频率在0.1~10THz范围内的电磁波称为太赫兹波。由于太赫兹波具有频率高、量子能量低、穿透性好等特点,可广泛应用于军事通信、卫星通信、无线局域网、生物医学等方面。扩展互作用速调管(EIK)是一种可工作于太赫兹波段并具有高功率输出的器件,它集合了行波管与速调管的优点。随着近年来太赫兹技术的发展,EIK在通信、国防、生物医学等领域得到了很好的应用。EIK主要由电子光学系统、高频系统、输入输出系统等组成,通过对电子注进行调制实现信号放大。电子注的特性如工作电压、电子注电流以及收集极的回收效率等都对EIK的性能有重要影响,因此电子光学系统是EIK设计的核心工作之一。本文对220GHz EIK的电子光学系统进行了研究,主要工作和创新包括以下三个部分:1.利用三维电磁仿真软件CST设计了一个电流228mA,电压18kV,注腰半径0.128mm的圆形注单阳极电子枪。为了提高电子枪性能,且考虑到实际阴极电流密度的限制,又优化出一个电流214mA,注腰半径0.12mm面积压缩比156,阴极面电流密度仅3A/cm~2的双阳极电子枪。2.分别利用二维电磁仿真软件ANSYS MAXWELL 2D和CST进行了均匀磁聚焦系统的优化仿真,仿真结果表明两者吻合度良好。经过电子光学系统联调,在0.8T的聚焦磁场作用下,电子注在至少15mm的互作用长度范围内半径小于0.12mm,满足互作用要求。由于在实际制管过程中常采用分块充磁的方式代替径向充磁,本文还对CST中均匀磁系统的径向充磁问题进行了讨论,发现分块充磁的块数越多,磁场曲线越接近于径向充磁,因此在实际制管中应尽可能增多分块充磁的块数。3.进行了EIK多级降压收集极的设计。根据注波互作用后的粒子分布特点,对粒子数据进行了分块处理,经过优化,得到一个回收效率89.5%的三级降压收集极。另外,还对具有不同二次电子发射系数的电极材料对收集极性能的影响进行了对比,发现使用二次电子系数较低的电极材料可以在一定程度上提高收集极的回收效率。最后,为了保证收集极的稳定性和可靠性,还基于收集极的仿真结果对其进行了热分析,温度分布满足EIK的工作要求。