)的研究目的，设计目标为:Ka波段饱和输出功率大于350W，电子效率大于13％;Q波段饱和输出功率大于100W，电子效率大于10％。以慢波线选用螺旋线型的方案开展了一系列的研究工作，论文的主要内容及创新点如下:　　(1)基于三维电磁场仿真软件MTSS，设计了几种不同结构的螺旋线，对比分析了矩形夹持杆和品型夹持杆、是否加载翼片、加载翼片的形状以及翼片加载的角度和深度对高频特性的影响，最终确定了双频段毫米波螺旋线的高频结构及其结构参数;　　(2)针对大功率行波管普遍存在的返波振荡问题展开了研究，探讨了影响返波振荡起振长度的因素—电子注填充比、电子注电流和副衰减器长度，得到随着电子注填充比、电子注电流的增大，输入端的起振长度变短;随着副衰减器长度的加长，输入端的起振长度变长的结论。通过分析返波振荡起振原因，提出了两种不同的螺距分布，软件仿真计算的返波增益在Ka/Q波段均大于-15dB，结果表明设计的两种螺旋线慢波结构均可有效地抑制返波振荡;　　(3)开展了高效率双频段毫米波螺旋慢波线非线性的研究，详细分析了多渐变螺旋线慢波结构中的参数对电子效率和非线性相移的影响。经过软件MTSS优化设计，仿真结果为:Ka波段和Q波段饱和点的AM/PM转换系数分别为4.72deg/dB和2.80deg/dB，三阶交调在饱和激励功率回退3dB时分别为19.83dB和15.57dB，结果表明符合通信用行波管的指标要求;并且双频段的主特性为:Ka波段的饱和输出功率大于385W，饱和增益大于54.33dB，电子效率最小值为19.28％;Q波段的饱和输出功率大于173.5W，饱和增益大于44.67dB，电子效率最小值为10.11％，结果表明设计的双频段行波管慢波结构符合设计目标的要求。