针对高功率微波系统宽频带和波束扫描需求，提出并设计了一种基于可变电容的X波段高功率宽频带波束扫描反射阵列天线。天线采用线极化喇叭馈源和三明治介质埋藏式贴片单元，其中贴片部分为嵌套式双谐振结构集成可变电容，同步拓宽相位调节范围（360°）与工作带宽。通过消除单元突变结构并采用三明治介质层，有效抑制了三相点产生，使功率容量提升至5 MW（0.1 MPa气压SF₆环境）。调节可变电容容值可实现8.55～9.65 GHz频段内12%相对调谐带宽。基于11×11矩形栅格的反射阵仿真表明：242 mm口径阵列天线最大增益25.12 dBi，口径效率54.39%，全频带支持0°～20°波束扫描。相较于现有技术，该设计在调谐带宽（12%）和功率容量（5 MW）方面具有优势，为高功率微波系统的宽频带波束控制提供了有效途径。

在高功率微波辐射领域中，模式变换器加喇叭天线是实现旋转轴对称模定向辐射的常用技术，但模式变换器与喇叭天线的分离设计往往会使得天线轴向和口面尺寸较大。为了满足实际应用场景对天线小型化的需求，提出了一种模式控制与辐射一体化的阶梯型双半圆波导辐射天线。该天线由圆波导TM₀₁模输入，通过插板将圆波导TM₀₁模分成两路相位相反的半圆波导TE₁₁模，之后再连接两个不对称的阶梯型半圆波导辐射器实现微波辐射。功分器采用了渐变圆波导进行匹配，同时采用大半径的内导体以提高功率容量。双半圆波导辐射器利用模式匹配法结合粒子群优化算法进行相位调节和模式控制。通过分区域的模式控制和辐射一体化设计，在辐射口面处达到更加均匀的同相电场分布，实现定向辐射，从而缩短了天线长度、降低了口面大小。优化设计了一个中心频率为2.85 GHz的天线模型，天线尺寸为1.18λ×1.18λ×2.42λ。仿真结果表明：在2.75～2.96 GHz内天线回波损耗大于15 dB，在2.71～3 GHz内实际增益大于15.5 dBi，中心频点的实际增益为16.14 dBi，真空功率容量为906 MW。相比于传统的模式转换器加喇叭天线的技术路线，该天线具有高功率容量、小型化的特点。

为了满足典型应用场景对高功率异频功率合成器提出的输入输出同向及结构紧凑的需求，提出并设计了一种工作在9.3 GHz和9.7 GHz频率的高功率小型化波导E面异频功率合成器。基于滤波器结构异频功率合成器的原理，通过采用过模矩形波导E面合成的形式，使两个波导滤波器相互平行，两个输入端口相互平齐，以满足特定应用场景的需求。同时，通过减小合成环节的矩形波导尺寸对合成过程中产生的高次模进行抑制，并按照半个波导波长的整数倍减小波导滤波器模片间距，在保证具有高功率容量的前提下缩短了滤波器长度。设计的异频功率合成器整体长度为9.2 λ，宽度为1.5 λ，高度为2.8 λ（λ为9.5 GHz所对应的自由空间波长）。仿真结果表明，该合成器在9.3 GHz和9.7 GHz频率下的回波损耗均大于20 dB，合成效率大于98%，输入端口之间的隔离度大于20 dB，在80 MV/m微波脉冲击穿阈值下，功率容量为310 MW。

针对研究具有高功率容量、高效率和低剖面特性的阵列天线的应用需求，提出并设计了一种高功率容量高效率开口波导阵列天线。该天线由紧凑型1分16路波导功率分配网络、4×4矩形开口波导单元和陶瓷密封罩组成，通过设计开口波导尺寸、在开口波导表面加载E面金属栅条，使得辐射口面的电场分布更为均匀，提高了单元辐射增益。采用阶梯匹配结构实现了波导功率分配网络输出端口到开口波导单元口面的尺寸变换，同时提高了系统的阻抗带宽。加载在阵面上的陶瓷罩可使天线内部处于真空状态，提高了天线的功率容量。针对X波段高功率阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为9.5 GHz的16单元开口波导阵列，仿真结果表明其在9.25～9.65 GHz范围内口径效率均大于90%，反射系数均小于−13.9 dB。对天线进行了加工测试，测试得到的天线反射曲线和中心频率下的辐射方向图与仿真结果吻合良好，中心频率下天线增益为21.7 dBi。天线整体剖面高度为中心频率处波长的2倍，仿真得到的真空中功率容量为40 MW，具有高功率容量、高效率和低剖面的特点。

为了增大输出电压的同时减小高压阻尼振荡发生器的体积和降低其成本，建立了一种4×4级间自触发Marx结构的阻尼振荡发生器模型。该模型每级的主开关采用基于电容触发方式的串联IGBT模块，只需提供一路隔离信号控制一级放电开关管的导通和关断，通过级间电容实现对相邻级放电管的栅极自动充电和放电，使其导通和关断。该模型提高了Marx单级的工作电压和简化了每级的驱动电路，并且通过加入缓冲电路，解决开关管动态、静态均压问题。基于这种拓扑结构搭建了一台高压阻尼振荡发生器样机，在电感负载上输出16 kV、振荡频率1 MHz的阻尼振荡波形，波形上升时间约为75 ns，重复频率500 Hz。样机体积小巧、工作稳定，验证了该方案的可行性。

为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求，提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式，贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成，分别实现低频（C波段）和高频（X波段）的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比，同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现，从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位，可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线，设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi，口径效率为40.2%，常压空气中的功率容量为10.4 MW；在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi，口径效率为40.5%，常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4，且具有高效率和高功率容量的特点。

为提升脉冲功率系统中脉冲变压器的磁芯利用率，提出了一种基于能量回收原理的脉冲变压器复位系统。根据磁芯磁滞回线分析了基于能量回收原理复位系统在一个周期内磁感应强度的变化过程，推导给出了脉冲变压器励磁电流、复位电容电压在不同阶段的求解公式。建立了基于能量回收原理脉冲变压器复位系统的仿真模型，通过仿真结果验证了复位系统理论分析和求解公式正确性。在此基础上构建了基于脉冲变压器升压及能量回收复位系统的脉冲调制器试验平台，在相同脉冲宽度下对比有复位系统和无复位系统脉冲调制器的励磁电流，结果表明，有复位系统脉冲调制器可有效提高磁芯的利用率。对有复位系统的脉冲调制器进行重频实验，结果表明复位系统可实现1 kHz重频稳定工作。

为了实现天线罩的轻量化，同时满足高功率的应用，提出了一种高功率内置弧形折线栅式极化转换天线罩。该天线罩将弧形折线栅式极化转换板放置于介质密封罩内部，通过对弧形折线栅单元结构及介质密封罩结构的联合设计，在实现轻量化的同时降低了金属栅上的电场，使其更加有利于在高功率微波领域的工程应用。针对C波段高功率线极化螺旋阵列天线的应用需求，优化设计了一个中心频率为4.3 GHz的高功率极化转换天线罩，将其加载至某高功率径向线螺旋阵列天线上开展了辐射特性和功率容量的仿真和测试，仿真和实验结果吻合，该天线罩可实现圆极化波到线极化波的转换，其中心频率下的插入损耗为0.2 dB，主射方向轴比为20 dB，功率容量达到48 MW。