行波管是一种高增益的宽带微波/毫米波功率放大器件,广泛用于数据通信、电子对抗、预警飞机、雷达、精密制导中。行波管电子光学系统由电子枪,磁聚焦系统和多级降压收集极三部分组成,内容涉及电子注的产生、成形、维持和收集。电子枪用于产生电子注,通过聚焦系统维持一定的截面形状,在互作用区产生能量交换和信号放大。电子注的质量和相关参量从根本上决定了诸如效率、增益、工作稳定性和噪声特性这样一些行波管的重要参量。多级降压收集极用于收集“工作完了”电子的能量,提高装置的总的效率、节约能源。采用计算机模拟和CAD技术是改进和优化设计,提高行波管参量的重要手段。本论文是总装备部军事电子预研“十五”重点项目:“宽带大功率行波管CAD技术研究”中的“电子枪CAD技术研究”及“多级降压收集极CAD技术研究”子课题的相关研究。本论文主要工作和创新之处在于:1.系统地介绍了电子光学系统国内外的研究现状,最新进展和今后的发展方向。分析和讨论了电子光学CAD技术中常用的数值计算方法。研究和建立了行波管电子光学系统的基本方程以及旋转轴对称系统中静电场,静磁场的物理模型和物理方程。建立了考虑相对论修正的电子运动方程和电子轨迹方程。2.推导了轴对称收敛电子枪的球面发射模型,以改善利用平板发射模型对电子枪进行模拟计算引入的误差。采用球面发射模型对一系列电子枪进行了模拟,将计算结果中的导流系数,面积压缩比,注腰半径与实验数据以及国内外主要电子光学软件计算结果进行了对比分析。同时结合研究所的管型实验数据,在充分考虑温度,相对论效应影响情况下对球面发射模型下的阴极电流发射密度J进行了一定的修正。3.系统地研究了二次电子发射模型。考虑了真二次电子,弹性反射电子以及非弹性发射电子的发射系数,角度分布,能量分布。选用了几种电极材料进行模拟,比较了考虑和不考虑二次电子以及电极材料对计算结果的影响。同时考虑了二次电子的二次电子发射。将该二次电子发射模型应用到了模拟软件中。4.在UESTC_GUN以及UESTC_MDC软件基础上,将所研究的发射模型应用其中。在VC++6.0平台上利用C++语言设计了新的模拟程序,并进行了一系列验算。