通过理论研究以及高频仿真相结合的方法分析设计了一款新型Ka波段8路径向波导空间功率分配(合成)器。研发的新结构输入输出段为标准矩形波导结构,代替了传统功率分配(合成)器输入输出段的同轴结构,这种新型全金属结构更加简单紧凑,更易于加工。仿真结果表明: 功率分配(合成)器工作带宽达到了34%(12 GHz),基本覆盖整个Ka波段;全频带内反射系数S11低于-20 dB,各支路的相位差均小于5°。通过在同轴波导渐变段引入切比雪夫渐变结构,在减小了器件尺寸的同时,在整个频带内的网络S参数也不错。这款新型Ka波段8路径向波导功率分配(合成)器将应用于前级固态功率放大器,推动回旋行波管项目研发。

利用场匹配理论，建立了具有突变结构谐振腔的级联散射矩阵.通过数值计算，完成了Ka波段TE01模回旋速调管的输入腔、群聚腔、输出腔的设计与制作.同时给出了一支Ka波段TE01模四腔基波回旋速调管高频系统和整管的优化设计方案.PIC模拟表明：在中心频率34 GHz、注电压70 kV、注电流11 A的情况下，获得了输出功率390 kW，饱和增益42.9 dB，电子效率50.6%，3 dB输出带宽360 MHz的结果. 通过样管的热测实验显示在34 GHz，注电压70 kV，注电流11 A，获得了301 kW的稳定输出脉冲峰值功率，41.8 dB的增益，39.1%的效率，285 MHz的3 dB输出带宽.

设计了一种应用于8 mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式，从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上，结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点，提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势，带内耦合度波动较小，有效频带范围较宽，且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨，可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。

分布式介质加载技术已被成功应用于回旋行波管的高频结构，该结构对于回旋行波管的自激振荡起到很好的抑制作用。对采用分布式介质加载的Ka波段，工作模式为TE01模的回旋行波管进行了稳定性分析；计算了介质加载条件下工作和寄生模式的传播损耗，以及不同传播损耗下工作模式的起振电流；对不同介质加载条件和工作电流，给出了三个主要寄生模式的起振长度；在对介质加载回旋行波管工作和寄生模式稳定性综合分析的基础上，确定了介质加载厚度及相对介电常数等参数。利用优化设计的高频结构及介质加载参数，进行了整管热测实验，得到了输出功率160 kW，饱和增益40 dB，效率22.8%及3 dB带宽5%的回旋行波管。

根据8 mm回旋速调管放大器对双阳极磁控注入电子枪的要求,分析了电极形状、阳极电压、磁场、注电流对电子注横纵速度比和速度零散的影响,并进行了粒子模拟.分析表明:这些因素可归根为电场和磁场的作用,阴极附近高的电场有助于提高横纵速度比和降低速度零散;而高的磁场及低的磁压缩比将降低横纵速度比,但对速度零散影响无明显规律.在此基础上通过优化电极形状、磁场分布、电流、第一阳极电压和第二阳极电压,模拟并试制出工作电压65 kV、电流12 A、磁场1.4 T的双阳极电子枪,得到的横纵速度比值为1.4,横向速度零散为4.5%, 为8 mm回旋速调管提供了稳定高质量的电子注.