真空电子器件的频率正向太赫兹频段发展, 折叠波导慢波结构是行波管的核心部件, 由于真空器件的尺寸与波长具有共渡性, 频率越高, 互作用结构的尺度越小, 加工误差的要求越严格。传统的加工方法很难实现如此微小尺寸的结构, UV-LIGA技术对于制造这种微型结构是一种很有前途的方法。用UV-LIGA方法制备真空器件的慢波结构, 涉及到两个主要的问题: 一是SU8厚胶匀胶过程中如何确保其厚度及其一致性;二是横向贯穿折叠波导中心的电子注通道如何成型。以220 GHz折叠波导为研究对象, 针对上述两个问题开展了相关的工艺试验, 使用特制的PDMS模具, 采用重力匀胶法, 实现了大厚度SU8胶匀胶, 表面平整, 高度一致。在SU8光刻胶中通过专用夹具, 嵌入透明有机丝, 形成细长电子注通道。而后, 采用脉冲电铸电源, 在硫酸铜电铸液中电铸, 获得了表面平整的无氧铜微结构。

介绍了静电聚焦方式在毫米波行波管中的独特优势, 分析了周期静电聚焦场的建立方法。基于某Ka波段行波管, 首先根据指标要求设计了强流电子枪并选择类梳齿状结构作为其慢波电路, 然后对电子枪和类梳齿状慢波电路组成的电子光学系统进行了模拟计算, 最后对慢波电路的关键尺寸进行了容差分析。结果显示, 在周期静电场的作用下, 电子注全部平稳地通过了慢波系统。良好的静态通过率为后续高效率的注-波互作用奠定了基础, 证明了利用静电场聚焦毫米波行波管中大电流密度电子注的可行性。

研究了影响毫米波谐波回旋管互作用效率的多个因素, 通过采用三次谐波工作, 94GHz回旋管的工作磁场降低到了1.185T, 使采用永磁体取代超导磁体成为可能.利用自洽非线性计算和粒子模拟研究了回旋振荡管的注-波互作用过程, 发现了腔体品质因数与互作用效率的内在联系, 研究了工作电压和电子注横纵速率比对耦合强度的影响, 考虑了磁场渐变及电子注速度离散对互作用效率的影响, 通过选择合理的工作模式和系统参数, 当工作电压为40kV、工作电流为12 A、电子注横向速度离散为3%时获得了95kW的输出功率及19.7%的效率.当采用单级降压收集极后, 效率可以进一步提高到39.2%.

针对谐波回旋管互作用效率低的问题, 以自洽非线性理论为基本工具, 系统地分析了三个关键因素, 即互作用腔体长度(Q值)、电子注的横纵速度比和工作电压对二次谐波互作用系统性能的影响.研究发现当工作磁场选择在硬激发区时, 通过综合调节电子注的横纵速度比和工作电压能够获得较高的互作用效率.基于自洽非线性理论优化设计了一个W波段二次谐波回旋振荡器, 粒子模拟(PIC)结果显示当电子注速度离散３％, 工作电压37 kV, 电流4 A时, 输出效率达到了39.5%.

介绍了W波段四腔回旋速调管放大器的设计.放大器工作在基膜TE01圆电模式，电子束工作电压70 kV，工作电流6 A，设计的双阳极磁控式注入电子枪，电子束纵横速度比1.5，速度零散小于4%.采用粒子模拟方法分析了各种参数对器件性能的影响.模拟结果显示，设计的放大器在电子束速度零散4%的情况下，增益35 dB，带宽800 MHz，输出功率100 kW，效率为23.8%.

在耦合腔结构的高频特性模拟中，基于准周期边界条件法建立的双腔模型，由于两端电场的边界条件完全相同，导致了伪解的出现。本文建立了单腔仿真模型，消除了伪解存在的边界条件，避免伪解的出现。在保证求解精度的基础上，网格数目减少了 62%，总计算时间缩小了 56%，一次性生成色散曲线和耦合阻抗曲线，提高了色散和耦合阻抗的数据处理效率，为高频结构参数优化提供了更有效的途径。采用单腔仿真模型，模拟分析了各结构尺寸对高频特性的影响。

采用高次模同轴输出腔结构和双间隙耦合谐振腔电路结构是提高速调管频率、功率和带宽的两个重要方式。将这两种电路形式相结合，利用等效电路法推导了滤波器加载双间隙耦合输出回路的间隙阻抗实部计算公式。通过等效电路分析和3维电磁场计算软件模拟，研究了降低高次模式双间隙耦合输出回路外观品质因数的方法。最终设计加载滤波器使得输出回路模型带宽达到9.7%。

螺旋波纹波导回旋行波管与采用光滑圆波导的回旋管相比，有较大的带宽。介绍了该类回旋行波管的非线性注波互作用理论。计算结果表明该理论计算结果与实际实验报道的结果基本符合，相应的电子效率达到29%，饱和增益达到37 dB，工作磁场0.21 T，电压185 kV，电流19 A。