提出了一种适用于W波段行波管（TWT）的双注矩形环杆（DBRRB）慢波结构（SWS），该结构具有平面特性，适合于微细加工。在一对T形介质杆的支撑下，RRB SWS适用于双带状电子注工作。利用计算机仿真分析了其高频特性。设计并采用了渐变结构和阶梯波导的宽带输入输出结构。采用粒子（PIC）模拟研究了RRB SWS的热仿真性能，并用0.6 T的螺线管磁场，对电压和电流分别为11.2 kV和0.12 A的双带状注进行聚焦。仿真结果表明，在94 GHz时的饱和输出功率为56.7 W，对应的增益为27.4 dB。此外，还添加了一个衰减器来抑制振荡并实现了稳定工作。

设计和分析了应用于W波段带状注行波管的E面多孔输入输出耦合器和H面多孔输入输出耦合器。研究表明，采用多孔耦合，不仅可以实现电磁场与电子注的汇聚和分离，还可以实现极宽工作带宽。HFSS仿真分析结果表明：E面多孔定向耦合器1 dB相对带宽达43 GHz，且隔离度优于20 dB的相对带宽达到40 GHz；H面定向耦合器在E面耦合器的10个耦合孔数的基础上，通过增加2个耦合孔数，1 dB相对带宽提升到30 GHz，且隔离度大于15 dB的相对带宽达到32 GHz。两种新型耦合器在极宽的工作带宽内实现低反射、高隔离的性能。与E面耦合器相比，H面耦合器易于加工和利于与周期永久磁体的封装集成。

对W波段带状注五间隙耦合腔的高频结构进行了设计与分析, 以一个五间隙耦合腔作为输入腔, 一个五间隙耦合腔作为输出腔, 构成了W波段SBEIK的注波互作用系统, 利用CST粒子工作室对整个注波互作用系统进行了三维计算模拟, 并用Magic 3D对注波互作用计算进行了验证, 结果表明两种PIC软件的计算结果基本一致.该SBEIK在电子注电压为75kV、电流为4A条件下, 仅用两个腔体在W波段实现了高于24dB的增益, 为下一步高增益、高效率、小型化、紧凑型SBEIK 的设计奠定了坚实的基础.

利用理论分析和仿真模拟相结合的方法对带状电子注的产生进行了系统的研究,并提出了一种带状注电子枪的设计方法.首先通过理论分析,提出了一种计算带状注电子枪结构参数的迭代算法,即根据注电压、注电流、电子注注腰处半厚度、阴极半厚度和阴极宽度,计算出带状注电子枪的阴极柱面半径、阴阳极间距、阳极柱面半径和射程等主要参数；在此基础上,通过仿真模拟,为毫米波真空电子器件设计了一种带状注电子枪.

利用三维电磁场与粒子模拟软件对Ka波段带状注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定了腔体的冷腔高频特性，采用三维粒子模拟软件(PIC)模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明: 在带状电子注电压500 kV、束流1 kA、宽高比40∶1，注入微波功率1.94 kW和均匀聚焦磁场0.8 T的条件下，获得的输出微波功率达到142 MW，频率40 GHz，效率284%，增益约48.6 dB。

提出了一种强耦合式带状注速调管多间隙输出腔, 并将之应用于Ka波段带状注速调管输出腔的设计. 此设计可以获得更好的输出耦合特性和理想的场形. 更重要的是, 这种结构的漂移管允许被设计为对工作频率的截止状态, 从而可以获得更理想的电场场形以利于注波互作用. 从表面电流的角度分析了这种设计的理论依据. 通过使用粒子模拟软件进行仿真, 在中心频率获得了稳定的功率输出, 互作用效率达到50%以上, 3dB带宽约75MHz.

通过对W波段带状注速调管的哑铃型谐振腔特性进行分析，利用三维高频仿真设计软件CST-MSW建立了单间隙、三间隙、五间隙腔的物理模型，详细分析了不同结构尺寸对于高频系统相关冷参数的影响，优化得到了相应的高频结构及其特性参数，以此作为开发的二维注波互作用程序SBK2D快速计算的高频输入参数.同时，为了结合注波互作用系统的热参数三维仿真设计，采用MAGIC-3D对多间隙腔的高频特性及参数进行了仿真计算，得到的结果与CST冷参数设计基本一致，为W波段带状注速调管注波互作用系统的设计提供了重要参数和依据.