回旋管在过去很长一段时期主要应用在受控热核聚变中,这种应用的回旋管虽然能产生很高的平均功率,但是由于它是一种自激振荡器,而不是相控放大器,并且由于重量和体积大的缘故不适合在雷达系统中得到应用,为了满足雷达系统等对宽频带的要求,我们需要研究回旋管种的一个非常重要得放大器件-回旋行波管,回旋行波管作为回旋放大器件家族中非常重要的一类管种,有着其他管种无可比拟的优势,回旋行波管在比较高的输出功率下可得到很宽的频带,为此回旋行波管逐渐成为了各国研究的热点。由于一直受到回旋行波管复杂的互作用机制和其中寄生模式竞争的困扰,回旋行波管发展比较缓慢,直到上世纪70年代末期回旋行波管开始得到了较快的发展。国内在回旋行波管的研究方面相对滞后,其中电子科技大学大功率微波实验室对Ka波段,V波段回旋行波管的研究相对较早,输出功率和增益都比较高,满足大功率输出的要求,但是从相对带宽方面考虑,这两个波段的带宽就没有W波段的更能满足宽频带微波源的要求,为此很有必要对W波段回旋行波管进行研究。本文主要从回旋行波管的相关发展出发,在了解了一定的研究背景下,发现国际对回旋行波管的研究热点主要是采用分布式加载和周期加载两种方式来完成回旋行波管的研制,本论文是采用分布式加载方式来完成设计要求的,通过加载介质来抑制绝对不稳定性和回旋返波振荡等寄生振荡的影响,首先对回旋行波管的线性理论进行研究,找到了抑制这两种振荡的方法和回旋行波管进行非线性模拟的初始值,为非线性的模拟节省了时间和劳动付出,使得非线性模拟更加精确和省时。其中因为非线性模拟更加接近工程实际,为此本人根据热测实验的要求对非线性模拟进行了详细地研究和讨论,分别分析了高频结构和尺寸、工作磁场、电子注电流电压、输入信号频率等参数对回旋行波管的频谱、输入功率、输出功率、饱和增益和效率等方面的影响,并且给出了注波互作用具体的换能过程。最后一个内容研究了适用于3mm回旋振荡管的磁控注入电子枪,给出了PIC仿真研究结果,其中PIC仿真经验对研究适用于回旋行波管的电子枪提供帮助。