针对低轨卫星通信中圆极化相控阵扫描角度窄、剖面高的挑战，设计了一款低剖面、宽波束圆极化天线单元及其宽角扫描阵列。该单元采用双层结构，通过四角微扰与交叉缝隙实现左旋圆极化，并利用上层寄生结构与金属柱基于方向图叠加原理将波束宽度拓展至120°，轴比波束宽度大于175°，剖面高度仅0.07λ₀。基于该单元构建的4×4旋转阵列，结合接地板环形开口槽设计，有效抑制了互耦。仿真结果表明，阵列在±60°扫描范围内轴比始终低于2 dB，且增益变化平缓，实现了优异的宽角圆极化扫描性能。

W波段是重要的窗口频段，在高容量通信、高分辨率成像和高精度探测等毫米波领域具有重要前沿应用价值。针对新一代W波段固态高集成收发机系统的应用需求，提出一款低损耗、低阶数、易加工的波导型准椭圆带通滤波器。该滤波器基于2个混合高阶谐振腔，结合偏移磁耦合方法，实现带两个传输零点的4阶准椭圆响应，带外抑制性能良好。主要内容包括：W波段混合高阶模滤波器的结构拓扑设计；混合谐振模式（TE₂₀₁/TE₁₀₂和TE₃₀₁/TE₁₀₂）与传输零点产生机理与独立性分析；错位偏移磁耦合结构特征；滤波器整体性能优化及其H面分裂式CNC加工等。实测结果表明，该滤波器的有效通带为91.5 GHz至98 GHz，3 dB相对带宽为7%，带内插入损耗低至0.4 dB，回波损耗优于15 dB。除高频边带有少量偏移外，实测结果与仿真结果高度一致，验证了该器件的易加工、易集成与易频率拓展等特点。

哈达玛散斑的投影顺序直接影响欠采样率下鬼成像的图像重构质量与效率。提出了一种基于哈达玛基的递归交叉排序策略，通过逆向解构层级子空间，利用偶数索引映射机制对具有正交纹理特征的散斑进行交错重组，打破了单一方向特征在采样序列中的连续性堆积。通过在理想和高斯噪声环境下的仿真得出，该策略在0～100%全采样区间内有效削减了传统Russian Dolls排序中的质量指标随采样率增加而出现的震荡现象，实现了成像质量较为平滑演进与稳健收敛，且在0～10%低采样率区间内，其重构图像的峰值信噪比相较于Hadamard自然排序平均提升最大约101.7%，较激光模式散斑排序平均提升最大约11.4%，最大提升约3.4 dB，最后设计了光学实验，验证了该策略的效果。这一排序策略或可为实现快速鬼成像提供有效的途径。

基于针孔成像原理的针孔相机结构简单、使用方便，在高能量密度物理实验中常用于监测激光与靶相互作用区域的形状与大小。为适应星光-Ⅲ激光装置的靶室结构与打靶方式，研制了一种用于该装置的X射线在线瞄准针孔相机，以解决传统针孔相机无法在线瞄准导致的信号采集失败问题。相机采用可见光CCD与X光CCD一体化设计，通过优化调节结构，实现了俯仰与侧摆方向的高精度在线指向调节，调节精度达15 μm。利用可见光CCD实时采集靶面图像，并结合精密调节盘上的不同孔径瞄准孔，实现了X光针孔相机的高精度在线瞄准。在星光-Ⅲ激光装置上对该相机进行了激光打靶考核，实验结果表明，其性能满足该装置的使用要求。

串联谐振型电容器充电电源凭借高效、高功率密度及抗短路能力，在脉冲功率领域应用广泛。然而，其传统PFM恒流充电控制方式导致充电损耗较大，效率降低，该问题在充电初期阶段表现尤为突出。提出一种多模态混合式恒流充电控制策略，旨在提高电容器充电电源的效率和输入电源的利用率。该策略通过半桥模态（充电初期）、混合式模态（充电中期）及全桥模态（充电后期）的协同控制，实现充电电压无缝切换的同时减小充电损耗、提升效率。此外，通过功率器件的复用设计实现模态切换，既满足高压充电需求，又降低了系统成本。基于此，设计并搭建一台650 V/1 A的充电电源样机。实验表明，相比传统PFM恒流充电控制，该策略显著提高了充电电源的整体效率，最大充电效率为96.4%。该方案不仅为电容储能设备的充电系统提供了高效率、低成本的控制路径，其模态切换机制亦可迁移至其他谐振型变换器的设计中，具备广泛的工程推广价值。

