相对论磁控管的工作电流较大的时候,工作电流所产生的角向磁场将对电子产生一个轴向的漂移力,使得电子在产生高功率微波之前就漂移出谐振腔,导致相对论磁控管的整体效率下降。本文对高功率微波器件的研究现状进行了简单讨论,并在此基础上结合相对论磁控管和磁绝缘线振荡器的作用机理提出了一种能同时进行角向和轴向换能的新型高功率微波器件—螺旋腔正交场振荡器。通过对螺旋腔正交场振荡器的冷腔高频场的仿真分析和解析推导,初步认为:螺旋腔正交场振荡器的整体效率将高于相对论磁控管,只要适当地选择螺旋方式和静磁场的组合,可以减弱或者抵消角向磁场对电子运动的影响,从而减小漏电流,提高整体工作效率。该设想在粒子的运动轨迹和热腔模拟中得到了证实。本文首先讨论了螺旋腔正交场振荡器件的基本工作原理、归纳了研究该类器件的基本方法。接着,对螺旋腔高频结构的场分布进行了深入的分析,得出了互作用空间的高频场表达式。在此基础上,研究了螺旋腔正交场中电子的三维运动轨迹,得出了电子轴向运动方向与螺旋方式和静磁场方向的关系,并初步证实了提高整体工作效率的可能性。最后对螺旋腔正交场器件进行了粒子模拟,证实了理论分析的正确性。