行波管是用来放大超高频信号的重要电子管，特别是在对微弱信号放大和需要进行较大频宽的放大方面，目前仍未有其它电子器件可与之匹敌。行波管多用于雷达、微波中继通信设备及其他微波设备中。
在速调管中，借助于对运动电子进行速度调制的方法获得了密度调制的电子注，并以此与谐振腔相互作用而实现超高频信号的放大。由于相互作用发生在很短的腔隙之间，因此相互作用的时间极为短暂。为了增大管子的输出功率，必须用强大的电子注工作，这样阴极发射的起伏现象就引起很大的噪声。此外，谐振腔是一个有选择性的谐振系统，所以这种管子的频宽是不大的，一般约为工作频率的1％左右。故速调管不宜作为微弱信号和宽频带的器件应用。
如果高频场是一个行进方向与电子方向相同的行波场，其行进速度和电子运动速度差不多的时候，运动电子与某一极性的高频电场就有较长的相互作用时间进行换能，由于相互作用时间长，高频电场也能从较弱的电子注获得较多的能量，这就有利于降低噪声和增大输出功率。另外行波速度与频率几乎没有关系，所以行波系统能在较宽的频带内工作。我们在这里所要介绍的行波管就具有速调管所没有的这些特点。它最适用于微弱信号的放大和宽频带放大，其频宽约为工作频率的20％。
目前，行波管分为O型的和M型的两种型式。在O型管中没有恒磁场作用于电子上，而M型管则与多腔磁控管相似，其中的电子在相互垂直的恒电、磁场下运动，因此又称为磁控行波管。就应用上来说，又分为三类，（1）电压放大行波管、（2）功率放大行波管、（3）低噪声行波管。
由于最常用的是O型行波管，所以这里主要介绍这种管子。
行波管的结构
图1是具有螺线式慢波系统的行波管。它包括五个主要部分：（1）电子枪和加速阳极；（2）使高频信号行进速度降低到略小于电子飞行速度的慢波系统；（3）输入和输出耦合装置；（4）聚焦系统；（5）收集极。
电子枪和加速阳极的功用是把电子注射入慢波系统内的相互作用空间，在这里与外加超高频信号发生能量交换，使超高频信号得到放大。
输入和输出装置由同轴传输线或波导管组成。要放大的超高频信号通过输入装置加到慢波系统。信号经放大后，由另一端的输出装置引出。
我们知道，电磁波沿线传播时的速度略等于光速，而电子在一般可能使用的电压（几百至几千伏）作用下，其飞行速度远小于光速。我们必须设法使电磁波传播速度慢下来，使其略等于电子速度才能有效地实现能量交换。能够使电磁波慢下来的装置叫作慢波系统。
图1所示行波管的慢波系统是一段螺线（图2为其一段）。超高频信号经输出装置被加到螺线始端后，将沿螺线在螺线的间隙内传播。其电力线垂直于导线，其磁力线围绕导线闭合，如图2所示。电子是沿慢波系统的轴向作直线运动的。对慢波系统全长来说，电子的飞行距离最短。电磁波则要经过全部螺线长度才能到达终点，它所需的时间必然要比直线传播的时间长许多倍。因此，早管电磁波沿螺线以光速传播，但对轴向来说，是相对地慢下来了。这样就获得了能与电子产生相互作用的“慢电磁波”。
为了使电子注在相互作用过程中不致散开，沿管身加入聚焦系统，以增强相互作用效果。实际使用的聚焦系统有电磁的、永磁的以及周期性电的或磁的聚焦系统。图1所示的是用线圈产生磁聚焦的电磁聚焦系统。
经相互作用后的电子打在收集极上，产生热能消耗其剩余能量。
行波管的工作原理
