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宽带大功率行波管具有大功率、高效率、高增益、宽频带和长寿命等特点，广泛地应用于雷达、电子对抗和通讯等国防重点工程，被誉为武器装备的“心脏”。热阴极作为真空电子器件的核心组成部分，其寿命在很大程度上决定了整管的寿命。本文针对阴极失效机理开展了以下研究: 对典型热阴极的种类与发射机理、失效机理、性能检测方法等进行了总结;重点对M型阴极性能退化机理进行了总结分析，包括钡蒸发、离子轰击、膜层基底互扩散等;并介绍了阴极性能退化相关参数的检测方法，包括蒸发率测量、功函数检测方法和扩散系数测量的方法。 提出并基于MATLAB建立了行波管阴极受离子轰击的性能退化仿真模型。该模型可用于对行波管阴极受离子轰击的表面膜层退化过程进行仿真，得到原子溅射分布、离子斑形貌、离子斑产生时间等结果;模型主要由电子轨迹仿真模块和离子回轰模块组成，模型中综合考虑了膜层基底互扩散效应;模型以电子枪结构和工作参数为输入，可以对工作参数和结构等的影响进行分析，相比现有模型具有更好的适用性。 利用建立的模型对一电子枪实例受离子轰击的膜层退化进行了深入的研究，仿真分析了离子斑出现时间、形貌和增长速率随真空度、温度和电流密度的变化，并总结得出了离子斑出现时间与各应力之间的关系式，及离子斑半径随时间的演变规律。 最后，通过对失效阴极的显微和扫描电镜检测分析，测得阴极受离子轰击导致的表面元素浓度变化及离子斑形状，与仿真结果基本一致，进一步验证了仿真模型的正确性。 本文工作为行波管阴极受离子轰击的影响分析提供了一种有效的仿真分析手段。