相对论磁控管作为紧凑型高功率微波源在很多领域中有广泛的应用前景。最近几年,轴向输出相对论磁控管(MDO)得到了较多的研究。MDO具有很多好的特性如结构紧凑、角向均匀性、高阻抗、工作模式稳定、以及高功率输出等一系列特性,有很好的研究前景和科研价值,期望能够将来在作为高功率微波源的应用中有更高的效率。本论文介绍了国内外MDO的研究动态和最新的科研资料。本文首先对轴向输出相对论磁控管的相关基本理论进行研究,并对Fuks提出的经典轴向输出相对论磁控管机构进行冷腔和热腔的模拟仿真,在模拟仿真结果中发现这种轴向输出结构中输出耦合效率较低、电子容易漂移出互作用空间等问题。对这种轴向输出相对论磁控管结构参数进行优化,上述问题依然不能得到有效解决,结合相对论磁控管基本原理对这两个问题进行深入的理论分析,在此基础上针对两种问题提出相应的解决方案。最后结合旭日型磁控管的基本理论和轴向输出结构理论,提出一种旭日型轴向输出相对论磁控管结构并对这种结构用粒子模拟仿真进行验证。模拟仿真结果表明:旭日型轴向输出相对论磁控管不仅具有普通轴向输出相对论磁控管的紧凑、高阻抗等优良特性,而且在相对论磁控管的输出功率和转换效率方面有明显的改善,在938kV的高压下得到7.35GW的输出功率和30.78%的转换效率,相对于普通轴向输出相对论磁控管在752kV输入电压下,1.9GW的功率输出和12.86%的转换效率,输出参数的到了明显的改善。