通过粒子模拟的方法设计了分离腔振荡器(SCO)，并建立了基于爆炸发射的阴极模型，对带有真实二极管结构的SCO进行了整体的粒子模拟研究。典型的数值模拟结果为：在二极管电压为495 kV，电流为3.93 kA时，输出高功率微波的功率为640 MW，微波频率为2.85 GHz，功率效率为33.0%。同时，还研究了二极管输入电压幅度及波形、阴-阳极间距、阴极半径等参数对SCO输出高功率微波特性的影响，初步研究结果表明：除了栅网的通过率，SCO对二极管阻抗、阴极半径等参数也比较敏感，对应一定的二极管阻抗，需有一个最佳的电压值与之匹配；三角波电压波形会明显降低SCO的功率效率。

采用数值模拟与实验相结合的方法, 在没有功率容量不足问题的情况下, 研究了磁绝缘线振荡器(MILO)的输出微波脉宽和功率效率与类似三角形二极管电压的关系, 研究结果表明: 在相同宽度的电压条件下, 随着电压幅度的增大, 输出微波的底宽和半高宽相应增大, 功率效率先增大, 当达到饱和后功率效率逐渐降低; 在相同电压幅度条件下, 随着二极管电压上升沿(斜率不变)的增大, 输出微波的半高宽略有增大, 但功率效率略有降低。因此, 在有限脉宽的类似三角形二极管电压条件下, 通过增大二极管电压上升沿的方法, 可以有效地增大输出微波脉宽; 而在有限电压幅度条件下, 通过减小电压上升沿的方法, 可以有效地增大输出微波的功率。选择适当的二极管电压参数, 可以解决MILO器件在类似三角形二极管电压条件下的输出微波功率和脉宽两个指标相匹配的问题。

研制了一套紧凑型脉冲功率源系统, 用于驱动低阻抗磁绝缘线振荡器（MILO）。脉冲功率源采用Marx发生器技术路线, 由10级电容和开关组成, 单级电容为100 nF/100 kV电容, 开关采用环形轨道气体火花间隙开关, 通过紧凑型结构设计, 降低系统回路电感, 采用电阻作为级间放电的隔离元件, 整个Marx发生器系统放置于变压器绝缘油中, 以实现高压绝缘。Marx发生器系统充电电压为±50 kV, 总储能5 kJ, 在12 Ω的水负载上可以获得600 kV, 50 kA的脉冲输出, 脉冲上升时间小于100 ns。系统尺寸为1.2 m×0.5 m×0.6 m。基于该低阻抗脉冲功率系统, 直接驱动低阻抗磁绝缘线振荡器。在二极管电压约450 kV, 电流约40 kA 条件下, 测得辐射微波功率约400 MW, 微波脉宽约 60 ns, 微波频率1.23 GHz, 辐射微波模式为TM01模。

理论分析了高阶模抑制型磁绝缘线振荡器（MILO）慢波结构, 推导了其各分区电磁场分布。通过对场分布的进一步分析可以发现, 角向开槽使得原始MILO结构中的两个简并的HEM11模式去简并, 分裂成为极化方向与开槽方向垂直或平行的两个模式; 通过改变慢波结构叶片间开槽角向位置相对关系, 可以破坏高阶模式之间π模谐振关系, 从而抑制高阶模式的起振, 使器件稳定工作在基模。

设计了一种适用于窄带高功率微波源系统的紧凑型TEM-TE11模式转换器。该结构首先将同轴波导沿角向分区使微波在各分区内相位传播常数不同，然后将相位传播常数较大的分区进行横向折叠设计以缩短系统轴向长度。分区传播的微波在模式转换器末端相位差达到180°时，合成同轴波导中TE11模式。为L波段磁绝缘振荡器设计了模式转换器，并采用数值仿真程序进行计算，在1.31 GHz中心频率上，模式转换器转换效率为95%；在1.23~1.40 GHz频率上，模式转换器效率大于90%，相对带宽13%。将模式转换器应用于磁绝缘振荡器，并测量了天线的定向辐射能力，所得结果与设计一致。

根据现有的慢波结构色散特性的理论分析，提出了一种Ku波段的磁绝缘线振荡器(MILO)。与常见MILO的慢波结构不同，该MILO的慢波结构通过增大扼流腔的外半径来实现扼流作用，以防止阴阳极击穿。利用3维电磁场模拟软件对Ku波段MILO的开放腔模型进行了分析，得到其谐振频率为13.536 GHz以及有载品质因数为43。同时利用2.5维全电磁粒子模拟软件对其进行数值模拟，进一步优化了MILO结构，研究了输出微波的功率效率与输入电压的关系，得到的最优工作电压为600 kV。在外加电压600 kV、束流47.4 kA的情况下，模拟得到的平均功率为3.69 GW，中心频率为13.62 GHz，功率转换效率为12.6%。

为了便于模式变换器的设计，达到双频微波都能集中辐射的目的，提出一种轴向分区的双频磁绝缘线振荡器，该器件束波互作用区为中间隔开、两端不同周期、不同深度的慢波结构，使电子在上下游与不同频率特性的慢波结构进行束波互作用，得到稳定的双频微波输出。使用2.5维全电磁粒子模拟软件进行数值模拟，在工作电压450 kV，电流40 kA条件下输出微波功率为1.4 GW，功率效率约为7%,输出的微波频率分别为1.25 GHz和1.65 GHz，两者频谱幅度相差约为1.5 dB，模式为TEM模。

为解决实验中经常遇到的输出微波频率不纯问题, 提出一种新型磁绝缘线振荡器, 采用2维周期慢波结构, 使对称模式和低阶非对称模的工作频率相同, 在模式竞争条件下得到纯频微波输出。利用3维电磁场软件计算表明,新型磁绝缘线振荡器的慢波结构的对称模式和低阶非对称模的π模谐振频率相同;3维粒子模拟计算表明, 在450 kV,40 kA输入条件下, 微波输出平均功率由2.4 GW提升至2.8 GW,输出模式为多种模式混合, 频率为单一的1.22 GHz。

对L波段双阶梯阴极磁绝缘线振荡器(MILO)进行了粒子模拟,在输入电压710 kV,电流56.6 kA条件下,得到微波输出功率为4.8 GW,微波频率1.22 GHz。根据模拟结果设计MILO实验装置并开展实验研究,介绍了测试方法与测试系统,并对辐射微波功率、频率和模式进行了测量。在二极管电压740 kV,电流61 kA条件下,测得辐射微波功率为3.57 GW,微波脉宽46 ns,微波频率1.23 GHz,功率转换效率8%,辐射微波模式为TM01模。

建立了基于谐振腔深度角向分区的L波段双频磁绝缘线振荡器的模型,并采用数值研究的方法,开展了双频磁绝缘线振荡器主慢波结构的色散特性分析,同时还研究了封闭结构和开放结构的双频磁绝缘线振荡器的谐振腔,得到其谐振频率、场分布、Q值等信息,从高频特性研究的角度来进一步验证了双频磁绝缘线振荡器产生稳定的双频率高功率微波的可行性。研究表明:双频磁绝缘线振荡器的高频结构可以分区工作,每一个分区对应一个谐振频率。