高频段相对论速调管放大器(RKA)是近年来高功率微波领域的研究热点之一，其发展主要受限于模式竞争、相位抖动和效率偏低等问题。设计了一种径向线RKA，主要由输入腔、两组非均匀双间隙群聚腔和三间隙提取腔等四部分构成。通过比较单双间隙群聚腔与电子束互作用的耦合系数，说明了非均匀双间隙群聚腔具备对电子束较强的调制能力。前端加载TEM模式反射器的非均匀双间隙群聚腔的工作在TM₀₁-π模式，Q值较大，有利于谐振腔之间的能量隔离。采用两组非均匀双间隙群聚腔级联的方式，在注入功率仅10 kW情况下，实现短漂移管长度下电子束深度群聚达110%。粒子模拟结果表明，该器件具有效率高的优点，在电子束电压400 kV，电流5 kA，磁场强度0.4 T条件下，得到功率825 MW，频率14.25 GHz，效率41%的微波输出。