行波管是电真空器件中最具代表性的微波功率放大器件,主要应用于微波发射机的末级。其显著的特点是宽频带、高增益、高功率和高效率。行波管的这些特点使其在雷达、通信、电子对抗等系统中应用广泛,持续支撑现代文明社会的发展。目前,学者们对行波管的研究方兴未艾,在频率、带宽、功率、集成度及设计、制造等领域持续进步,推动了新一代系统的发展。由于战场的电磁环境日趋复杂和大功率攻击的普遍化,要求军用雷达、电子对抗系统,除了传统的频率、带宽、功率、效率及体积参数等特性以外,还要具备高速高灵敏度收发隔离、多目标对抗及跟踪、超短脉冲抗干扰等更为复杂、更加灵活的能力。这对行波管的高速脉冲调制能力提出了更高的要求。电子枪的作用是为行波管产生满足各项电学参数要求的成型电子注。而行波管是由电子枪对电子注的关断和导通实现调制的。聚焦极控制电子枪具有结构简单、可靠性高、阴极寿命长的优点,广泛应用于行波管中。但聚焦极控制电子枪存在着调制电压幅值较高,可高速调制能力差的缺点。本论文是在北京真空电子技术研究所某批产的6-18GHz/100W小型化行波管用聚焦极控制电子枪的基础上,研究能够降低聚焦极控制电子枪截止电压幅值的新结构,拓展该批产行波管的应用场合。根据阴极发射截止的基本原理提出了新型电子枪结构模型设想,而后使用Opera仿真软件在考虑空间电荷作用的条件下对电子枪阴极基体、聚焦极、阳极等结构进行设计优化,实现了聚焦极电压-600V的电子注截止。联合磁聚焦系统对空心电子注聚焦状态计算分析,通过增加电子枪射程和调整磁场参数的方法,解决了空心电子注会聚后,电子轨迹不满足周期磁场入射初始条件的问题,实现了过渡区的良好匹配。最后按照研究结果,完成了新型低截止聚焦极控制电子枪实物的制作和流通管实验测试。测试结果表明,新结构电子枪发射电流与原型枪一致,流通管静态流通率98.75%,-650V聚焦极电压下电子枪截止,比原型枪截止电压幅值降低了48%,实测数据与仿真计算结果吻合良好。采用本新型电子枪,在调制电源相同工作条件下换算,可使行波管最高调制频率提高近4倍,具有良好的工程应用价值。