相对论速调管放大器(RKA)是GW级的线性束器件，由于RKA中电子束的产生、束波互作用、微波的提取以及电子束的收集这几种功能是在不同区域中完成的，从而可以分别优化各个区域的功能，使得RKA具有高功率、高效率、相位和幅度稳定的优点。本论文对S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔进行了理论分析，并结合粒子模拟开展了相应的实验研究，取得了与理论基本相符的结果。论文内容主要包括以下几个方面：一、研究了双间隙输出腔封闭腔中存在的模式。计算了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔开放腔的高频特性，分析了双间隙输出腔的谐振频率与腔体半径和耦合孔尺寸的关系，得出谐振频率的一些变化规律。重点研究了耦合孔尺寸对腔体有载Q值的影响。二、采用一维圆盘模型的大信号理论，分析了本文双间隙输出回路的一些规律，推导出两个间隙中的电子效率关系式，然后用图形给出了各个变量与输出回路效率的关系。三、利用三维粒子模拟程序详细研究了束参数和腔体尺寸对调制强流相对论电子束进入双间隙输出腔后的微波提取情况的影响。在束压760kV，束流7kA，基波调制深度80％，引导磁场1.5T的条件下，通过粒子模拟优化得到功率1.48GW、频率2.85GHz的输出微波，其效率28％。另外，对同轴传输线内的输出模式进行了分析。四、根据理论分析和粒子模拟结果设计并加工了S波段相对论速调管放大器双间隙输出腔，并进行了腔体的冷测和热测实验。热实验中，利用600kV、6.2kA的电子束驱动，采用双间隙提取腔的RKA，得到输出微波功率为1GW的辐射微波，微波频率为2.90GHz，脉冲宽度为22ns，效率为27％，与理论分析和粒子模拟结果较吻合。