回旋管在毫米、亚毫米波段卓越的放大和振荡性能,使其在雷达、电子战、等离子加热、受控热核聚变、高能物理、新型材料等领域有着广泛的应用。回旋电子束的质量直接影响到回旋管的效率。随着回旋器件向高频发展,小回旋电子束的稳定性,严重的影响互作用效率,且高次谐波与小回旋电子束相互作用,存在模式竞争问题,使其不能有效工作。大回旋电子束在圆波导只能激化回旋谐波数等于角向指数的模式,使模式竞争得到抑制,模式选择得到了增强,互作用效率得到了提高。国内外不少科研机构进行大回旋电子束相关研究,但对如何有效的减小速度零散,以得到高质量的大回旋电子束未见报道。高质量的电子束也是大多通过优化电子枪结构和磁场分布得到。根据电子在静电场、磁场中的运动方程,提出了一种大回旋电子枪的磁场设计方法。设计的磁场可以有效减小电子束径向速度,降低电子束速度零散。根据设计的电子枪结构和磁场,数值模拟单电子运动,得到较小径向速度波动和速度比波动的单电子运动轨迹。PIC仿真,电流1.5A能量30keV的电子束在电子枪中的大回旋运动。得到的大回旋电子束,速度比约为2-2.4,θ方向速度零散小于4%,z方向速度零散小于12%。并分析了径向速度波动对切向零散的影响及阴极宽度对速度零散的影响。用类似大回旋电子枪的磁场设计方法,设计小回旋电子枪磁场。设计的磁场可以准确的控制电子径向加速度,增加电子径向速度。根据设计的电子枪结构和磁场,数值模拟单电子小回旋运动,PIC仿真电子束小回旋运动,并得到满足设计要求的结果。分析切向速度与电子回旋半径的关系,及电子做大回旋运动与小回旋的不同。