回旋管是一种重要的新型毫米波器件，具有高平均功率、高脉冲功率等特点，它在毫米波雷达、通信及电子对抗、受控核聚变、等离子体加热、工业加工等方面有着十分重要的应用前景。作为回旋管电子枪是回旋管的重要部份。它提供的电子注质量是获得回旋管高性能的关键。因此，具有重要的研究价值，在国际上受到高度重视和深入研究。目前国内在方面研究较少。在这种背景下，本论文工作在信息产业部电科院预研项目“九．五”重点课题和“863计划”的资助下，对电子光学系统作了全面深入的研究，并对几种电子枪进行了设计和编制了CAD程序。本论文的主要工作和贡献在于： 1、研究和建立了旋转轴对称系统中产生电子注的静电场、静磁场的物理模型和物理方程，电子在静电磁场的作用下的，考虑相对论效应时的，电子运动规律、电子运动方程和电子轨迹方程。 2、研究了求解静电场、静磁场、拉普拉斯方程、泊松方程、电子运动方程以及电子轨迹方程的方法。建立了求解静电场、静磁场、拉普拉斯方程、泊松方程、电子运动方程以及电子轨迹方程的数学模型和数值求解方法。研究了空间电荷的求解方法。研究、分析计算和分析讨论了各种数学模型及其各种计算方法。并对数学模型及计算方法进行了直接或间接地验证。 3、国内首次研究和设计了回旋管单阳极磁控注入电子枪。编制 中文摘要和发展了回旋管单阳极磁控注入电子枪的大型模拟程序和设计程序，创建了一种新型的、灵活的阴极区处理方法和计算方法。在回旋管单阳极磁控注入电子枪设计中有许多创新之处（如边界的处理、空间电荷的计算、电子轨迹的计算和模拟过程的屏幕动态显示等等）。对影响电子注质量的诸多因素进行了模拟计算和分析讨论。为工作在 HSI—H52模式下的 82ID永磁包装回旋管设计了一把具有小速度零散、层流性好、高质量的回旋管单阳极磁控注入电子枪，此枪己用于制管实验中。 4、编制和发展了回旋管双阳极磁控注入电子枪的大型模拟程序和设计程序。在回旋管双阳极磁控注入电子枪设计中和程序设计中有许多创新之处。其设计的结果具有小速度零散、层流性好、高质量的电子注，此回旋管双阳极磁控注人电子枪已应用子制管实验中。并对计算结果进行了分析讨论。 5、探索和研究了大回旋电子枪的设计、模拟计算方法。创造和发展了大回旋电子枪的模拟和设计程序。创造性地探索出了一种计算磁场的方法。在诸如阴极区处理、边界的处理、空间电荷的计算、电子轨迹的计算和模拟过程的屏幕动态显示等方面均有创新之处。对设计的结果进行了可靠论证。