行波管是真空电子器件中最常见又必不可少的成员之一,经常被应用于军事装备系统中。慢波结构是行波管最核心的部件,慢波结构性能的好坏直接决定了整个行波管的性能。曲折波导慢波结构是一种新型的慢波结构,与传统的螺旋线结构和耦合腔结构相比,既具有螺旋线慢波结构的宽频带特性,又有耦合腔结构功率容量大的特点。目前对曲折波导的非线性互作用研究主要是通过三维粒子模拟来实现的,但是该种方法计算较慢,设计周期长。本文旨在建立快速计算曲折波导慢波结构非线性互作用特性平台,简化设计步骤,缩短设计周期。本文以曲折波导互作用研究为课题,研究了等效线路模型,一维非线性互作用,二维非线性互作用等,主要研究内容分为以下三个部分。1.以曲折波导慢波结构为研究对象,详细介绍了曲折波导等效模型的划分及如何等效,并得到等效电路的元件值。通过等效线路模型,从传输线理论出发,利用级联转移矩阵的方法,分析了曲折波导慢波结构色散、耦合阻抗、损耗、以及R/Q的值。另外还将等效电路的分析结果和常用的电磁仿真软件HFSS计算结果进行了比较,从而验证等效电路的可靠性。2.从拉格朗日分析出发,得到电子学方程、线路场方程、空间电荷场方程的表达式,建立起了一维非线性互作用理论。在Matlab中采用龙格库塔方法联立求解几个方程,得到计算曲折波导非线性互作用的一维程序。该程序能粗略估算曲折波导慢波结构的非线性互作用特性。3.为了提高程序计算精度,将耦合腔级联模型应用于曲折波导,建立了二维非线性互作用理论,并基于该理论在Matlab平台下编写程序FWGTWT。并将二维程序FWGTWT的计算结果和一维程序的计算结果、实验测试结果相比较。通过比较可以得到,FWGTWT计算得到的结果比一维结果更接近实际情况,这是因为一维线性理论中采用了很多近似关系,并且没有考虑磁场的影响。二维结果和实验测试结果相比较,输出功率大体相同,但是增益偏高,这是由于输入输出波导、盒形窗等的损耗造成的。