近年来,随着太赫兹技术的迅速发展,在国际上它受到了高度的关注。传统的真空器件随着频率越来越高,其加工尺寸越来越小,功率密度越来越高,对管子的电压,电流,加工难度等要求都越来越高,而回旋管的尺寸不受工作频率的约束,在加工难度上有很大的优势,而且它能达到很高的功率密度。目前绝大多数的微波器件都采用的是热阴极电子枪,但由于它启动慢,温度高,构造复杂。所以本文采用的时冷阴极电子枪,场致发射的冷阴极电子枪有工作温度低,投入使用快,尺寸小,易携带等特点,是未来阴极的发展的趋势。本文基于目前已经达到的冷阴极电子枪发射密度,采用了二次谐波,设计并仿真优化了频率为425GHz的碳纳米管场致发射冷阴极回旋管。论文的主要工作如下:首先,根据目标频率对电子光学系统进行优化仿真。在确定电子的回旋半径,注波互作用系统的工作电流,工作电压,工作磁场的情况下,选取一个最合适的绝热压缩比使得电子枪的阴极在一个可加工的范围,同时其横纵速度比以及速度离散都能符合高频区的工作要求。通过粒子模拟仿真对磁控注入式碳纳米管冷阴极电子枪进行设计,我们最终设计并优化出了绝热压缩比为19.5,电子注横纵速度比为1.2,横向速度离散为6%的电子光学系统。其次,通过回旋管的线性理论研究,初步确定回旋管的基本参数,根据注波耦合系数的强弱先确定电子注半径的位置为1.12mm。然后通过腔体的品质因数,确定回旋管的注波互作用系统的中间均匀段的长度为40mm,再根据起振电流的分布图选取磁场的大概位置为8.15T,尽量的避免模式竞争。再初步确定了回旋管的基本参数的情况下,我们再根据回旋管的非线性理论,对这些数据进行仿真优化,得到更加准确的磁场位置,以及电压大小。最后,通过粒子模拟软件对回旋管的注-波互作用系统进行仿真优化,根据回旋管线性理论的基本设计参数进行仿真优化,通过比较输出功率的大小,以及输出频谱的纯度,来进一步确定回旋管所需的工作磁场为8.13T,工作电流为220m A,电子注的横纵速度比1.2,电子注的横向离散为6%。在此基础上我们得到回旋管的工作模式为TE061,工作频率为425GHz,获得的输出功率为22W。