提出一种新型的低截止电压环形阴极聚焦极控电子枪结构。在传统皮尔斯电子枪和杆控电子枪基础上，创新性地将球面阴极设计为环形发射区和不发射锥体区两部分，以实现更低的聚焦极截止电压，降低调制器单元的开关损耗，提升最大调制频率。研究表明，在导流系数为0.53 μP 的条件下，通过引入不发射锥形体，使阴极的截止电压降低一半，截止电压幅值由1 250 V降至600 V，对应电源调制器的等效调制损耗降低为1/4，可使最大调制频率提高4 倍，对电子对抗和雷达等应用系统的性能提升具有重要意义。

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外, 粒子仿真结果表明当电子注加载27.4 kV电压和0.25 A电流时, 新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340 GHz处输出功率能达到65.8 W同时对应增益27.21 dB.因此, 曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.

为解决太赫兹( THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题，提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管 (TWT)。首先，获得了基模多注折叠波导色散特性；然后，对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算；最后，完成了 0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为 12 mA，15.75 kV时，获得的 3 dB带宽为 25 GHz(128 GHz~153 GHz)，最大增益为 33.61 dB，最大峰值功率为 23 W；电子注参数为 30 mA，15.75 kV时，在 0.14 THz处获得了 38 dB增益，最大脉冲输出功率为 63.1 W。该方法能够有效增大 THz行波管的工作电流，提高互作用增益及效率、3 dB带宽、输出功率；在增益相同时，基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。

为了提高太赫兹行波管的输出功率, 提出了多个传输信号进行功率合成的方法。首先, 对D波段多注慢波结构进行设计及功分器的优化;然后, 通过微铣削工艺完成了两注THz折叠波导结构的加工, 加工精度满足实际设计要求;最后, 利用CST软件对该结构的冷测与互作用特性进行了分析。仿真结果表明: 该结构的S11值小于-20 dB, 实际测试值在-20 dB左右, 两者较吻合。冷测分析表明该结构具有22 GHz(16%)的冷带宽, 3 dB增益带宽为12.5 GHz。在各电子注的电压、电流、峰值输入功率大小分别为15.79 kV, 12 mA, 10 mW时, 单注结构获得了1.58 W的输出功率及22 dB的增益;而两路信号在互作用完成后, 获得了2.91 W的合成功率输出, 合成效率不低于90%。通过合成的方法可以有效提高THz行波管的输出功率。