行波管(TWT)广泛应用于雷达、通讯、广播、电子战、高功率微波武器研究、高能物理、电子对抗等各种电子设备中,是一种非常重要的微波器件。在行波管中,电子交给高频场动能,而电子注与行波场的相互作用又要求维持同步条件,因而电子的效率比较低。采用多级降压收集极(MDC)是提高行波管效率的重要方法。计算机模拟计算和辅助设计方法在降压收集极分析设计中起着重要的作用。本论文是基于提高行波管收集极效率来提高整管效率,借助于计算机辅助设计软件对轴对称结构降压收集极设计进行研究。论文中深入分析了多级降压收集极的工作原理,借助2.5维(2.5-D)计算机辅助设计软件设计了带有再聚焦系统的四级降压收集极,并考虑了次级电子的影响,比较真实地模拟计算多级降压收集极和再聚焦区的性能,为行波管整管效率的提高提供了保证。论文的主要内容概括如下:在第一章概述中,首先介绍了行波管及其发展情况,接着介绍了多级降压收集极和效率问题,分析了提高效率的方法。介绍了多级降压收集极的计算机模拟的研究情况。第二章从分析互作用后电子能量分布入手,分析多级降压收集极的工作原理、再聚焦原理和次级电子的影响。定义了收集极效率的概念。第三章介绍了多级降压收集极模拟计算涉及的物理方程。由于研究的是轴对称结构,所以可以简化为二维问题;介绍了模拟计算的核心问题:电子运动方程的推导和求解。介绍了数值计算方法,包括静电磁场的数值计算、在静电静磁场中电子运动轨迹的数值计算、空间电荷密度的数值计算和空间电位分布的数值计算;介绍了边界处理方法。介绍了多级降压收集极模拟中对次级电子模拟的研究情况。分析了次级电子发射的特性,在模拟中将次级电子近似分为真实次级电子和反射的原电子分别处理。第四章介绍了模拟计算程序的流程和输入输出。在考虑真次级电子和反射原电子情况下,借助软件设计了带有再聚焦系统的四级降压收集极,并选用了几种电极材料进行模拟,比较了考虑和不考虑次级电子以及电极材料对计算结果的影响。最后对设计计算结果进行了分析和总结。最后给出本文所做工作的总结,并对进一步的研究工作提出了建议。