随着无线电技术的迅猛发展,一种在真空环境下使微波信号震荡或者放大的电子系统——微波电真空器件也随之迅猛发展。磁控管、行波管、回旋管以及各种微波电子器件被一一发明。在毫米波以及亚毫米波源中回旋管真空器件因其优越的性能占领着举足轻重的地位,在军事安全以及工业应用上发挥着重要的作用。本文基于电子光学以及回旋管收集级散热理论,根据实际课题组中项目,介绍了回旋管中收集级的工作理论以及设计思路,并通过电磁仿真软件CST STUDIO与Magic对回旋管进行了仿真,同时为解决其局部过热问题而设计了降压收集级散焦系统、优化了收集级外壁结构并对收集级外壁进行了热特性以及热应力分析,本文的主要内容:1、基于麦克斯韦方程组,首先对电子光学中的基本理论如回旋管中的静电场、静磁场、以及电子枪中的绝热压缩理论进行了详细阐述,同时对热传递的研究方法、传递方式以及对流换热系数理论进行了介绍,其中绝热压缩理论与热传学理论奠定了收集级后续设计与仿真以及热分析的基础,为下一章节中收集级的仿真提供了理论依据。2、阐述了降压收集级的工作原理以及降压收集级效率的计算公式,分析了在设计原理上与其他收集级的区别。为了满足170GHz高功率回旋管的输出要求,解决收集级局部过热的情况,首先设计了纵向场散焦扫描系统(VFSS)并计算平均功率密度,在纵向场扫描系统的基础上进一步设计了横向场散焦扫描系统(TFSS),计算出在VFSS与TFSS的作用下的平均功率密度,最后得出了优化后回旋管收集级上的电子注的落点宽度范围为634mm,与回旋管收集级上原始落点范围相比,优化后的落点范围扩大近5倍,回旋管收集级上功率密度峰值为338.11W/cm~2满足了安全功率密度要求,极大的提高了回旋管收集级的功率容量。3、利用CST STUDIO对降压收集级进行热特性分析以及热应力分析,得到了原始不加散焦线包的收集级热特性与热应力分析、在TFSS与VFSS作用下的收集级热特性与热应力分析以及在此基础上增加了散热槽对应的收集级热特性与热应力分析。分析了散热槽的翅片个数、翅片高度、翅片角度与收集级外壁温度分布的关系,为优化收集级外壁结构提供了依据,进一步提高了收集级的稳定性与回旋管的真空性。