本文利用物理分析和粒子模拟的方法研究了轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器,结果表明通过引入预调制腔、谐振腔、反馈端面、双电子束阴极等结构,可以实现结构相对紧凑、束波转换效率较高的轴向提取虚阴极振荡器。不需要模式转换器或弯曲过渡波导,可直接通过天线轴向辐射微波,为微波源及其辐射系统的小型化提供了一条可能的技术途径。基于Tomachan加速器电子束参数设计的轴向提取TE10/TE11模虚阴极振荡器,不需要改变束-波作用区结构,只需通过更换提取波导,即可实现TE10/TE11模式微波的轴向提取。粒子模拟结果表明,在400keV、8.9kA的束流条件下,在2.1GHz处可以获得大于500MW的高功率微波输出,功率效率为14%,频率、模式纯净。基于Spark05加速器电子束参数设计的轴向提取TE11模虚阴极振荡器,利用类似的设计思想,通过改变电压的馈入方式和阴阳极结构,实现了中心阴极负脉冲电压的激励,同样获得了较好的粒子模拟优化结果。粒子模拟研究结果表明,在580keV、10.6kA的束流条件下,轴向提取圆波导TE11模虚阴极振荡器在2.1GHz处可以获得大于1GW的高功率微波输出,功率效率为16%,频率、模式纯净。对基于Tomachan加速器参数的轴向提取矩形波导TE10模虚阴极进行了工程设计和加工,并对测量系统进行标定,为下一步的实验研究工作打下了基础。