为满足自由电子激光器和具有高性能参数的电子直线加速器对电子束流品质的要求,高性能的电子束产生器已经成为人们研究的焦点。尽管光阴级微波电子枪在产生高亮度电子束方面发展迅速并且成绩卓越,但热阴极微波电子枪在产生高亮度和短脉冲束流方面也有其发展的潜力。中国科学技术大学国家同步辐射实验室也在新型电子源的研制方面进行了多年科研工作。本文提出一种新的紧凑型强流电子枪结构——独立调谐微波电子枪。该枪是一种双驻波腔结构,最大特点是腔与腔之间相互没有耦合,每腔可分别独立馈入功率和调节相位。通过选择合适的馈入功率和高频相位搭配,能够得到较优的束流品质。此外还能避免α磁铁和激光系统的使用,使整个结构更加紧凑。在此基础上采用外注入电子束的结构,能进一步增大流强和降低能散度,同时消除电子反轰对阴极工作的不利影响。通过对不同结构参数的腔体进行大量的一维和三维束流动力学计算,我们可以得到较为理想的腔体参数。在这组结构参数下,又通过改变两腔馈入功率以及相位差进行模拟计算,找到一组适合的微波功率参数条件。经过计算,没有补偿线圈和α铁的情况下可以获得ps量级束团长度,10-3量级能散度,微脉冲流强大于10A,能量约2MeV,归一化发射度小于10πmm mrad的束流。我们选择了这组结构参数进行腔体的机械设计与加工。为了获得较高表面光洁度以及降低加工难度,我们选择了无内圆弧的腔体结构,腔体全部选用金刚石刀加工,并在第一腔增加了调谐机构。耦合器则根据实际的束流负载进行设计。腔体加工过程中,依据测量结果不断调整结构,使测量值逼近设计值。腔体焊接完成后,对其高频参数进行了测试,其中两个腔体耦合系数分别为1.61和1.48,有载品质因数分别为2315.9和5198.2。采用了谐振微扰法测量了腔体轴上场强分布以及分路阻抗,并设计制作了圆柱形腔体测量微扰体特征参数等,以便获得Zs/Q值。测量结果与设计值吻合的较好。为了测量电子枪束流参数,我们在原有实验装置布局的基础上进行改造,完成了电子枪热测平台的搭建,其中包括各种束测装置以及用于束团长度测量的加速管和磁分析铁系统。我们还设计了新的控制系统,将整个设备的控制从200MeV直线加速器装置中完全独立出来,从测试结果以及实际运行状况来看该控制系统可以满足实验装置的需求。电子枪热测实验首先经过了激活阴极、两腔调谐、腔体微波老炼等过程,实验证实第二腔表面可以承受100MV/m以上的场强。出束实验时,分别观测了在FLAG荧光靶,YAG晶体靶、真空盒直段和弯段钛靶上束流形成的光斑,并测量束流宏脉冲流强、束流能量、能散度及束团长度等参数。通过改变两腔之间相位差、第一腔及第二腔的馈入功率以及电子枪高压,研究这些参数对束流品质的影响。实验证实了能够通过调节两腔之间相位差找到能散极小点的推论。在与设计值接近的出束条件下获得的电子枪束流测量参数为:束流中心能量为3.01MeV,能散为6‰,宏脉冲流强为218 mA,束团长度5.6ps。由于功率调整范围和束流参数测量精度有限,改变第一腔和第二腔的馈入功率对束团长度的影响尚不确定,但在降低电子枪高压之后束团长度有明显下降。通过分析,束团长度测量结果在±1ps范围内是可信的。