行波管因高效率、低噪声、宽频带、大功率而被大范围应用于雷达系统、微波通信、电子对抗和卫星系统等领域。固态器件近些年来虽然发展态势迅猛,但由于以上优点,行波管的地位仍是不可动摇。效率是行波管的基本技术指标,人们总是在不断地追求高的效率,特别是在能量不易获得的太空环境下。而多级降压收集极是实现行波管高效率的关键技术之一,因此快速设计出高性能的收集极对于行波管的设计有着极其重要的作用。收集极的设计主要是模型形状及尺寸的确定,然而模型是如何一步步设计出来的却鲜有提及。本文围绕收集极的结构设计,提出了完整的设计优化流程,并利用微波管模拟器套装软件(MTSS)对这一流程进行了验证。本论文的主要内容有:1.从电子进入降压收集区之后的运动着手,阐述了降压收集极的工作原理。然后从收集极入口处的电子状态着手讲述了如何添加再聚焦区磁场,接着讲述了设计过程中提高收集极效率应该注意的要素以及二次电子的抑制手段。2.对收集极的整个设计流程进行了详细的分析,提出了两种设计流程。第一种称为从无到有型,具体流程如下:根据收集极入口处的电子状态选择合适的级数并计算各级的初始电压以及应回收的电流大小;选择简单的圆柱模型对电子轨迹进行试探;根据计算结果确定各级可能产生的最大热耗,再结合收集极的材料特性确定各级可能需要的散热面积,根据尺寸要求选定径向尺寸后便可确定各级的初始长度;然后根据收集极入口电子状态计算得到的初值进行建模,观察电子的轨迹走向;根据电子轨迹和性能参数结合现实中高性能收集极电子轨迹的特点对收集极结构及各级电压进行不断优化调整,直至达到较高性能。第二种称为快速设计型,与第一种设计方案相比此种方案的最大不同在于是根据已有收集极模型进行设计。从收集极入口电子状态获取电子最大的轨迹半径从而确定各级的最小内孔半径,再根据电子能量确定其可能的射程;然后调整已有模型的初始尺寸参数,在该模型的基础之上进行优化设计。