频率介于微波和红外之间的电磁波为毫米波,其兼有两者的优点。首先相比红外波,毫米波传输特性更好；相比微波,毫米波电子装备更加小型化,更易装配于导弹、卫星和飞机上。毫米波的这些特点使得它成为国际上研究的热点,受到极大的关注。尤其在军事上,现代战争是高技术条件下的战争,战争双方谁拥有最先进的高科技技术和武器装备,谁就能掌握战争的主动权,否则只能处于被动挨打的地位。高功率的毫米波与亚毫米波技术在当今高科技战争中有着不可或缺的作用。使用高功率的毫米波与亚毫米波技术可以干扰对方的雷达、通信设备以及微波武器装备,使其无法正常工作,同时可以对敌方的目标进行远程监控以及精确识别,实现远程预警以及引导武器系统攻击,并可保护我指挥、通信系统免受对方干扰,是现代战争中制胜的主要途径。本论文研究的高功率回旋放大器是毫米波装备系统的源,其目的在于解决长期制约大功率毫米波发展的瓶颈,推动毫米波系统在我国的发展。论文通过理论分析及设计优化开展研制工作,解决了回旋放大器各关键部件,并研制出了工作频率16GHz、30GHz和34GHz的回旋放大器实验样管。论文首先介绍了国内外毫米波回旋放大器研究的进展和应用情况,美国在3毫米回旋放大器研究方面取得了一系列的成就,并在车载相控阵雷达和Haystack雷达上得到成功应用。俄罗斯的研究工作主要集中在8毫米波段,并在远程相控阵雷达上得到了应用。国内在回旋放大器方面也开展了相应的研究工作,并取得了一系列的成就。小回旋电子枪系统是回旋速调管和回旋行波管的关键部件之一,论文先对双阳极和单阳极磁控注入电子枪进行了详细的理论分析,数值计算,优化设计,对影响电子注性能的各参数进行了优化设计,通过热分析和误差分析研究了所设计电子枪的稳定性,对影响电子注性能的枪区低频振荡问题进行了分析,通过改进结构和优化磁场得到了能很好抑制自激振荡的电子枪,并得到了实验验证,设计出了满足回旋速调管和回旋行波管的高质量电子枪,所设计的速调管电子枪速度比为1.32，纵向速度零散1.3%,行波管电子枪速度比为1.2,速度零散1.1%。论文所研究的ka波段TE01-TE02模式高功率回旋速调管,输入腔和两个群居腔工作于TE01模式,低阶模式易于抑制寄生模式的振荡,而输出腔工作于TE02模式,相比于TE01模式,TE02模式的输出腔功率容量大大提高,通过线性和非线性理论分析,并采用小信号理论研究了整管性能,包括增益、带宽和效率。并通过分析计算,粒子模拟,优化出了高性能的回旋速调管,在工作电流20安时,实验得到了350kW的脉冲功率,280GHz的带宽。在高质量小回旋磁控注入电子枪的基础上,研究了ku波段和ka波段高功率宽频带回旋行波放大器。首先从小信号理论出发,建立了针对回旋行波放大器的自洽PIC分析计算程序,优化高频系统设计,通过介质加载抑制自激振荡,设计出了ku和ka两个频段的回旋行波放大器,工作频率分别为16GHz,30GHz和34GHz。实验分别得到了180kW和165kW左右的脉冲输出功率。本论文着眼于回旋放大器件实用管型的研究,从理论分析,模拟计算,优化设计再到实验研究。形成了一套行之有效的回旋放大器研究方法。