为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求，以传统盒型窗的设计理论为基础，通过优化窗体结构和添加过渡段等手段，设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸；采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点（真空-介质-金属）附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟（Particle-in-Cell）的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应，从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动，减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率，降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明，微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01，传输效率高于99.9%，功率容量可达47.9 MW。

针对水下无线通信高速率、远距离、低成本和小型化设备的实用需求，本文设计研制了一种高鲁棒性的基于现场可编程门阵列（FPGA）和大功率LED阵列的小型化水下无线光通信系统。其光发射机的光源采用45 W大功率LED阵列，基于FPGA实现高阶调制与编码，并设计了准直光学发射天线有效减少光束发散角，大幅度延长了传输距离。在光接收端，设计了一种基于3 mm大孔径雪崩光电二极管（APD）的自动增益控制放大和FPGA解调与信号处理的光接收机，降低了光通信系统对准的严苛要求。该系统可实现30 Mbps 开关键控（OOK）信号和正交幅度调制（QAM）信号（16QAM信号）的12 m水下信道实时传输，二者的误码率（BER）分别为2.467×10^-4和3.467×10^-3。此外，该系统还实现了22 Mbps的非归零（NRZ）-OOK整形信号12 m水下+30 m空气的跨介质传输（总长度为42 m），BER为3.619×10^-4。最后，实现了12 m水下信道中接收机偏离主光轴40°之内22 Mbps OOK信号的有效接收，提高了系统的鲁棒性。

三次谐波源于强脉冲激光照射样品时产生的三倍频光响应，可对生物组织实现无标记、亚细胞量级分辨率、近乎实时的成像。通过与二次谐波信号和双/三光子荧光信号相结合，三次谐波显微成像可在肿瘤术中揭示肿瘤组织的典型病理特征信息，比如细胞增生与血管增生等，从而为医生判断肿瘤边界进而做出肿瘤组织彻底切除与否的决策提供实时帮助。本文阐述了三次谐波显微成像的基本原理，讨论了它在肿瘤术中诊断方面的应用，探讨了基于三次谐波的小型化便携术中诊断仪器，并总结了三次谐波内窥成像的发展现状，这些内容的讨论有望推动三次谐波成像技术的临床化。

为了解决现有电脑验光仪和视力筛查仪体积庞大、价格昂贵的问题，设计并搭建了一套基于哈特曼波前检测原理的小型无透镜屈光测量系统。首先，对测量原理进行了详细介绍；接着，利用Zemax软件对图像采集光路进行模拟，并分析了实际测量屈光度与仪器-人眼距离的函数关系；最后，成功搭建了试验样机，并通过对中国计量科学研究院模拟眼进行屈光测量来验证函数关系的正确性及测量结果的准确性。实验结果表明该系统能有效地对-10~+10 D范围内的模拟眼进行屈光测量，测量结果显示：球镜度重复测量误差最高不超过0.20 D，变异系数不超过3%；柱镜度重复测量误差最高不超过0.25 D，变异系数不超过9%。此外，该系统结构简单且成本低廉。在满足测量结果准确性、稳定性要求的前提下，该系统更适用于需要仪器小型化的场合，具有广阔的应用前景。

无源互调 (PIM)是一个吸引众多领域研究人员的课题, 包括卫星、天线和智能终端等。本文提出一个非接触式 PIM测量的新思路: 使用一个经过近场重构的基片集成缝隙波导 (SISW)作为互调信号的激励和接收路径, SISW通过对载波信号的远场抑制和近场测试区的优化, 实现了一种针对没有射频端口的样品非线性特性的评估解决方案。该测试平台结合了近场天线的有限辐射特性和多敏度测试区在 PIM评估中对收发系统和测试样片的适应性。实验结果表明, 该测试方法在稳定性和分辨力方面具有相当大的工程应用潜力。

设计了一种覆盖 X频段的双圆极化天线, 通过 1个 3 dB电桥分别给 2个垂直交叉放置的 Vivaldi天线馈电来实现双圆极化。为了实现宽带小型化, 在 Vivaldi天线表面开槽并且电桥采用耦合形式实现。仿真结果表明, 所设计的天线整体尺寸为 0.48λ×0.48λ×0.5λ(λ对应最低频率处波长), 能够在 8~12 GHz的频带内实现天线驻波比 (VSWR)<2, 轴比为 3 dB, 带宽为 40%的左旋和右旋圆极化。

基于声表面波(SAW)滤波器技术，采用两级滤波器级联、滤波器环绕开关、多通道抗干扰布局等方法，实现了一种小型化、高阻带抑制组件的研制。实验结果表明，研制的多通道滤波组件尺寸为18 mm×15 mm×5 mm，其-3 dB带宽大于48 MHz，插入损耗小于7 dB，带内幅度波动小于1.5 dB，近端阻带抑制大于70 dBc，具有很好的实用性。

该文设计了一款基于微机电系统(MEMS)工艺的小型高选择性的射频滤波器，与传统MEMS滤波器相比，该滤波器采用阶跃阻抗谐振器(SIR)降低器件尺寸，利用谐振器的场分布形成结构紧凑的交叉耦合，免去了传统的飞杆电耦合结构，在提高滤波器选择性的同时实现器件的紧凑布局。滤波器表面金属谐振腔通过金属化的硅通孔实现谐振器的接地，形成四分之一波长谐振结构。对性能和结构参数各异的滤波器进行设计和分析，并采用三维电磁仿真软件对滤波器进行模拟仿真。结果表明，滤波器尺寸为10 mm×10 mm ×0.4 mm，驻波比＜1.3 dB，插入损耗＜3.5 dB。在2.5~2.7 GHz和3.4~3.5 GHz时，带外抑制＞30 dB。

该文提出了一种由单边复合周期人工表面等离子体激元(SSPPs)波导和叉指谐振器构成的新型小型化低通双陷波滤波器。该滤波器首先去除了传统SSPPs滤波器的模式转换结构，有效地减小了滤波器的尺寸，从而实现滤波器的小型化。此外，该滤波器分别在SSPPs传输线和底部金属板引入叉指谐振器，从而产生两个传输零点，实现了两个可独立调谐的陷波。仿真与实测结果均表明，该文所提出的滤波器具有较高的传输效率，其截止频率为8.3 GHz，带内的回波损耗低于16.6 dB，陷波抑制均达到20 dB。