太赫兹技术在无线通信、安全检查、环境科学和药物检测等方面具有很大的应用潜力,也受到越来越广泛的重视。但是受限于缺乏高功率低廉便携的太赫兹辐射源,太赫兹技术的发展步伐正在放缓。大多数天然材料在太赫兹波段产生的电磁响应都不够强烈,所以人们一直在研究合适的人工材料设计太赫兹辐射源。超材料（Metamaterials）指的是一类人工设计且具备天然材料难以拥有的超常规物理特性的材料。通过适当地调整其亚波长结构,超材料的工作频率可以调整至太赫兹波段,而且超材料太赫兹辐射源还具有小型化、输出功率高、转换效率高、适合加工的优点。因此,以超材料结构为基础的太赫兹辐射源具有广阔的发展前景。相对于单电子注,平行多电子注的优势在于可以有效降低电子枪的发射电流密度,低电流密度可以减小电子枪、收集级和慢波结构的成本和体积,增加它们的工作寿命,并且其多个电子注有利于增强注-波互作用和提高输出功率。本论文的主要研究内容是基于超材料结构的平行多电子注太赫兹辐射源,先设计出工作在太赫兹波段的超材料,然后把该结构作为太赫兹辐射源的慢波结构,最后结合平行多电子注技术设计出太赫兹辐射源。本论文主要有以下工作:1.简单介绍太赫兹波段、太赫兹器件以及超材料真空电子器件和多电子注器件的发展过程和研究现状,这也是本文的研究背景。2.研究超材料的基本理论,包括超材料负本构参数的实现,电磁波在超材料中的传播特性,为后面的研究打下理论基础。3.设计了三种基模频率范围为200GHz～310GHz的超材料结构、计算其电磁参数,并分析其高频特性。在该频段范围内,超材料慢波结构的有效介电常数和有效磁导率都小于零,并具有较高的耦合阻抗。4.优选一种超材料结构作为返波管的高频结构,设计匹配的矩形波导耦合结构、匹配负载和天线长度等,分别分析柱状注和带状注在单束和多束情况下的注-波互作用特性。三根柱状注返波管的调谐频率范围为20GHz,当电压为35k V、总电流为40m A、磁场为0.5T时,输出功率为77.12W,转换效率为5.52%。采用该高频结构设计了一种超材料扩展互作用振荡器,当电压为8k V、三根柱状注的总电流为30m A、磁场为0.5T时,输出功率为16.25W。本论文所设计的超材料结构简单,其金属板便于采用微细加工技术进行一体化加工,超材料慢波结构的结构尺寸为λ/4,有助于辐射源的小型化。该平行多电子注太赫兹辐射源在总电流相同的情况下可以降低单束电流密度,并获得较高的输出功率,具有优异的性能。