天线的远场对于研究天线辐射特性具有重大意义，近场测量技术因其能够避免直接测量远场而得到广泛应用，该技术采用近远场变换获得远场，然而，检验该远场的准确性也是很重要的.为了解决此类问题，文中以球面近场测量为例，提供了一种解决方案.该方案主要探讨了球面波模式展开理论，该理论是实现球面近远场变换算法的关键，其将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和，天线的加权系数既包含了远场信息也包含了近场信息.因此，不仅能够利用近场测量信息获得远场辐射特性，同样能够利用远场辐射特性反推得到近场处电场，这样就能检验由近远场变换算法得到的远场是否准确.文中首先推算得到了近远场变换公式，随后进一步推算得到远近场变换的公式，最后将本文算法计算结果与FEKO测量结果进行比较，二者吻合良好，从而证实了本文两种算法的有效性.

针对传统多层频率选择表面（frequency selective surface，FSS）的设计存在计算量大、耗时长等问题，提出了一种基于滤波器理论和FSS等效电路设计多层FSS的方法.该方法先由滤波器理论综合得到多层FSS的等效电路，再利用FSS等效电路的反演方法将其电路模型转换成多层FSS的结构参数.物理过程简单直观，可以实现任意层数的高阶FSS的快速精确设计.为了验证该方法的准确性，完成了一种K波段带通型三阶FSS天线罩设计以及实物样件加工、测试.测试结果表明该天线罩的传输曲线与滤波器理论设计结果基本一致，且对天线辐射方向图的影响较小，为多层FSS的精确设计提供了一种精确理论设计方法.

无线通信是开放的自由空间，窃听用户可能在通信过程中对信息进行窃取.针对多用户下行链路的信息泄露问题，提出一种基于时间反演（time reversal，TR）且采用波束赋形（beam forming，BF）技术优化的安全传输方案.该方案以最大化安全容量为多用户通信准则，建立多输入单输出（multiple-input single-output，MISO）窃听信道模型.一方面基站采用BF技术使信号在指定方向上增强，针对期望用户发送需求信号；另一方面由于TR技术对环境是自适应的，基站的信号在发射之前都要经过TR腔，其空时聚焦性使能量聚焦在合法接收方，保密性能更优.理论分析和仿真结果表明：与已有物理层安全方案相比，所提方案安全容量更高，误比特率更低.

针对明安图射电频谱日像仪（Mingantu spectral radioheliograph，MUSER）天线高指向精度动态跟踪要求，同时为降低非理想因素对复杂系统天线指向测量影响，提出校准天线指向的组合方法.先用网格法测量天线的双圆极化多频率通道立体方向图定性评估系统测量链路状态，后对太阳运行轨道进行十字跟踪扫描测量天线指向偏差，再用最小二乘法拟合获得天线指向模型的8个参数.国家天文台明安图观测基地的2台20 m地平式天线将在MUSER系统观测和校准中起重要作用.对20 m天线跟踪指向进行了校准，指向偏差均方根从12'改善到4.4'，验证了方法的可行性，为类似复杂系统的相关工作提供了借鉴和参考.

针对灰狼优化（grey wolf optimization，GWO）算法易陷入局部最优和收敛精度差的问题，提出了一种基于对立搜索和Levy飞行策略的改进灰狼优化算法——OLGWO算法.在算法初始化阶段，采用对立搜索策略以缩小可行解范围；在灰狼位置更新过程中，为避免算法陷入局部最优采用了Levy飞行策略.4个标准测试函数的仿真实验表明，所提OLGWO算法在收敛速度及求解精度方面均优于GWO算法，可以较快且准确地搜索到目标函数的最优值.基于OLGWO算法对隧道射线跟踪传播模型进行校正的结果表明，校正后的模型在均方根误差和线性相关性方面具有较优的性能，能够实现铁路隧道环境中信号接收功率的精确预测.

提出了一款具有双陷波特性的蜂窝结构分形超宽带（ultra-wideband，UWB）天线，采用二阶蜂窝结构作为辐射贴片和缺陷地结构接地板实现良好的超宽带特性.通过在辐射贴片上挖去正六边形和矩形宽缝隙并引入对称鱼钩形枝节，在馈线处刻蚀倒U形窄缝隙产生了3.27~4.27 GHz和7.2~8 GHz两个频段的陷波特性.天线在2.8~11.6 GHz的频段内，可有效抑制WiMAX、C波段卫星和X波段卫星窄带系统的干扰.仿真和实测结果基本吻合，表明该天线适合应用于各种UWB通信系统.

