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。

提出了X波段双频两段式同轴相对论返波振荡器的物理模型，推导了该结构在冷腔时的TM。。模式色散方程，数值求解了两段式同轴波纹慢波结构TM01模色散曲线；用粒子模拟软件对其结构和电磁参数进行分析研究，优化得到的结构参数为第一、二段分别为10个和4个周期数，周期长度分别为0．50cm和0．73cm，波纹幅值分别为0．13cm和0．21cm，平均半径为2．9cm，同轴间隙为2．1cm。结果表明：在环形相对论电子注电压为510kV、电流为9．4kA，引导磁场为0．7T的条件下，器件得到了X波段稳定的高功率双频微波输出，其平均功率约为0．75GW，平均功率效率为15．6％。