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高功率微波(HPM)技术是20世纪70年代以来随着脉冲功率技术的发展而产生的一门新兴学科，是脉冲功率技术与等离子体物理及微波电子学技术相结合的产物。在HPM各种潜在的军事和商业需求中，一个重要的军事应用背景为HPM武器，其具有非致命、全天候、光速攻击、效费比高特点。然而HPM能否成为有效的军事武器一个首要基础在于HPM效应研究。
HPM效应研究复杂性高，涉及学科广范，方法学还未有统一标准，传统研究技术路线有两大类：一类集中于获取HPM效应阈值数据统计，大量开展实验研究是其首要工作思路；HPM效应研究另外一些工作则侧重于某些特定理想模型理论模拟计算与数值分析，以研究电磁计算方法有效性为主要目的。两者都对HPM效应研究工作的发展具有重要意义，但前者实验费用高，效应机理层面理论支撑不足；后者因模型过于理想化，研究结果普适性尚待进一步提高。
本论文的一个重要创新点是在吸取传统效应研究方法优点基础上提出了自己特色的HPM效应研究思路，即发展了一种物理实验与电子学机理分析紧密结合的HPM效应研究方法，从器件等效电路层次开展HPM效应与机理物理问题研究，重点研究微波脉冲波形、频率、脉宽、重频以及调制方式等参数对效应结果的影响，通过实验寻找规律与特殊现象，通过电子学机理分析寻求合理物理解释，进而提出可能的HPM攻击参数与防护设计，最后再返回实验验证。
首先，论文第一章综述了近些年国外HPM效应研究现状与发展动态，分析总结了几个非常值得关注的HPM效应实验统计规律，如微波频率、功率、脉宽和重频参数等。针对HPM效应研究涉及多学科知识特点，论文第二章从HPM与电子学系统作用各个环节角度出发，给出了HPM效应研究方法学与相关工具总结，较详细讨论了孔缝耦合计算、电磁拓扑分析、电路与器件模拟、效应数据库与效应评估当前研究技术途径和归类比较。
在效应实验系统设计与建设方面，论文第三章详细阐述了以S波段100kW发射机和大功率GTEM小室为中心的多用途高重频辐照、注入两用效应实验系统，国内未见类似系统报道，其总体达到如下性能指标：
频率：(2.5-3.5)GHz；
重频：单次-100kHz，脉冲串式工作，脉冲个数可调；
脉宽：典型值为1μs；
调制方式：可在脉宽内采用不同调制信号；
输出最大功率：100kW，减少输入可降低输出功率，但波形、脉宽相应变化；
功率密度：大于1W/cm2(转台位置，输入功率大于100kW)，更小的EUT尺寸可获得更高功率密度。在此系统上开展了计算机微波波形敏感度规律实验研究，获得了一些有参考价值效应机理总结。通过效应源的扩展，该实验系统还可完成如雷电脉冲、核电脉冲及UWB脉冲环境辐射环境模拟功能；针对器件级效应机理实验所建立的动态在线效应注入实验系统则在相应各章节分别叙述。
论文第四和第五章分别开展了典型雷达前端保护器件PIN限幅器和以CMOS反相器为代表的单元数字电路在器件等效电路层次上的效应机理理论模拟与实验研究。论文建立了PIN限幅器和CMOS数字电路单元器件反相器HPM效应SPICE模拟电路模型，该电路模型可较好定性反映器件在高功率微波作用下的内在物理响应过程，效应模拟结果及其所反映的机理规律与注入实验数据基本一致，表明了这种基于SPICE电路微波效应模拟研究方法的有效性。论文通过大量模拟计算和注入实验结果数据对比分析获得了一些有指导意义的、符合效应阈值实验统计数据规律的效应机理规律总结，给出了比较合理的效应机理规律物理层面解释，对进一步开展HPM防护研究工作具有重要参考。
通过对PIN限幅器效应模拟与实验研究，给出了限幅器重要物理特性-尖峰泄漏功率、脉宽、前沿等机理规律总结，其次提出并通过注入实验验证了PIN限幅器的高重频损伤机理，从瞬态阻抗变化过程给出了其高重频损伤物理解释；CMOS反相器研究显示，其扰乱/翻转阈值频率规律整体大致遵从f2规律，即微波脉冲频率越高，效应阈值越大；注入微波脉冲频率高于C波段以后，扰乱功率阈值有明显较大上升；部分反相器扰乱(闩锁效应)具有能量阈值特点，即所需微波脉冲功率越与注入微波脉宽基本成反比，但在脉宽内能量基本一致。
论文第六章系统地开展了RF前端链路“前门”带外效应可能性探讨研究。通过对开口波导天线、带通滤波器的带外模拟计算与实验研究，显示RF前端接收链路存在这种“前门”带外HPM耦合较强薄弱环节，部分带外频段功率耦合系数总体与带内相当。因此传统电磁兼容思路通过合理分配电磁频谱来防止电子系统间通道干扰技术途径需要改进，必须考虑到可能的带外效应，且带外频段应包括至毫米波段。
最后，论文第七章在效应实验系统功能扩展方面作了一些模拟设计和实验研究工作。首先使用三维全波电磁模拟商业软件进行了某宽带大功率连续波行波管效应源高频慢波系统色散特性模拟计算，通过和行波管专用设计软件AI计算结果和实验测试数据的对比分析，对AI计算结果给出了合理校正因子，这项工作对该行波管样管高频系统参数设计具有较高实际应用价值；其次，本章论文还进行了行波管宽带大功率输出结构优化设计以及新型宽带大功率微波盒型窗的设计方法研究，获得了L波段相对带宽达41.4％盒型窗结构设计参数，且频带内无鬼模振荡，由此完成了全波导带宽标准波导输出大功率螺旋线行波管发明专利申请。本章论文还开展了大功率脊波导微波窗研究，该微波窗已成功应用于直接脊波导输出倍频程大功率螺旋线行波管样管，经测试在(2-4)GHz带宽内连续波输出功率大于2kW，最大点已达3kW，并完成大功率脊波导窗和直接脊波导输出倍频程大功率螺旋线行波管专利申请。