综合考虑高功率微波对电子的加速过程以及电子与气体分子的碰撞过程，建立了单一气体与混合气体击穿过程的蒙特卡罗仿真模型，编写了三维蒙特卡罗仿真程序(3D-MCC)。针对单一气体Ar和N2以及混合气体N2/O2展开研究，仿真了气体雪崩击穿电子云形成过程，对比分析了不同气体电子能量分布函数随压强的变化规律。发现了Ar击穿特性受电子能量分布函数影响较大，而N2击穿特性受电子能量分布函数影响较小。通过分析平均电子能量以及电子密度随时间的变化过程，得到了Ar和N2击穿时间，并通过与流体模型计算得到的击穿时间比对分析验证了3D-MCC模型的正确性。在真空腔体内开展了S波段高功率微波大气击穿实验，测量得到了场强为6.38 kV/cm时不同压强下的大气击穿时间。通过在辐射源与真空腔体之间增加聚焦透镜，大大减小了壁效应的影响，并且采用模型仿真得到的大气击穿时间与实验结果吻合较好。

为了研究高功率微波对平行柱体阵列的辐照特性, 提出一种分析有限长柱体阵列散射特性的三维感应场率法。基于矩量法分析柱体的散射场, 建立了有限长柱体的三维感应场率模型, 并反推出产生散射场的等效辐射电流。借鉴细线天线的阻抗分布规律, 推导出柱体不同位置的分布电流, 构成以柱体长度、半径以及观察角度为参数的感应场率矩阵。基于此, 实现不同间距和长度的三根平行柱体的散射分析, 并将计算结果与矩量法进行对比验证。结果表明, 采用三维感应场率方法, 只需计算单根柱体的感应场率矩阵, 即可得出不同间距、不同长度柱体阵列的散射场, 验证了三维感应场率法分析柱体阵列辐照特性的可行性。