在光束传输系统中，通常存在由于传输介质引起的能量与频率成反比的宽带扰动和平台振动引起的在某个特定频率点的窄带扰动，使得光束发生抖动或漂移，造成光斑能量下降。为了解决光束传输系统中由大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动引起光束抖动，设计了基于高速倾斜反射镜谐振补偿的混合自适应滤波器的光束抖动控制方法。该方法采用最小均方（LMS）自适应滤波器与经典的比例-积分控制器并行工作的控制结构，分别利用LMS自适应滤波器对高频率、大幅度的窄带扰动进行抑制，比例-积分控制器对宽带扰动进行抑制，从而实现了对大幅度、高频率窄带扰动和宽带扰动的同时抑制。实验结果表明，本文提出的系统结构和控制方法能够有效地抑制光束传输系统中的光束抖动。

零折射率材料作为超材料的一种在微波辐射中有广泛应用。为实现高性能的小型化天线，分析了零折射率材料的产生机理，设计了一种高功率金属网格材料天线透镜。数值模拟表明，零折射率材料透镜覆盖于一Ku波段喇叭天线口面时，可以改善喇叭天线波前相位，将喇叭天线的球面波前相位调制为较均匀的平面波，增益可提高2.27 dB，喇叭天线的功率容量可达到610 MW。研究了材料的层数n、层距h、周期a以及金属线半径r对S参数的影响，得到了所要求频率的最优材料结构。

介绍了Rotman透镜的工作原理，给出了透镜的设计方程。为适应天线在高功率水平下工作的需求，使用平板型设计，以提升功率容量，采用宽度渐变的方式改善了Rotman透镜的传输线分布方式。设计了一款工作在9.4 GHz、拥有9个输入端口和9个输出端口的高功率容量Rotman透镜天线。仿真结果表明，天线的扫描角度可以达到±22°，各方向增益大于16.5 dBi，效率约为60%，功率容量可达到0.9 GW。

波导间缝隙的互耦会严重降低高功率微波宽边纵缝波导缝隙阵的宽角扫描能力。设计了一L波段高功率宽边纵缝波导缝隙阵，在阵列波导间设计扼流槽结构抑制缝隙互耦。数值模拟结果表明，没有扼流槽结构的阵列波束扫描增益下降3 dB的角度为24.7°，具有扼流结构的阵列扫描增益下降3 dB的角度为33°。同时扼流结构还可以明显改善阵列的有源反射系数，有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为6.6%，而没有扼流结构的阵列有源VSWR≤3的带宽为5.0%。数值模拟结果还表明，波束扫描时(扫描角35°)，阵列功率容量可达到957 MW,比阵列无波束扫描时(1.008 GW)稍低一点。

利用机械调节波导宽边尺寸可变化波导波长，从而实现变频波束扫描相同的效果，针对窄边辐射波导行波阵的波束扫描特性进行了分析，以实现宽角波束扫描为目标，着重分析了不同辐射缝隙间距下变化宽边所能得到的最大波束扫描范围。设计了通过变化宽边尺寸实现宽角扫描的X波段窄边辐射波导缝隙阵，设计波束扫描范围指向波导馈入端，避开阵列法向辐射(此方向辐射效率较低)，实现了29°的连续波束扫描范围，在波束扫描范畴内增益下降小于3 dB，辐射效率大于62%；设计缝隙宽度3 mm,波导长度约1 m(缝隙数40)，单根波导缝隙天线可实现高功率微波功率容量70 MW。

过模圆波导在提高功率容量的同时, 不可避免地会造成微波源中同时存在多种模式。为了监测X波段长脉冲高功率微波源TM01模的输出功率和频谱, 采用CST软件仿真设计了X波段高功率宽带选模定向耦合器, 在耦合TM01模的同时可实现对TM02和TE11模的抑制。波导腔体及耦合孔的尺寸以小孔耦合理论和相位叠加原理为基础并结合切比雪夫分布函数计算确定。仿真结果表明: 该高功率宽带选模定向耦合器在9.0~9.8 GHz的带宽范围内, 耦合度为(-59.08±1) dB, 定向性大于30 dB, 对TE11模的抑制度大于15 dB, 对TM02模的抑制度大于30 dB, 功率容量大于2.5 GW。

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统, 系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量, 天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板, 除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明, 设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时, 增益为22.7 dBi, 天线口径效率为98.3%, 反射系数为-25 dB, 带宽达到5%, 带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2°。系统功率容量达到1.92 GW。

扇形波导可作为高功率微波圆柱共形波导缝隙阵天线的基本单元。分析了扇形波导中主模场分量，根据实际情况对主模场进行了合理近似。采用互易定理推导由波导主模横向场分量和缝隙场分量表示的波导场分量的前向或后向散射系数。根据波导传输线理论，将波导宽边纵缝等效为并联导纳，再根据波导边界条件得到扇形波导宽边谐振纵缝的归一化电导与波导散射系数之间的关系式。根据缝隙天线与振子天线的互补关系得到扇形波导谐振缝隙的辐射阻抗，结合波导功率平衡关系得到由波导横向场散射系数表示的缝隙辐射功率表达式，得到归一化电导的与谐振宽边纵缝的偏移位置、缝隙宽度、波导波长以及扇形波导尺寸参数之间的解析表达式。给出了算例，在波导中间区域，通过商用软件计算得到的电导与理论公式结果基本吻合。

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统，系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100 kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线，形成线输出脉冲幅度35 kV，脉冲半宽60 ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制，与高功率匹配负载相连时，实验得到了峰峰值31 kV、中心频率308 MHz、3 dB带宽为13%的射频振荡脉冲; 与组合振子天线相连时，实验得到了中心频率380 MHz、3 dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。