近年来,作为一种常规的O型微波真空电子器件,当行波放大器工作在毫米波及亚毫米波段时,由于尺寸共渡效应,器件尺寸变的非常小,并且导致了一系列的问题,如:小尺寸的部件加工制作非常困难;小尺寸的部件能够允许通过的电流降低,从而导致器件的性能急剧下降,比如器件的输出功率和电子效率降低。为了解决上述难题,并且提高器件的性能,我们用带状电子注取代原来传统的圆型电子注。带状电子注相对于传统的圆型电子注而言具有一下几个明显的优点:1、它拥有更大的横向尺寸,即更大的横截面积,因此在相同电流密度下,带状电子注能够传输更大电流,从而增加电子注的直流功率容量;2、相同电流强度下,大的横截面积使得带状电子注拥有更小的电流密度,从而有更小的空间电荷效应;3、平面型带状电子注器件更有利于器件向平面化、集成化、小型化、高工作频率、高输出功率方向发展。因此带状电子注器件能够在毫米波、亚毫米波甚至太赫兹波段相对宽的频带内,提供较高的输出功率,是一种非常有潜力的大功率器件。在众多适合带状电子注工作的慢波结构中,交错双栅慢波结构是一种新型慢波结构,它具有以下几个明显优势:1、全金属结构,散热性能好,能够允许大功率器件工作;2、拥有天然的带状电子注通道,非常适合带状电子注工作;3、色散特性温和,拥有较宽的工作带宽以及较高的耦合阻抗;4、结构简单,二维平面型结构,非常适用于微机电子系统加工制造。本学位论文基于带状电子注以及交错双栅慢波结构的优点,从仿真设计角度及工程实验角度设计了五只带状电子注行波管:1、仿真设计了一只工作在220GHz的交错双栅行波管;2、仿真设计了一只工作在220GHz的带状双注大功率行波管;3、仿真设计了一只工作在220GHz的相速跳变大功率行波管;4、仿真设计并实验验证了一只闭合型PCM聚焦的Ka波段带状电子注行波管;5、仿真设计并实验测试了一只开敞型PCM聚焦的Ka波段带状电子注行波管。本学位论文所开展的主要工作及创新点如下所示:(1)为了有效地抑制行波管中的返波振荡,提出了一种新型加载衰减器的方法,应用于220GHz带状电子注行波管,该方法比传统加载衰减器的方法更简单有效;为了简单有效地控制带状电子注的形状及电流密度,提出了一种改进的太赫兹带状电子注电子枪的设计方法,该方法能够方便设计人员快速有效地设计出理想的带状电子注。(2)为了解决多电子注行波管注耦合结构设计困难的难题,提出利用Y型分支波导作为输入输出结构的设计思路,解决了220GHz带状双注大功率行波管的输能结构设计问题。(3)为了进一步提高行波管的输出功率,成功将相速跳变技术运用到220GHz交错双栅大功率行波管中。相速跳变技术通过改变慢波结构的尺寸,从而改变慢波结构中微波信号的相速度,使其与互作用过后的电子注速度实现再同步,重新激励起有效的注-波互作用,实现输出功率的进一步提高。为了解决高频率下,小尺寸输能结构难加工的难题,提出了一种更利于微机电加工技术的E面弯曲输入输出耦合结构,并且通过UV-LIGA技术对太赫兹慢波结构加工的可行性进行了初步的实验探索和讨论。(4)提出了一种新型小型化可调开敞型PCM聚焦系统,应用于Ka波段交错双栅行波管中。该系统通过调节极靴的位置能够方便有效地调节磁场By分量的大小,进而方便有效地聚焦带状电子注的宽边。优化了一种非均匀的PCM聚焦系统,使得带状电子注能够在220GHz行波管高频系统中实现100%流通。(5)利用交错双栅慢波结构成功研制出两只带状电子注行波管。仿真工作主要包括,优化设计Ka波段交错双栅行波管的高频系统及电子光学系统全部部件的所有工作参数及尺寸参数。实验测试工作主要包括,高频系统及电子光学系统的加工、焊接、装配;高频系统传输特性的测试;电子枪性能测试;聚焦系统性能调试及电子注流通率测试;行波管功率测试。