介绍了无线通信和涡旋电磁波的基本概念及相关技术，详细回顾了近年来基于涡旋电磁波的无线通信技术实验研究进展，包括微波涡旋电磁波通信、太赫兹涡旋电磁波通信、中红外涡旋电磁波通信、近红外涡旋电磁波通信和可见光涡旋电磁波通信等。同时，介绍了卫星涡旋激光通信技术的理论研究进展以及拓展结构光（如贝塞尔光和矢量光等）通信在抵抗障碍物和湍流影响方面的实验研究进展。最后也讨论了涡旋电磁波无线通信技术的挑战与展望。多频段和多维度融合的涡旋电磁波及拓展结构化电磁波，可以为多场景、跨尺度、大容量、远距离、高鲁棒性的无线通信提供潜在解决方案，也有望应用于未来卫星通信中。

为了深入研究波导光栅中电磁波的传输特性, 本文以布拉格光栅为例, 从光场的波动方程出发得到了光栅的耦合模方程, 进而通过求解耦合模方程得到表征光栅特性的2×2矩阵。针对均匀布拉格光栅和取样光栅, 采用MATLAB数值模拟方法研究了各个参数对其反射谱和透射谱的影响。结果表明, 光栅长度、有效折射率以及耦合强度会影响均匀布拉格光栅反射谱和透射谱的峰值、位置和宽高, 光栅段长度、空白段长度以及周期数目会导致取样光栅反射谱的反射峰间隔增减和各级峰值的变化。相关仿真分析可以为光纤光栅传感、分布式布拉格反馈(DBR)激光器、光栅滤波器等设计应用提供理论支撑。

在大气环境模拟实验平台上，利用S 波段高功率微波(HPM)击穿大气产生等离子体，开展Ka 波段电磁波在等离子体中的传输特性实验研究，得到不同频率电磁波下等离子体传输衰减规律，并发现电磁波与大气等离子互作用呈现透射新颖现象：Ka 频段透射增强或减弱呈振荡形式，透射增强最大增幅接近2 倍，最大增强频点附近透射增强以周期性规律出现，间隔周期约为80 MHz。随着气压升高，透射增强现象仍然存在，但增强幅度随之减小。理论分析了可能引起透射增强的原因， 该试验研究成果为HPM 大气等离子体在隐身、黑障通信等方面的应用提供了可能。

使用皮秒激光时，通过改变激光标刻参数，可以在铝合金表面得到不同对比度的黑色图案。通过激光扫描显微镜对实验标刻样本表面进行测量，并通过电磁波理论建模对皮秒激光打黑机理进行分析。研究发现，激光标刻样本宏观基体表面存在微纳尺度的最大高度值不同的密集峰谷形貌。样本表面微纳峰谷形貌的最大高度值越大，表面反射率越低，从而形成对比度较大的黑色图案。通过样本灰度值得到的对比度与理论建模得到的对比度几乎一致，这证实上述机理是激光打黑铝合金的主要原因。

以高熵合金的研究为背景，将构型熵稳定单相的概念引入无机非金属材料，而逐步发展出一种新的陶瓷材料体系——高熵陶瓷。高熵陶瓷的优点是成分和结构的多样性，这使得其有潜能成为广泛应用的功能材料。本工作采用简单易行的固相烧结法合成了具有尖晶石结构和钙钛矿结构的高熵复相陶瓷，并进一步研究了其物相组成、显微结构、元素含量及价态、和电磁波吸收性能，探究了高熵复相陶瓷的吸波性能随烧结温度的变化规律。结果表明：高熵复相陶瓷可成功制备成型，通过高熵效应能够烧结出2种晶体结构(尖晶石结构和钙钛矿结构)。在1 300 ℃的烧结温度下，存在最大的介电常数，在频率范围为X波段8.2~12.4 GHz时，具备最佳的电磁波吸收性能。

SiC纳米线具有吸波性能强、作用频带宽、密度低的优点，但是由于SiC较差的阻抗匹配条件和较低的电导率，影响了其吸波性能的进一步提高。为了调节SiC的电子结构，改善其电磁性能，以硅微粉、活性炭、La2O3粉末为原料通过碳热还原法在1 600 ℃合成了La3+掺杂SiC纳米线。结果表明：掺杂La3+能够增大SiC纳米线的长径比和堆垛层错密度，增强其形成三维网状结构和界面极化的能力，其介电性能得到了提高。在2~18 GHz范围内，其介电实部由3.08~13.48(x=0)提升至3.33~19.75(x=1.0%)，介电虚部由3.45~6.98(x=0)提升至5.03~11.56(x=1.0%)。同时La3+掺杂提高了SiC纳米线的电导率，增强了其电导损耗。由于SiC纳米线界面极化和电导损耗的同时增强，掺杂2.0%的La3+的SiC纳米线在厚度为2.0 mm时达到了最小反射损耗(RL) -31.46 dB，有效吸收带宽(RL<-10 dB)为7.18 GHz。通过第一性原理计算研究了SiC纳米线及La3+掺杂SiC纳米线的电子结构，结果表明，La3+掺杂后SiC纳米线的带隙减小，验证了其导电性的增强。La3+掺杂能够在引入掺杂元素的同时增大SiC纳米线的堆垛层错密度，克服了掺杂元素时堆垛层错密度降低的现象，为合成高吸波特性SiC纳米线提供了思路。

金属有机框架(MOF)衍生的多孔金属/碳复合材料由于具有大的表面积和孔体积，引起了电磁波吸收领域研究者的广泛关注。本文采用溶剂热法合成双金属NiCo-MOF，再通过煅烧制备了具有Yolk-shell结构的NiCo/C复合材料，采用SEM、XRD、拉曼光谱以及磁强计（VSM）等分析方法对比研究了不同Ni、Co质量比对NiCo/C复合材料吸波性能的影响。结果表明，随着Ni、Co质量比的变化，吸波性能发生了显著的改变。在9.4 GHz的频率下，Ni1Co1/C复合材料的性能达到最佳，最小反射损耗为-56.8 dB，有效吸收带宽为5.5 GHz。分析该复合材料的吸波机理发现，电磁波的多重反射、界面极化损耗、自然共振和交换共振是导致其吸波性能提高的重要原因。本文的研究结果为纳米多孔双金属MOF复合材料的制备与性能研究提供了研究思路。