行波管是微波、毫米波电真空器件中最重要的器件之一。它有着其他器件不可替代的优良特性:大功率,宽频带,高效率。在微波高功率放大器件中具有不可动摇的地位。在利用相应的仿真软件进行行波管设计时,需要在多种设计参数下,获得最优的性能。由于行波管自身理论的复杂性,设计参数相互关联、相互影响,以及优化目标不止一个。目前国内行波管调试主要依靠人员的经验初略设计。然而对于这种复杂的优化问题,人工经验设计难当重任。行波管收集极或电子枪的优化目标之间相对独立,使用单目标优化方法难以满足设计要求。本文以行波管电子光学系统优化设计为研究对象,以非支配遗传算法为主要的实现技术。设计基于非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)的行波管优化系统,优化多种复杂的设计参数,兼顾多个优化目标,使行波管收集极或电子枪处于多个性能参数下整体上的最优工作状态。通过与扫描计算对比分析,验证了本论文的优化方法的有效性,说明了优化效果较好,优化速度相对较快。并且本论文的方法简单易用,具有较高的实际应用价值。本论文的主要工作如下:1、学习并掌握基本遗传算法和在此基础上形成的快速非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)。详细分析算法的种群大小、交叉操作、选择操作、变异操作等对算法收敛速度和最优解的影响,以及关于算法NSGA-Ⅱ的快速非支配排序、拥挤度计算和精英策略。深入理解算法的基本原理、时间复杂度、收敛速度以及优化过程。2、结合多目标遗传算法NSGA-Ⅱ的基本原理和NSGA-Ⅱ的优化思想,把NSGA-Ⅱ应用到行波管的复杂参数优化中。根据行波管多级降压收集极和电子枪的基本原理,设计基于NSGA-Ⅱ的行波管多级降压收集极和电子枪优化方法。3、利用设计的优化方法对收集极和电子枪的设计参数进行优化。深入分析对比收集极的扫描计算结果和优化计算结果,验证优化结果和评估优化方法的效率。本优化算法使收集极效率大于76.42%,同时电子回流率小于1.03%;使电子枪的阴极发射电流和注腰半径在约束范围内,射程高达12.24mm。4、本文针对收集极和电子枪的优化结果进一步优中选优,给出最终的优化最优解。最终的设计方案通过分析最优化解集中所有个体的收集极内表面能量密度分布或电子枪电子注层流性来确定。在多目标优化结果的基础上结合应用领域的相关理论,形成完整的一个优化方法。