通过分析2010年至2017年期间的中国低纬地区海口站（20°N，110°E）特高频（ultra high frequency，UHF）电离层闪烁，发现绝大部分年份中春分前后电离层闪烁事件发生概率高于秋分前后，综合电离层垂测观测数据，认为主要原因是春秋分背景电离层电子密度和h'F日落增强现象的不对称性.最后基于电离层闪烁月发生概率统计数据，及其与季节和太阳活动的相关性，建立了一种考虑春秋分不对称性的电离层闪烁发生概率季节变化统计模型.此模型能够较好地表征电离层闪烁发生概率的季节变化特性，具有重要应用价值.

声波扰动能影响大气折射率结构常数，激发大气湍流效应.文章结合声波方程和Kolmogorov湍流模型的"2/3定律"，分析了声波激发功率和大气折射率结构常数之间的数值关系，分析了波长、温度和压强对大气折射率指数的影响.结果表明：压强的变化对大气折射率指数的影响最大，其次是温度，波长的影响最小.在标准大气压下，光波长为0.65 μm，声波扰动功率小于30 kW时，声波在距离声源1 m左右产生的大气折射率结构常数量级在10^-17上下波动，属于大气弱湍流效应，表明声波扰动能产生湍流，激发湍流效应.

超远程散射通信应用需求日益增加，然而通过实测验证，目前的传输损耗预测方法在超远程散射链路预测方面存在较大偏差.文中基于ITU-R P.617-3（China-ZHANG）方法针对超远程散射传播特点进行分析，给出了一种适用于超远程散射链路的传输损耗修正预测方法.通过多条实际链路测试验证，证明了该修正方法的有效性和准确性，为超远程散射通信系统设计提供了可靠的参考依据.

从粒子连续性方程出发，考虑电离、复合、附着等物理过程，初步建立了一个中低纬度地区低电离层（60~120 km）稳态物理模型.该模型涉及145个离子化学反应，能够给出23个正离子、11个负离子、12种中性粒子及电子密度分布.模拟结果表明：NO⁺及水化聚合离子NO⁺（H₂O）_n、H⁺（H₂O）_n等是低电离层正离子的主要成分；以CO₃^-及O₃^-为主的负离子成分仅在80 km以下高度占优，导致在较低高度电子密度远小于离子密度.以100°E不同纬度（5°N、25°N、45°N）为例，与国际参考电离层（international ionosphere reference 2016，IRI-2016）模型进行比较，结果表明该物理模型能够较好地描述中低纬度低电离层电子密度随高度变化、周日变化等形态学特征.

设计了一款适用于高铁平台卫星通信相控阵天线的高性能天线罩.该天线罩针对载体应用环境，设计了双向对称、低剖面的气动外形，以满足载体高速双向对开时低空气阻力的要求；同时根据卫星通信相控阵天线波束扫描的特点，设计了变厚度夹层结构，以实现天线罩对任意极化方向的电磁波宽角入射时高透波率的电性能.以Ku频段为例，根据设计结果进行了实物制作和测试验证，测试结果显示在10.5~13 GHz频率范围内，采用垂直极化波和水平极化波分别照射时，天线罩在0~70°的入射角范围内，透波率均保持在80%以上，同时天线罩对相控阵扫描波束的指向误差维持在±0.5°范围内.

为了抑制同轴线外导体表面存在的寄生电流，设计并研究了基于自适应遗传算法的寄生电流抑制结构.该结构是一个与同轴线外导体相连且两侧有五对对称I型开槽的金属板，在开槽处加载集总电容以实现小型化要求.该结构工作原理可等效为一组串联LC谐振电路，当有外部因素导致同轴线外导体表面有寄生电流存在时，该等效电路呈现的高阻抗特性会抑制寄生电流的流经.为了选取合适的电容，提出了一种自适应遗传算法来优化计算加载电容的大小，该遗传算法实现了交叉率和变异率的非线性自适应调整，与标准算法相比，该算法有更优的收敛速度以及鲁棒性.利用此算法完成了相应的计算和分析，结果表明该结构能够在5 250~5 925 MHz范围内对寄生电流实现-10 dB以上的抑制效果.本文方法能够指导寄生电流抑制结构设计，并进行寄生电流抑制效果的定量分析.

