由于物理机制和材料工艺的限制,单个高功率微波器件的功率容量总是一定的,并且当电子束流增大时容易超过空间极限电流,进而降低了束波转换效率,也限制了注入电功率的提高。为了解决上述问题,结合对双波段高功率微波源的研究,本文提出了一种X波段新型同轴双电子束高功率微波源,并且实现了内外子微波源之间的锁频锁相,进一步地,通过功率合成的方式将两路频率相同、相位差保持恒定的微波合成,输出一个更高功率的微波。该新型器件采用双电子束,因此器件的总束流较大,有利于降低阻抗,提高注入电功率;各子微波源可以保持低电流、较高阻抗,因此不容易各自超过空间极限电流,且有利于增大束波转换效率;由于采用功率合成的方式,因此降低了对单个子微波源输出功率的要求,进而减小器件内部出现场击穿的概率。该新型器件在追求低阻抗、高功率、高效率、长脉冲、紧凑化方面具有一定的潜力。主要研究内容如下:首先,分别单独设计构成新型器件的内外两子微波源,使得两者工作频率相接近,并阐述它们共同工作在低导引磁场下的可行性。其次,对新型器件中两子微波源的锁频锁相特性进行了研究。粒子模拟结果表明,当工作电压为675k V,内外电子束流分别为6.6k A和14.3k A,磁场为0.8T时,内外子微波源工作频率均为9.74GHz,输出功率分别为1.3GW和2.5GW,相应的功率转换效率分别为29%和26%,两输出微波相位差保持在83°左右,抖动范围在±5°之内,并且在675k V~755k V锁相范围内两子微波源相位差变化了18°,锁频锁相特性较好。再次,对新型器件进行了功率合成研究。在675k V~755k V的恒定电压以及脉冲电压下对加载功率合成结构的新型器件进行粒子模拟,结果表明,合成结构不仅能够对两子微波源的输出微波进行功率合成,还提高了总的功率转换效率。在工作电压675k V下,合成微波源输出约4GW的微波,总功率转换效率为29%,最大轴向电场位于内子微波源第二段慢波结构下游末端表面,约720k V/cm,功率容量较高。最后,对器件进行了相关的工程设计,包括对励磁系统、模式转换器、支撑杆结构的设计。此外,为了方便实验中能单独测量各子微波源输出,对吸波体结构及特性进行了初步研究。