以弱色散特性的扇形金属-介质夹持杆螺旋线慢波结构的Ka波段行波管作为研究对象，进行了互作用特性仿真研究。采用螺距跳变和磁场跳变技术进一步提高了该行波管在工作频带的输出功率和电子效率，并解决了电子注散焦问题。设计结果表明：当工作电压为9 kV、工作电流为210 mA时，行波管在24~40 GHz整个频带内，各频点的增益在37.7~48.7 dB之间，电子效率在15.18%~19.42%之间，输出功率大于286 W。此结果较之均匀周期的设计结果，电子效率增幅在4.19%以上，输出功率增长率在4.3%以上，尤其在26~37 GHz范围内，电子效率增幅达到了11.8%以上，输出功率增长率达11.9%。

通过仿真计算对平顶型正弦波导的慢波特性进行了分析研究,提出了一种可用于W波段大功率行波管的两段式平顶型正弦波导高频电磁系统,并完成了输入输出结构和集中衰减器的优化设计；利用粒子模拟方法获得了带状电子注与此结构中慢电磁波注—波互作用特性,计算结果表明该行波管在92~101 GHz的频率范围内可获得200 W以上的输出功率,增益大于30 dB.

对于配用电光通信网中无源光网络多层级、多节点网络规划问题, 首次提出采用基本遗传算法实现多层级的循环继承的层叠遗传算法。其采用外层分光网络继承内层网络基因用于本层网络的适应度函数选择, 该算法解决了多层级无源光(PON)网络各层级分光优化的问题, 并且通过仿真证明了其可行性, 实现了四层级网络星形结构拓扑优化。优化后的网络获得了最优的星形网络拓扑和通信建设成本的降低。

通过模拟计算，分析螺旋线内径和螺距变化对色散和耦合阻抗的影响，优化慢波结构，初步设计了Ku波段螺旋线行波管慢波结构。模拟行波管输入输出结构，得到输入端反射系数小于-19 dB，电压驻波比小于1.24。电子聚焦系统采用周期永磁聚焦，磁场周期为8.5 mm，计算得到磁场峰值为0.17 T。为提高注波互作用效率，采用具有动态速度渐变特性的慢波结构，使得电子注与高频场有足够的互作用时间,从而保证电子不断地将能量交给高频场。运用三维PIC粒子模拟软件分析行波管的注波互作用，得到在12.5~16 GHz频率范围内输出功率大于88.7 W，电子效率大于14.8%，增益大于34.6 dB。

为设计输出高功率、高频率的W波段辐射源提供一个可行的方案,对一种具有开放式圆柱光栅的三反射球面镜准光腔大功率辐射源,在理论计算和PIC模拟仿真的基础上,完成了理论设计，装配出实验系统，并进行了热测实验。实验中采用了束流脉宽为70 ns的环形电子注，引导磁场为2.2 T，二极管电压为557 kV，电流约为1.8 kA，实验测得在W波段有1.2 MW的峰值功率输出。

由于目前常用的磁聚焦系统设计方法不能直接计算带有非轴对称开口磁环的磁系统，因此在行波管磁系统实验测试基础上，提出了双面带极靴的开口磁环体积等效概念：将开口磁环等效为相等体积磁性材料的2维轴对称磁环，两者都双面带极靴时轴上的磁场值相等。使用2维电磁计算软件FEMM计算了采用该等效模型后的周期磁聚焦系统的轴上磁场值，计算结果与带有开口磁环的实际系统测试值符合良好，两者相差仅3×10^－3T。该2维等效模型能代替开口磁环进行计算。