利用曲靖VHF相干散射雷达2016年3月至2018年2月间持续观测数据，对电离层E区场向不规则体（field-aligned irregularities，FAI）回波形态特征进行统计分析，结果表明：E区FAI回波在地方时和高度上呈现出三个高发区间，日侧主要位于07：00-12：00LT和90~105 km，而夜侧两个高发区间分别对应于15：00-01：00LT和90~100 km以及18：00-04：00LT和100~115 km；E区FAI回波发生率还具有明显的季节变化，夏季5-8月是其高发期，而冬季的11和12月发生率为极小；E区FAI回波多普勒速度均在-85~85 m/s变化，而其谱宽主要分布在60 m/s以内，三个区间的平均多普勒速度均仅为数m/s，明显小于其平均谱宽，后者约在20~30 m/s.此外，高度分层研究发现，日侧E区FAI的各层平均多普勒速度总体上为负值，但在96 km高度上下薄层内存在一个小幅正值，而夜侧则以105 km高度为界，其上端各层均为负值，下端各层均为正值.曲靖E区FAI表现出典型的Ⅱ型回波特征，其生成和演变过程源自电离层电子密度梯度漂移不稳定性，子午风和低F区电场在其中起着重要作用.

针对泄漏同轴电缆作为分布式传感器应用于物联网和智能家居的室内安防入侵检测时，运用全波仿真软件HFSS不能有效仿真长距离的耦合漏缆的问题，提出了一种等效电路模型.利用参数提取软件，先提取单个开槽的缝隙单元的等效电路模型，然后借助于传输线理论，利用四个传输矩阵级联得到整段漏泄同轴电缆的传输矩阵.并考虑两根漏缆缝隙间相互耦合，提出了表征耦合特性的等效电路模型.将等效电路模型利用商用软件高级设计系统（advanced design system，ADS）进行电路搭建与仿真.仿真结果表明，本文提出的两根漏缆的等效电路模型与全波仿真结果非常符合，可以快速地仿真长距离的耦合漏缆结构，并大大节约了仿真时间.

对磁保持继电器屏蔽罩的分析与研究可以满足使用者对其空间抗干扰能力的要求，以某型号单相磁保持继电器为基础，运用有限元分析软件ANSYS建立了磁保持继电器电磁系统模型，仿真计算出静磁场干扰源对电磁系统的影响并设计出一种电磁屏蔽罩，使其具有良好的抗干扰能力.研究屏蔽罩上开槽对抗干扰能力的影响，在不降低其防护效果的前提下减轻重量，得到屏蔽罩开槽的优化方案，为其优化设计提供一定的参考依据.

应用色散混合显隐式时域有限差分（hybrid implicit-explicit finite-difference time-domain，HIE-FDTD）法分析了石墨烯的电磁特性.这种方法的时间步长大小不受石墨烯层的剖分网格大小的限制，数值算例表明，HIE-FDTD方法是一种精度较高的有效算法，它的计算时间比FDTD方案大大减少.数值计算结果显示，设计的石墨烯吸收体通过改变石墨烯片的化学势，可以有效地调整吸收体的吸收峰.同时发现，在太赫兹频率下石墨烯吸收体的吸收率显示出一定的周期性并呈现栅形特性，这一特性可以对石墨烯器件的设计生产提供一些思路.

利用北欧火箭探空测量的极区夏季中层尘埃等离子体历史试验数据，采用傅里叶分析方法，计算了不同高度的尘埃密度和电子密度扰动功率谱.数值结果表明，在不同高度尘埃等离子体的扰动功率谱指数存在较大的差异，从功率谱的角度证明了中层顶尘埃等离子体不规则体结构并非都是由中性大气湍流产生的，与实验观测结果相符.研究结果对理解极区夏季中层回波（polar mesopause summer echoes，PMSE）的物理机制具有重要的意义.

基于时域有限差分（finite-difference time-domain，FDTD）法和传输线方程，并结合插值技术，研究了一种高效的时域混合算法，能够快速模拟电磁波照射自由空间和屏蔽腔内双导体传输线的电磁耦合，并实现空间电磁场与双导线瞬态响应的同步计算.该算法先采用FDTD方法模拟双导线周围空间的电磁场分布，结合插值技术构建适用于双导线电磁耦合的传输线方程，再采用FDTD的中心差分格式进行离散，从而求解得到传输线和端接负载上的瞬态响应.同时，分析双导线间距对其电磁耦合的影响，掌握其耦合规律.通过相应数值算例的模拟，并与FDTD方法进行对比，验证了该时域混合算法的正确性和高效性.