随着高功率微波(HPM)技术的不断发展,要求HPM产生器件向着紧凑化、实用化的方向发展。无导引磁场Cerenkov型高功率微波振荡器可以通过优化设计器件结构与结构参数,在较高功率输出与较高功率效率下,实现器件小型化。然而,目前对该类型器件的研究还主要集中在频率较低的L、S、C等波段,因此,本文提出了一种X波段无导引磁场Cerenkov型高功率微波振荡器结构,并通过物理分析和粒子模拟方法对该器件进行了研究。本文的研究内容包括以下几个方面:首先,通过对无导引磁场Cerenkov型器件的分析,提出了一种X波段该类型器件结构,阐述了器件的工作原理,并对器件的相关问题进行了物理分析。分析了无导引磁场条件下环形电子束的传输特性,分别研究了内、外层电子的传输规律,利用约束阴极结构对电子束的径向扩散进行一定的抑制。对慢波结构的色散方程进行了推导,利用计算程序数值求解了色散曲线,并分析了慢波结构中不同模式下的电场分布。分析了器件中锥形收集极对电子束的收集作用,讨论了利用锥形收集极使慢波结构作用区输出的TM01模微波转化为TEM模的作用。其次,利用2.5维粒子模拟软件对所提出的器件进行了粒子模拟研究。给出了基本物理模型与典型模拟结果。在此基础上,研究了慢波结构周期数、波纹深度、收集极、阴极约束部分等结构参数与二极管电压、电子束流等运行参数对器件性能的影响。在基本模型的基础上引入了一种阴极聚束结构,分析了其对电子束的聚焦作用;通过对器件结构与结构参数的优化,在二极管电压为620kV、电子束流为9kA的条件下,模拟得到了功率为1.9GW、频率为9.1GHz、模式为TEM模的微波输出,器件功率效率为34%。结合粒子模拟结果对慢波结构内的束波作用机制进行了分析,首先研究了轴向束波作用机制,其次对本器件所具有的一种径向束波作用机制进行了初步研究,结合粒子模拟图像与物理分析证明了这种径向束波作用机制的存在,并讨论了该机制对器件性能的影响。最后,对器件进行了实验设计。利用高频场模拟软件对微波辐射部件包括支撑杆、模式转换器与天线部分进行了研究,并完成了实验装置的设计与加工。