高功率微波器件在雷达、电子对抗等方面具有重要的应用潜力，因此得到广泛的关注。然而，庞大的体积和重量，以及较低的效率和较短的寿命，严重限制了高功率微波的应用范围。提出了一种径向电子注驱动的同轴槽振荡器，该振荡器无需聚焦系统，从而能够大幅度减少体积和耗能。采用由外向内的径向电子注，阴极电流密度低，可以采用热阴极替代爆炸发射阴极，从而提高器件寿命。PIC仿真中，采用460 kV，6 kA径向电子注能够在3.8 GHz产生1.2 GW的输出，对应效率43.5%。

带状注是指束流截面近似为矩形或椭圆形的电子注，且具有大的宽高比。相对于传统的圆形注，带状注具有很多优点，例如大电流和大互作用面积等。由于太赫兹波具有高频率、宽频带、高传输速率等优点，因此太赫兹科学与技术近年来发展迅速。作为一种新型的真空电子器件，太赫兹带状注器件在高功率、高增益、高效率及小型化方面具有良好的技术优势。但是，带状注在传输过程中易出现Diocotron不稳定性，难以保持长距离稳定的聚焦传输，从而导致带状注的技术优势难以发挥。本文综述了带状注的产生成形方式和聚焦传输方法，以及太赫兹带状注器件的研究进展，同时讨论了它所面临的挑战和未来的发展方向。

提出了一种悬置双微带曲折线慢波结构，介质基板悬置于封闭金属腔内，基板上下表面各镀有一条金属曲折线结构。该结构具有双电子束通道，电磁波具有对称的分布，因此，电磁波可以通过上下腔体与两束带状电子束互作用。通过仿真软件分析了其高频特性，设计工作电压和电流分别为2050 V和0.2 A，PIC仿真结果表明，在36 GHz处最大输出增益为26 dB，具有8 GHz的3-dB饱和功率带宽。实验测得该慢波结构反射损耗低于-10 dB，同时分析了慢波结构制备过程中影响传输损耗的主要因素。

提出并研究了一种菱形曲折波导慢波结构。与传统的矩形曲折波导慢波结构相比，菱形曲折波导慢波结构在相同频带下拥有更大的尺寸，在相同尺寸下拥有更宽的带宽。同时提出了适用于这种慢波结构的输入-输出过渡结构和衰减器。在此基础上，设计了一种用于行波管的340 GHz菱形曲折波导慢波结构，并采用相速负跳变技术提高了其增益。模拟仿真结果表明，在加载电压为15.3 kV，电流为35 mA的圆形电子注的情况下，行波管在343 GHz的输出功率和增益分别达到8 W和33 dB，其3 -dB带宽范围为330～348 GHz。

提出了一种具有高频率、宽频带和低电压特点的矩形同轴曲折波导慢波结构，所提出的矩形同轴曲折波导工作于过模状态，工作频率较高，同时具有不错的传输特性。设计了一种宽带的双脊加载的波导-同轴转换器，其带宽可以覆盖矩形同轴曲折波导行波管的整个工作频带。所设计的矩形同轴曲折波导行波管工作电压和电流分别为3230 V和150 mA，慢波结构长度为32 mm，PIC仿真结果表明，在76～110 GHz频率范围内，其输出功率超过13.7 W，在108GHz频点，输出功率达到最大值，约为27.4 W，对应的射频效率为 5.65%。

对W波段三槽梯形线耦合腔慢波结构（包括大功率输入输出耦合器和射频窗）的加工和冷测进行了研究。此慢波结构由一个矩形波导耦合器馈电，该耦合器由放置在输入腔短边上的三阶阶梯变换矩形波导组成。首先，利用仿真方法研究了慢波结构的色散、互作用阻抗、传输特性和注-波互作用。结果表明，采用三槽梯形线耦合腔慢波结构的行波管能够在91～96 GHz的频率范围内提供大于1 000 W的饱和输出功率，并且在94 GHz频点，饱和输出功率最大，可以达到1 125 W。其次，采用高精度数控铣床加工出三槽梯形线慢波结构，并将其固定在非磁性不锈钢外壳中。文中给出了带有耦合器和射频窗的三槽梯形线慢波系统的测试结果，表明在90 GHz到100 GHz的频率范围内，S₁₁<-10 dB。因此，三槽梯形线慢波结构在W波段大功率行波管方面具有应用前景。

首先通过理论分析确定影响多注电子束引入效率的主要因素，确定初步的结构参数；其次利用三维粒子模拟软件建立Ka波段相对论多注二极管模型进行仿真优化，使电子束引入效率达到89%；并开展了电子束的产生与传输实验研究，验证了粒子模拟仿真结果。在电子束电压502 kV、束流4.34 kA、轴向磁感应强度0.76 T的条件下，电子束引入效率达到了72%，由电子束轰击尼龙靶材获得的电子束束斑图表明，电子束在产生与传输过程中形状未发生畸变，产生的电子束直径约为2 mm。模拟和实验研究验证了设计的强流多注二极管可以产生高品质的电子束和实现高效率的电子束引入。

当前行波管周期永磁聚焦系统的波端口位置处的磁环通常采用单向开口磁环。在波端口位置引入波导阻抗调谐支节的基础上，提出了两种不同的双向开口磁环结构。利用三维电磁仿真软件Opera-3D，分析了双开口磁环的中心轴线附近的磁场，并据此进一步介绍了带双开口磁环周期永磁聚焦系统的设计方法。为了验证带双开口磁环的周期永磁聚焦系统应用的可行性，设计和测试了一套E波段折叠波导行波管电子光学系统。在行波管试验中，电子枪发射电流83 mA，带双开口磁环的周期永磁聚焦系统聚焦的电子束流通率达到99%。