设计了采用新型曲线阴极结构的W波段双阳极磁控注入电子枪,手动优化得到的电子注参数在速度比1.1时,纵向速度零散为1.84%.为了克服手动优化方法的繁琐和低效,引入了数值计算方法的优化策略,编制了基于MATLAB语言的遗传算法和模拟退火算法的优化程序,并结合二维电子光学软件EGUN对该W波段曲线阴极结构电子枪进行优化,优化得到的电子枪在保证电子注速度比1.1的情况下,纵向速度零散分别达到了0.81%和105%. 与手动优化方法相比,数值优化方法不需要设计者干预优化过程,具有自动高效的特点,且优化结果更好.

根据绝热压缩和角动量守恒理论对55 GHz双阳极磁控式注入枪进行了初始参数的设计,并利用自主研发的三维粒子模拟软件CHIPIC对其进行数值模拟,通过改变阴极半径、电子注电流、阴极磁场等参数来分析其对磁控注入式电子枪输出结果的影响。最终通过优化参数和综合因素的考虑,得到了横纵速度比为1.44、最大速度零散为5.8%的高性能电子束,能够很好满足55 GHz回旋振荡管对电子束的要求。

为了增加回旋管的功率, 采用双注磁控注入电子枪产生相对论电子注。与双阳极磁控注入电子枪相比, 双注磁控注入电子枪产生双束电子注, 在不影响电子注质量的基础上, 增加电子枪的电流; 电子枪产生相同电流时, 双注磁控注入电子枪电子注电流小, 电子注电子之间的空间电荷效应小, 能够降低电子注的速度零散, 提高电子注的质量。采用MAGIC软件数值模拟双注磁控注入电子枪, 设计出一支大束流、低速度零散的双注磁控注入电子枪。

基于trade-off平衡方程组得到35 GHz双阳极磁控注入式电子枪的初始参数，通过编程对其主要参数进行优化设计，并经由自主研发的PIC粒子模拟软件CHIPIC中的电子枪计算模块对其进行全三维的数值模拟研究，最终获得了具有横纵速度比为1.5，最大速度零散约为5.4%的高性能电子枪，能够很好地满足35 GHz-100 kW回旋振荡管对电子束的要求。

对真实磁场进行拟合，根据电子光学原理以及绝热压缩理论，运用EGUN软件，设计了工作模式为TE34,19的170 GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪。最终得到的电子注速度比约为1.3，速度零散小于3%。分析了调节磁场位置、阴阳极间距、阳极间距等因素对电子注性能的影响。结果表明：电子注的速度比和速度零散对于这些影响因子的变化比较敏感,随着阴阳极间距以及阳极间距的增加，速度比逐渐减小，速度零散先减小后增大。设计的双阳极电子枪已应用于整管实验中。

根据94 GHz回旋振荡管对电子束的需求，在理论分析电子枪工作原理的基础上通过大量编程对94 GHz单阳极磁控注入式电子枪的一系列参数进行了初始设计,基于粒子模拟软件CHIPIC开发了专门针对磁控注入式电子枪的计算模块并对其进行了数值模拟。模拟结果显示：该枪的电子束横纵速度比为1.42、速度零散为4.6%，符合回旋振荡管对电子注的要求。

基于绝热压缩原理和强流电子光学理论，设计了一只170 GHz回旋管双阳极磁控注入电子枪，经过理论分析及计算，采用仿真软件进行模拟和优化，最终得到的电子枪的电子注速度比为1.31，横向速度零散度为3.5%，纵向速度零散度为6.1%，束电流为51 A。讨论了阴极磁场、控制阳极电压和第二阳极电压等因素对电子注性能的影响，发现电子注的速度比和速度零散度对这些影响因子的变化都非常敏感: 随着阴极磁场的增大，电子注的速度比减小，纵向速度零散度先增大后减小，横向速度零散度先减小后增大；阳极角越接近阴极倾角，纵向速度零散度越小；阳极角向着减小阴阳极间距的方向变化时横向速度零散度变小;增大第一阳极电压可以增大电子注的速度比和电子注的速度零散度。在两阳极电压不变的情况下，增大阴阳极之间的距离会使电子注的速度零散度和电子注的速度比减小。

根据边界元法建立物理与数学模型,编制了计算磁控注入枪的程序。使用该程序设计和模拟一个工作在35 GHz,70 kV,10 A基波回旋行波管放大器的双阳极磁控注入枪,获得较好的模拟结果。并对电子注在不同工作电压和磁场下的质量进行了分析计算。计算表明,边界元法在分析回旋器件电子光学方面是一种非常有效的方法。

计算了8 mm二次谐波回旋速调管双阳极电子枪的设计参数,根据这些参数,采用EGUN软件进行模拟和优化,设计出了一只双阳极磁控注入电子枪,该枪的电子束纵横速度比为1.45,速度零散为5.4%,并讨论了电极形状、磁场分布、电流、控制极电压和第二阳极电压对电子注性能的影响,结果发现电子注对这些影响因子非常敏感,设计中应对它们进行充分优化.

介绍了用于34GHz基波回旋速凋管的双阳极磁控注入枪的结构特点.为了准确分析磁控注入枪的束流特性.建立了阴极表面理论模型,用新编制的程序模拟了电子轨迹.模拟和测量结果显示磁场对磁控注入枪的束流有影响.磁控注入枪的束流也与阴极温度和空间电荷效应有关系.