基于双频太赫兹回旋管设计了双频太赫兹雷达，针对振动、转动、翻滚运动目标建立了包含微多普勒信息的目标回波模型，采用时频分析方法开展了微动特征仿真计算。通过仿真结果可以看出，0.11 THz 雷达和0.22 THz 雷达对于振动、旋转、翻滚的微动特征都有厘米级的探测能力。在较强噪声条件下，通过自功率谱时频分析，可以抑制噪声，提高微动特征的探测能力。通过0.11 THz 及0.22 THz 两路回波基带信号的互功率谱时频分析，其相同频率的微动特征信息得到增强，同时噪声得到抑制，有利于微动特征信息的提取。

为了降低太赫兹波传输的损耗, 研究了波纹波导中传输太赫兹波时的损耗特性, 得到波纹波导的衰减常数的理论计算公式, 在数值计算基础上设计了220 GHz低损耗波纹波导, 并通过电磁仿真对数值计算结果进行验证, HE11模式实现了仿真与理论结果的相互吻合。

为满足微波管放大器对宽频段输入窗的需求，并保证馈源的真空密封需求，提出并设计了一种适用于宽频段微波放大器的同轴输入窗。该宽频段同轴输入窗采用渐变圆环形陶瓷，材料介电常数为9.3，窗片厚度为2.5 mm,内径为2.14 mm，外径为5 mm，渐变段长度为6.5 mm。利用三维高频电磁仿真软件CST对其建模分析，并对同轴内外结构尺寸和陶瓷渐变结构进行优化仿真，得出该宽频带同轴输入窗能够在10～45 GHz频带内实现插入损耗小于0.5 dB。

提出并研究了一种具有结构紧凑、散热性好、输出功率大等特点的新型扩展互作用结构——径向扩展互作用振荡器(EIO), 并推导了小信号理论.利用电磁仿真软件分析了径向EIO高频结构中的谐振特性与场分布, 并采用三维粒子模拟软件开展了注波互作用研究.研究结果表明在工作电压为5 kV, 电流为8.48 A时, 所设计的径向EIO输出功率达到2.6 kW, 热腔工作频率为30.011 GHz, 效率为6.1%.

介绍了220GHz同轴腔回旋管的设计, 工作模式为TE04圆电模式.采用自洽非线性理论对谐振腔的工作参数进行了参数优化, 选取工作电压50kV, 工作电流10A, 工作磁场8.4Tesla.设计的同轴型双阳极磁控注入式电子枪, 电子注速度横纵比1.5, 速度零散5.2%.并采用粒子模拟方法进行了整管仿真.理论计算与粒子模拟结果表明, 设计的220GHz同轴腔回旋管有望获得200kW以上的输出功率与40%以上的互作用效率.

为了对扩展互作用振荡器(EIO)进行更为高效研究与设计，提出了一种非线性理论与数值模拟相结合的方法对其进行分析，编制了基于一维电子圆盘模型的数值计算程序，并结合MAGIC模拟结果对其准确性进行了讨论。非线性模拟中，35 GHz EIO输出功率为125 W，频率为35.01 GHz，对应的MAGIC模拟结果分别为100 W，35.11 GHz; 110 GHz EIO输出功率为220 W，频率为107.9 GHz，对应的MAGIC模拟结果分别为190 W，107.93 GHz。非线性方法使得模拟速度有了很大的提高，单次计算时间小于5 min，并且所得数据与传统软件模拟得到的特性曲线相比变化趋势一致、数值上也较为接近。

对一种热阴极高功率返波管进行了理论研究，其具有寿命长稳定性好的特点。采用的热阴极发射电流密度为20 A/cm2，发射面积为100 cm2，发射总电流为2 kA。首先对该热阴极单阳极电子枪进行仿真研究，在确保不打火的情况下获得电子枪优化设计参数，再对整管进行粒子模拟研究，仿真结果表明,在工作频率为10.5 GHz时，该热阴极返波管的输出功率可以达到290 MW，换能效率为29%。

基于碳纳米管冷阴极实验测试结果，采用三维粒子模拟软件对大面积碳纳米管冷阴极的场致发射特性进行了仿真，研究了栅网结构不同尺寸对碳纳米管冷阴极场致发射特性及电子注通过率的影响，并在此基础上设计出面积压缩比为18，输出电流密度为14.9 A/cm2的带状注电子枪。为进一步研制碳纳米管冷阴极电子光学系统和相关微波、毫米波电真空辐射源器件提供了技术基础。