本文的研究内容是X波段金属光子晶体(PBG结构)行波加速结构的设计和实验研究。PBG结构最大的特点是其拥有光子带隙,它可以禁止频率在光子带隙范围内的电磁波在PBG结构中传播。其中,二维金属PBG结构因为其可以用来阻尼加速结构中的尾场被引入到加速结构设计当中。尾场是影响束流传输甚至破坏束流的有害模式,有效抑制尾场非常重要。本文根据三角阵列金属PBG结构的全域光子带隙图分析了这种结构约束主模、抑制偶极模的条件。在此基础上设计和制作了X波段PBG谐振单腔,探索并改进了金属PBG结构的机械加工方法,谐振腔的Q值从之前的800提高到3800,这为多腔行波加速结构的制作提供了条件。为有效阻尼PBG加速结构中高次模,提出开放PBG结构侧壁并把最外层的部分金属棒替换为SiC棒吸收材料。理论计算表明,这种方式可以有效引出和吸收TM11偶极模,而对TM01加速模影响较小。完成了X波段金属PBG行波加速结构的设计,包括加速单元和耦合单元两部分。考虑到短程尾场效应的影响,加速结构的设计群速度为较普通加速波导群速度高的0.04C。由于PBG结构的特点,其耦合器设计比传统盘荷波导结构更复杂,传统盘荷波导耦合器的设计方法在对PBG结构不再适用。本文采用基于“三频率”法的耦合器定量设计方法,通过优化直波导和耦合腔中心之间的部分金属棒的位置来进行耦合器调配,用CST Microwave Studio完成了PBG结构耦合器的数值模拟设计。在国内首次获得了带有耦合器的金属PBG行波加速结构的实验结果,实验结果和理论计算值基本吻合。工作频率附近,加速模的驻波比达到了1.06。进一步的实验研究有待进行。本课题为国家自然科学基金项目(10675116和10375060)资助。