单个高功率微波源的功率容量存在物理极限,而空间功率合成技术能使多个高功率微波（HPM）器件的输出微波协同作用,整体上获得更大的微波辐射输出。相对论速调管（RKA）具有高效率、高功率、高增益以及输出相位、频率稳定的特点,是空间功率合成技术的研究重点。本文研究了一种Ku波段高增益新型过模结构相对论速调管,并利用简单的空心RKA结构进行径向过模设计,实现了器件在TM₀₂模式工作,在Ku波段得到了较大的功率容量。同时为解决过模结构带来的多模式叠加干扰的问题也开展了相关的研究。本文的研究内容包括以下几个方面。首先,对过模速调管特性进行相关理论研究。利用经典速调管分析方法,对过模速调管在空间极限电流、电子束耦合系数和电子束负载电导这几方面进行了分析,初步了解了过模速调管的工作特性。其次,针对径向过模结构,分别设计各个工作腔。为了结构简洁,器件采用空心圆波导结构,漂移段半径约为3/4λ。利用重入式结构输入腔导入微波,实现了注入微波95%的有效匹配。采用两级群聚腔的结构,以提升调制深度,和速调管的整体增益。在空心圆波导基础上设计双间隙输出腔,保持提取结构的简洁性。利用粒子仿真软件对各个结构进行特性分析。为了在漂移段不截止TM₀₁模的情况下增加腔之间的独立性,还设置了两段吸波材料吸收泄露微波,抑制微波泄漏带来的自激干扰。最后利用2.5维粒子仿真软件对Ku波段过模速调管放大器进行整体模拟,对其束波作用过程、微波产生机制进行了细致的研究分析。在引导磁场1.0T、二极管电压580kV、电子束电流7.3kA的情况下,以50kW的注入功率模拟得到了平均功率1GW、频率14.25GHz的微波输出,效率23.6%,增益43dB。输出模式主要为TM₀₁模式。经过对输出腔的倒角再优化之后,在输出功率基本不变的情况下,器件的最大场强降为1.45MV/cm。同时还研究了二极管电压和注入微波对器件工作状态的影响以及输出微波的锁相情况。