相比热阴极,碳纳米管冷阴极具有更小的体积,在室温条件下工作,低制作成本等优点。利用碳纳米管冷阴极研制小型化电真空器件已成为研究工作者的重点关注领域。本文针对毫米波电真空器件的小型化的发展需求,对Ka波段碳纳米管冷阴极耦合腔行波管进行研究。借助电磁仿真软件,基于相同尺寸的耦合腔慢波结构且周期数相同,先后对未采用预调制电子注的热阴极行波管和采用预调制电子注的碳纳米管场致发射冷阴极行波管进行模拟。本论文所做的主要研究工作如下:1、设计了用于Ka波段的新型冷阴极耦合腔行波管碳纳米管电子枪。以场致发射理论为基础,结合碳纳米管的场致发射机制,在三维电磁模拟软件CST中构建类微带结构的碳纳米管电子枪,先对电子枪的传输特性和发射特性进行研究,研究结果表明,碳纳米管电子枪的传输特性和发射特性良好;接着计算了调制电流大小以及调制深度,保持阳极电压不变,通过改变栅极电压来调节调制电流的大小和调制深度,研究结果表明,提高栅极电压的大小,可以增大碳纳米管电子枪的调制电流和调制深度。2、先是构建耦合腔慢波结构的仿真模型,结合慢波系统的色散理论和耦合阻抗理论,对耦合腔慢波结构进行优化,讨论耦合腔慢波结构的主要结构指标对慢波特性的影响情况,最终确定我们所需要的耦合腔慢波结构的尺寸大小。3、结合碳纳米管冷阴极,构建周期数为20的互作用模电路型,讨论未采用调制电子注的热阴极耦合腔行波管和采用调制电子注的冷阴极耦合腔行波管在相同的输入功率情况下的输出功率和增益。先对未采用预调制电子注的热阴极耦合腔行波管进行粒子模拟,其中电子发射方式采用理想的直流发射方式;再对碳纳米管冷阴极耦合腔行波管进行粒子模拟,其中电子发射方式采用碳纳米管场致发射方式,分别对它们的输入、输出信号幅值图,输出信号频谱图,电子群聚图进行分析讨论,结果表明采用预调制电子注的碳纳米管耦合腔行波管的输出功率和增益都要比未采用预调制电子注的热阴极耦合腔行波管的输出功率和增益大。