基于双频太赫兹回旋管设计了双频太赫兹雷达，针对振动、转动、翻滚运动目标建立了包含微多普勒信息的目标回波模型，采用时频分析方法开展了微动特征仿真计算。通过仿真结果可以看出，0.11 THz 雷达和0.22 THz 雷达对于振动、旋转、翻滚的微动特征都有厘米级的探测能力。在较强噪声条件下，通过自功率谱时频分析，可以抑制噪声，提高微动特征的探测能力。通过0.11 THz 及0.22 THz 两路回波基带信号的互功率谱时频分析，其相同频率的微动特征信息得到增强，同时噪声得到抑制，有利于微动特征信息的提取。

为了降低太赫兹波传输的损耗, 研究了波纹波导中传输太赫兹波时的损耗特性, 得到波纹波导的衰减常数的理论计算公式, 在数值计算基础上设计了220 GHz低损耗波纹波导, 并通过电磁仿真对数值计算结果进行验证, HE11模式实现了仿真与理论结果的相互吻合。

太赫兹波在基模波导中传输的欧姆损耗很大，因此在传输太赫兹波时经常采用过模传输的方式来降低传输损耗。但采用过模传输，会引起波导中传输模式的变化，因此如何保证传输中的模式稳定是过模传输中的重要问题。本文采用仿真与实验的方法，对220 GHz 圆传输波导中的圆波导半径渐变情况下的模式稳定性进行了研究。结果表明，适当延长渐变波导长度，可以抑制模式耦合，保持单模传输。

提出并研究了一种具有结构紧凑、散热性好、输出功率大等特点的新型扩展互作用结构——径向扩展互作用振荡器(EIO), 并推导了小信号理论.利用电磁仿真软件分析了径向EIO高频结构中的谐振特性与场分布, 并采用三维粒子模拟软件开展了注波互作用研究.研究结果表明在工作电压为5 kV, 电流为8.48 A时, 所设计的径向EIO输出功率达到2.6 kW, 热腔工作频率为30.011 GHz, 效率为6.1%.

介绍了220GHz同轴腔回旋管的设计, 工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化, 选取工作电压50kV, 工作电流10A, 工作磁场8.4Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪, 电子注速度横纵比1.5, 速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明, 设计的220GHz同轴腔回旋管有望获得200kW以上的输出功率与40%以上的互作用效率.

为了对扩展互作用振荡器(EIO)进行更为高效研究与设计，提出了一种非线性理论与数值模拟相结合的方法对其进行分析，编制了基于一维电子圆盘模型的数值计算程序，并结合MAGIC模拟结果对其准确性进行了讨论。非线性模拟中，35 GHz EIO输出功率为125 W，频率为35.01 GHz，对应的MAGIC模拟结果分别为100 W，35.11 GHz; 110 GHz EIO输出功率为220 W，频率为107.9 GHz，对应的MAGIC模拟结果分别为190 W，107.93 GHz。非线性方法使得模拟速度有了很大的提高，单次计算时间小于5 min，并且所得数据与传统软件模拟得到的特性曲线相比变化趋势一致、数值上也较为接近。

为了发展大功率、实用性强的太赫兹辐射源，文中对太赫兹回旋管中多个二次谐波工作模式的注波互作用进行了理论和实验研究，分析不同参数下多个二次谐波工作模式单模振荡的条件.实验研究结果表明, 在二次谐波工作状态下, 通过调节工作磁场、电流等参数，在单管中实现了四个不同频率0.391、0.404、0.416、0423 THz，千瓦级以上输出功率的太赫兹波辐射.

推导出了由两个无量纲量群聚系数与相位系数构成的非线性运动方程，并对其进行了数值计算分析。数值计算结果表明:通过优化设计参数，当谐波回旋速调管工作在放大区时，其基波、二次谐波、三次谐波、四次谐波的纵向互作用效率分别可达到55%,40%,30%,15%；当其工作在振荡区时，其基波、二次谐波、三次谐波、四次谐波的纵向互作用效率最高分别可达到93.9%,88.2%,81.8%,62.7%。