通过优化设计法拉第筒的响应电阻和分布电感，在“ TPG700”平台上对无箔二极管阴极发射的环形电子束束流进行轴向测试。结果表明，无波二极管工作在低磁场 (<1 T)条件下，在二极管电压较低时，优化后的法拉第筒测试获得的电子束束流前沿较慢，随着二极管电压的升高，电子束束流前沿明显变快；在强磁场 (>2 T)条件下，法拉第筒测试结果与罗果夫斯基线圈测试结果一致。该结果表明，相比于罗果夫斯基线圈，法拉第筒更能准确地测试出无箔二极管的前向电子束束流。

探索提高真空击穿阈值的方法，对脉冲功率技术的发展和应用具有重要意义。在金属表面电子发射理论分析的基础上，采用有限元法计算电极表面电场随二极管电压的变化规律，设计实验系统，并开展实验研究。实验对比钛合金TC4阴极在不同表面粗糙度下真空击穿阈值，实验表明，当阴极表面粗糙度(轮廓最大高度Rz)分别为26.13?m,10.41?m,6.75?m,1.12?m,0.13?m时，击穿阈值分别为306?kV/cm,345?kV/cm,358?kV/cm,392?kV/cm,428?kV/cm。当Rz由26.13?m减小至0.13?m时，击穿阈值提高39%。金属表面击穿阈值随Rz减小而提高，减小金属表面的Rz，是提高真空击穿阈值的有效方法。

设计了一种工作在Ku波段的低磁场同轴相对论返波管。器件工作在同轴TM01近π模式, 采用两段式慢波结构构型, 在前后段慢波结构中分别主要进行电子束调制与能量提取, 以实现高效率工作。通过设计非对称反射腔, 引入电子束预调制, 进一步加深电子束调制深度, 提高了束波互作用效率。通过调节慢波结构中间漂移段长度, 进一步优化器件内部场分布, 提取段慢波结构处轴向电场强度得到显著增强, 器件工作效率可提升至35%。最终, 当磁场强度0.6 、二极管电压490 V、二极管电流7.5 A时, 获得1.27 GW微波输出, 效率约35%, 微波频率为14.7 GHz。

报道了用于高功率相对论返波管振荡器的永磁体的设计和试制。以Halbach阵列结构为基础,通过选择高性能的永磁材料,调整磁钢的充磁方向、排列方式和尺寸,优化设计了可用于某相对论返波管振荡器的永磁体结构,其均匀区磁场强度0.98 T。采用粒子模拟方法,进行了永磁体与返波管振荡器的一体化设计,设计结果表明：器件输出功率超过1 GW,设计的永磁体能够满足器件对磁场强度和位形的要求。对永磁体进行了试制和测试,测试结果为：均匀区磁场0.88 T,均匀区长110 mm,磁体重量约306 kg。

在圆周对称的磁场作用下,环形电子束以一定角度轰击在圆柱面的相对论返波管振荡器（RBWO）收集极上并将能量沉积其中,采用蒙特卡罗程序FLUKA,建立了电子的能量沉积分布计算模型,研究了电子能量沉积分布规律；建立了背散射电子的运动模型,模拟了磁场作用下背散射电子的运动轨迹；研究了圆周对称径向磁场的近似方法。研究结果表明：随着磁场强度的增大,最大能量沉积密度增大,背散射电子在更靠近电子束入射区域的位置再次入射并沉积能量,且可能形成一个新的能量沉积峰值。在磁场强度较大时,采用单向的径向磁场即可较好地计算圆周对称径向磁场下背散射电子的能量沉积分布。

给出了一种基于梯形慢波结构的相对论返波管结构,并采用2.5维全电磁PIC粒子模拟软件对其前端注入锁相进行了模拟研究。注入功率从二极管区注入相对论返波管中,注入功率50 kW,注入比-48.3dB时,返波管输出的相位抖动在±20°范围内,并拟合了返波管相位抖动与注入功率之间关系,给出了判断返波管相位抖动大小的经验公式。注入功率提高至120MW,注入比-14.5dB时,注入信号对相对论返波管输出的频率实现了牵引。

理论推导了电磁波在半无限长直波导和均匀慢波结构交界面上的反射系数表达式，得到反射系数模值和相位随电磁波的纵向相移常数和慢波结构末端相位的变化关系。运用传输线理论以及反射系数的理论计算结果，得到了有限长慢波结构的纵向谐振条件，可以分析各种情况下有限长慢波结构的纵向谐振特性。计算了一种有限长慢波结构的纵向谐振频率，理论预测与数值仿真结果基本一致。对于一种非均匀慢波结构的数值计算结果表明，其纵向谐振模式对应的频率、场分布与相应的均匀慢波结构接近，因此仍可根据提出的纵向谐振条件对非均匀慢波结构进行分析。

介绍了几种天线增益的测试方法，并根据高功率微波(HPM)天线的特殊性，提出了一种窄脉冲激励下HPM天线增益测试方法。利用直接功率测量方法，将窄脉冲信号源作为发射信号源，通过标定不同脉冲宽度下接收天线的最大接收功率，开展实验研究，测得窄脉冲条件下天线的增益值。测试结果表明：在脉冲宽度大于25 ns的微波脉冲激励HPM天线时，天线增益测试结果与连续波条件下天线增益测试结果相同。

在数值模拟的基础上，设计了一种用于高功率微波合成的X波段同频带双色板。微波斜45°入射时，该双色板在9 GHz到9.3 GHz内反射效率大于99%，在9.7 GHz到10 GHz内传输效率大于99%，可以用于实现两路高功率微波的同极化合成。利用电磁场全波分析软件，建立了双色板数值模型，分析了该双色板的场增强因子和功率容量问题。

基于相对论返波管振荡器,提出了一种小信号牵引相位控制的方法,通过外加小信号对振荡器起振过程的引导,实现对输出微波的相位控制。相比于传统的方法,该方法可以利用ns量级的脉冲在较宽的带宽和较低的注入功率下实现对高功率微波振荡器的相位控制。在X波段相对论返波管振荡器相位控制实验中,利用百kW级的小信号,实现了对GW级高功率微波的输出相位控制,相位抖动小于±15°。