设计和分析了应用于W波段带状注行波管的E面多孔输入输出耦合器和H面多孔输入输出耦合器。研究表明，采用多孔耦合，不仅可以实现电磁场与电子注的汇聚和分离，还可以实现极宽工作带宽。HFSS仿真分析结果表明：E面多孔定向耦合器1 dB相对带宽达43 GHz，且隔离度优于20 dB的相对带宽达到40 GHz；H面定向耦合器在E面耦合器的10个耦合孔数的基础上，通过增加2个耦合孔数，1 dB相对带宽提升到30 GHz，且隔离度大于15 dB的相对带宽达到32 GHz。两种新型耦合器在极宽的工作带宽内实现低反射、高隔离的性能。与E面耦合器相比，H面耦合器易于加工和利于与周期永久磁体的封装集成。

在传统的场匹配理论的基础上建立起盒型窗的通用传输参数矩阵, 并提出了一种新型的混合模式传输方法来扩展盒型窗带宽．在研究结果的基础上, 通过理论分析和数值计算得到了能满足Q波段超宽带带状束行波管所需求的新型混合模式传输盒型窗的初始结构和尺寸、利用三维高频分析软件HFSS优化并得到了最终结构参数．通过仿真验证和热分析, 证明了新的混合模式紧凑型盒型窗在34~52GHz频带内平均功率容量达到10kW、反射系数小于-18dB、相对带宽超过40%．冷测实验结果证实了盒型窗在要求带宽内反射系数均小于-18dB, 能满足实际器件的指标要求

利用场匹配理论，建立了具有突变结构谐振腔的级联散射矩阵.通过数值计算，完成了Ka波段TE01模回旋速调管的输入腔、群聚腔、输出腔的设计与制作.同时给出了一支Ka波段TE01模四腔基波回旋速调管高频系统和整管的优化设计方案.PIC模拟表明：在中心频率34 GHz、注电压70 kV、注电流11 A的情况下，获得了输出功率390 kW，饱和增益42.9 dB，电子效率50.6%，3 dB输出带宽360 MHz的结果. 通过样管的热测实验显示在34 GHz，注电压70 kV，注电流11 A，获得了301 kW的稳定输出脉冲峰值功率，41.8 dB的增益，39.1%的效率，285 MHz的3 dB输出带宽.

利用正余弦拟合的方法和半径渐变波导的耦合波理论设计出一种Ka波段TE01模回旋行波管新型输出渐变段。通过Matlab数值计算和HFSS仿真优化，研究了该新型渐变段的反射系数、传输参数、模式纯度、对杂模的耦合等性能指标。计算结果表明：在长度为80 mm、口径由14 mm变化到32 mm的情况下，在30～33 GHz该新型渐变段的传输参数大于-0.000 52 dB,反射参数小于-65 dB,模式纯度大于0.995，对TE02模和TE03模耦合在-40 dB以下。在等长度和等口径下，与Dolph-Chebyshev渐变段进行比较，结果显示在30～33 GHz内，新型渐变段比其传输参数更好、反射参数更小、模式纯度更高等。测试样品的冷测实验结果为在28～35 GHz范围内，其反射参数小于-30 dB，传输参数大于-0.3 dB。

首先利用场匹配理论和传输级联矩阵建立多层介质窗的普遍分析方法, 对回旋行波管输出窗进行解析分析, 在理论分析和数值计算的基础上得到回旋行波管宽带输出窗的结构和尺寸; 然后利用三维高频分析软件HFSS进行仿真和验证.通过热分析和优化设计, 在Ka波段获得了平均功率容量达到50 kW, 反射系数小于-20 dB的带宽约为3.6 GHz的高性能新型宽带输出窗.冷测实验表明, 冷测结果与数值计算结果较为吻合.

在数值计算方法的基础上，编程模拟了高次模式TE31,12模在传统及改进型开放式缓变截面谐振腔的传播特性，计算了开放式缓变截面谐振腔的绕射品质因数，研究了改进型缓变截面谐振腔连接段的曲率半径对绕射品质因数的影响。结果表明，连接段曲率半径越大，绕射品质因数值越小。为了证明结论的正确性，利用仿真软件HFSS对另一工作于低次模TE0,1模的改进型缓变截面谐振腔进行仿真计算，并和编程计算结果比较，也得到了同样的结论。

设计了一种应用于8 mm回旋管输出功率测量和频谱监测的圆波导-矩形波导多孔阵列耦合定向耦合器。利用弱耦合波理论推导了多孔阵列耦合公式，从数值计算和模拟仿真两个方面对比分析了8孔孔径阵列分别呈正反分布的等孔径、二项式、切比雪夫和高斯分布的耦合特性。在此基础上，结合等孔径分布耦合度带内波动小和切比雪夫分布高定向性的优点，提出了复合孔径阵列的设计思想。模拟结果显示:复合孔径阵列很好地兼顾了多种孔径阵列分布的优势，带内耦合度波动较小，有效频带范围较宽，且定向性优越。同时对定向耦合器的方向性改善进行了探讨，可以看出,适当的孔径分布阵列如切比雪夫分布和阵列边缘尾孔间距的调整都可以有效地提高定向性。

设计了圆波导-矩形波导通过小孔耦合的定向耦合器装置,应用于高功率微波器件输出功率测量.利用弱耦合波理论分析了单孔耦合,对单孔耦合进行了理论分析和数值计算,并在HFSS中模拟了中心频率34 GHz、耦合度-40 dB的TE01TE10单孔耦合,将数值计算结果和模拟结果进行了对比,两者最大差值为0.4 dB,相对误差近1%,从而证实理论分析和数值计算的正确性,证实了此种单孔耦合器不具备定向耦合的条件.在单孔耦合的基础上利用相位叠加原理详细分析了多孔定向耦合阵列原理,得出多孔耦合器且满足反向相位相消的条件才具备定向耦合;为设计此种定向耦合器提供了设计理论和参考依据.在实际加工中只要给出标定的耦合度和方向性系数就可以确定耦合孔尺寸.

利用模式展开和场匹配理论,建立了具有突变结构谐振腔的散射矩阵.在此基础上编制了FORTRAN计算程序,并对Ka波段TE01模回旋速调管的具有突变结构的开放式输出腔进行了数值计算.分析了回旋速调管输出腔的腔体长度和半径变化,以及输出耦合孔的半径和厚度变化对输出腔的品质因数和频率的影响.结果表明:由程序模拟输出腔所得到的计算结果与HFSS软件的结果一致;与冷测实验结果相比,品质因数的相对偏差为1.65%,谐振频率的偏差为10 MHz.

红外热像仪准确量测温度的主要关键为物质的发射率.红外热像仪常用于战区侦测,但战区目标物常以植物绿化达到伪装效果.为此基于能量平衡法则,建立叶片发射率仿真模型,可用以估算叶片发射率.另外以红外热像仪分析±0.5℃微小温差环境中混凝土结构物与植物叶片之红外热影像,实验结果显示两种目标物红外热像平均温度与红外热像仪发射率参数设定值的回归直线相当接近,但两种目标物平均温度标准误差与红外热像仪发射率参数设定值的回归直线明显不同.混凝土与叶片具有不同的红外热像性质,此一发现将有助于提升红外热像仪对微小温差目标区的侦测能力.