通过数值模拟的方法研究了素混凝土、钢丝网和钢丝网混凝土板对电磁波的屏蔽和吸收性能。首先将模拟得到的素混凝土反射率和透射率曲线和试验得到的曲线进行对比。对两种不同规格的钢丝网进行了数值模拟，并与试验和理论解进行了比较，对不同直径、网径、层数的钢丝网进行了数值模拟。最后研究了钢丝网及钢丝网位置对混凝土反射和透射性能的影响。数值模拟采用三维电磁仿真软件HFSS15.0。相同网径条件下，钢丝网直径越大，反射率越大，透射率越小。钢丝网直径相同的条件下，网径越大，反射率越小，透射率越大。在混凝土中间加入钢丝网对反射率平均值大小影响很小，主要影响反射率曲线的谐振性。

通过控制混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量、在混凝土板中加钢丝网,研究混凝土板对电磁波的反射和透射性能。反射率测量采用弓形架测试方法,透射衰减测量采用两端口测试方法。混凝土板对电磁波的反射率测试频段为2～18 GHz，透射衰减测试频段为12～18 GHz。不同的混凝土板对电磁波的反射率在-5 dB左右。40 mm厚的混凝土板中还原铁粉的掺量超过200 kg/m3时，电磁波的透射衰减量可达到-50 dB以上。通过分析实验结果，发现混凝土板的厚度、混凝土板中还原铁粉掺量和钢丝网对反射率大小影响较小，对透射衰减量影响较大。

对相对论速调管放大器(RKA)锁相特性进行了粒子模拟与实验研究。在2.5维粒子模拟中，研究了电子束电压波形特征对RKA锁相特性的影响，结果表明：电子束电压波形上冲对RKA锁相特性有正面影响，即能够减小相位差达到锁定状态的时间，幅度为20%的上冲导致大约23°的相位差变化；波形顶降则对RKA锁相特性有负面影响，可使相位差过早地偏离稳定值，幅度为5%的顶降大约能引起50°的相位差偏离；电压波形的上升时间对RKA相位锁定特性也有影响，但规律不明显。在三维粒子模拟和实验中，研究了导引磁场大小对RKA锁相特性的影响，结果表明，在1.6 T以下，RKA输出微波与种子源微波之间的相位差锁定值总体上随导引磁场的增大而减小，在细节上，呈现阶跃形式，即一定范围内导引磁场大小变化不会导致相位差的改变。实验研究表明，在导引磁场范围为0.6~1.2 T时，RKA锁定相位差随导引磁场的增大而减小，阶跃现象不明显。

研究了一种基于螺旋波纹波导特殊色散特性对输入微波脉冲进行压缩的新方法。利用3维全电磁粒子模拟软件对X波段螺旋波纹波导进行了建模，模拟分析了该波导的特殊色散特性及提高功率增益的方法，并将已有模型脉冲压缩增益提高了6.65。模拟结果表明：通过优化输入微波的频率调制特性，可以获得更加符合被动式脉冲压缩所需要的调频形式；采用改进后的椭圆波导，可以得到更有利于被动式脉冲压缩的本征模式；通过延长渐变段长度，可以减少规则段和渐变段之间不均匀性造成的微波反射，从而实现更高的脉冲压缩增益。

研究了相对论速调管放大器(RKA)输入腔和中间腔之间的高阶杂模振荡问题。通过模式分析得知杂模在谐振腔内为TM11模式，而在漂移管中表现为TE11模式，针对该模式能在漂移管中传输的特性，利用漂移管内壁涂覆吸波材料吸收杂模功率的方法进行抑制。通过3维粒子模拟程序，分析了吸波材料的电导率及涂覆长度对抑制杂模增长率的影响。利用模拟分析得到的结果，对漂移管中涂覆吸波材料的RKA输入腔及中间腔结构进行了3维模拟研究，结果显示:合适的吸波材料的引入能够很好地抑制RKA输入腔和中间腔之间的杂模振荡。

对一种改进型螺旋波纹波导实现高增益高效率被动式脉冲压缩进行了研究，并利用微扰理论求解出了该波导的损耗特性。结合波导的色散和损耗特性，设计了输入微波的频率调制形式。还对改进型螺旋波纹波导进行了模拟研究，在输入脉冲宽度为66 ns的条件下，得到了半高宽为1.9 ns的压缩脉冲，增益为21.2倍，脉冲宽度比为34.7倍，压缩效率为61%，这表明改进型螺旋波纹波导应用于被动式脉冲压缩具有高效率高增益特性。

利用粒子模拟的方法设计了一个高功率毫米波发生器，并对其进行了实验研究及改进。采用过模慢波结构以增大束波作用空间，从而提高功率容量；为实现过模慢波器件的单模、单频工作，选择TM01模的π模作为工作模式。采用过模慢波结构，结合合理的器件结构设计，可降低器件工作所需的导引磁场。实验在TORCH-01加速器平台进行，产生的微波频率由色散线法测量，其功率由远场积分法得到。最初的器件采用矩形波纹慢波结构，得到频率为33.56 GHz、功率约110 MW的微波输出，但功率难以进一步提高，脉宽仅为7~8 ns，且在慢波结构边沿发现击穿痕迹。对矩形慢波结构进行倒圆角处理后，借助数值模拟，发现其TM01模的π模频率变化不大。改进后的器件在0.8 T导引磁场下，当电压和电流分别为590 kV与5.2 kA时，实验得到频率33.56 GHz、功率320 MW的毫米波输出，微波模式为准TM01模，效率约10%，脉宽延长至约13 ns，器件内表面无明显击穿痕迹。

通过改变磁场位形，利用粒子模拟方法，研究了相对论速调管放大器(RKA)中电子束收集位置对器件效率和工作稳定性的影响。合适的电子束收集位置对增加输出腔区束波作用强度、减小输出腔区强流电子束的空间电荷势能以及减少RKA中反射电子数量非常有利。对一个工作频率2.85 GHz的RKA的电子束收集方式进行了改进，在电子束参数为510 keV和8.1 kA，注入微波功率500 kW和导引磁场1.5 T时，模拟得到了1.4 GW的微波输出，效率33.7%，增益33.8 dB，改进电子束收集方式之前的模拟结果为输出功率1.1 GW，效率为26.3%。利用Surperfish设计了改进收集方式后所需的磁场位形，并导入粒子模拟程序进行了模拟，实现了对电子束收集位置的有效控制，输出效率为32%。