研制了一套同轴结构的脉冲强磁场设备用于和高功率激光装置相配合开展磁化激光等离子体实验。除磁场线圈外，整个设备全部采用同轴结构以降低电感和抑制电磁辐射，同时在整个设备外加屏蔽层来抑制电磁辐射；传输线部分使用多根长度约3 m的软同轴电缆并联的方式连接电容器和靶室上的刚性传输线。在40 kV脉冲充电电压时，使用直径12 mm的三匝磁场线圈作为负载，产生了峰值电流105 kA、上升时间1.2 μs、平顶宽度1.4 μs的放电脉冲，在线圈中心产生了22 T的强磁场。与课题组之前的脉冲强磁场设备相比，此设备除了可以产生更大的电流和更强的磁场外，自由空间电磁辐射和真空靶室上的电位抖动明显降低。软同轴电缆并联的传输线设计可以适应各种靶场环境，增加了使用灵活性。

为满足高功率脉冲应用对大电流双极性输出及灵活调控的需求，本文提出并实现了一种基于SiC MOSFET并联全桥拓扑的紧凑集成式双极性脉冲电源系统。该系统在单板上集成主功率级、隔离驱动、辅助电源与控制保护模块，兼具高功率密度与良好扩展性。实验结果表明：在50～300 V母线电压下，输出峰值电流与母线电压保持高度线性相关，脉宽调节实现了峰值电流的连续可控，最大增幅达37%。系统可稳定输出高达±300 A的双极性脉冲电流，充分验证了大电流输出与紧凑设计的兼容性。此外，在500 ns脉宽下四管并联的均流不均匀系数为12.87%，验证了协同驱动与独立栅极电阻设计的有效性。研究结果表明，该紧凑集成方案在大电流双极性脉冲输出与参数可调性之间实现了兼顾，为中压条件下高功率脉冲源的小型化与工程化提供了实验依据和设计参考。

PFN-Marx发生器准方波输出特性与装置的紧凑性是一对矛盾。随着对装置紧凑性的更高要求，发生器叠加过程中PFN波传输产生的级间电磁耦合愈发明显，其对PFN的脉冲调制特性有显著的影响，进一步影响发生器的准方波输出特性。基于此问题，本文开展PFN-Marx发生器叠加过程中PFN的电磁耦合分析。首先，通过理论推导，分析波传输过程中PFN级内和级间的电磁耦合现象，并得出其计算公式；然后，建立典型的PFN-Marx发生器的3D模型进行场路协同仿真；最后，分别搭建单级、多级发生器进行实验验证。通过分析对比三种结果，提高对PFN-Marx发生器波传输过程中电磁耦合的认识，从而在设计中规避部分电磁耦合，提升PFN-Marx发生器方波输出能力。本文可以为PFN-Marx发生器的准方波输出和紧凑化提供技术参考。

高性能等离子体运行下的多尺度湍流与输运研究是磁约束聚变研究中的重要课题。HL-3托卡马克实验装置的等离子体参数范围决定了远红外激光相干散射是多尺度湍流实验研究所需的最佳诊断手段。本文将基于诊断系统的整体设计参数，详细介绍HL-3托卡马克上的远红外激光相干散射诊断系统的窗口设计。多尺度湍流相干散射诊断系统与HL-3装置相关的窗口界面为6号与12号中平面窗口。这是两个大型复合窗口，其中6号复合窗口上高于中平面100 mm的CF100法兰窗口为主激光入射窗口,12号复合窗口上垂直排列的三个CF165法兰窗口为主激光和散射光的出射窗口。窗口的设计主要需要考虑窗口的透过率、尺寸、真空密封与安全的要求。对于入射窗口的设计，其透过率与窗口材料、厚度有关，窗口的尺寸由高斯光束传播特性决定，窗口的厚度与尺寸设定还需要考虑真空密封与安全要求。出射窗口在设计中除了需要考虑以上因素，还需要重点考虑诊断的物理需求。窗口的高度尺寸与诊断系统的波数测量范围密切相关；同时，受磁场与运行模式影响，对于不同的散射角度，散射光在水平方向上存在角度偏移，窗口的宽度设计作出了相应的调整。

提出了一种基于Risley棱镜原理的新型圆极化全金属超透镜波束扫描天线，旨在解决高功率微波天线领域的大角度波束扫描和高功率容量难题。通过在六边形透镜单元中引入圆形缝隙及超材料结构，实现了该单元在中心频点处超过99%的圆极化正交转化效率（表征入射左旋/右旋圆极化波向右旋/左旋圆极化的转化效率）及0～360°连续相位调控。单元组阵后，两层透镜与径向线枝节缝隙馈源共同构成了波束扫描天线。其中第一层透镜将馈源辐射的圆极化空心波束转换为实心波束，并实现25.66°波束偏转，第二层透镜将该偏转波束进行二次偏转，独立转动两层透镜可以实现±60°锥角内的二维波束扫描。仿真设计了工作在14.25 GHz、轴向长度为5.6λ的波束扫描透镜天线，扫描过程中增益变化范围为34.7～37.9 dB，反射系数始终低于−25 dB，最大口径效率超过79%。单个透镜单元功率容量为0.63 MW，天线整体功率容量超过1 GW，具有应用在高功率微波领域的潜力。