大功率宽带耦合腔脉冲行波管具有频带宽、功率大、效率高等特点,在国防装备和人民的日常生活中都有广泛的应用。本文基于微波管CAD仿真技术平台对大功率宽带耦合腔脉冲行波管开展了整管仿真与优化设计,给出了具体的实现方案,并完成了相应的样管装配与测试,实测结果表明CAD仿真技术能够指导行波管的正向设计。本文首先采用CAD技术优化设计行波管的光学结构,对电子枪的光学结构进行了仿真,确定了电子枪的结构尺寸。对慢波电路的色散冷特性进行了设计,得到了满足要求的慢波电路结构,通过CAD技术模拟分析了大信号条件下行波管的功率、增益和效率等参数,还通过软件优化提高了行波管的电子效率。对不同材料的输能窗瓷片的应用情况进行了对比分析。对如何提高电子注流通率进行了研究,并通过优化磁聚焦系统结构,设计出了满足电子注流通率要求的磁聚焦系统。在收集极的设计中,对电子的返流情况进行了研究,通过设计再聚焦段抑制了电子的返流,不仅提高了行波管的电子注流通率,还降低了慢波电路上功耗,减小了散热;其次还对行波管的可靠性进行了分析,对电子枪的5分钟预热情况,在振动、冲击等应用条件下电子枪的工作可靠性进行了分析,并根据分析结果做出了相应的优化调整。对四种材料的输能窗在工作过程中的热状态进行了分析,选择出了满足使用要求的可易于实现的输能窗。另外,还对两级降压收集极的散热情况进行了分析,优化了收集极的散热结构,得到了散热特性好的收集极。最后,对设计优化的行波管进行了实际装管,通过实测来验证采用CAD技术设计行波管的可行性。测试结果表明,该管的各项电参数均满足技术指标要求,同时也说明,作为正向设计工具,CAD仿真技术能够指导行波管的设计。采用CAD技术设计行波管,不仅能够大大缩短行波管的研制周期,还能降低研制费用。