本论文主要研究强流相对论电子束在等位谐振腔内的自调制振荡，用解析理论分析了电子束在此结构中的不稳定性，并用小信号理论分析了电子起振的条件，得出了电子起振的扰动频率。基于理论分析提出了一种不外加磁场新型高功率微波器件的模型，用2.5维MAGIC粒子模拟软件对之进行了数值模拟。当一强流环形电子束穿过两端都是导电栅网、周围是金属的等电位圆柱波导时，由于空间电荷效应，将在纵向和径向形成空间电荷静电场，同时环形电子束自身也会产生角向磁场，此静电场与角向磁场将使环形电子束在等位的腔内发生自振荡现象。基于此现象本文将利用格林第二恒等式推导出了两端是导电箔的金属圆柱波导中环形电子束的空间电荷限制流，由Poisson方程我们得到了圆柱波导中的空间电荷静电位，分析了相对论环形电子束在这种结构中的存在的不稳定性和相对论环形电子束受到空间电荷效应产生的电场力和自生磁场力的共同作用发生的自振荡，并利用小信号理论推出电子起振的扰动频率，基于理论分析提出了一种不外加磁场新型高功率微波器件的模型，用2.5维MAGIC粒子模拟软件对提出的新型高功率微波器件模型进行数值模拟，分析了输入电压、电流以及模型结构对输出微波功率的影响，对之进行了一系列的优化。模拟结果表明这种结构中确实存在非线性物理过程。优化后的模拟结果显示利用谐振腔长为4.50cm，二极管电压为1.29MV，电流为13.5kA的电子束，可以得到频率4.44GHz，功率为1.7GW的微波输出，束波转换效率约为10％。