1.1 结构和参量简介
行波管结构示意图（以螺旋行波管为例）如图1.1所示。（行波管的包装、冷却系统和各电极的引线未画出）
图1.1 行波管结构示意图
行波管结构和各部件的功能简介如下。
热子加热后阴极发射电子注，电子枪（阴极、聚焦极、阳极）的静电聚焦场压缩、会聚电子注进入慢波线（互作用区），周期永磁聚焦（PPM）系统聚焦因空间电荷力原本要发散的电子注，RF输入接头输入微波信号，在慢波线区域与电子注发生互作用，根据要求放大几十分贝后，微波信号功率从RF输出接头输出，互作用后的电子注被收集极（通常为多级降压收集极）收集（以回收部分能量，提高总效率）。行波管的电子注产生和流经的区域为高真空（如10−8 Pa或更高）。此外还有冷却系统（是包装件的一部分），这里未画出。
现代行波管主要有螺旋线慢波结构、环杆慢波结构、休斯慢波结构、三叶草慢波结构等。各类主要管型之间有大概的参量区分。西方国家市售的各类行波管的典型参量（数据摘自《行波管研制技术》[30]），将在下面分别进行简单介绍。目前，这些管型仍然在进一步发展之中。
图1.2给出了螺旋线+介质夹持杆+复合管壳（PPM极靴）的示意图。
图1.2 螺旋线+介质夹持杆+复合管壳（PPM极靴）示意图
螺旋线慢波结构行波管是品种最多、应用最广泛的实用行波管。其工作波段已由分米波段、厘米波段扩展至毫米波段。大功率方面，有工作电压30 kV、工作电流10 A、峰值功率30 kW的研究报道。下面给出一些市售行波管的参量。
No.1 一只无截获栅控脉冲行波管，工作频率15～18 GHz，输出功率约4.3 kW，工作比2%，增益约55 dB，工作电压13.3 kV，工作电流1.75 A，行波管总功耗 478 W，工作环境温度−35～+85℃。
No.2一只连续波行波管，工作频率7.9～8.4 GHz，输出功率960～1000 W，增益50 dB，工作电压6.5 kV，工作电流520 mA，行波管总功耗3.45 kW，工作环境温度−40～+52℃。
No.3 一只脉冲宽频带行波管，工作频率 6.5～18 GHz，输出功率1450～2700 W，工作比2%，增益约45 dB，工作电压11.2 kV，工作电流 1.65 A，行波管总功耗 280 W，工作环境温度−35～+85℃。
No.4 一只连续波宽频带行波管，工作频率6.0～18.0 GHz，输出功率 325～400 W，增益40～60 dB，工作电压 10.3 kV，工作电流 290 mA，行波管总功耗1438 W，工作环境温度−40～+85℃。
No.5 一只连续波毫米波行波管，工作频率59～64 GHz，输出功率20～35 W，增益45 dB，工作电压小于10 kV，电子效率 10%，总效率大于35%，质量小于650 g，总长小于28 cm，寿命要求大于20年。
图1.3给出了环杆线及管壳的示意图，介质杆没有画出来。
图1.3 环杆线（介质杆未画出）和管壳
环杆慢波结构行波管是为了提高螺旋线慢波结构行波管的峰值功率（实际上是提高工作电压）而发明的。管子的型号相对较少。
环杆慢波结构行波管不同实用管型的工作电压在10～44 kV内，工作电流在1安至十几安范围，输出峰值功率为几千瓦至200多千瓦，平均功率为几百瓦至十几千瓦，工作频率范围从UHF、L到Ⅹ波段，典型带宽≥10%。
由于在同样的波段，环杆慢波结构的内直径可以大于螺旋线慢波结构的内直径，且环杆慢波结构行波管最佳工作电压的上限高于螺旋慢波结构行波管的最佳工作电压的上限，环杆慢波结构行波管应该能够工作在毫米波段。
如图1.4所示为常用的休斯慢波结构行波管的慢波线（为了使示图清晰，下面的结构图拉开了一些距离）。
图1.4 常用的休斯慢波结构行波管的慢波线（含衰减器）
下面给出几种实用耦合腔行波管的典型参量。
