空间行波管作为一种重要的微波功率放大器件，被广泛应用于各类通信卫星上,它是星载合成孔径雷达（SAR）发射机和星载转发器的关键部件。在空间行波管的研制中，传统的经验设计方法很难综合性的进一步提高空间行波管的功率、增益、效率及带宽等性能，行波管的计算机辅助设计(CAD)技术已成为改进设计、提高性能的重要手段。本文应用电磁软件完成了Ka波段空间行波管电子枪及高频系统的设计与仿真研究，根据研究结果试制了行波管样管并对其进行了测试。主要的研究内容有：1.完成了行波管电子枪的设计及模拟，计算出了电子注轨迹以及电位分布，得到了电子枪的注电流和导流系数。仿真研究了电子枪中各电极的尺寸误差、各电极相对位置误差、阴极温度波动以及阳极电压波动等因素对电子枪性能的影响。2.完成了行波管慢波结构的设计及模拟，对其色散特性和耦合阻抗进行了详细研究；完成了行波管周期永磁聚焦系统的模拟设计及优化，计算出了3D静磁场；利用电磁软件对行波管注-波互作用进行了仿真研究，详细分析了行波管的功率输出特性，在工作频带内行波管输出功率大于58.1W，电子效率大于15.2%，增益畸变小于2%。3.根据模拟设计结果试制了行波管样管并进行测试，得出样管的输出功率大于45W，电子效率大于12.6%。最后将实测输出功率与模拟输出功率进行了比较，对二者存在差异的原因进行了分析。