高效率宽带毫米波行波管是一类重要的真空电子器件,可广泛应用于高性能雷达、通讯等领域。为了提高传输效率和整管效率,输能系统和收集极系统的研究和设计是两个关键的研究内容;针对该类器件,本文分别开展了Ka波段宽带螺旋线行波管输能结构和收集极以及6-18GHz螺旋线行波管收集极的理论和实验研究,取得了如下的工作进展:1.为已设计完成的Ka波段螺旋线行波管慢波结构设计了同轴输能结构,通过理论设计与仿真模拟的结合,设计并优化使其在26.5-40GHz的频段内反射系数小于-15dB,驻波系数小于1.3,满足通带的传输要求。2.对设计好的输能结构与慢波结构进行冷测实验,实验的结果显示驻波系数在2.1以下,并对加工与装配的过程中遇到的各种问题进行了分析与解决,之后对本次实验进行了误差分析,为下一次实验做准备。3.为了提高行波管整管效率,对收集极进行了研究。从互作用结束后的电子状态出发,分析其运动与能量情况,为收集极入口设计与电压设置提供了参考,在大信号仿真软件ORION的帮助下,建立二维仿真模型,并模拟了一个四级降压收集极,收集极效率达87.9%。4.对6-18GHz频段的行波管四级降压收集极进行小型化设计,并提出了一种五级收集极的设计。为了研究非对称结构收集极,借助了三维仿真软件CST,同时设计了一套算法将二维的电子入口数据换算到三维形式下,通过二维及三维两个软件中的综合对比,既验证了算法的可行性,也验证了小型化设计的可行性。在保证效率不受影响的情况下使四级降压收集极内半径缩小了1.8mm,长度缩短了7mm,并改善了原结构中电子回流偏大的问题,把二次电子对收集极效率的影响相对降低,同时收集极效率有所提高。另外,设计的五级降压收集极实现了收集极效率比原有四级结构提高了8.77%,同时内径和总长仍小于原四级结构。