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在毫米波领域回旋行波管较普通行波管相比,有着高功率、高效率、高增益、宽频带等优势。随着第一支回旋行波管问世以来,回旋行波管日益受到各国的重视。但是回旋行波管的工作机理导致其容易产生振荡。抑制振荡一直是设计回旋行波管的首要任务。输入输出系统的好坏也决定了行波管的整体性能,输入输出系统的设计也十分重要。本文设计回旋行波管高频结构的主要思路就是如何抑制回旋行波管振荡。本文在分析了回旋行波管的基本理论的基础上,推导了回旋行波管的色散方程,分析了介质加载结构的理论,对输入输出系统进行了理论分析。通过数值计算,设计出工作条件为工作电压50KV、电子注电流2A、电子横纵速度比1.3的一种W波段介质和铜环周期加载高频结构,将其在MAGIC中进行了仿真优化,获得了最高输出功率25.9KW、中心频率输出效率25.9%,最大饱和增益71dB、绝对带宽5.1GHz的输出效果。在数值计算的基础上设计了输入输出结构,并用HFSS和ANSYS进行了分析。本文主要内容包括：1、用小信号理论对回旋行波管的注-波互作用理论进行了分析,并建立了回旋行波管色散方程。在色散方程的基础上绘制了回旋行波管色散关系曲线图,分析了自激振荡和返波震荡的产生物理机理。就反射信号对回旋行波管工作稳定性的影响进行了理论推导。并就以上分析为依据计算出了起振电流,起振长度等参数。确定出包括各模式在内的抑制振荡的起振长度不能超过2.35cm的结果。2、用大信号理论对回旋行波管的增益进行了分析,并进行了数值计算,得出了光滑波导的长度和增益的关系。计算出达到饱和输出点的互作用长度为14cm。3、推导了介质和铜环周期加载高频结构的工作理论,推导了周期介质和铜环条件下的增益理论。计算了单位衰减和起振长度的关系。对周期加载结构的参数进行了数值计算,得到了一个初步的高频结构参数。4、对上述结构进行了MAGIC模拟。通过综合分析模拟结果,确定最终结构数据：高频互作用结构半径0.2cm,高频互作用光滑段2.3cm,周期加载段长度为11.2cm(每个周期介质环长度0.42cm、金属环长度0.31cm),介质环厚度0.05cm,介质参数取10-j11。得到了输出功率25.9KW、输出效率25.9%最大饱和增益71dB、绝对带宽5.1GHz。5、对回旋行波管输入输出结构进行了理论分析、数值计算,完成了盒型输入窗、高频输入耦合系统以及双窗片结构输出窗的结构设计,并对它们在HFSS中进行了仿真分析,对输出窗进行了热分析。