空间行波管作为有效载荷被广泛应用于各类卫星的数据传输分系统和中继终端，是微波链路的关键组件之一，其作用是微波功率放大。行波管的效率、增益、工作稳定性和噪声等性能在很大程度上取决于贯穿其中的电子注。尽管使用电子光学CAD软件预测电子的运动轨迹具有速度快、成本低等优点，但有时仿真计算毕竟理想化，与电子注的实际分布情况有所差异。因此，为获得实际的电子注性能参数，修正软件仿真，从而快速有效地优化空间行波管电子光学系统，本文通过理论仿真与实验相结合，开展了行波管电子枪电子注轨迹包络和互作用后电子注能量分布的研究，完成的主要工作如下:　　(1)本文分析了热初速理论和阳极膜孔效应对电子注轨迹包络分布的影响，采用新的拟合公式计算阳极膜孔效应修正系数，将实际电子枪等效为具有相同导流系数和理想电极结构的皮尔斯电子枪，并利用等效枪的理论预测结果与实验结果进行了比较分析。分析结果表明，Ka波段行波管电子枪，注腰半径的理论值与实验比较吻合，但是电流密度和包络分布存在差异。理论分析可以为电子枪设计提供参考作用。　　(2)使用MTSS软件分别研究了空间行波管用Ka波段双阳电子枪聚焦极、控制阳极、离子拒止阳极孔径大小和轴向位置变化对导流系数和面积压缩比的影响。研究了不同聚焦极偏压、控制阳极电压和离子拒止阳极电压对电子注总电流和面积压缩比的影响。比较各种参数变化对结果的影响程度，找出决定Ka波段电子枪性能的关键参数。不仅有助于快速调整参数以达到设计需求，而且有利于确定电子枪的加工误差的裕量。　　(3)通过采用电子注测量分析系统及MTSS2011、MTSS2015、EGUN和Opera3D等多种商业软件对Ka波段双阳电子枪的性能进行研究，对比其不同阳极电压情况下的电子注总电流、轨迹包络、射程和注腰半径等参数变化情况，并分析其中的差异。将实验测试结果与之对比，一方面，可以验证仿真结果的有效性;另一方面可以定量分析差异，以便校正软件。　　(4)利用电子注测量分析系统研究空间行波管用Ka波段双阳极电子枪和Ku波段双阳极电子枪性能，并与MTSS计算结果和仿真结果对比。尤其是针对Ka波段电子枪，实验测量了其电子注导流系数、截面电流密度、射程、注腰半径、轨迹包络等参数随聚焦极偏压、灯丝热子功率的变化情况，并分别与MTSS仿真结果进行对比。细致地分析了不同聚焦极偏压和灯丝热子功率情况下，实验测得的实际电子注参数与仿真结果的差距及其变化规律，可有效地为电子枪的设计优化和制管调试提供参考。　　(5)分析了收集极入口处电子注能量分布对于收集极设计的重要意义。使用Maxwell软件对收集极再聚焦区磁系统进行优化设计，使用MTSS注波互作用模块得到了Ka波段50W空间行波管的互作用出口的能量分布曲线。以此为条件，借助MTSS软件优化了Ka波段空间行波管用四级降压收集极结构。　　(6)本文设计了利用电子注测量分析系统对行波管整管的测量分析实验，一方面，测量注波互作用后电子注的纵向速度分布，为实际制管调试中降压收集极的电压调试起到参考作用，另一方面，可验证新型可控聚焦型减速场能量分析器的性能，不断提高测量系统的精度和可靠性。为抑制二次电子效应的影响，将测量探头的电荷接收极表面进行碳化钽烧结处理。重新设计了收集极入口端盖的结构，保证了行波管整管与固定法兰的无缝焊接。注波互作用后电子注的纵向速度分布的测量结果将为实际制管调试中降压收集极的电压分配调节起到参考作用。　　相比于模型理想化的计算机仿真软件，测量结果能更好的反映实际情况，测量过程中存在的误差也都符合实际的行波管测量情况。利用电子注测量分析系统研究行波管电子注性能，将仿真软件初步设计结果与实验数据相对比，找出二者之间的差距，能够快速有效提高行波管电子光学系统的设计水平，加快工程进度，对行波管整体性能的提高具有重要意义。