模拟研究了一种在均匀慢波结构后增加渐变慢波结构段的太赫兹过模表面波振荡器,获得了输出功率和模式纯度的显著提高。首先根据S参数方法,研究分析了这种复合高频结构中TM01模的谐振特性。然后采用2.5维PIC(Particle-in-cell)软件UNIPIC,模拟研究了振荡器输出性能随渐变慢波结构周期数的变化关系。结果表明：随着周期数的增加,输出太赫兹波中的TM02和TM03等高次模成分降低,TM01模的功率比例增大至80%以上；选择合适长度的渐变慢波结构,能使得器件输出功率增大50%。

给出了满足电荷守恒的共形发射技术。首先阴极表面由三角网格共形描述,发射带电粒子时,根据电荷和电流线性分配方式和离散高斯定律,带电粒子的初始位置设置在与三角面元处于同一个网格元胞内,离三角面元最近且处于金属内部的网格点上。带电粒子的初始运动由两部分组成：一是由三角面上的法向场推进所产生的运动；二是使发射粒子在阴极面上分布呈随机性而设定的随机运动。运动产生的电流按照电荷守恒定律分配到离散网格中,并且由于粒子的初始位置设置在整网格点上,带电粒子的共形发射不会产生非物理的静电累加。最后通过同轴二极管模型来验证共形发射模型的正确性。

利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析,给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM,TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律.研究结果表明:电磁波在模拟器中传播时,其主模TEM模的高频分量在衰减;效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大;且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时,效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点,两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当.

为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场，将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中，即对于给定的脉冲源，先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源，并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应，再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算，能大大减少FDTD模拟计算的次数，尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。

将并行时域有限差分方法用于分布式负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟，并给出模拟器的尺寸参数对工作空间半高处几个测试点场的影响。研究结果表明：与源在x轴向距离上越靠近的点，其电场的上升沿越小；模拟器传输线最大宽度和最大高度之比为2，且下金属板宽度与传输线最大宽度相同时，测试点场的上升沿较小，半高宽较大；随着传输线在x方向投影长度的增加，与源位置x轴向等距离的测试点场的峰值增大，场的上升沿减小，但减小的量趋于平缓。且同轴线馈电时得到的各测试点场脉冲的上升沿要比直接加平面电场源的方式更大一点，半高宽则要小一点，但两者波形相似。

介绍了用于集总负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟的并行时域有限差分方法，分析了模拟器的几个尺寸参数对工作空间的场的影响。研究表明：当下金属板宽度大于或等于工作空间平板宽度的1.5倍时，前过渡段附近的测试点电场的上升沿受前过渡段投影长度的影响较小，而工作空间中心附近的测试点电场的上升沿则随着投影长度的增大而减小，但减小趋于平缓；所有测试点电场的上升沿均随下金属板宽度的增大而减小，但减小趋于平缓；对于前过渡段投影长度固定的模拟器，其高度并不是越小(大)越好，而是存在一个最佳高度值。

在正交网格体系中建立物理模型共形描述的基础上，针对采用扩展元胞技术的共形时域有限差分(ECTCFDTD)方法模拟计算波导器件遇到的开放端口截断问题，给出了积分形式的共形卷积完全匹配层方法，算法具有与ECTCFDTD相同的数值稳定性。设置不同的完全匹配层的控制参数，对波导中有消逝波存在的情况进行长时间模拟计算，分析共形卷积完全匹配层对消逝波的长效截断能力，分析卷积完全匹配层的截断误差。计算结果显示:积分形式的共形卷积完全匹配层可有效截断波导器件的开放端口。

针对大型双反射面天线尺寸过大、使用单一的时域方法无法单独模拟其远区辐射特性, 以及使用单一的高频近似技术无法给出准确结果的局限, 给出了用于大型双反射面天线时域辐射模拟的并行时域有限差分(PFDTD)-并行时域物理光学(PTDPO)混合方法。先创建两个用于并行计算的进程组, 一个用于PFDTD计算, 另一个用于PTDPO计算；再根据PFDTD方法计算出双反射面天线馈源的近磁场, 同时根据这些磁场使用基尔霍夫表面积分表达式(KSIR)并行计算出次反射面上及其附近的磁场, 再使用KSIR并行计算出主反射面上的磁场；最后使用PTDPO方法计算出双反射面天线的远区辐射场的瞬态响应。同时, 还给出主反射面口径为40个波长的Cassegrain双反射面天线的算例, 并对馈源相同而口径尺寸不同的双反射面天线进行近轴区的时域辐射模拟。

基于O441.4Open CASCADE开源的计算机辅助几何设计类库，给出了全电磁粒子模拟中复杂模型构建技术及网格生成技术。介绍了Open CASCADE软件的基本特点；给出了基于Open CASCADE进行自主研发的用于全电磁粒子模拟的复杂模型构建软件EasyEMModeling的设计思想、程序框架及已具备的功能；基于Open CASCADE中的射线与几何体的求交算法，给出了Yee网格中共形描述3维复杂模型的共形网格生成技术；最后，给出了验证实例，证实了共形网格生成方法的正确性及有效性。

为进行从高功率微波源到天线辐射整个系统的2.5维模拟，在近场模拟的基础上对2.5维模拟中时域有限差分(FDTD)的近-远场变换方法进行了研究。先将2.5维近场模拟区的输出边界绕对称轴旋转一周，得到封闭的3维圆柱面；然后根据等效原理由该封闭面上的FDTD近场求得等效电磁流；再根据自由空间中电流及磁流的时域辐射场公式计算出电磁流的远区辐射场。给出了2.5维模拟中TM01模式及TE01模式激励下圆锥喇叭远区辐射算例，所得计算结果与3维全电磁模拟软件CST的计算结果符合较好。