微波电真空器件在雷达、通信、遥感、电子对抗、等离子体加热以及基本粒子加速器等微波技术领域一直具有非常广泛的应用。然而，传统真空电子器件向高频率发展时，由于几何尺寸与频率的共度效应，面临巨大挑战。扩展互作用器件是一类特殊的真空电子器件，兼有行波管和速调管的特点，适宜工作在毫米波及太赫兹频段，因而越来越受到人们的关注。　　扩展互作用器件的技术优势主要来自于其特殊的互作用电路，即多间隙谐振腔。传统结构的电路在高频段面临加工困难以及功率容量明显下降等问题，因而过模电路以及平面结构的电路开始显现出其优势。　　与微加工工艺兼容的平面哑铃形电路、梯形电路和电子注互作用有望在毫米波乃至太赫兹波段产生高功率输出。平面多注哑铃形扩展互作用电路与带状注扩展互作用器件相比能够消除腔体间由通道产生的耦合，其独立的单个圆形电子注在各自的通道内传输，从而更加有利于聚焦和保证高质量的束流传输特性，具有很大的应用潜力。梯形电路是高频段扩展互作用速调管经常采用的电路类型，尤其是该类型电路具有“天然的”带状注通道，在高频率、大功率速调管器件中很有应用前景。因此，针对哑铃形谐振腔、梯形电路开展理论分析、仿真模拟和实验具有重要意义。本文主要工作如下:　　1.多间隙哑铃形谐振腔是一个过模电路，在横向和纵向上均存在复杂的模式分布，细致研究了这些模式分布的特性和规律。基于归一化的场形分布函数，给出了耦合系数的定义，从而能够统一分析和比较各个不同电子注通道内注波互作用的强弱。　　2.利用平面多注多间隙耦合腔小信号电子电导模型分析了W波段平面多注五间隙哑铃形谐振腔中模式的稳定性问题，具体计算结果和仿真结果都说明在所给的电路模型中存在模式竞争和自激现象。研究结果揭示了影响模式竞争的决定性因素是电子注与场的同步特性。　　3.设计与模拟W波段平面多注扩展互作用高频系统。设计了W波段平面多注多间隙输出腔结构及其谐振频率的测试方案、加工实物并给出测试结果。　　4.建立单排梯和双排梯两类梯形电路高频特性的理论模型。运用场匹配法，推导出“冷”色散方程、特性阻抗和损耗的计算式。利用理论模型对单排梯、双排梯的高频特性进行数值计算，并与HFSS、CST仿真结果进行对比，验证理论模型的正确性。