回旋行波管是一种重要的放大器件,具有输出功率高、工作频带宽的特点,在高分辨率雷达、通讯与电子战等方面的研究潜力巨大。自上世纪50年代以来,回旋行波管愈加受到科学家们的重视,成为重要的研究课题。光滑波导回旋行波管在提升输出功率和工作带宽方面具有一定的局限性,然而螺旋波纹波导回旋行波管在这些方面能获得较大提升,并且还能约束波导内的模式竞争,这极大地提升了回旋行波管的工作能力。此外,螺旋回旋行波管对电子注速度离散的敏感度较低,具有更好的工作稳定性,且能降低对电子枪设计与加工的要求。因此,螺旋波纹波导回旋行波放大器成为全世界科学家关注的研究热点。本文研究140 GHz螺旋波纹波导回旋行波放大器,主要工作如下:1、梳理和学习了电子回旋脉塞机理、基于该机理的回旋真空器件和回旋行波管的发展历程及主要的设计思路,分析了传统回旋行波管的缺陷,并且介绍了螺旋波纹波导回旋行波管。2、介绍了螺旋波纹波导,并分析了电磁波在其中传播时的模式转换过程和螺旋波纹波导回旋行波管的工作过程。并根据模式耦合理论和阻抗微扰法分析了螺旋波纹波导,推导得到了该波导结构的色散方程、角向的耦合条件和满足角向耦合条件的不同模式的耦合系数方程。3、根据推导得到的色散方程编写了Matlab程序,并对波导色散特性进行数值计算,分析了色散特性的变化规律。借助CST模拟软件对螺旋波纹波导进行了模拟,分析了波导的传输特性和场分布。4、根据电子枪的设计方法和回旋行波管的工作要求,设计了与140 GHz螺旋波纹波导回旋行波管相匹配的电子枪,分析了电子枪结构参数对电子注横纵速度比的影响,并在互作用区获得了横纵速度比约为1.2的电子枪。5、对140 GHz螺旋波纹波导回旋行波管进行了PIC仿真,当输入信号频率为140 GHz,功率为50 W时,输出信号功率为223 kW,其增益为36.49 dB。当工作频率在134 GHz～142 GHz的频率范围内时,输出功率在113 kW～223 kW之间,3 dB带宽大于8 GHz,且输出信号的频谱纯净,没有寄生模式振荡。此外,还分析了不同参数对注-波互作用效果的影响。最后,验证了其在低工作电流、低输入功率下的工作效果。