上世纪四十年代,由于雷达、通信、电子对抗等方面的需求增加,微波电真空器件中地位十分重要的一类——行波管就此问世。作为能够产生或放大微波信号的电子真空器件,行波管的工作原理就是利用电子注与微波信号之间的相互作用实现能量交互,最终达到产生或放大信号的目的。而电子光学系统作为其中一个重要组成部分,其主要作用就是产生、聚集、传输、收集电子注。可以说,电子光学系统的质量对能否实现微波电真空器件的预期效果起到了直接影响。伴随着近几十年的发展,传统的皮尔斯电子枪已经很难满足在军事、航天等领域对行波管提出的高功率、远距离、响应快、重量轻的新要求,其庞大的脉冲能量严重限制了行波管的机动性和作用距离,而栅控电子枪的出现和应用实现了利用较小的脉冲能量控制行波管工作状态的目的,从而被广泛研究与应用。但是由于其结构的复杂性,直到目前,如何降低加工过程中的误差所造成的影响,改善栅控电子枪的层流性,利用聚焦磁场维持良好注型仍是设计与优化中的难点。本文主要对栅控电子枪和聚焦磁场的仿真与设计方法进行了研究,主要内容如下:（1）对栅控电子枪的结构设计进行了分析和研究。主要分为非栅网结构和栅网结构两个结构类型对栅控电子枪性能的影响。首先对阴极半径,聚焦极半径,聚焦极长度,阴阳极间距等非栅结构在栅控电子枪中对性能产生的影响进行分析,其次对栅网厚度、栅网横丝数、栅网曲率和位置等栅网结构对性能的影响进行分析。（2）根据迭代综合法,按照栅控电子枪已有的无栅枪结构添加栅网的设计步骤进行设计,得出对应结构,并根据分析结构变化对性能产生的影响得到的规律结论,利用MTSS软件中的EOS模块不断调整优化,得到了符合指标要求的栅控电子枪结构。（3）对已设计的栅控电子枪进行匹配磁场的设计,并在设计过程中,针对磁场设计过程中出现的起始1/4周期差异问题导致的仿真结果不统一的情况,提出一种优化电子注注型和降低该差异对电子枪产生的影响的聚焦磁场设计方法。（4）介绍了栅控电子枪与周期永磁聚焦系统的耦合设计方法,通过介绍耦合设计法基础、耦合理论和隧道发散率,对已设计栅控电子枪的结构进行匹配,提出以电子注半径为代价换取层流性的改善,方便聚焦磁场的设计,最终反馈改善电子注注型的设计思路,并设计了相应的栅控电子枪结构和与之匹配的聚焦磁场,得到了良好的结果。本文针对栅控电子枪的设计难点,对结构参数产生的影响进行了总结,并对已设计栅控枪结构进行了磁场匹配,提供了栅控枪结构和聚焦磁场的耦合优化思路,对栅控电子枪和磁聚焦系统的设计提供了思路。