轴向反馈式虚阴极振荡器主要利用反馈微波调制电子束和虚阴极，从而增大微波输出功率、提高效率、稳定频率、净化模式。本文对带反馈环的轴向虚阴极振荡器分三个方面进行了研究。 首先，对轴向反馈式虚阴极振荡器一些基本特性进行了粒子模拟研究。模拟表明，该结构具有比较好的稳频特性。当阴阳极间距在某一范围内变化时，微波频率基本不变，但随着阴阳极间距变化到另一范围，微波频率会发生跳变。所做的实验也证实了这一结论，同时，给出了合理的物理解释。 其次，对轴向反馈式虚阴极振荡器中束流质量对器件运行性能参数的影响进行了模拟研究。结果表明：上凸形束脉冲前沿可使虚阴极振荡器达到饱和振荡的时间缩短但对微波饱和功率基本无影响；束流脉宽应足够大，否则虚阴极振荡器不能达到饱和振荡（对应本文中的模型，束脉宽应大于16ns）；能散度的影响不可忽视，当能散度为5％时，束波转换效率从单能束时的3.8％降至1.5％；束流质量（除能散度外）对微波频率基本上没有影响等。 最后，采用粒子模拟的方法，研究、设计了一种具有阶梯状反馈环结构的轴向虚阴极振荡器，并从理论上对该结构如何抑制倍频、提高功率的原理进行了分析。同时，为增大辐射口增益，提出了一种增大波导管半径的方法，并且在二极管电压为550kV、束流为23kA的条件下，模拟获得了平均功率达GW量级，频率为3.9GHz的准TM₀₁模式的微波输出。此外，还提出了另外一种对轴向反馈式虚阴极振荡器进行改进的方法，并且获得了较好的模拟结果。