No.1行波管，工作频率5.25～5.75 GHz，输出功率250.0 kW，工作比5%，增益46 dB，工作电压53.0 kV，工作电流18.0 A，IS，L，质量90.9 kg。
No.2行波管，工作频率9.0～9.2 GHz，输出功率120.0 kW，工作比0.25%，增益50 dB，工作电压43.0 kV，工作电流13.5 A，PPM，FA，质量15.91 kg。
No.3行波管，工作频率9.45～10.05 GHz，输出功率50.0 kW，工作比1%，增益53 dB，工作电压31.5 kV，工作电流8.0 A，PPM，L，质量5.45 kg。
No.4行波管，工作频率9.7～9.9 GHz，输出功率15/1.5 kW，工作比3%/45%，增益60/22 dB，工作电压26 kV，工作电流3.0/0.7 A，PPM， L，质量12.27 kg。管子可工作在连续波1.5 kW和脉冲15 kW两个模式。
No.5行波管，工作频率14.0～14.5 GHz，输出功率5.0 kW，工作比CW
，增益35 dB，工作电压19.0 kV，工作电流1.7 A，IS，L，质量29.55 kg。
No.6行波管，工作频率34.0～36.0 GHz，输出功率4.0 kW，工作比5%，增益50 dB，工作电压37.0 kV，工作电流1.2 A，PPM，FA/L，质量9.09 kg。
No.7行波管，工作频率43.5～45.5 GHz，输出功率1.0 kW，工作比CW，增益50 dB，工作电压27.0 kV，工作电流0.34 A，IS，L，质量21.36 kg。
上面的英文缩写说明如下：
PPM——周期永磁聚焦；
IS——整装式线包（表面绝缘导热的铜带直接绕在管体上的聚焦线包）；
L——液冷；
FA——强迫风冷。
图1.5给出了三叶草慢波结构的示意图（为了使示图清晰，结构拉开了一些距离）。
图1.5 三叶草慢波结构示意图
三叶草耦合腔行波管的实用管型较少。
一个早期的数据是工作频率C波段，工作电压 130 kV，工作电流88 A，峰值输出功率4.2 MW，平均功率6 kW，2 dB带宽10%。后来英国EEV公司有雷达用Ⅹ波段实用三叶草慢波结构行波管提供市场销售。该管峰值功率为1 MW。
关于行波管高增益的限度，60～70dB（或更高）应该是没有问题的，前提是必须把衰减器的匹配、衰减量+“切断”（隔离度）做得比较好。增长慢波线的长度总能获得高增益。
关于增益，其原理上最基本的限制是由于电子注中的噪声也会在互作用过程中被放大，放大后的噪声功率电平必须低于用户要求值。简单来说，假如一只行波管，工作频带内某频率电子注的噪声为 0.5 μW，如果行波管的增益达到 70 dB，该噪声信号将被放大到5 W。若行波管输出功率为5 kW，则噪声电平比信号功率低 30 dB，有的用户可以接受。如果行波管的输出功率为500 W，对于同样的增益，则输出噪声电平比输出信号功率只低 20 dB，用户就不满意了。行波管的增益只有降到 60 dB，噪声电平才能满足用户的要求。当然，增益高意味着管子长，质量重，同时也对一些非线性参量有影响。有关指标应该综合考虑。
随着行波管向毫米波和太赫兹领域的推进以及功率量级的提高，科技工作者不断提出了一些关于慢波结构的新构想，对许多设想还展开了实验研究。这类结构除了要有使电磁波“曲折”行进的通路，让有限速度的电子注能够与之互作用外，还必须有足够强的与电子注互作用的能力（高的作用阻抗），方便电子注的聚焦（达到一定的电子注动态流通率）；此外还要求工艺实施不太困难，制成的行波管具有一定的可靠性和较长的寿命，使用较为方便且价格合适。
研制现代行波管（包括上面介绍的几种管型），需要解决许多技术难题，在结构、工艺上仍然有许多工作需要做。理论研究仍然是很重要的，精确的理论计算可以大大缩短研制周期。