对S波段永磁式全腔提取相对论磁控管进行了理论设计和数值模拟研究，并对其进行了实验研究。通过理论分析初步获取相对论磁控管结构参数，并采用三维电磁仿真软件对模型进行粒子仿真优化，根据引导磁场需求设计永磁磁场产生结构。该永磁式相对论磁控管在500 kV电压输入条件下，输出微波功率1.978 GW，效率49.2%。利用实验室小型脉冲功率驱动源平台开展了初步实验研究。实验中，该永磁式相对论磁控管在脉冲驱动源驱动下获得GW级输出功率，功率转换效率约40%，实验结果与模拟结果吻合得较好。

基于经典的半波长滤波器理论, 设计了一种用于太赫兹通信系统的半波长磁耦合矩形波导带通滤波器。仿真结果表明, 该滤波器中心频率为 118 GHz, 通带为 114.3~123 GHz, 相对带宽为 7.4%; 在 131.8 GHz处的抑制度大于 30 dB, 通带插入损耗小于 0.8 dB, 通带回波损耗大于 20 dB。经过实物测试, 测试结果与仿真结果基本一致。这种滤波器的结构简单, 制作难度低。

采用计算机模拟的方法对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)的340 GHz返波管进行详细研究。首先对返波管所需的电子枪和永磁聚焦系统进行计算机模拟，结果表明，永磁聚焦系统与电子枪相结合，能够产生并维持14~17 kV，43.4 mA的电子注和18~21 kV，56.1 mA的电子注，且电子注电压在14~21 kV之间时，电子注在慢波结构区域的最大半径小于0.08 mm，半径波动最大值为0.034 mm。利用所计算的电子注，对基于SDRWS的340 GHz返波管进行互作用计算，结果表明，当电子注电压在14~21 kV之间调谐时，输出电磁波在326~352.6 GHz之间，输出功率大于2 W。同时，SDRWS的电子注通道半径为0.09 mm，相对较大，降低了返波管的制造难度。

对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS)结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算，通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的S11的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算，初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数，进而对EIK进行了 PIC 互作用模拟计算，结果表明：该EIK的3 dB工作频带为219.5~220.5 GHz，3 dB带宽为1 GHz，最大功率为456 W，最大增益为40.06 dB。在此基础上，通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐，用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明，EIK的3 dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定，而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时，可以使EIK的3 dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽；当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时，EIK的增益在其3 dB工作频带内较为平坦，EIK的输出信号在其3 dB工作频带内比较稳定，频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明，当中间腔的波导头宽度为0.747 mm时，EIK获得了接近最优的性能，3 dB工作频带为219.5~220.0 GHz，3 dB带宽扩展到1.2 GHz，最大功率为630 W，相应的最大电子效率为11.3%，最大增益为47 dB。

利用CST PIC计算了基于双排矩形波导慢波结构的W波段行波管的注波互作用，在采用10 kV，70 mA的电子注的条件下，在92~97 GHz范围内，输出功率大于35 W，增益大于30 dB，电子效率约为5%。即使在10 kV较低的电压下，双排矩形波导慢波结构的尺寸仍然较大，有利于降低制造难度。提出了一种基于电火花线切割的加工制造工艺，成功制造了双排矩形波导慢波结构部件。在92~97 GHz范围内对所需盒形窗和电子枪进行了计算机模拟，设计、加工了盒形窗和电子枪的相关零件，制造了相关部件。将慢波结构部件和输能窗部件组装起来进行了冷测，驻波比在90~100 GHz范围内小于2.067。

提出一种具有高功率容量的直线阵列天线，该天线阵基于矩形波导缝隙馈电，馈电耦合结构采用新型的弧形耦合缝隙，利用小螺旋天线作为辐射单元，通过旋转螺旋线内导体来调整各个辐射单元相位，从而实现一维波束扫描。采用等效传输法进行理论设计，数值模拟结果表明，该长度为3200 mm的单元天线在中心频率8.40 GHz上可获得的增益为27.50 dB，主瓣轴比为0.51 dB。功率容量约90 MW，辐射效率为97.10%，反射低于-24 dB，波束扫描范围±38°。

采用矩形波导加载光栅的慢波结构作为太赫兹返波管的高频结构, 通过理论分析和电磁仿真研究了该慢波结构的色散特性和互作用阻抗, 理论分析结果和仿真结果能很好地吻合.在理论分析的基础上, 设计了一个中心频率为340 GHz的返波管, 经粒子模拟软件计算, 在较低电流密度的情况下该返波管输出功率达100 mW且可调带宽约30 GHz.

为了实现波导CO2激光调Q脉冲输出, 需要搭建半外腔激光器以在谐振腔内插入Q开关。实验研究了波导纵横比m=2的半外腔矩形波导CO2激光器的输出功率与谐振腔光学结构参数之间的关系, 对比了平面反射镜紧贴波导口激光器的输出功率, 得到谐振腔模式耦合进入波导口的损耗与谐振腔全反镜曲率半径R以及全反射镜至波导口的距离d的关系。基于菲涅耳衍射积分理论, 采用变步长辛普森算法理论计算了m=2的矩形波导谐振腔耦合效率与R、d之间的关系。基于实验及理论结果, 得到了适合高纵横比矩形波导CO2激光器半外腔搭建的两个耦合效率较高的谐振腔光学及结构参数：d=10 mm、d=R的位置, 并且R越大这两个位置对应的耦合效率越高。

滤波器是信号传输系统中的重要组件.提出一种快速、高精度复制工艺方法, 用于设计和制备WR-10波段矩形波导滤波器.采用多层匀胶单次紫外曝光工艺(硅片上匀SU-8胶), 制备出的滤波器高度误差小于0.03%(3 μm), 陡直度误差小于1.1o.实验结果表明, 用该方法制备毫米波滤波器技术可行, 并取得了卓越的电磁性能(关于: 插入损耗, 回波损耗和带宽).最终测试结构可知, 通带内的插入损耗测得结果小于0.5 dB, 几乎可以忽略不计, 在整个通带内回拨损耗大于10 dB.结果表明, 这种快速制造技术是制备太赫兹射频器件的一种有效办法, 这种新技术将成为推动太赫兹射频器件未来发展的主要动力.