提出一种由不同厚度和不同面积的多层介质板叠加制作多层介质覆盖层, 代替传统单层介质覆盖层, 提高Fabry-Perot(F–P)谐振腔天线增益和口径效率的设计方法。以工作频点 5.8 GHz的F–P谐振腔天线设计为例, 采用微带贴片天线作为馈源, 由多层厚度分别为 1 mm,1 mm和1.5 mm, 直径分别为 160 mm,130 mm和120 mm, 相对介电常数为 16的聚四氟乙烯介质板叠加制作该天线覆盖层。天线样品的测试结果与设计仿真结果吻合良好。与传统单层介质覆盖层相比, 该多层介质覆盖层将工作频率 5.8 GHz处天线增益由 18.2 dBi提高到19.1 dBi, 相应口径效率由 70.02%增加到86.14%, 天线 |S11|<-10 dB阻抗带宽和 3 dB增益带宽略有提高, 分别达到 8.19%和11.90%。

Fabry-Perot(F-P)谐振腔天线通常易实现高增益，但由于口径场非均匀的电磁场分布，使得其在大口径尺寸下的口径效率较低。本文设计了一种新型的 F-P谐振腔天线，该天线采用非均匀特异媒质覆盖层实现口径场等幅分布，并通过非均匀特异媒质反射地实现口径场同相分布，从而提升F-P谐振腔天线在大口径尺寸下的口径效率。基于射线追踪法，推导了非均匀覆盖层和非均匀反射地的设计公式。本文设计、加工并测试了一款口径尺寸为 5.18 λ(λ为自由空间波长 )的圆形 F-P谐振腔天线。仿真和测试结果吻合良好， |S11|<-10 dB的阻抗带宽为4.14%(5.740~5.980 GHz)；在工作频点5.8 GHz处，该新型 F-P谐振腔天线的增益为 23.8 dBi，与传统 F-P谐振腔天线相比，其口径效率从78.9%提高到90.5%。

设计了一种基于宽边纵缝驻波阵的高功率射频微波辐射系统, 系统由四路矩形波导以及聚四氟乙烯天线窗组成。天线内采用真空绝缘实现天线高功率容量, 天线窗真空侧采用周期刻三角槽技术抑制高功率微波介质表面击穿。在波导缝隙阵与天线窗之间设计支撑板, 除支撑天线窗外还可抑制表面波电流。采用HFSS数值模拟软件对辐射系统进行了优化设计。数值模拟结果表明, 设计的辐射系统在频率为1.575 GHz时, 增益为22.7 dBi, 天线口径效率为98.3%, 反射系数为-25 dB, 带宽达到5%, 带宽内天线增益波动小于等于0.4 dB、天线口径效率大于等于98%、主瓣指向偏差小于等于1.2°。系统功率容量达到1.92 GW。

为了实现一种具有高口面辐射效率、斜波束出射能力的口径天线，采用几何光学方法设计了一种偏馈双反射面天线.天线主反射面采用赋形设计，副反射面的设计过程中采用Snell定理作为约束条件.通过理论公式、数值模拟仿真和实验测试研究，实现了一种出射波束口径为110 cm、天线口面场分布为抛物形分布、波束出射方向与竖直方向成20°夹角的赋形偏馈双反射面天线.在中心频率95 GHz下，实测天线增益为59.7 dB，第一副瓣电平为-19 dB, 天线口径效率达到78%.

基于漏波波导行波天线辐射理论，设计了一种X波段基于漏波波导的高功率微波（HPM）天线。采用微扰法和横向谐振法对天线的辐射特性进行分析，结合数值模拟优化给出了一种基于漏波波导的X波段HPM天线的设计方案。数值模拟表明:该天线在9.6 GHz时增益为26.2 dBi，口径效率大于70%，反射系数小于-20 dB。通过理论分析与数值模拟得到该天线的功率容量大于200 MW，在最大增益点上对ns量级短脉冲的远场响应波形不存在畸变，验证了该天线在HPM条件下使用的可行性。

提出了一种用于偏馈抛物柱面反射天线的功分喇叭。由于改善了口面上的电磁分布, 该功分喇叭可以让馈源阵列的栅瓣电平抑制到－28 dB。用FEKO进行仿真发现, 与传统用角锥喇叭阵列作为馈源的抛物柱面反射天线相比, 使用功分喇叭直线阵列可以使空间功率合成天线的效率从68%提高到80%, 同时天线的增益也能增加0.7 dB。

为了提高高功率线极化径向线阵列天线性能(口径效率及反射特性等), 实现更优的径向线线极化阵列天线辐射, 通过提高单元天线性能、调整阵列布局、改进馈电径向线和探针这3种途径对其进行了优化, 并对其进行了理论分析、数值仿真和实验研究。实验结果表明:在中心频率1.57 GHz下, 驻波比为1.19, 增益为17.65 dBi, 轴比为-39.2 dB; 在1.47～1.77 GHz的频率范围内驻波比都小于1.4。

以提高阵列天线的口径效率为目标,对辐射单元及阵列布局进行了优化,设计了中心频率为1.57 GHz的6元单圆环径向线螺旋阵列天线,采用时域有限积分算法软件对阵列天线进行了数值模拟,结果表明:口径为320 mm的该天线在中心频率上可获得14.4 dBi的增益,口径效率达99%,轴向轴比值为1.15,在1.5～1.7 GHz的频带范围内,增益大于13.9 dBi,口径效率大于97%,轴向轴比值小于1.35。