具有全腔径向提取结构的相对论磁控管是由径向结构提取微波,经由轴向扇形波导和同轴波导最终输出,可提高相对论磁控管的紧凑性。但目前径向全腔提取相对论磁控管输出吉瓦级微波功率时仿真效率仅为50%,远小于轴向衍射输出相对论磁控管的仿真效率。为此,本文提出了一种高效率径向全腔提取相对论磁控管。论文通过对相对论磁控管进行理论及仿真研究,首次提出了一个高效率径向全腔提取相对论磁控管模型。模拟结果表明:在电压为586 k V、电流为3.67 k A、磁场为0.34 T的条件下,径向全腔提取相对论磁控管输出微波功率为1.56 GW,频率为1.592 GHz,功率效率为74.3%的同轴TEM模高功率微波。论文的主要研究内容和创新包括以下几个方面:第一,开展了高效率径向全腔提取相对论磁控管理论研究。阐述了相对论磁控管的束波相互作用机制,通过场分析法和等效电路法分别得到了谐振腔结构的色散关系,为器件的结构设计奠定了理论基础。第二,研究了谐振腔结构参数对其π模谐振频率和工作性能的影响,首次提出了具有单阶梯型输出结构和改进型阴极帽的高效率径向全腔提取相对论磁控管模型。该模型的仿真效率达到74.3%。第三,设计了满足工程需要的螺线管磁场,分析了不同位置处的磁场强度分布。在采用该螺线管磁场的仿真验证中,径向全腔提取相对论磁控管的效率为75.7%。与理想的均匀稳恒磁场相比,相对效率偏差小于2%。仿真结果证明了所设计螺线管磁场的有效性。