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随着高功率微波(High-Power Microwave, HPM)技术的不断发展，HPM领域中出现了一个新兴的研究发展方向，即复合型高功率微波产生器件。因为它不仅可以输出单频、双频或者双波段HPM微波，还具有进一步提高器件功率效率的潜力，将为HPM技术的进一步应用奠定基础。目前，复合型磁绝缘线振荡器和复合型相对论返波振荡器是国内外研究人员较为关注的两种器件。因此，本文对复合型磁绝缘线振荡器和复合型相对论返波振荡器分别开展了较为全面、深入的研究，包括理论分析、结构设计和粒子模拟研究。 本文的研究内容主要包括： 1.提出了复合型磁绝缘线振荡器(Magnetically Insulated transmission Line Oscillator, MILO)的物理思想，阐述了技术方案和工作原理。该复合型 MILO由MILO-1和 MILO-2两部分组成， MILO-2是作为 MILO-1的负载，进一步利用MILO-1的负载电流产生高功率微波，从而提高功率效率。 2.对MILO进行了初步理论研究。解析推导了热腔同轴慢波结构的色散关系，并在冷腔中数值求解了色散曲线，通过与不同电磁场模拟软件仿真结果的对比，验证了色散关系理论推导结果的正确性，并分析了慢波结构参数改变对冷腔色散曲线的影响；通过等效电路法，求解出传统MILO和介质填充MILO谐振频率的具体表达式，并利用仿真软件进行了验证。 3.利用仿真软件对本文提出的复合型磁绝缘线振荡器进行了模拟研究，分析了二极管电压、慢波结构参数、扼流叶片参数、提取区结构参数、聚焦阴极等参数对器件输出性能的影响。 4.通过对器件结构参数的优化，得到了一个双频复合型 MILO。仿真中，在输入电压为680 kV，电流为69.4 kA，输入电功率为47.3 GW的条件下，MILO-1输出微波功率为8.5 GW，微波频率为1.717 GHz；MILO-2输出微波功率为3.9 GW,微波频率为4.167 GHz。复合型MILO总的输出功率为12.4 GW，相应的功率效率为26％。MILO-1单独的功率效率为18%。针对此模型，复合型MILO的功率效率比MILO-1的功率效率相对提高了46%。 5.通过对复合型MILO的进一步分析与优化，得到了单频输出模型。仿真中，在输入电压为630 kV,电流为85.6 kA，输入电功率为54.167 GW的条件下， MILO-1输出微波功率为8.0 GW,微波频率为1.567 GHz；MILO-2输出微波功率为2.8 GW,微波频率为1.567 GHz。复合型MILO总的输出功率为10.8 GW，相应的功率转换效率为20%。MILO-1单独的功率转换效率为15%。针对此模型，复合型MILO的功率转换效率比MILO-1的功率转换效率相对提高了35%。 6.初步研究了一个复合型相对论返波振荡器(Relativistic Backward Wave Oscillator, RBWO)。复合型 RBWO由第一段 RBWO(F-RBWO)和第二段RBWO(S-RBWO)组成，其中S-RBWO对被F-RBWO利用后的电子束能量进行二次利用以产生高功率微波，从而提高功率效率。仿真中，在输入电压为870 kV，电流为13.0 kA，输入电功率为11.2 GW的条件下，F-RBWO输出微波功率为3.2 GW，微波频率为9.225 GHz；S-RBWO输出微波功率为117 MW，微波频率为1.000 GHz。复合型MILO总的输出功率为3.3 GW，相应的功率转换效率为30%。F-RBWO单独的功率转换效率为29%。针对此模型，复合型 RBWO的功率转换效率比传统RBWO的功率转换效率相对提高了5%。此外，还对其他结构特点的复合型RBWO，即改进型复合型RBWO，进行了初步探索。