行波管是微波真空器件中的一类非常重要的器件,具有工作频带宽、输出功率大、增益高等优点,在星间通信、雷达、电子对抗等领域起着重要的作用,在太赫兹成像、天文研究、生物医疗等方面也具有广泛的应用前景。随着现代加工技术的不断进步,行波管也在朝着小型化、集成化等方向发展,微带线行波管是非常具有应用潜力的一类行波管,本文主要针对微带型行波管的关键问题进行研究,主要内容分为如下三个部分:（1）一种三维微带线慢波结构研究。为了解决微带线行波管存在的耦合阻抗小和电荷积累等问题,提出了一种三维微带线慢波结构。对其高频特性进行了研究,设计了工作在W波段的具体参数,并设计了与之匹配的输入输出装置。进行PIC仿真研究,在输入功率为0.1W,同步电压为6.7k V,电流为0.1A时,三维微带线行波管可以在76GHz-94GHz频段内获得高于15W的输出功率,对应的增益高于22d B。将仿真结果与常规N型微带线行波管的仿真结果相比较,结果表明,三维微带线行波管具有一定的优势。（2）一种新型N型微带慢波结构研究。从方便加工测试、提高性能的角度出发,提出了一种新型结构,其具有耦合阻抗大、便于加工等优点。利用仿真软件对其高频特性进行了研究,进行了传输仿真优化,进行注-波互作用仿真,在输入功率为0.1W,同步电压为7.6k V,电流为0.1A的条件下,新型N型微带线行波管在56GHz-62GHz频带内可以获得高于26W的输出功率,对应的增益高于24d B。将其与传统N型微带线行波管的仿真结果相对比,结果表明新结构具有一定的优势。最后对新结构进行了加工和冷测实验,实验结果与仿真结果吻合度较高,传输效果较好。（3）PCM聚焦系统研究与设计。首先对PCM聚焦系统相关的理论进行了介绍,然后针对设计的三维微带线行波管,设计了与之匹配的PCM（Period Cusped Magnetic）聚焦系统,进行了静磁仿真和粒子仿真,经过优化,在PCM聚焦系统的磁场峰值为0.27T,周期为4mm时,电子注的通过率达到99%。此外,针对电子枪装配过程中可能出现的阴极倾斜的情况,提出了一种PCM聚焦系统的外加补偿磁场的调试方案,并进行了仿真调试,调试结果表明此方案效果较好。