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设计了一种紧凑型、GW级同轴引出电子束相对论返波振荡器，利用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内部束-波作用的物理过程。模拟结果表明：当器件中使用内导体，在电子束能量700 keV，电子束流11 kA，导引磁场为1.0 T时，能实现L波段2.66 GW高功率微波输出，平均效率约为34%；去掉内导体时，能实现S波段1.88 GW单频微波输出，平均效率约为24%。同一个器件，仅通过装卸内导体就可以选择在两个波段实现GW级、高效微波输出，这对于高功率微波器件的设计有一定的参考意义。