陶瓷材料作为在微波系统开发中的重要材料, 通常被加工成多种形状, 例如以厘米级别为尺寸的圆柱形和立方体。因此, 对此类样品进行介电常数的测量是一项具有挑战性的工作。针对该难点, 研制了1种基于互补开口环谐振器的双波段介电传感器, 并提出了一种表征不同形状和尺寸样品的介电测量方法。该传感器有2个工作频段, 2个频段均为无线通信频带。在每个频段范围内, 进行了数值模拟并建立了每个样本的拟合模型, 对传感器进行加工并实际测量以验证数值模型和测量精度, 对比参考值, 测量精度高达3.5%。结果表明: 提出的传感器及测量方法能够针对不同形状和尺寸的合成陶瓷进行精确的介电测量, 表明该传感器具有良好的样品自适应性。该传感器的新颖之处在于它能够在不改变传感器和被测物结构的情况下测量厘米级别的各种样品的介电常数。此外, 双频测量也是该传感器的优势, 2个频段之间的差异小于5%。

针对毫米波及太赫兹技术在遥感、天文探测以及成像等领域的应用，讨论了准光技术的基本原理、关键器件、系统构成及其技术优势; 探讨了准光技术国内外现状及未来的发展趋势。准光技术是基于高斯波束在自由空间中传播而进行系统设计与分析的一种技术。利用准光技术实现的毫米波及太赫兹系统具有高功率处理能力，具备多极化、低传输损耗以及紧凑性等优点。准光技术在未来的各个领域将会有更加广阔的应用前景。

毫米波在颗粒环境中传输特性是毫米波通信技术的重要基础性问题。为探索毫米波传输在可控颗粒环境下的测量, 基于准光学理论设计了双反射面高斯波束传输系统。该系统包含一对多张角喇叭和两个椭球聚焦反射面。多张角喇叭用于产生高斯度大于 96%的高斯波束; 聚焦反射面将发射波束重新聚焦, 使得输出波束参数与发射波束参数相同。此外, 基于矢量网络分析仪加扩频模块的实验方案, 对准光传输系统在 75~110 GHz频率范围进行了测试, 得到该频率范围内整个系统的损耗。测试结果表明系统本身的损耗仅有 2~4 dB, 表现出良好的传输特性。基于本系统的初步喷水实验为可控颗粒环境下传输测量奠定了基础。

对沙尘环境下太赫兹波衰减特性进行研究，在国际电信联盟 (ITU)大气衰减模型的基础上，增加了不同类型沙尘的影响。基于大气毫米波传播模型 (MPM)预测了 1 THz内大气衰减特性；根据 Mie散射理论计算了太赫兹波在沙尘环境下因沙尘颗粒产生的衰减；结合以上两种因素得出沙尘环境下太赫兹的衰减特性。本文的研究结果对太赫兹在沙尘环境下传输应用具有重要的参考意义，也为其他颗粒环境太赫兹波传输特性的计算提供了参考。

为提高高功率传输系统的模式转换效率, 利用波纹喇叭的设计方法研究了TE11模至HE11模的转换器。设计了基于正弦－平行剖面以及tanh剖面的2种不同结构的模式转换器, 并利用商业软件进行仿真验证。仿真结果表明, 在94 GHz附近10 GHz的带宽范围内, 高斯度可以达到98.6%以上, 中心频点的高斯度达到99.2%以上。设计的2种结构中, 正弦—平行剖面具有输出束腰半径处于开口处的优点, 而tanh剖面具备尺寸小、相位中心固定的优点。

超材料具有自然界材料所不具备的电磁参数,通过适当设计可实现对电磁波的调控。综述了超材料非 对称传输器件的研究现状,分别介绍了电磁波非对称传输的基本原理, GHz、THz频段线极化波非对称传输器件及圆极化波非对称传输器件的研究成果。分析表明基于超材料的非 传输器件主要集中在微波波段,对太赫兹频段的研究较少,特别是在实验验证方面。最后讨论了超材料非对 称传输器件的发展方向。

讨论了太赫兹波段频率选择表面 (FSS)在天文探测、遥感卫星以及航天器辐射计系统中的应用。对太赫兹波段频率选择表面的设计、加工及测试方法进行了研究。介绍了太赫兹波段频率选择表面的设计、分析方法及电磁仿真软件。由仿真及实测结果可知，太赫兹频段的频率选择表面由于受限于物理尺寸，造成了设计、加工及测试上的困难，其性能与其他频段相比更易于受到加工精确度的影响。在实际加工过程中，应尽量采用微纳加工技术进行加工。而在设计频率选择表面时，应当充分考虑器件厚度以及单元形状对加工造成的影响。测试过程中应当尽量避免反射回路造成的多次回波。

针对四旋翼飞行器姿态估计中传感器由于旋翼振动带来的测量误差, 通过卡尔曼滤波方法融合加速度计和陀螺仪的测量数据来提高姿态估计精度,减少因载体振动带来的噪声并解决陀螺漂移问题。先分析了惯性器件误差类型, 然后建立了三自由度的系统模型并用Matlab进行仿真分析, 再利用带有螺旋桨的实验台验证方法的可行性。实验结果表明,姿态估计误差在2°以内且没有随时间的增长而增大, 基本满足四旋翼飞行器姿态估计的实时性、廉价性、高精度等要求, 该方法可以成功应用于四旋翼飞行器的姿态控制, 抑制噪声干扰, 为稳定的自主飞行创造条件。

针对某型机载光电探测仿真测试系统中红外目标模拟的工程需求，运用PID控制方法，提出了采用单片机和无刷直流电机的硬件实现方案，研究了PID参数整定方法，成功实现了红外目标模拟器运动控制系统的设计。使用结果表明，模拟器工作可靠，满足对红外目标的仿真需求。

色散是光子晶体光纤最为重要的特征参量之一。在分析当前各数值计算方法特点的基础上，将最简单的经验公式法和基于多级法的光学系统超高节免设备(CUDOS)仿真软件结合起来，对全内反射型光子晶体光纤的色散特性进行了数值计算，分析了孔径d、孔间距Λ以及d/Λ对色散的影响，得到了一些对于光子晶体光纤的设计具有一定的指导意义的结论。同时，利用之前搭建的基于超连续谱白光干涉仪的超宽波段、高精度色散测量系统，对孔径d=2.17 μm、孔间距Λ=3.47 μm的全内反射型光子晶体光纤的色散系数进行了测量。实验结果与数值计算的结果基本吻合，零色散点基本一致，理论值和实验值分别为1.018 μm和0.973 μm，较好地验证了数值计算方法和色散测量系统的有效性。