为深入研究具有复杂角分布和能谱分布的系统电磁脉冲(SGEMP)的规律和特性，利用三维全电磁粒子模拟(PIC)程序，并添加相应功能模块——用蒙特卡洛方法实现电子发射的余弦角分布和指数能谱分布。模拟计算光电子由圆柱端面向外发射引起的SGEMP 模型，选取2 组X射线数据进行计算，并与文献估算结果进行对比。2 次计算所得结果量级都与文献结果一致，说明本程序可用于深入研究各种SGEMP 问题，为抗核加固和SGEMP 效应研究提供基础数据。

为追求更高的输出功率和效率，在理论分析的基础上，采用理论和PIC数值模拟相结合的方法设计了较高工作点电压(700 kV)的磁绝缘线振荡器模型，数值模拟结果表明：当输入电压为695 kV、输入功率为55.7 GW时，输出周期平均功率为11.2 GW，效率为20.1%；与以往低工作点的磁绝缘线振荡器相比,效率较高，且和低工作点的器件只在最佳工作点处取得最大效率不同，本器件随着电压升高，效率进一步提高。

基于给定光电子的时间、能量谱，分析研究了从有界平面金属向自由空间发射的光电子所引起的系统电磁脉冲效应;采用2.5维全电磁粒子模拟(PIC)程序模拟研究了光电子在空间的运动及分布规律、空间电磁场的组成成分及各组分场的特性。模拟与分析表明: 系统电磁脉冲的空间电磁场由直流本底场和辐射场两部分组成。直流场是径向场,随距离的增大迅速衰减;而辐射场又由两部分组成，一是电子从金属平板发射过程中产生的超辐射，二是电子在空间运动过程中产生的辐射场。对两种辐射场特性进行了深入的分析和研究。

为克服全电磁粒子模拟(PIC)程序不利于优化设计的弱点,提高高功率微波器件的优化设计水平,将遗传算法与全电磁粒子模拟算法有机融合,研制出二维全电磁粒子模拟并行优化程序。据此对高功率微波源器件--两个波段的磁绝缘线振荡器(MILO): C-MILO和L-MILO进行优化设计。在输入功率不变的条件下,原C-MILO效率为10.8%,经优化后效率为15.4%; 原L-MILO效率为12.6%,经优化后效率为17.7%。由此得出,两类MILO模型经优化后在输入功率基本不变的情况下输出功率和效率都有很大程度的提高,且模型几何参数合理,物理图像正确。

提出了一种新结构的高功率径向强流速调管振荡器,该器件利用折叠式同轴谐振腔的微波场与接近空间电荷限制电流的径向电子束强烈相互作用产生高功率微波.首先对这种器件的实现机理进行了初步的分析,提出了有间隙电压情况时的径向同轴间隙的空间电荷限制电流1维近似估计模型.分析表明:对于电子束直流接近但小于直流空间限制电流的径向速调管,当有调制间隙电压时,空间限制电流要小于无调制间隙电压情况下的直流空间限制电流,径向强流电子束电流接近和超过空间电荷限制电流时会出现强烈的调制.然后用PIC程序对其特性进行了粒子模拟,在二极管输入电压500 kV、电子束电流为30 kA条件下,最终得到了峰值功率6 GW、频率1.3 GHz的微波输出.