本世纪三十年代末出现的微波电子管,作为当时雷达和通信系统的“心脏”,在第二次世界大战中起到了相当重要的作用,直至六十年代,微波电子管依然是最重要的军用和民用电子器件之一。七十年代以来,小功率微波真空器件被半导体器件所取代,但微波真空器件在高功率、高频率情况下占有绝对的优势,即使采用功率合成技术,半导体器件在很长的一段时间内,其输出功率也不可能与微波管相比。微波管向宽频带和大功率方向发展,这就要求电子注具有更高的参量。而在这些要求当中,提高电子注导流系数为最重要的一个,这样电子注就能在较低的电压下产生较大的电流,同时电子注的功率也得了较大的提高,也减轻了管子的耐压负担,同时微波管器件的频宽由于电导的增大而增大。因此,设计性能良好的高导枪是电子枪设计中的一个重要课题,本人结合国家863项目,主要研究和设计了用于220GHz回旋管的单阳极磁控注入式电子枪和用于X波段相对论返波管的卡诺枪,并用粒子模拟软件magic分别对其进行了整管模拟,得出了许多有意义的结论,对后面的实验起到了一定的指导作用。本文的主要工作如下:1.详细阐述了电子光学系统的基本理论和计算方法。2.熟悉粒子模拟软件MAGIC,了解和分析了磁控注入式电子枪的设计理论,并运用粒子模拟软件MAGIC对单阳极磁控注入式电子枪进行了优化设计和理论分析。研究了影响电子注性能的因素,其中包括电磁场、电子束电流和电子枪结构对电子注速度比和速度零散的影响,为设计回旋管单阳极磁控注入式电子枪提供了必要的理论依据。3.通过研究,设计出了一种用于220GHz回旋单阳极磁控注入式电子枪,并对其进行了整管粒子模拟,研究了电子注电压、电子注流、横纵向速度比以及聚束磁场对输出功率的影响。4.研究和设计出一种用于X波段相对论返波管的磁控注入式电子枪---卡诺枪,分析了影响电子注性能的因素,并对其进行了整管粒子模拟,分析了电子注性能对输出功率的影响。