利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论设计出一种Ka波段TE01模回旋行波管新型输出渐变段。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化，研究了该新型渐变段的反射系数、传输参数、模式纯度、对杂模的耦合等性能指标。计算结果表明：在长度为80 mm、口径由14 mm变化到32 mm的情况下，在30～33 GHz该新型渐变段的传输参数大于-0.000 52 dB,反射参数小于-65 dB,模式纯度大于0.995，对TE02模和TE03模耦合在-40 dB以下。在等长度和等口径下，与Dolph-Chebyshev渐变段进行比较，结果显示在30～33 GHz内，新型渐变段比其传输参数更好、反射参数更小、模式纯度更高等。测试样品的冷测实验结果为在28～35 GHz范围内，其反射参数小于-30 dB，传输参数大于-0.3 dB。

分析了矩形截面切伦柯夫脉塞周期金属慢波结构的色散特性，以及结构参数的变化对色散曲线的影响。为避免慢波结构两端突变引起的反射振荡，采用等效电路法分析了用于连接光滑波导和慢波结构的渐变段。将线性形、两段形和指数形的渐变段进行了比较。指数形渐变段末端的功率反射系数最小, 并且整体的变化最平缓， 因此可将其作为实现慢波与快波间转换的较优选择。分析了频率和实际加工误差对指数形渐变段功率反射系数的影响: 在频率较小时，功率反射系数也较小;固定频率下,较小的加工误差能使交界处功率反射系数的变化较平缓。在此基础上设计了一个功率反射系数小于0.01的指数渐变段，实现了工作模式和快波模式之间的良好匹配。与耦合模理论分析方法相比，等效电路方法更为简洁，二者结果相符合。

利用模式耦合理论,在考虑多模耦合的情况下,对渐变结构复合腔进行了冷腔分析,计算了H51-H52模式对下,各个模式的耦合及场幅值分布情况,分析了渐变段的倾角对渐变复合腔的Q值及场幅值分布的影响.研究表明:渐变段的倾角对渐变结构复合腔的高频特性有很大的影响,特别是各模式的场分布及Q值,合适地选择渐变角度,能使场幅值放大率比较大,这将有利于提高注-波互作用效率.