为开发回旋超辐射在毫米波和亚毫米波超辐射高功率微波源中的优势，采用3维PIC粒子模拟对回旋超辐射的工作特性进行了分析，并在此基础上优化设计了器件结构及工作参数范围。模拟表明，微波峰值功率与电子束脉宽在一定范围内成平方关系，符合超辐射的典型特征。初步实验在210kV，250A的电子束参数下获得了6Mw的微波峰值功率输出，工作频率37．2GHz，模式为TE01，与粒子模拟的结果基本一致。

提出了一种具有预调制腔、主谐振腔和提取腔组成的多腔轴向提取虚阴极振荡器结构。腔体特性分析表明其在工作频段可以获得更高的提取效率。粒子模拟显示该结构在电压700kV，电流23kA的条件下，可输出功率大于1．7GW，频率4．0GHz，功率效率大于10％的微波。初步的实验研究获得了辐射功率约700Mw，频率约4．1GHz的微波输出。对实验结果的进一步分析表明，通过适当加大器件虚阴极振荡工作区微波管直径的方法可以有效改善器件的谐振性能，从而获得更好的工作性能。

提出了利用角向分区来产生双频高功率微波的思想，并根据常规磁绝缘线振荡器的互作用主要在轴向而与角向无关的物理机制，通过在常规磁绝缘线振荡器内设置谐振腔深度的角向分区，建立了L波段双频磁绝缘线振荡器的模型，并利用电磁模拟软件，优化设计了L波段双频磁绝缘线振荡器。粒子模拟的结果为：在电子束电压为530kV，电流为45．5kA的条件下，得到了稳定的双频高功率微波输出，其微波频率分别为1．28GHz和1．50GHz，周期平均功率约为2．65GW，功率效率约为11％，两个频率的频谱幅度相差约0．4dB。

提出了一种采用单电子束实现C波段和X波段微波同时输出的新型相对论返波振荡器，该器件的束波作用区为中间用渐变段隔开的两段盘荷结构。使用Karat软件进行了2．5维全电磁粒子数值模拟，在工作电压为1MV，电流为8kA，导引磁场为3T的条件下，输出微波功率大于1GW，功率效率约为15％，输出的微波频率分别为5．42GHz和9．58GHz，二者频谱幅度相差2．17dB，模式为TEM模。

设计了一种L波段同轴引出电子束相对论返波振荡器，采用KARAT2．5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程，分析了二极管电压和导引磁场对产生微波频率和束-波转换效率的影响。模拟结果表明：该器件在小型化，中等磁场的条件下具有较高的束-波作用效率。在电子束能量700keY，电子束流10kA，导引磁场为1．0T时，器件在频率1．62GHz处获得较高的微波输出，饱和后微波的平均功率达2．2GW，平均效率约为30％，器件最大径向半径仅为5．0cm。