Radio frequency (RF) breakdown can result in pulse shortening and seriously degrade the stability and reliability of relativistic backward wave oscillators (RBWOs). This paper discusses the energy range of electrons causing breakdown traces in slow-wave structures (SWSs) through particle-in-cell (PIC) simulation, numerical calculation, and experimental verification. The PIC simulation and numerical calculation results reveal that the energy of the majority of the field-induced electrons bombarding the SWS surfaces after being accelerated is less than 120 keV. Furthermore, the micro appearances of the breakdown traces in SWSs and the witness targets bombarded directly by electrons of various energy levels have been analyzed. Scanning electron microscope (SEM) shows that the breakdown traces are featured with corrugated morphologies with a wide range and a shallow depth. A mass of craters emerge in the vicinity of the corrugated morphologies. These appearances are quite similar to destructive traces impacted directly by low-energy electrons (around 160 keV). Thus, it is confirmed that the breakdown traces result from the bombardment of low-energy electrons. Therefore, the breakdown mechanism of field-emitted electrons impacting on the structure surfaces in RBWOs has been further improved.

利用物理光学方法分析天线的远区辐射场具有计算速度快和内存需求少的特点, 目前已被广泛应用于反射面天线的远区辐射场计算中。推导了利用斯特拉顿-朱兰成远场积分方程计算天线远区电场的表达式, 计算了某一偏馈反射面天线的方向性, 与文献中已有结果比较表明, 方向图结果是正确的。馈源的方向图模型设置为余弦函数的q次方, 利用增益公式近似推导了天线的增益, 将这一计算方法应用于赋形反射面天线的远场分析中, 通过对比反射面天线赋形前后波束扫描过程中不同扫描角度处的方向图, 验证了赋形设计对于提高天线增益平坦度的有效性。

为了开展大口径天线短脉冲微波辐射特性研究, 建立了一套大口径天线微波短脉冲特性测试系统。该系统可产生快上升沿、脉冲可调(脉宽最短可到0.5 ns)的微波激励脉冲、接收动态范围大于52 dB。利用该测试系统进行实验, 获得了不同微波激励脉冲宽度条件下, 天线方向图和辐射场波形脉冲宽度变化曲线。测试结果表明: 在天线远场距离处, 改变微波激励脉冲宽度, 对天线主轴辐射场波形基本无影响; 而在偏离主轴处, 辐射场波形会出现不同程度的脉冲展宽及幅值减小等波形畸变现象, 偏离主轴角度越大, 微波激励脉冲宽度越小, 畸变越明显。

提出了一种多路波导并联结构，用于实现高功率移相器。目前的铁氧体移相器，为实现高功率容量，通常采用双铁氧体磁环结构。仿真分析了各尺寸参数对双环移相器传播模式、相移效率及功率容量的影响，并进行优化设计，使移相器功率容量达到百kW量级。基于双环形式，采用一种多路波导并联结构，使其功率容量达到MW量级。经匹配设计后，移相器在9.25~9.8 GHz频率范围内，驻波比小于1.4，饱和差相移在390°左右，可实现X波段MW级高功率360°电控移相。

为了满足交通监控对图像质量不断提高的要求, 设计了一款大孔径、大靶面、昼夜型光学系统。采用近对称结构, 调整第一组元结构参数, 平衡昼夜共焦面的设计思路, 较好地控制了垂轴像差和离焦量, 实现了大孔径、大靶面、昼夜型光学系统的设计要求。成像系统对可见光和近红外波长0.79 μm进行了双重组结构优化设计, 实现了日夜离焦量小于0.005 mm, 在空间频率为130 lp/mm时, 全视场MTF＞0.3。对该光学系统进行容差分析和讨论, 提出把控元件偏心公差可有效抑制由于生产制造使得实际成像和理论成像偏差过大等问题。

设计了一种高功率圆波导TM01-矩形波导TE10模式转换器，可以实现圆波导TM01模式与矩形波导TE10模式之间的相互转换。仿真结果表明：中心频率为9.7 GHz时该模式转换器转换效率大于99.99%，回波损耗小于-40 dB,转换效率大于90%时的带宽大于0.4 GHz。调节底面短路圆波导长度可以实现模式转换器在9.2~10.1 GHz范围内调谐(模式转换效率大于99%)。在圆波导和耦合段连接处引入倒角可有效降低场强，提高功率容量，注入功率0.7 GW，其表面场强小于1 MV/cm。

为实现超宽带的微波/毫米波测试，基于飞秒激光技术设计并搭建了一套光学谐波混频系统。该系统采用飞秒激光脉冲序列作为光载波，利用飞秒脉冲包络信号的高次谐波与被测信号进行混频，将被测信号下变频至直流进行进一步测量。由于飞秒脉冲序列特有的宽带谐波成分，该系统能够实现100 GHz 以上测试带宽。利用该系统分别测试了6.56 GHz 与100 GHz 的天线口面场的电场幅度分布，并与微波仿真结构进行了比较，实验与仿真结果吻合，验证了该设计的正确性。设计中采用的谐波混频器为基于泡克耳斯效应的铌酸锂电光晶体。

非均匀非线性波导中光脉冲的传播由(2+1)维变系数非线性薛定谔方程描述。采用相似变换方法求解了(2+1)维变系数非线性薛定谔方程的精确畸形波解，并讨论了带有外势项的非线性薛定谔方程控制的线光畸形波在波导放大器中的传播问题。给出了操控线光学畸形波解传播的控制条件，发现线光畸形波的特性，如振幅和位置等，在非线性光学介质中是可以控制的。在可控参数条件下，讨论了可控光畸形波在非线性介质中的传播行为，包括延迟激发、抑制和保持。研究结果在理论和实际应用上都具有重要意义。

准贝塞尔光束具有能够远距离传输且保持光束宽度不变的特性，可以提供较大的光束纵横比，非常适合材料的激光微加工。研究了由理想轴棱锥和实际轴棱锥产生的准贝塞尔光束的传输特性。研究发现实际轴棱锥形成的准贝塞尔光束因干涉导致其轴上能量密度呈现强烈振荡的现象。重点分析了准贝塞尔光束在激光微加工中潜在的应用，通过推导获得的解析表达式可以用来预测激光加工所需的各项参数，包括激光脉冲能量、能量密度分布、消融宽度和光束纵横比等。