回旋行波管具有输出功率高、增益高、工作频带宽等特性,是一种重要的高功率毫米波源,在通讯、雷达、电子对抗等方面有着极高的应用前景。因而,在国内外受到广泛关注。输入输出系统是回旋行波管中的一个重要部分,它的性能直接影响着整管的效率、增益、工作带宽等性能指标。输入系统包含输入耦合器与输入窗,其中输入耦合器用来将矩形波导TE₁₀模转换为回旋行波管所需要的模式,从而对回旋电子注进行速度调制;输入窗用于隔离外部大气保持回旋行波管的真空工作环境,并且实现驱动信号的宽带输入。输入系统的设计要求是端口反射低、模式纯度高。输出渐变段是回旋行波管输出系统的重要构成部分。它是一段连接高频互作用系统与收集极的渐变波导段,输出模式纯度高、反射低的高功率电磁波,同时实现输出回旋电子注的快速失谐,提高整管的互作用效率。输出渐变段的半径在轴向方向逐渐变大,这使得高功率电磁波在通过输出渐变段时会耦合出杂模,进而影响高功率电磁波的输出模式纯度。输出渐变段的设计要求是结构紧凑、反射小、输出模式纯度高。为了满足双波段雷达系统对高功率宽带双波段功率源的需求,一种新型双波段回旋行波管结构被提出。双波段回旋行波管输入输出系统的研究是进行双波段回旋行波管研制的基础和前提。不同于传统的单波段单模回旋行波管,双波段回旋行波管对输入输出系统的设计提出了新的要求,需要用同一器件满足两个波段的使用需求。本论文对双波段回旋行波管的输入和输出系统进行研究,主要工作内容如下:第一章简单介绍了回旋行波管的工作原理、发展状况,阐述了双波段回旋行波管及输入输出系统的研究背景和意义。第二章提出了适用于双波段双模式宽带输入的新型输入耦合器,该新型输入耦合器具有两个输入端口以分别满足输入TE₁₁模与TE₀₁模的需求,并且在两个输入端口间采用Bragg反射器。Bragg反射器具有模式选择特性,TE₁₁模可以在Bragg反射器中传输,但TE₀₁模在Bragg反射器中全反射。在TE₁₁模输入结构的设计中,采用E面弯波导替换H面弯波导来减小输入系统横向尺寸,提出了小型化TE₁₁模输入系统的新型结构。此外,为了抑制模式的自激振荡,在双波段输入耦合器中加载了损耗介质。最后,还设计了一种压降输入结构,应用于具有降压收集极的双波段回旋行波管中。第三章提出了一种新型双波段输出渐变段的设计方法。首先将常用的线性输出渐变段、上升正弦型输出渐变段应用于双波段中,然后针对双波段输出渐变段的设计需求,调节切比雪夫型输出渐变段的轮廓线,设计出改进型切比雪夫双波段输出渐变段。最后通过拟合上升正弦型与改进切比雪夫型输出渐变段的轮廓线,设计出一种新型的双波段输出渐变段,它在两个波段同时具有反射低、传输系数高、杂模抑制能力强的优点。第四章提出了新型宽带矩形波导TE₁₀模到圆波导TE₀₁模、TE₂₁模的模式变换器结构,并且设计了TE₁₁模式变换器应用于输入输出系统的冷测实验中。利用HFSS高频电磁仿真软件完成这些模式变换器的结构参数优化设计,并出图加工实验样品进行了实验验证。第五章对全文所做的研究工作进行简要的总结。