提出了一种新型的多功能超材料滤波器/屏蔽器，其具有双频段极化独立控制、多模式可切换等特点。与传统器件不同的是，所提出的设计能够独立控制横电（TE）或横磁（TM）极化波在不同频段的透射和反射，并且通过设置不同的二极管偏置电压，可以实现4种不同的工作模式。该结构基于等效电路模型，采用多层滤波结构设计，通过在顶层和底层加载PIN二极管实现TE和TM极化波在低频段和高频段的独立控制。在传输模式下，TE和TM波分别在3.6 GHz和4.6 GHz附近得以传输；在屏蔽模式下，该结构可以有效地阻挡入射极化波。每种模式都有非常稳定的工作状态，不会受到其他工作模式的影响。此外，该设计在0°~45°入射范围内具有良好的角度稳定性。这种多模式超材料结构可以应用于天线罩等领域，天线传输信号时能满足对特定极化信号的需求，待机时可以屏蔽信号以减少干扰。

频率选择表面雷达罩能有效提高飞行**的隐身性能, 而复杂不可展开曲面上频率选择表面的加工存在技术难题。本文利用CST仿真软件, 分析了基于Y-型单元结构的二维无限大频率选择表面的电磁传输特性, 同时构建三维雷达罩内置相控阵天线模型, 分析了不同扫描角度下曲面雷达罩的透射率和瞄准误差, 从理论上论证了方案的可行性。在此基础上, 提出了一种基于多自由度激光机器人与旋转台联动的一体化曲面厚屏频率选择表面雷达罩加工方案。微波暗室测试结果表明, 制备的共形曲面FSS雷达罩带内透射率达到80%左右, 带外透射率低于10%, 展示了良好的电磁滤波特性。这种工艺能够满足各种大型共形曲面FSS雷达罩的一体化加工需求。

基于极化分解理论, 分析了金属空间桁架电磁窗的桁杆散射场。针对桁杆截面选型, 对比了圆截面桁杆与矩形截面桁杆的抗弯刚度与电磁散射特性。综合两种截面形状的优缺点, 按照力电性能一体化设计要求, 提出了将二者结合的圆角矩形截面优化设计方案, 并对其辐照效应进行了计算仿真分析。结果表明: 矩形桁杆由于棱边的电荷积聚效应, 相较于圆柱形杆散射场副瓣电平较高, 电磁性能较差, 但抗弯能力更强, 具有更好的保护性; 圆角矩形的散射电平值小于矩形杆, 同时具有超过圆柱形杆的力学特性, 是提高电磁窗力电性能的可行方案。

设计了一种用于高功率径向线螺旋阵列天线的极化转换天线罩。利用三层介质层包夹双层金属折线，形成密封的埋入式折线栅结构。在实现圆极化与线极化相互转换的同时，又避免金属与空气接触，可以提高功率容量。分析了埋入式折线栅单元各参数的影响，并优化单元参数，以此构建埋入式折线栅极化转换天线罩并加载至X波段高功率径向线螺旋阵列天线，分析了天线的基本性能以及功率容量。仿真结果显示：天线匹配良好，增益和波束宽度变化很小，中心频率轴比由1.16 dB变为40 dB，圆极化波转换为线极化波效果良好；经初步分析，极化转换天线罩的功率容量为121 MW，实现了极化转换天线罩的高功率应用。

针对口径天线及其近区任意厚均匀介质体的复杂系统，应用表面积分方程（SIE）方法结合模式匹配方法（MM）建立了模式激励的新型一体化电磁模型。在馈电端口采取模式匹配方法模拟了波导中的激励情况，将金属壁处理为理想导电体，并在金属壁上利用边界条件建立电场积分方程（EFIE）；利用零场等效原理在介质体内外表面分别建立电场积分方程和磁场积分方程（MFIE），并组合内外表面建立的电场积分方程和磁场积分方程为PMCHW方程；最后使用矩量法对所建立的EFIE-PMCHW-MM组合方程进行求解。文中结合喇叭天线设计了两个典型算例，所提混合方法EFIE-PMCHW-MM给出的数值结果与商用软件FEKO高度一致，且在求解口径天线与近区厚介质体耦合问题时由于未知量显著减少，大幅度提高了仿真效率，降低了计算机资源消耗。

利用两次傅里叶变换得到半空间界面的反射波后,将直接入射波和界面反射波两个时域脉冲源通过等效原理引入到包含目标的时域有限差分(FDTD)的计算域中.计算了高功率微波入射情形下,改变入射面、极化方式时天线罩内部观察点的能流密度的变化,并总结其规律.数值算例表明,对于贴近地面的目标来讲,半空间的反射波会给目标内部带来新的能量冲击.该方法可以用于计算目标内部耦合近场及功率密度.

在共形光学系统中,椭球形整流罩打破了球形整流罩的旋转对称性,引入了随目标视场变化而变化的动态像差。共形光学设计的主要任务就是消除或者减小椭球形整流罩引入的动态像差,使共形光学系统的成像质量满足使用要求。设计了基于反向旋转位相板的共形光学系统,利用一对反向旋转位相板的反向旋转对目标视场进行动态扫描,利用固定校正器、衍射元件和泽尼克位相板校正了椭球形整流罩引入的动态像差。成像系统采用二次成像的透射式结构,实现了冷光阑效率100%。结果表明:该方法不仅有别于传统扫描方式,而且有效地消除了大长径比的共形光学系统的动态像差。

针对在工程研制阶段隐身雷达罩与频率选择表面(FSS)间的空气隙引起的隐身雷达罩传输性能劣化问题, 设计了一种具有低空气隙敏感度的新型雪花环状单元频率选择表面以降低空气隙的影响。采用模式匹配法进行了FSS理论仿真。为了进行对比分析, 针对假定技术指标分别给出新型单元FSS和Y环单元FSS的最优化设计结构, 采用光刻工艺制备出等效FSS平板样件, 在微波暗室中采用自由空间法测试其传输性能以验证设计。仿真和测试结果一致表明: 新型雪花单元FSS在很大的空气隙内(190~6 500 μm)均满足技术指标, 优于Y环FSS的最大空气隙范围(320~1 900 μm)。最后, 简要分析了雪花单元FSS设计的优点。分析结果显示, 新型雪花单元FSS在满足隐身雷达罩常规技术指标的前提下, 具有较低的空气隙敏感度, 可在工程试验阶段用于FSS的研制。

为改善高功率微波天线的性能，设计了一种新型X波段左手材料高功率微波天线罩，并对其进行了实验冷测研究。结果表明，加载一到四层左手材料天线罩均可在一定频率范围内汇聚波束和提高增益，其中加载一层左手材料天线罩时，天线增益提高最大，在频率为9.32 GHz时增益提高最大幅度约为9.64 dB。将实验结果与理论仿真进行对比发现，两者并没有吻合一致。分析了天线罩的功率容量，可以实现高功率微波的应用。