空间行波管是通信卫星、航天飞行器、遥感系统等空间应用系统中的核心器件,通常起着微波功率放大的作用。由于使用环境的特殊性,效率和散热等问题一直都是空间行波管的研究重点。采用多级降压收集极是提高空间行波管效率的重要方法。随着计算机技术的快速发展,CAD技术已经成为行波管重要的研制手段,有效提高了行波管设计水平,减少整管实验。　　 本文首先深入研究了多级降压收集极模型,再聚焦区工作原理,以及对收集极效率产生重要影响的二次电子发射特性；其次对行波管降压收集极电子光学理论,轴对称坐标系下电子光学方程的简化,对方程的数值解法等也进行了深入分析。　　 针对收集极任务,开发了2.5维多级降压收集极仿真软件。该软件具有良好的数值计算功能以及友好的用户使用界面,为提高行波管整管效率提供了研究工具。使用该软件对实验室某波段空间行波管轴对称四级降压收集极进行仿真研究,为多级降压收集极的设计提供了依据。　　 研究了初始条件设置对程序仿真结果的影响。通过入口电子速度分布实验,获得相对真实的初始条件。利用相对真实的初始条件计算一只空间行波管四级降压收集极的仿真结果,并与实验测试结果相比较,收集极效率相差在5％以内,各级电流分配比例基本一致,验证了仿真程序的可靠性。另外利用实验数据,对上述四级降压收集极进行结构优化,略微增大收集极半径并微调各电极位置和长度,收集极效率提高约7个百分点。单独优化多级降压收集极的各级电压设置,收集极效率可以提高约8个百分点。