同轴渡越时间振荡器具有工作稳定,输出功率高,结构简单,模式单一,功率容量高的优点,因此具有在高频段工作的潜力,但在频率可调谐方面的研究较少。频率可调谐是高功率微波源发展的重要方向,目前关于频率可调谐器件的研究已有一定进展,但普遍存在工作频段低、无法跨多个频段调谐的缺点。基于此,本文提出了一种跨三波段频率可调谐同轴渡越时间振荡器,该器件可以跨C、X、Ku波段调谐,在各波段都有一定的调谐带宽。论文的研究主要包括以下内容:首先,理论推导了同轴渡越时间振荡器的相关表达式。对同轴谐振腔的高频特性进行了理论分析,得到了提高器件功率容量的方法以及多腔同轴谐振腔的谐振频率的近似求法,将小信号理论应用到同轴渡越时间振荡器中,并由此得到了电子束的负载电导表达式,为谐振腔的模式选择提供了理论依据。其后,进行了跨三波段频率可调谐同轴渡越时间振荡器的结构设计与特性分析,讨论了渡越时间振荡器实现频率可调谐的两种方法,给出了机械调频的实施方案,分析了采用单一式调制腔的频率可调谐渡越时间振荡器的局限性,提出采用级联式调制腔的频率可调谐渡越时间振荡器。在此基础上,设计了工作在C、X、Ku波段的调制腔并分析了它们的高频特性。为了确保器件在每个波段的单模工作特性,结合小信号理论开展了模式选择特性的研究,确保了器件在电压317~445kV范围内的单模工作特性。然后,对跨三波段频率可调谐同轴渡越时间振荡器进行了粒子模拟研究。在二极管电压340 kV、电流9.4 kA、外加导引磁场2.0 T的条件,得到典型模拟结果为:器件工作在C波段时输出微波平均功率为0.94GW,中心频率为6.45GHz,束波转换效率为29.4%;器件工作在X波段时输出微波平均功率为0.65GW,中心频率为11.35GHz,束波转换效率为20.3%;器件工作在Ku波段时输出微波平均功率为1.22GW,输出微波的中心频率为13.23GHz,束波转换效率为38.1%。器件在C、X、Ku波段调谐范围分别为6.27~6.70GHz、11.35~11.70GHz、12.70~13.70GHz,各波段对应的3dB调谐带宽分别为6.6%、3.1%、7.6%,输出功率范围分别为0.70~0.94GW、0.40~0.65GW、0.65~1.22GW。研究了器件参数对微波输出的影响,其结果符合之前的理论分析以及数值计算结论。最后,对跨三波段频率可调谐同轴渡越时间振荡器进行了实验所需的相关工程设计,设计了能产生2.0T均匀导引磁场的螺线管和功率传输系数较高的支撑杆结构,从而为今后的实验提供指导。