图3是一小段慢波系统的轴向剖面图。这里假设“慢电磁波”的传播速度略低于电子飞行速度。电子处于A的位置时，轴向高频电场的极性对电子是加速的（该区域称着加速区），因而场要付出能量以加快电子的速度。但运动电子的入射速度本来就稍大于轴向“慢波”的传播速度，所以电子从高频场获得少量能量，很快地就越过加速区。当电子到B的位置时，该区域的轴向电场为零，所以它不受高频场的影响，无能量交换。而电子进入C位置时，该处是高频电场的极性对电子为减速的区域，因此电子的速度降低而动能损失，这部分能量转移到高频场上。并且由于速度的降低，从而与减速场的相互作用时间就相对地长一些，交给高频场较多的能量。电子在飞越加速区时滞留的叶间短，而在飞越减速区时滞留的时间长。结果，轴向“慢电磁波”在减速区内吸收电子的能量就大于在加速区内付出的能量，经全部慢波系统的相互作用后，高频场不断地获得能量。而电子是以大于“慢电磁波”的速度射入相互作用空间，经相互作用后把大部分从加速阳极电源取来的动能转移给高频场，最后以低于入射时的速度脱离慢波系统。
在相互作用空间内，轴向高频电场对电子的影响是，改变运动电子的相对速度以形成密度变化的电子注。故在相互作用空间中，电子的密度是不均匀的，电子注以大的密度在减速区提供能量，却以小的密度在加速区吸收能量。因此，八平均效果来看，加于输入端的超高频信号沿慢波系统传播后，就获得能量而放大。
如果电子飞行速度低于“慢波”传播速度，情形就完全不同了。当飞行电子处于减速区时，电子被减速，本来电子速度就慢于“慢波”的传播速度，从而很快地落在减速场的后面，相互作用时间很短，当减速场后面的加速场赶上电子，电子在加速区飞行时，电子被加速，使电子的飞行速度不太落后于“慢波”的传播速度，因而在加速区里，相互作用时间就长一些。由以上叙述可见，电子在飞行过程中，从高频场获得的能量高于付出的能量，最后电子以高于入射时的速度到达收集极。这时高频场不但不能从电子注获得能量，反要损失能量。因而电子飞行速度必须高于慢波传播速度。
在行波管中，慢波系统愈长则管子的放大倍数就愈大。但是管子太长将受工艺制作的限制，并且要防止管子的自激就更困难。行波管产生自激的原因是，终端负载不可能完全匹配，因而就有反射波沿慢波系统向输入端传播，反射波加到输入端后又经行波管放大后送到终端。如此往返放大，就使行波管产生自激。为防止自激的出现，通常在离输入端约1/3处涂上如石墨之类的吸收材料，以衰耗掉反射波的能量。但这样一来，就影响到行波管的正向放大倍数，这是前些时候不可避免的现象。近年来，由于铁氧体单向器件的出现，就可能制造出正向衰减很小而反向衰减很大的行波管，以充分提高其放大能力。
工作于连续波的功率放大行波管多半用于微波接力通信设备上，连续波输出功率有1到20瓦即已足够。而脉冲工作的行波管的输出功率高达10兆瓦以上，常用于雷达发射机和宇宙通信设备上。低噪声行波管用于雷达和接力通信等接收机中作为高灵敏度的放大器件。目前，行波管的最高工作频率约为75000兆赫（波长为4毫米）。
行波管除作放大器件使用以外，把输出端与输入端适当地耦合起来，就可作为振荡器。也可将行波管作为变频器、调制器等器件应用。
返波管
返波管是在行波管的基本上发展起来的一种电子管，其基本结构如图4所示。返波管用作微波振荡源。
从电子枪入射慢波系统的电子注，在飞向收集极的过程中，在慢波系统中将出现涨落（噪声）脉冲。在此脉冲的作用下，在螺线内产生复合电磁波，行进方向与电子注行进方向相同的波到达收集极端被完全匹配的吸收器吸收，没有反射波，而行进方向与电子注行进方向相反的波（返波），往输出端传播。在传播过程中自电子注吸收能量，此时支持返波运行的慢波系统相当于普通电子管振荡器的反馈电路，而电子注又相当于返波的反馈电路，电子注受到返波的调制而逐渐集聚而倒转来激励返波。此时如电子注的行进速度适当，在输出端就能引出所需频率的振荡信号。
返波管所以叫做返波管是因为电磁波的方向与电子注的方向相反。它是一种宽频带微波振荡器，它的振荡频率很宽，例如自2700兆赫到13,000兆赫。（瑶琪）