行波管常被应用在雷达系统、通信卫星电子对抗系统和电磁兼容测试等领域,是一种用处十分广泛的真空器件。行波管种类繁多,其中耦合腔类行波管凭借其在耦合阻抗、承载功率、散热性能等方面的优势成为了当前的研究热点。伴随着计算机技术的推广,耦合腔类行波管的仿真设计逐渐由手动的公式推导计算发展为利用计算机程序进行计算。为此,研究者提出了针对耦合腔类行波管的1维、2维、2.5维、3维互作用分析模型,对耦合腔类行波管的高频特性、注波互作用分析给出了很多分析方法,还根据这些模型,设计并编写了仿真程序。虽然耦合腔类行波管的输出功率较高,但其带宽较窄,故扩展耦合腔类行波管的带宽成为了一个重要的研究课题。为了扩展带宽,涌现出了许多新结构、新设计。由于很多分析模型并不具备普适性,每提出一个新结构,一种新的设计思路都需要一个更符合新特性的分析模型,例如相速渐变、跳变等都对近截止区的分析提出了新的要求。而目前能够就近截止区域分析的模型较少,开发出的互作用计算程序也不多见。本文针对扩展耦合腔类行波管的带宽、提高效率等目标,开展了用于耦合腔类行波管高频计算的2.5维互作用模型的分析和实验工作。所研究的耦合腔类注波互作用模型可计算相速渐变、跳变等参数。不仅如此,为了扩展带宽、抑制振荡,还研究了近截止频率区的互作用特性,对模型进行了进一步的优化。主要的研究内容有:1、提出了高频特性分析模型,将耦合腔按周期等效为传输电路,划分每个周期,并将划分出的各部分等效为传输电路的等效参数,利用电路分析,对高频特性进行分析。2、给出了均匀慢波线互作用分析模型,可对耦合腔类行波管的注波互作用进行快速分析,从而得到结果。3、给出了耦合腔级联模型,可在耦合腔类行波管的近截止频率区和常用的工作频带进行注波互作用分析。给出了耦合腔级联模型的传输矩阵、电子运动方程、间隙场方程、R/Q、相移等参数的分析方法,并针对近截止频率区的特性,进行了优化分析。4、基于均匀慢波线互作用分析模型和耦合腔级联模型分别编写了互作用分析程序,程序由具有高扩展性和兼容性的Python编写,借鉴MVC框架思想。并利用一支W波段行波管的实测数据与两个模型的互作用计算结果进行了对比,之后对比了粒子模拟程序的仿真结果与耦合腔级联模型在近截止区域的互作用计算结果,验证了两个模型的可行性和可靠性。