由于具有比螺旋线及其变形结构更优越的散热性能，耦合腔慢波电路在大功率行波管中得到了广泛应用。常用的两种耦合腔慢波结构如图1、图2所示。每一种耦合腔慢波电路都有不同的耦合机构，但是每一腔体的相移量对基波而言总是在0～π，对n次空间谐波而言，则在nπ～(n+1)π。

图1 休斯结构

图2 Chodorow-Nalos结构

耦合腔慢波电路的工作原理如图3所示。输入电路通过磁耦合环或与波导连接的阻抗匹配段，将信号馈入第一个谐振腔，并在第一个谐振腔的间隙上产生电压U₁。同时，信号从第一腔耦合到第二腔。第一个间隙上的电压对电子注速度进行调制，当电子注向第二腔运动时，就会在电子注中产生交流电流分量。电子注感应出的信号进入第二腔，它分成两个相等的部分，一个向右行进，另一个向左行进。来自第二腔和后面谐振腔的反向行进的波通过损耗或切断来消除。

图3 基本耦合腔慢波电路示意图

由电子注在第二腔感应的电压与通过耦合机构从第一腔馈至第二腔的电压结合，在第二间隙上产生电压U₂。此电压使电子注的速度调制增强，因此使电子注交流电流增加。在后面的每个间隙上，这个过程重复进行，每个间隙的电压都是由其前一个间隙耦合产生的电压和由交流电子注电流感应产生的所有分量相加而成的。在任意一点处，交流电子注电流都是前面间隙产生的所有电流的总和。耦合是靠两腔之间金属板上的耦合槽完成的。