回旋管是一种真空电子器件,由于其在高频率波段的高功率、高效率特点,受到国际和国内相关研究机构的重视,并为之开展了大量的研究,目前回旋管在离子加热和诊断、DNP-NMR光谱、材料加工、雷达通信、安全性等领域都得到了广泛的应用。随着回旋管的不断发展,其输出功率也越来越高,这无疑对回旋管各组成部分的设计提出了更大的挑战。电子枪作为回旋管的关键部件之一,它能够为回旋管提供具有足够横向能量的电子注,其所提供的电子注质量对整管的性能起着决定性作用,根据高频互作用腔对电子注参数的要求,在互作用腔入口处电子注应具有合适的横纵速度比、引导中心半径以及尽量小的速度零散。另外,电子枪要正常发射电子需要其发射带温度达到电子发射温度,该温度是由一定功率的灯丝提供的,电子枪受热后的温度场分布以及形变场分布将很有可能对电子枪所发射电子注的性能产生影响,而且对于高输出功率回旋管,如果其温度过高,很有可能对整管的稳定性和寿命等造成不良的结果,为了让灯丝更高效率的传热,并保证电子注性能不受到其影响,我们需要对灯丝的功率、数目以及位置进行一定的优化,由此可见对电子枪进行热分析也是回旋管设计中非常重要的一环。本文主要内容如下:1、介绍了回旋管磁控注入电子枪(MIG)基础理论,并基于该理论,对MIG的原理、设计方法进行了详细的分析与研究。2、利用两种粒子仿真软件分别对所设计的MIG进行了2D和3D仿真分析,并基于MIG相关理论和仿真结果详细研究了MIG的优化方法,最终设计出一支性能满足要求的140GHz回旋管MIG。3、利用热分析仿真软件对MIG进行温度分布和热形变分布分析,并根据其结果对所设计的MIG相关结构进行优化,仿真结果表明,在优化后的灯丝加热功率下,MIG关键位置热形变不会对MIG参数造成较大影响,最后再利用不同热分析仿真软件对MIG进行热分析验算,对比两款软件所得热分析结果的差别,两款仿真软件计算结果一致性较好。