回旋速调管作为高功率毫米波源,在微军事、科研领域有着广泛且重要的应用。随着微波功率源需求的不断提高,尤其体现在对高功率、宽频带,高可靠性等方面,近年来国外不断展开对兆瓦级回旋管研究,其中回旋速调管以其高输出功率并具有一定的带宽的特点,在兆瓦级输出上有着独特的优势。截至目前,兆瓦级回旋速调管要求电子注输入电压为百千伏级,输入电流为几十安培,互作用效率在40%左右。在高压大电流的电子注输入条件下,电子注群聚效果、保证注波互作用过程中的稳定性、保证输出腔的功率容量和抑制模式竞争成为兆瓦级回旋速调管的难题。本论文以兆瓦级回旋行波管高频结构设计为目的,对回旋速调管谐振腔设计和注波互作用过程进行研究,结合理论分析编制了回旋速调管注波互作用数值计算程序,并结合软件CST进行结果对比和各参数优化分析。主要包括以下方面:1、简要介绍回旋管的理论基础——电子回旋脉塞。介绍了国内外关于回旋速调管和兆瓦级回旋速调管的发展情况、应用方向和应用前景等;2、对回旋速调管谐振腔进行基本理论分析,并在此基础上,通过电磁仿真软件CST对回旋速调管中高频谐振腔进行计算得到谐振腔的高频参数,谐振频率和Q值。探究高频谐振腔结构参数的变化对谐振腔高频参数的影响。完成输入腔、群聚腔、输出腔以及输出结构的设计;3、通过理论分析,推导回旋速调管注波互作用高频场演化方程和电子运动方程,结合注波互作用实际过程,设计了数值计算流程,并将其编制成Matlab程序。4、对设计的回旋速调管进行稳定性分析。优化数值计算程序的计算方式。通过数值计算程序对回旋速调管高频结构及电子注的角向调制进行设计。利用CST微波工作室对电子注参数、引导磁场参数、输入频率、输入功率等对注波互作用效率和输出功率的影响进行分析。对比数值计算程序计算结果与CST微波工作室的的仿真结果,完成兆瓦级回旋速调管的设计。5、对上述工作进行总结,并对该论文的后续工作安排提出规划。综上,本论文结合回旋速调管基本工作原理,在数值计算程序中展示注波互作用的过程,同时利用数值计算程序和仿真软件的帮助,完成兆瓦级回旋速调管的设计。其工作在Ka波段的基次谐波三腔兆瓦级回旋速调管,中心频率36GHz、输出功率2.8 MW、电子注效率38%、3 dB带宽500 MHz、增益44 dB。