设计实现了一款C/X双频双圆极化共口径微带天线，在C/X频段均能以双圆极化方式工作，有效提高了天线的口径利用率。采用寄生结构和L型探针耦合馈电拓展了天线的阻抗带宽；以嵌套方式将X波段天线置于C波段天线的间隙处实现了共口径设计；通过对称反相馈电技术实现了良好的交叉极化比。测试结果表明，C波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于23%和17%；X波段的阻抗带宽和3 dB轴比带宽分别大于28%和18%；测试频点处的交叉极化比均大于25 dB。

设计实现了一种宽带双频双圆极化的毫米波单馈天线，天线同时在n257（26.5～29.5 GHz）、n260（37.0～40.0 GHz）波段工作。与传统的圆极化天线相比，天线采用上下堆叠的不规则贴片实现了双频双圆极化，提高了信号收发隔离度；通过增加弯曲的寄生贴片，天线拓展了圆极化轴比带宽；金属边框上的矩形缝隙用来改善天线增益和带宽。测试结果表明，天线低频和高频的相对阻抗（<−10 dB）带宽分别达到20.4%和17.0%，相对轴比（<3 dB）带宽分别达到14.9%和11.4%。天线带宽覆盖n257、n260波段，可以用于5G移动设备与低轨卫星的通信。

基于大增益带宽和高热导率晶体的偏振复用激光技术可以提高双频激光器和双光梳激光器在输出光谱范围和功率方面的性能。本文提出一种基于Yb:CALGO晶体的偏振复用激光器。将两片与光轴成45°角切割的双折射晶体放置在增益晶体的前后两侧形成三明治结构，利用双折射晶体的偏振特性使腔内激光形成只在三明治结构部分具备空间分离其余部分共线的偏振方向互相垂直的两种模式。同时，这种三明治结构既能使单束泵浦光能够自动分离为两束空间分离匹配的泵浦光，也可以使腔内增益晶体放置在腔内模式腰斑位置处，与泵浦光达到更好的模式匹配，提高光泵浦效率。最终测得的激光输出功率达到瓦量级并且斜率效率超过30%。在腔内加入标准具后，实现了频差为太赫兹量级的稳定双频激光运转。

介绍了105/140 GHz双频兆瓦级回旋管的设计和最新实验进展。该回旋管的谐振腔、准光模式变换器、BN输出窗采用了双频共用的设计，电子枪采用了双频复用的双阳极磁控注入枪，收集极采用单级降压。在现有实验室电网功率容量有限的情况下，进行脉冲调试，得到的实验结果为：在重频1 Hz、ms连续短脉冲条件下，在105 GHz点和140 GHz点脉冲功率分别达到710 kW和1.057 MW，脉宽0.7 ms，对应总效率分别为34%和49%。在105 GHz点通过脉宽延展和老炼，进一步得到300 kW/2 s和400 kW/1 s的秒级脉宽实验结果，BN窗片的温度在两种状态下温度分别达到606 ℃和503 ℃，波束频率单一，没有杂模。实验基本上验证了该器件的物理设计。

为了满足高功率微波系统对宽频比双频辐射天线的研究需求，提出了一种可工作在C/X双频段的高功率圆极化反射阵列天线。天线单元采用介质埋藏的贴片单元形式，贴片部分由外圈的椭圆环贴片嵌套内圈的椭圆贴片组成，分别实现低频（C波段）和高频（X波段）的辐射。这种嵌套式的单元形式使得天线可以实现较宽的频比，同时由于单元采用无突变结构且单元被埋藏在介质中避免了三相点的出现，从而具有较高的功率容量。高低频段的两种贴片都采用绕轴旋转的方式来调节反射相位，可以在反射损耗较小的基础上满足360°的反射相位调节。基于以上双频辐射单元设计了一个口径尺寸为400 mm×400 mm的20×20矩形栅格排布反射阵列天线，设计结果表明天线在4.3 GHz下的增益为22.2 dBi，口径效率为40.2%，常压空气中的功率容量为10.4 MW；在10.4 GHz下的增益为29.9 dBi，口径效率为40.5%，常压空气中的功率容量为12.2 MW。该天线高低工作频率的频比达到2.4，且具有高效率和高功率容量的特点。

鉴于通过测量高精度的位移数据可以获得高精度的微重力加速度数据，进而服务于多种空间科学载荷的研究任务，提出了一种基于三组正交对称角锥棱镜的双频光路，利用外差干涉测量技术实现空间惯性质量块的六自由度位移和角度测量的方法。通过光路矢量分析建立了实际角锥棱镜的光路模型，考虑质量块在运动过程中带来的附加光程差，推导了各测量光路的光程变化与质量块六自由度位姿的函数关系。为了克服小角度近似法精度不高的缺陷，提出了利用数值计算法解耦姿态角进而获得相对位移的位姿解算算法。利用空间在轨位姿数据和随机位姿数据进行系统仿真。仿真结果表明：数值计算的位移误差小于0.02 fm，且该方法的计算误差不会随着飞行器振动的增大而变大，算法具有更高的精度和更好的适应性。最后，分析了系统的误差来源，在保证角度安装误差小于5 mrad、距离安装误差小于10 μm且平行度小于2 mrad时，系统的姿态角测量误差小于0.017°，位移测量误差小于10 nm。本文提出的六自由度测量及解算方法也可以服务于其他精密加工与检测领域。

为了在非线性测量系统中获得更好的相位测量结果，提出了一种在几乎消除非线性影响后使用双频光栅投影的相位测量方法。首先，讨论了相位测量系统的非线性效应，分析了频域中存在高阶频谱成份的基本原因，给出了减小非线性效应并分离基频信息的基本方法。然后，在减小系统非线性效应影响的基础上，分析了使用双频光栅投影测量被测物体条纹图像的相位基本原理。为验证所提出的相位测量方法的有效性，进行了计算机仿真和实际实验，获得了良好结果。在仿真实验中，该方法的误差值为有非线性影响方法的27.97%，为几乎没有非线性影响方法的52.51%；在实际实验中，该方法的相位恢复效果最好。表明采用本文方法所测量的相位效果好，误差较小。