回旋行波管是一种基于相对论电子回旋脉塞机理的大功率放大器,以其在毫米波段宽带、大功率的特点,在雷达、通信等领域中有着广泛的应用前景。电子枪是回旋行波管的核心部件,其作用是为回旋行波管提供高频电子注-波互作用所需的回旋电子注。高质量的回旋电子注是回旋行波管进行高效、宽带注-波互作用的前提和基础。近年来,随着回旋行波管的发展,其工作频带已由微波波段逐渐扩展到毫米波波段,甚至扩展到太赫兹波段。但随着回旋行波管工作波段的不断扩展,其高频互作用空间的尺寸也不断减小,造成电子注的引导中心半径不断减小,例如对于工作模式为TE01模的回旋行波管,在Ka波段（32GHz-35GHz）互作用系统半径为5.6mm左右,而工作在G波段（210GHz-220GHz）的回旋行波管互作用系统半径只有0.89mm左右,电子注半径则相应更小。在磁压缩比不变的情况下,较小的引导中心半径也就需要较小的电子枪发射半径。在传统的单电子注电子枪中,较小发射半径意味着较小的发射面积,在空间电荷密度与朗缪尔空间电荷限制的比值,以及阴极发射材料单位面积电子发射能力受限的情况下,回旋行波管电子枪在高频段（如W波段）发射的电子注电流也较小。而这与回旋行波管在高频段高功率输出所需的大电流相矛盾。所以需要设计相应电子枪,使其在这些限制条件下也能发射具有更大注电流的电子注。为了提高电子枪的发射电流,同时结合国家自然科学基金项目（基金号:62171108）研究的需求,本文利用TE02模回旋行波管工作模式的耦合系数在径向存在两个极大值点的特性,将回旋电子注的引导中心半径同时设置在这两个极值点处,引入双电子注电子枪方案,增大回旋行波管的发射电流,改善电子注质量,提高回旋行波管输出功率。该新型双电子注电子枪具有两个阴极发射带,不但能够有效增加阴极发射面积,进而增加发射电流,而且能够充分利用有限的高频互作用空间,提高回旋电子注的质量。本文对该新型双电子注回旋行波管电子枪开展了详细的研究。主要研究工作如下:1:首先对回旋行波管电子枪进行理论分析。在此理论分析基础上,完成了一只W波段单阳极电子枪初始结构参数的设计。并编制CST自动建模仿真程序,将理论分析计算所得的初始参数导入CST软件中,结合电子枪的目标参数,进行自动建模和优化。在工作电压为60k V,工作电流为8A的情况下,获得了速度比为1.23,横向速度零散小于2.5%的优化设计结果。2:提出新型双注电子枪结构方案,利用理论分析计算结果和CST自动建模仿真程序,再结合目标参数,完成W波段TE02模回旋行波管双注电子枪的优化设计。在给定工作磁场下,双注电子枪的内、外环速度比分别为1.1和1.2,内环横向速度零散小于1%、外环横向速度零散小于2.4%以内,工作电压为60k V,工作电流分别为内环3A,外环10A。优化过程中还发现双电子注之间互相影响,电子枪空间效应电场是双电子注空间电荷效应的叠加。3:对完成优化的双电子注电子枪阴极内部结构进行设计、建模、热分析和热效率优化,并进行冗余度分析。在总发射注电流为13A的情况下仿真只需36W加热功率,且在轴向0.3mm和径向0.2mm的形变误差范围内双注横向速度零散变化均小于1.6%,速度比变化小于0.06。为了能够灵活调控内外发射带的发射电流,双电子注电子枪阴极内部还引入一种双加热灯丝结构。主要创新点有:1:在理论分析计算的基础上,编制了CST自动建模、仿真程序,实现回旋行波管电子枪的自动建模、优化,缩短了电子枪的设计周期,节省了计算机资源。2:提出新型双电子注回旋行波管电子枪结构方案,实现回旋行波管电子枪的大电流、高质量发射。3:提出双加热灯丝结构,实现内外发射带的发射电流的灵活调控。