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高功率微波技术自上世纪70年代发展至今，不仅为已有的微波应用研究提供了新的方法和途径，突破了微波技术的研究瓶颈，而且也开创了新的微波应用领域。而在整个高功率微波系统中，微波源将高功率电脉冲转换为电磁波，是整个系统的核心部分。高功率微波在国防中的应用最受重视，国外研究者发现，由双频或多频组成的高功率拍波去攻击电子系统时，能使目标系统的破坏功率阈值得到降低，更有利于电子作战，因此能同时输出双频或多频的高功率微波源器件引起了国内外研究者们广泛的关注。而能在同一个微波源里产生双频或多频输出的器件比两个或多个微波源所搭建的双频（多频）系统更具有优势，因为其成本更低，更易于实现同步输出，实际应用时更易于实现。如今的双频高功率微波源还面临很多的技术难题，其中注波转换效率和输出的稳定性最受研究者的关注。本论文以相对论返波振荡器为主要研究对象，并着眼于提高双频输出的稳定性和注波转换效率设计了带两类新型反射腔的相对论返波振荡器，并进行粒子模拟，达到了预期的设计目标。本文的主要内容为：1．介绍了高功率微波技术的历史及发展；概括了国内外各种单频双频高功率微波源的研究；着重介绍了双频相对论返波振荡器的研究现状；阐述了双频相对论返波振荡器的研究目的和意义。2．由对常规返波振荡器(BWO)的物理分析引出了相对论返波振荡器（RBWO）物理机理与模型结构，探讨了提高注波转换效率的方法，在其基础上引出了具有不均匀慢波结构的同轴相对论返波管。3．简要介绍了相对论返波振荡器产生双频的三种主要方法，分别是电子科技大学高能电子研究所提出用RBWO-Orotron结构产生双频的方法，利用“交叉激励不稳定性”工作机制产生双频以及利用非均匀慢波结构产生双频。4．为了提高转换效率及输出稳定性，设计了带两类新型反射腔的相对论返波振荡器，详细的阐述了RBWO的慢波系统及反射腔的设计。简要的介绍了粒子模拟方法以及本文所用的CHIPIC2.5维粒子模拟软件，两种结构分别通过CHIPIC软件进行粒子模拟都实现了X波段的稳定双频输出，最后对两类反射腔做了性能上的对比。5．采用在微波输出稳定性、转换效率更具优势的第二类反射腔结构，改变RBWO慢波系统，通过粒子模拟得到三频和四频的高功率微波输出，并对模拟结果进行分析。6．对全文进行总结，并提出下一步工作计划。