径向渡越时间振荡器（Radial Transit Time Oscillator，简称RTTO）是一种前景光明的基于径向渡越时间效应的新型高功率微波源，能在低阻抗、无外加磁场条件下工作。深入研究其物理机制和内在规律具有重要意义。本文从解析推导、粒子模拟及实验研究三个方面对RTTO的基本物理过程进行了研究，所得结果丰富和发展了RTTO的研究。 采用一维平板间隙模型，运用单电子理论分析了RTTO的工作机制。在柱坐标系统中，我们用流体理论方法分析了RTTO谐振腔间隙的渡越时间效应，得到了在有限渡越角情况下电子束与高频场相互作用的方程。然后通过数值求解得到了不同初始速度和电子数密度时径向间隙中一阶电流密度、高频电场、电子束与本征场的功率交换等随间隙直流渡越角的变化规律。分析表明，在柱坐标系统中用流体理论得到的结论与一维平板间隙模型假设下单电子理论的结论一致。 利用考虑了空间电荷效应和束波非线性相互作用的2.5维PIC粒子模拟程序，我们模拟了RTTO中微波的产生。首先给出了RTTO产生高功率微波辐射的典型物理图象，并以此分析了RTTO的物理本质。然后，改变RTTO的结构参数和运行参数，国内外首次详细研究了输出微波功率、频率、模式及器件工作状态与RTTO几何参数和电子束参数之间的关系，揭示了RTTO的内在规律。结果表明，束电压一定时，谐振腔腔长和径向间距必须良好匹配微波才能起振，匹配不佳会极大地影响微波产生；微波模式对微波产生功率影响很大，同等条件下，TEM₀₀₁模式的微波功率最高，起振时间和饱和时间最短；微波输出功率随提取口的增大而减小；RTTO工作状态与工作电流的大小关系密切，存在一个最佳工作电流值。当电流较小时，器件工作稳定，但微波功率较小。电流较大时，电子束的空间电荷效应影响很大，微波频率和模式都会发生变化，输出微波功率显著降低，RTTO不能正常工作。在优化模拟条件下，二极管电压300kV、束电流15kA时模拟得到的RTTO最大输出功率可达1.1GW，效率约为24.5％。 我们设计并加工出了一套RTTO装置，并在本实验室现有的加速器上进行了实国防科学技术大学研究生院学位论文验研究，得到了基于径向渡越时间效应的微波辐射。实验采用喇叭天线接收和电探针恻量两朴方法时微波功率迭行了恻量，微波颂率用波导色散线法迭行恻量。领l量系统经过了严格的标定。在二极管电压33OkV，二极管电流29.7kA条件下，实验得到RTTO的峰值微波功率大于30MW，微波主频3 .67GHz。这一结论与用实际尺寸模拟所得的结果相比是合理可信的。通过改变二极管工作电压和电流，得到了微波功率、频率等参数随二极管电压和电流的变化。结果表明，在33OkV⁴25kV范围内，微波功率随二极管电压增大而减小;RTTO存在起振电流和最佳电流，其值分别在20²5kA和28³IkA范围。当电流较大时，微波的模式会发生改变，输出功率显著下降，微波频率特性变得很差。我们对实验结果进行了分析，给出了合理的解释，同时对影响实验的主要因素进行了总结。总体说来，实验所得的结果和规律与理论分析和数值模拟基本相符。