介绍了3维全电磁粒子模拟软件中外加波边界与粒子边界模块的设计思路和方法，其中外加波边界包括同轴波导、矩形波导、圆柱波导的电磁波输入和输出，以实际算例的形式计算了同轴波导TEM模、矩形波导TE10模、圆柱波导TM01模的传输特性；粒子边界包括粒子的发射与吸收。以实际算例的形式计算了一个用于MILO的同轴二极管爆炸发射模型，对其不同电压下的发射特性以及外加波注入功率进行了研究。研究发现：在外加波电压从低到高的情况下，电子先后表现为出了径向运动，轴向漂移和顺势流3个阶段的发射特性，符合物理规律。所得外加波传输的模式分布和粒子发射特性的计算结果分别验证了外加波和粒子发射模块设计的正确性和可靠性。

为开发回旋超辐射在毫米波和亚毫米波超辐射高功率微波源中的优势，采用3维PIC粒子模拟对回旋超辐射的工作特性进行了分析，并在此基础上优化设计了器件结构及工作参数范围。模拟表明，微波峰值功率与电子束脉宽在一定范围内成平方关系，符合超辐射的典型特征。初步实验在210kV，250A的电子束参数下获得了6Mw的微波峰值功率输出，工作频率37．2GHz，模式为TE01，与粒子模拟的结果基本一致。

开展了峰值功率10Mw、平均功率150kW的L波段多注速调管的研究工作。采用均匀场多透镜聚焦系统对多电子注进行聚焦，获得了具有良好层流性和波动性的旁轴多注电子光学系统；采用二次谐波腔，对6个电子注、6个同轴谐振腔结构的速调管进行了注波互作用计算。结果表明，当电子注电压为115kV，电流为132A时，可获得大于10Mw的脉冲输出功率，大于65％的输出效率和大于45dB的增益。

基于高频信号相位测量原理．提出了S波段相对论速凋管放大器相位测量的方法。对S波段800kW速调管放大器进行了验证实验．并测试了S波段相对论速凋管放大器的相位。实验结果表明：速调管输入和输出微波相位差随束压升高而减小．随束流升高而增大，微波相位差不随注入微波功率大小和磁场变化而变化。

提出了一种结构紧凑的、能将圆波导TM01模或同轴波导TEM模转换为圆极化TE11模的高功率微波模式转换器。该转换器由前后2个十字转门波导结对接组成，前者首先把圆波导TM01模转变为4个矩形波导中的TE10模，4个矩形波导的长度不等；后者再把4个经过不同相位延迟的矩形波导TE10模转变为圆波导中的圆极化TE11模。对所设计的1．75GHz模式转换器进行了仿真研究，在中心频率上，该模式转换器转换效率为99％，轴比为0．03dB；在1．575～1．900GHz的频率范围内，转换效率大于90％，轴比小于2．5dB，对应带宽为18．6％。

提出了一种具有预调制腔、主谐振腔和提取腔组成的多腔轴向提取虚阴极振荡器结构。腔体特性分析表明其在工作频段可以获得更高的提取效率。粒子模拟显示该结构在电压700kV，电流23kA的条件下，可输出功率大于1．7GW，频率4．0GHz，功率效率大于10％的微波。初步的实验研究获得了辐射功率约700Mw，频率约4．1GHz的微波输出。对实验结果的进一步分析表明，通过适当加大器件虚阴极振荡工作区微波管直径的方法可以有效改善器件的谐振性能，从而获得更好的工作性能。

提出了利用角向分区来产生双频高功率微波的思想，并根据常规磁绝缘线振荡器的互作用主要在轴向而与角向无关的物理机制，通过在常规磁绝缘线振荡器内设置谐振腔深度的角向分区，建立了L波段双频磁绝缘线振荡器的模型，并利用电磁模拟软件，优化设计了L波段双频磁绝缘线振荡器。粒子模拟的结果为：在电子束电压为530kV，电流为45．5kA的条件下，得到了稳定的双频高功率微波输出，其微波频率分别为1．28GHz和1．50GHz，周期平均功率约为2．65GW，功率效率约为11％，两个频率的频谱幅度相差约0．4dB。

报道了可分别传输TM01模和TE01模的两种弯曲圆波导的设计方法和计算结果。研究表明：所设计的TMv模弯曲波导和TE01模弯曲波导在中心频率上传输效率均超过99．5％，传输效率大于95％的带宽分别达到20．0％和14．4％；该两个弯曲波导也分别适用于传输TE11模和TM11模；水平极化TE11模与TM01模、垂直极化TM11模与TE01模在弯曲圆波导中传输时具有相似的传输效率和频带特性；而垂直极化TE11模、水平极化TM11模由于不易和其它模式耦合，在弯曲波导中传输时具有较高的传输效率。

采用陶瓷无感电容器作为储能介质，设计了一种低阻抗高储能密度的中等高压脉冲形成网络。该脉冲形成网络采用无感陶瓷电容器作为储能介质，每一个电容器的容值为1．7nF。电容器采用相对介电常数较高的钛酸钡作为材料，单个电容器的直径为6cm、高度为4cm，该电容器在变压器油中的工作电压可以达到50kV。实验结果表明，设计的单线型中等高压脉冲形成网络可在1Ω的匹配负载上获得半高宽220ns，前沿为40ns的高压脉冲，能很好满足脉冲功率系统小型化的应用要求。实验研究还表明，设计的低阻抗Blumlein型脉冲形成网络，在工作电压为44kV时可在2．5Q的低阻抗负载上获得脉宽230ns，前沿约为50ns的脉冲。

通过对螺旋带行波管带上表面电流的Chebyshev展开，得出了色散关系，求出了电场分量和磁场分量的表达式，进而求得了耦合阻抗和耦合磁导纳。计算并分析了一个典型结构的纵向电磁场分量，由这些分量得出的耦合阻抗与Chernin等的结果有很好的一致性，说明了电场表达式的有效性。场表达式可应用于3维行波管CAD的程序编写，耦合磁导纳的计算程序更是行波管CAD不可缺少的部分。