毫米波亚毫米波指的是电磁波的波长在1 cm-0.1 mm（频率30 GHz-3000 GHz）,世界各国近年来不断开展对毫米波亚毫米波的研究,主要应用在雷达、高功率微波武器、电子对抗、等离子体加热、高能粒子加速器、微波通信和工农业生产等领域的领域,尤其是研制高功率、宽频带、可靠性强和寿命长的稳定微波源^[1-6]。回旋行波管就是一种稳定的微波源。回旋行波管在较大的输出功率下,可以保持较宽的频带范围,因而具有其他管种类无可比拟的优势。回旋行波管高频系统一般包括高频互作用电路、输入输出耦合器以及输出窗,各个部分对回旋行波管的性能有着重要的影响。尤其是高频互作用电路,作为注波互作用的主要场所,实现从电能到微波能量的放大传输。传统W波段圆柱状高频结构存在较多的竞争模式、尺寸较小等问题,为了解决这一系列的问题,世界各国科学家相继提出了不同方法。本学位论文主要研究了W波段回旋行波管新型高频结构及相关的输入输出耦合器、输出窗、用于介质加载段陶瓷厚度测试用模式变换器。主要内容包括以下几个方面:1、介绍了回旋行波管的基本结构、原理、以及发展历程,重点叙述了回旋行波管高频的研究现状,以及现有结构存在的竞争模式多、加工难度等一些问题,为提出具有高模式隔离特性新型高频结构做了背景介绍。2、从理论和CST软件仿真两个方面设计了一个工作在W波段,工作模式为TE₀₁的回旋放大器。从起振长度和起振电流两方面计算了实际工作的电流对光滑波导长度、工作电流的要求。为了抑制互作用电路不稳定振荡,采用介质加载方式,计算了衰减陶瓷最佳厚度。完成基本结构设计后,计算了该互作用电路在50 ns内零驱动的稳定性情况。在没有出现起振下,分别计算了输入功率大小、磁场失谐率、横纵速度比、光滑段长度、电子注厚度等对输出功率的影响。3、对该高频结构对应的输入输出耦合器以及测试用模式变换器进行了相关的研究。输入耦合器实现从标准矩形波导TE₁₀模式到该扇形波导TE₀₁的变换,输出耦合器实现四合一,把四个互作用电路合成一路进行输出。4、最后设计了一种基于超表面特性的新型输出窗,实现了宽频带、低反射、易于加工、低损耗等特性。