太赫兹波在雷达、医疗、通信和安全检查等领域有着重要的应用。目前，高功率、低造价、轻重量、小体积的太赫兹源以及高灵敏度的太赫兹探测器是太赫兹应用的关键技术。引入微加工技术、采用折叠波导慢波结构的太赫兹真空器件是太赫兹领域的一种新型大功率、小型化辐射源。本论文在传统的折叠波导慢波结构中引入双电子注，研究结果表明该方法不仅可以提高输出功率，而且可以缩短互作用长度。开展双电子注折叠波导太赫兹辐射源的研究对发展高功率太赫兹源具有重要研究意义。本论文在单电子注折叠波导研究的基础上，从理论、粒子模拟和实验等方面对双电子注折叠波导行波管和振荡器进行了深入研究。

论文主要工作和创新点如下：

(1) 采用等效电路方法和场匹配方法分析了双注折叠波导慢波结构的色散，并与电磁仿真软件计算结果进行了对比。等效电路法将双注折叠波导等效为传输线，通过求解级联传输矩阵求解色散。场匹配法将双注折叠波导划分为七个区域，求解不同区域中电场与磁场，再将两相邻区域中公共界面上的场用场匹配方程联系起来，将场匹配方程化简得到色散方程。另外，分析了双注折叠波导的耦合阻抗和损耗，并与单注折叠波导进行了比较。

(2) 采用CHIPIC粒子模拟软件建立了双注折叠波导振荡器的三维物理模型，对非线性注波互作用过程进行了研究。模拟分析了各个参数对其输出功率的影响，包括双注间距、电压、周期数、磁场、电子注孔半径以及电子注填充比等。分别优化了单注和双注折叠波导振荡器的各个参数。结果表明：在相同的注功率条件下，双注振荡器比单注振荡器的输出功率要高得多。此外，双注振荡器的起振电流比单注振荡器要低。

(3) 对双注折叠波导行波管的注波互作用过程进行了粒子模拟研究。首先，对双注折叠波导行波管的小信号理论进行了研究。然后，分析了双注折叠波导行波管的传输特性和电场模式。分别对工作在TE₁₀模和TE₂₀模的两种折叠波导行波管进行了粒子模拟。采用CHIPIC软件对工作在340GHz的TE₁₀模双注折叠波导行波管进行了模拟，分析了其输出功率随频率变化的关系，得到最大增益32.3dB，3dB增益带宽可达50GHz。采用CST软件对工作在220GHz的TE₂₀模双注折叠波导行波管进行了模拟，分析其输出功率随电子注电压、频率以及输入功率变化的关系，得到最大增益32.6dB，3dB增益带宽可达25GHz。此外，采用CST软件对205GHz的TE₂₀模级联双注折叠波导行波管进行了模拟，得到了35.3dB的增益。采用双注和级联结构，能在太赫兹波段获得较大输出功率和带宽，对宽带大功率折叠波导行波管的研究具有参考价值。

 (4) 依据行波法原理分别推导了单注与双注折叠波导行波管注波互作用的非线性理论。首先求解折叠波导间隙处的轴向高频电场，并与CST计算结果进行了比较。采用电子圆盘模型，分析空间电荷场。结合电子运动方程以及能量守恒方程，并且考虑返波作用和相对论的影响，即可求解注波互作用。采用CHIPIC软件对340GHz单注折叠波导行波管进行了粒子模拟，与理论计算结果对比发现：理论预测输出功率的相对误差在中心点电压附近小于15%，饱和长度的相对误差小于8%。在对双注折叠波导行波管非线性理论的研究中，分别考虑了工作在TE₁₀模和TE₂₀模两种情况。工作在TE₁₀模时，通过理论与CHIPIC软件的对比发现：电压变化时，理论预测功率的相对误差在整个电压范围内小于12%；频率变化时，理论预测功率的相对误差在中心频点附近小于10%。工作在TE₂₀模时，通过理论计算与CST软件仿真结果的对比发现：理论与仿真计算的输出功率具有较好的一致性。

(5)对太赫兹折叠波导高频结构的传输特性进行了实验研究。首先通过理论和软件优化设计了108GHz和320GHz两种折叠波导高频结构的S参数，然后实验测试测试了两种高频结构的S参数，并与软件结果进行了对比，通带范围基本一致。