渡越辐射振荡器具有工作稳定,输出功率高,结构简单,模式单一的优点,引入同轴结构之后,能够通过等距地增加内外导体半径来保证在一定的工作频率下提高器件的功率容量,所以渡越辐射振荡器还具有在高频段工作的潜质。随着V波段电磁辐射在军用和民用中的应用范围不断增加,受到的重视不断提高,为了顺应高功率微波向高频段发展的趋势,本文提出了一种V波段同轴渡越辐射振荡器并对其开展了相关研究。首先,对V波段渡越辐射振荡器进行了理论研究。结合由小信号理论得到的谐振腔中本征模式对应的电子负载电导表达式,以及由大信号理论得到的电子束与谐振腔中的本征模式发生束波相互作用效率的表达式,以TM₀₁模式的3π/4纵模为例对两种方法进行了对比,验证了小信号理论对器件工作模式以及结构参数的设计仍有重要作用。其次,对V波段渡越辐射振荡器谐振腔中的本征模式进行了研究,利用小信号理论计算了本征模式对应的工作电压范围并在520 kV的电压下对器件的工作模式进行了研究。最后通过与四腔谐振腔的对比,发现四腔谐振腔的模式分离度更高并且单模工作的电压范围更广,但是束波转换效率要低于五腔,从束波相互作用的角度来看,五腔结构要优于四腔。在理论分析和数值计算的基础上,对V波段渡越辐射振荡器进行了粒子模拟研究,在束压520 kV,束流9.21 kA,导引磁场1.8 T的条件下,得到了760 MW,70.40 GHz的高功率微波输出,器件工作模式为TM₀₁模式。研究了各主要结构参数和工作参数对微波输出的影响,粒子模拟所得结果与之前的理论分析和数值计算中所得结论十分相近,说明小信号理论在指导器件工作模式的设计以及工作参量的选择方面具有较高的可信度。最后,作为实验研究的基础,对V波段渡越辐射振荡器进行了相关工程设计,主要包括导引磁场的设计,同轴结构支撑杆的设计和模式转换器的设计,利用软件对各个结构进行了优化。对于磁场设计,在电子束的运输路径上能保证均匀的1.8 T磁场,而对于支撑杆和模式转换器的设计,微波的传输和转换都能保证很高的效率。