为获取某型高功率微波辐射系统辐射至空中靶目标处(数十m至数百km处)的微波脉冲参数, 基于某升空平台无线数传链路, 设计了一种结构简单、紧凑的远程无线高功率微波辐射场测量数据采集系统。该系统具备运行状态动态指示、测量参数远程设置以及波形数据实时显示等功能, 质量小于2 kg, 瞬时动态范围大于15 dB。试验结果表明: 测量系统具备高重频微波脉冲参数测量能力, 能实时有效捕获辐射场微波波形, 运行稳定可靠, 可满足百km级距离上的空中辐射场测量需求。

基于物理模型法研究PIN限幅器二极管的微波脉冲热效应, 研究了间隔1~20 ns的两个微波脉冲构成的组合脉冲与单个长脉冲对于器件峰值温度的影响。仿真结果表明: 带有间隔的组合脉冲相对于长脉冲温升更明显, 不同型号二极管的最佳时间间隔不同, 与I层厚度成正相关的作用。分析了脉冲间隔的热效应机理, 是载流子恢复引起下一个脉冲的尖峰泄漏加速升温, 以及P区温度升高使得本征载流子浓度增加引起电热正反馈共同作用的结果。

基于器件物理模拟分析法研究PIN限幅器二极管的微波脉冲热效应, 利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN二极管二维多物理场仿真模型, 研究了在5.3, 7.5, 9.4 GHz的微波脉冲作用下, 不同Ⅰ层厚度的二极管模型的峰值温度变化。仿真结果表明: Ⅰ层厚度对PIN二极管微波脉冲热效应的影响分两个阶段, 拐点前厚度增加, 峰值温度提高, 拐点后厚度增加峰值温度降低; 一定范围内微波脉冲频率的变化对“拐点”影响不明显。

分析了微波对PIN限幅器的热损伤机理，基于器件物理模拟分析法，利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了器件微波热效应模型，研究了频率为5.3，7.5，9.4 GHz的微波信号作用下，器件损伤过程中温度瞬态变化规律和瞬态温度分布规律。结果表明: PIN限幅器尖峰泄露阶段器件温度上升较快; 稳态限幅后温度上升缓慢; 临近热击穿状态，器件进入热电失控状态，峰值温度快速上升，最终器件因温度过高烧毁; PIN二极管中的I区或P区与I区之间的结边缘处，较容易烧毁。对PIN限幅器进行大功率微波注入实验，器件损伤实验结果与数值模拟结果吻合较好。

从基本半导体物理出发, 通过求解载流子连续性方程, 建立了能够定量描述引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值与脉冲宽度关系的解析理论模型。通过与仿真结果以及文献中实验数据的对比, 验证了该理论模型的正确性。该理论模型表明, 引起CMOS反相器内部瞬态闩锁效应的微波脉冲功率阈值首先随着脉冲宽度增加逐渐降低, 但是存在一个明显拐点区域, 当脉冲宽度超过该区域之后, 引起闩锁效应的功率阈值变化不甚明显。

研究了一种基于螺旋波纹波导特殊色散特性对输入微波脉冲进行压缩的新方法。利用3维全电磁粒子模拟软件对X波段螺旋波纹波导进行了建模，模拟分析了该波导的特殊色散特性及提高功率增益的方法，并将已有模型脉冲压缩增益提高了6.65。模拟结果表明：通过优化输入微波的频率调制特性，可以获得更加符合被动式脉冲压缩所需要的调频形式；采用改进后的椭圆波导，可以得到更有利于被动式脉冲压缩的本征模式；通过延长渐变段长度，可以减少规则段和渐变段之间不均匀性造成的微波反射，从而实现更高的脉冲压缩增益。

通过数值求解半导体方程组仿真了高功率微波脉冲作用下的PIN二极管, 研究了高功率微波脉冲的脉冲宽度对其烧毁的影响。发现脉冲宽度在ns至μs量级时, 脉冲功率随脉冲宽度上升而下降, 并且近似成反比。在此基础上, 基于PIN二极管的Leenov模型和电路的戴维南定理对其机理进行了分析。在脉冲宽度由ns向μs量级变化中, 器件热效应由绝热加热转为有热传导的加热；与此同时, 其实际吸收功率由与入射功率成正比转为与入射功率开方成正比；此二者共同作用导致了脉冲宽度对烧毁影响。

利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉冲的电场与孔缝窄边平行时,借助耦合函数对两个系统内部耦合场的分布特性进行了研究,结果表明在与孔缝窄边垂直的平面内,越靠近腔体壁,耦合场越弱。此外,两种腔体内部的耦合场在腔体截面内均呈现准周期振荡分布,矩形腔体内部耦合场振荡的幅值较均匀,而圆柱形腔体内部耦合场幅值在其截面中心附近区域最大;除了孔缝附近区域外,圆柱腔体轴线两端的耦合场远大于矩形腔体相应的耦合场。最后,研究了孔缝耦合共振频率与孔缝尺寸的关系,结果表明系统耦合共振频率不只与孔缝尺寸有关,而是由孔缝尺寸和腔体形状及其对微波脉冲的反射特性共同决定。

建立了金属阴极和碳纤维阴极的电子发射机制模型,发射后的阴极和碳纤维阴极的微观照片证实了模型的正确性.实验结果与分析表明:一种优化的阴极应该具备多种电子发射机制,整个阴极的电子发射更均匀,碳纤维阴极的电子发射不仅具有尖端的场发射,而且伴随着侧向的表面闪络(随纹).此外和金属阴极相比较,处理后碳纤维阴极具有较慢的等离子体膨胀速度(≤1 cm/μs)并使该实验用微波源具有较宽的微波脉冲输出(≥200 ns).