利用粒子模拟的方法设计了一个高功率毫米波发生器,并对其进行了实验研究及改进。采用过模慢波结构以增大束波作用空间,从而提高功率容量;为实现过模慢波器件的单模、单频工作,选择TM01模的π模作为工作模式。采用过模慢波结构,结合合理的器件结构设计,可降低器件工作所需的导引磁场。实验在TORCH-01加速器平台进行,产生的微波频率由色散线法测量,其功率由远场积分法得到。最初的器件采用矩形波纹慢波结构,得到频率为33.56GHz、功率约110MW的微波输出,但功率难以进一步提高,脉宽仅为7～8ns,且在慢波结构边沿发现击穿痕迹。对矩形慢波结构进行倒圆角处理后,借助数值模拟,发现其TM01模的π模频率变化不大。改进后的器件在0.8T导引磁场下,当电压和电流分别为590kV与5.2kA时,实验得到频率33.56GHz、功率320MW的毫米波输出,微波模式为准TM01模,效率约10%,脉宽延长至约13ns,器件内表面无明显击穿痕迹。