该文主要从高功率微波源小型化的角度,重点研究了无引导磁场的高功率微波器件.首先对几种高功率窄带微波源进行了评估,然后着重研究无引导磁场最具备代表性的两种器件,磁绝缘线振荡器(MILO)和Super-Reltron,并提出了改进的措施.同时我们提出了一种新的无线引导磁场的高功率微波器件:轴向加速管.我们对MILO器件中波束相互作用的物理机理做了详细的理论分析,研究了MILO空间电荷的调制及其辐射机理.同时对MILO现有的实验结果进行了数值模拟,研究了其主要参数对MILO的影响.根据数值模拟结果,我们探讨了提高MILO频率的途径,用增加在阴极端头发射电流的办法,降低了径向电流提供绝缘磁场的要求,用整体下移的办法我们在C波段得到了1.2GW的微波输出功率理论结果.用整体上移的办法增加高次谐波,通过对输出频率的选择,在X波段获得了250MW的功率输出.我们还对C波段MILO进行了实验设计,理论结果为:在外加电压400KV,电流60KA,微波输出功率1GW,目前实验已经达到了500MW以上的微波输出.我们对Super-Reltron的主要改进是:是同轴结构代替非同轴结构,并进和了物理分析和数值模拟.最后,我们提出了一种新的高功率微波器件——轴向加速管,与径向加速管比较,有两个不同:在二极管/共振腔后加一个加速段,并将径向加速改为轴向加速.研究了这种器件中电子束的辐射和群聚,发现在二极管与共振腔结合的系统里,电子束可实现理想群聚,并通过电子束的再加速增加转换效率.改变提取腔,可以选择不同的频率输出.用增加中间腔的办法,大大提高了前两阶谐波电流分量.