通过建立理论模型研究了波导窄边缝隙天线中缝隙随着波导宽边尺寸调节过程中其谐振电导的变化规律,包括缝隙的宽度、缝隙切入宽边的深度、波导壁厚等对谐振电导及谐振长度的影响。得到了较为准确的拟合公式,利用该公式计算得到的缝隙参数能够满足工程设计的需要。此外,还分析了缝隙辐射电场随波导宽边调节的变化情况。

根据菲涅耳衍射积分和拉盖尔高斯光束场强分布，对拉盖高斯光束中的圆孔衍射、单缝衍射和方孔衍射进行了研究，并分析了拉盖高斯光束的相位结构对光束衍射后场分布的影响。拉盖高斯光束的相位奇点落在衍射孔中心时，由螺旋谱计算出拉盖高斯光束通过单缝和方孔衍射后的轨道角动量的弥散程度，从理论上证明了拉盖尔高斯光束通过圆孔衍射后，轨道角动量不发生弥散。

设计了一种波导窄边缝隙天线阵，其微波传输工作于行波状态，绝大部分能量被缝隙耦合辐射，其余能量被匹配负载吸收。通过等效电路的方法，使得各个缝隙达到均匀辐射，从而具备可拓展组阵能力，此外通过设计移相结构改变相位差，实现方位角方向的波束扫描。该缝隙天线工作在行波状态，避免了电场集中现象的出现，且工作于真空环境，具有较高的功率容量。

通过喇叭有效口径渐变法进行了L波段、脉宽30 ns的高功率微波空气以及SF6气体击穿实验, 给出了实验中得到的典型波形, 分析了空气以及SF6气体击穿对微波传输的影响。实验表明:空气击穿产生等离子体对微波传输的影响主要表现为对微波功率的反射, 使微波脉宽变窄, 而SF6击穿则主要体现为对微波功率的吸收, 使峰值功率降低。

提出并研究了波导内场增强法测量微波气体击穿的实验方案，在密闭波导内加金属针实现电场增强，通过调节微波源辐射功率及两针距离，使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法，进行了频率2.86 GHz、脉宽180 ns的微波在0.1 MPa空气中的击穿实验，分析了实验中得到的典型波形。结果表明实验现象与设计吻合，验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。

设计了喇叭有效口径渐变法测量高功率微波气体击穿的实验方案，通过连续改变喇叭的有效口径改变天线近场的电场强度，使微波传输达到气体击穿的条件。介绍了实验原理及诊断方法，进行了L波段的高功率微波天线近场空气击穿实验，分析了实验中得到的典型波形。结果显示:脉宽30 ns、L波段的微波在0.4×105 Pa空气中击穿阈值为33.9 kV/cm。实验现象与设计吻合，验证了该方案研究微波气体击穿的可行性。

研究了一种由多层介质交替排列的1维微波光子晶体, 应用传输矩阵法计算和分析了该结构周期数、波的入射角、介质的相对介电常数以及介质层厚度等对其频率选择特性的影响, 并具体给出了一个可行的设计方案。所设计的频率选择表面在3.2～4.0 GHz频率范围内, 反射系数大于0.99, 在9.5～9.7 GHz频率范围内透射系数大于0.98。

利用电磁软件Superfish求解了同轴慢波结构中准TEM模对应的π模的电场矢量分布, 分析了内导体半径对谐振频率的影响。采用Karat 2.5维全电磁粒子模拟程序设计了一个L波段相对论返波振荡器, 研究了内导体半径参数改变对器件工作频率的影响。通过使用半径为0.50, 0.75, 1.00 cm的内导体, 实验测得微波中心频率分别为1.64, 1.63, 1.61 GHz, 变化趋势与理论分析结果一致。实验测得频率比粒子模拟结果仅高0.01 GHz, 两者吻合较好。

利用傅里叶级数展开,给出了一种求解梯形慢波结构表达式的方法。通过数值模拟,研究了级数展开次数对求解精度的影响。当级数为10阶时,线型拟合而成的结构与原结构吻合较好。利用此表达式数值求解了色散方程,得到两个最低阶模quasi-TEM模和A 模。分析了为实现电子束与quasi-TEM模的-1次空间谐波相互作用慢波结构参数所需满足的条件,并指出利用此条件下纵向电场具有表面波的特点可实现横向模式选择。采用S参数理论研究有限长慢波结构的纵向谐振特性,提出在同轴慢波器件中加入同轴引出结构可减少所需慢波结构周期数,这不但使器件结构更为紧凑,还可避免纵模竞争从而提高器件效率、稳定产生微波频率。在此基础上设计了一种L波段同轴相对论返波振荡器,采用KARAT 2.5维全电磁粒子模拟程序研究了器件内束-波作用的物理过程。模拟结果表明,该器件具有径向尺寸小、束-波作用效率高的特点。在电子束能量700 keV、电子束流11.5 kA的条件下,器件在频率1.6 GHz处获得较高的微波输出,饱和后微波的平均功率达2.60 GW,平均效率约为32.3%。