高功率微波源是各种高功率微波系统的核心部件,传统的高功率微波源只能产生一个频率的微波输出。按照高功率微波的作用机理,如果把由双频微波波束产生的拍波去攻击电子系统,将会大大降低高功率微波效应破坏阀值。本文研究和探讨了能够产生双频微波输出的相对论返波管,提出采用同轴双波纹结构作为返波管的互作用腔,并通过发射双电子注,让两个电子注激励起两个模式并与之发生互作用,从而达到产生双频微波输出的目的。本文的主要研究内容包括以下几个方面:1.详细介绍了高功率微波源的历史及其在科研和军事领域的相关应用。概括了双频及多频相对论返波管在国内外的最新研究动态,阐述了双频相对论返波管的研究目的和意义。2.阐述了相对论返波管的工作原理,在其基础上引出了具有同轴双波纹慢波结构的相对论返波管,并探讨了其工作机理。3.运用场匹配法,求解出了同轴双波纹慢波结构的色散曲线,在此基础上讨论了慢波结构和色散曲线的之间的相互关系,并通过HFSS建立模型,对同轴双波纹慢波结构进行冷腔仿真,验证了数值求解色散曲线的准确性。4.讨论了粒子模拟的方法,然后在CHIPIC中建立粒子模拟模型,即采用内外导体波纹同轴结构,通过发射双电子注与之相互作用,得到双频的微波输出。5.从模式耦合理论观点出发,初步推导出了双电子注相对论返波管的模式耦合方程,在推导过程中考虑了相对论效应的影响,并对其做出了相应的修正。