随着高功率微波技术在军事和民用上的广泛使用,跨波段跳频技术成为高功率微波源最重要的发展方向之一。目前,实现跨波段跳频的主要手段是机械调节,需要手动调节以改变其电磁结构,从而实现不同频段微波的输出,因此该调节方式较为复杂。本论文提出了一种基于磁场调谐的跨波段跳频切伦科夫微波发生器,采用理论分析、冷腔研究和粒子模拟方法对其结构和功能进行了系统的研究与设计,并进一步地对其电动力学结构进行改进。本论文将针对以下几个方面的内容展开讨论与研究:首先,对高功率微波源的功能及分类进行了扼要的介绍,并对调谐技术的研究现状进行了调研,介绍了本课题的研究意义及主要内容。目前所见调谐高功率微波源的相关报道,按照工作范围的不同,可分为频段内调谐和跨波段跳频;按照采用调谐方式的不同,可分为机械调节和电调节。采用机械调节的方式实现多频工作离不开复杂的机械调节系统,调节过程相对繁琐;而电调节的方式,不需针对器件的电磁结构做出调整,只需改变外加的电参数即可实现多频工作,调节方式简单。目前常见的多为机械调节方式,关于电调节方式的研究较少,本课题的研究内容属于后者,采用基于磁场调谐的方式,成功实现了跨C波段和X波段的双频微波输出。其次,对器件结构进行了物理分析。令电子束与工作在两个频段的慢波结构在不同导引磁场下分别进行相互作用,从而产生跨频段的微波输出。针对两段慢波结构的参数选取及其冷腔特性进行了分析:建立了矩形波纹的空心慢波结构,利用理论求解和本征模求解两种方法分别计算了无限长空心慢波结构的色散特性曲线,继而讨论了结构参数对于色散曲线位形的影响;为了满足器件的工作要求,针对工作模式（主要分为横向模式和纵向模式）的选择与控制进行了研究。随后,针对导引磁场对工作特性的影响进行了分析。在讨论了导引磁场的大小对无箔二极管的影响后,对磁场的回旋共振吸收特性进行了研究,从束包络方程出发,得到了器件正常工作的最低磁场范围,并进一步地通过理论计算,初步得到了分别适合两个频段下的工作磁场,以指导后续的粒子模拟仿真。最后,通过粒子模拟,搭建了仿真模型,开展热腔仿真工作,设计了一种基于磁场调谐的跨波段跳频切伦科夫微波发生器,并对器件中的束-波作用过程进行了直观的介绍。在仿真过程中观察到敏感参数对于器件工作状态、束-波作用效率的影响,针对敏感参数进行了分析。介绍了电参数（工作电压和导引磁场）、结构参数（漂移段和输出波段）对器件工作特性的影响,进一步指导粒子模拟研究。器件采用经漂移段隔离的两段慢波结构,当工作电压为665 k V,工作电流为7.6 k A,外加导引磁场为0.7 T时,输出X波段的微波,其工作频点为8.6 GHz,输出功率为2.1 GW,束-波作用效率约42%;当工作电压为665 k V,工作电流为7.6 k A,外加导引磁场为1.5 T时,输出C波段的微波,其工作频点为4.2 GHz,输出功率为1.5 GW,束-波作用效率约30%。进一步地,通过采用前置腔代替截止颈的方式,对器件的饱和时间进行了优化:当工作电压为673 k V,工作电流为7.8 k A,外加导引磁场为0.7 T时,输出X波段微波,其工作频点为8.6 GHz,输出功率为2.0GW,束-波作用效率为38%,饱和时间由30 ns缩短至20 ns;当工作电压为684k V,工作电流为7.5 k A,外加导引磁场为1.5 T时,输出C波段微波,其工作频点为4.3 GHz,输出功率为1.63 GW,束-波作用效率为32%,饱和时间也由30 ns缩短至20 ns。