碳纳米管冷阴极电子枪作为微波真空电子器件发射源,具有瞬时启动、室温工作、电流密度大等诸多优势,因此在真空电子器件领域中有广阔的应用前景。目前对碳纳米管发射性能以及部分碳纳米管冷阴极结构化部件有许多研究成果,但碳纳米管冷阴极电子枪阴极发射性能(发射电流、稳定性等),栅网截获以及电子注质量等方面仍需进一步提升。对于碳纳米管冷阴极电子枪实用化存在的不足,本文对利用印刷涂层法制备面向实用化的碳纳米管冷阴极电子枪开展研究,通过一系列结构和参数的模拟仿真,设计实用化冷阴极电子枪以及流通管结构,并制备所设计电子枪,经测试得到了良好的发射性能。在电子枪的阴极结构方面,通过印刷涂层法制备碳纳米管薄膜得到碳纳米管冷阴极,在动态直流测试条件下,阴极最大发射电流为22mA,对应的发射电流密度为2.81A/cm~2(阴极面积为0.785mm~2)。在连续30小时稳定性测试条件下,初始为4.12mA的阴极发射电流最大跌幅为9.5%。在测试中,面向实用化的碳纳米管冷阴极表现出了良好的发射特性和发射稳定性。对冷阴极电子枪各主要部件进行仿真分析,确立了由平面阴极、洞状栅极、平板型聚焦极和开孔阳极所组成的碳纳米管冷阴极电子枪结构,得到了腰半径为0.3mm,电流密度为5.84A/cm~2的均匀电子注。进一步设计周期永磁聚焦流通管结构,研究碳纳米管冷阴极电子枪与实用化器件相结合的工作性能。仿真结果显示,电子注在管体中流通率为100%,具有良好的层流性。对所设计碳纳米管冷阴极电子枪进行实际加工装配并测试。通过对直流测试条件下栅网截获率和温度特性的实验分析,得出栅网较高的截获率和持续工作温度的升高抑制了碳纳米管冷阴极电子枪发射性能的提升。为降低栅网温度升高的影响,对电子枪采用改进的脉冲测试,得到了28.8mA的阴极发射峰值电流和13.54mA的阳极峰值电流,在相应的流通管中,得到了最高85%的电子流通率。基本能够满足中小功率微波器件的应用要求,为后期电子枪与真空微波器件结合提供了相关指导。