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随着空间技术水平的不断提高，一方面无线通信系统中的传输功率不断上升，工作带宽不断增加;另一方面广泛应用于遥感导航、雷达探测、卫星通信的微波电子器件结构日趋复杂。入射电场在不连续结构如狭缝、小孔、调谐螺母等处激增，带来了微波击穿气体放电的风险。近年来，高功率微波越来越接近背景气体的击穿阈值。一旦产生气体放电现象，器件极易被损毁，伴随生成的等离子体对电磁波产生衰减作用。从利用的角度讲，微波等离子体对电磁波的衰减作用可用于等离子体限幅器的设计与运用。综上所述，气体放电中的微波击穿现象日趋受到科研人员的重视，是亟待研究的热点问题之一。 本文以时域谱元法为基础，求解了三维电子流体模型，分析了多载波微波击穿现象和等离子体限幅器问题。主要工作如下: 通过建立Maxwell方程组耦合流体模型描述了高功率微波击穿气体放电现象。分别建立了非自洽流体模型用于快速预测微波电子器件的气体放电阈值，以及自洽流体模型用于三维微波击穿现象的瞬态仿真。 一方面，从防护的角度出发，对通信系统中的多载波微波击穿问题进行了仿真模拟研究，观察到了微波击穿带来的时域上的入射电磁场的“尾蚀”现象和频域上的中心频点上移与频带展宽;另一方面，从利用的角度出发，对等离子体限幅器进行了仿真模拟研究，发现在相同气体填充腔长度的条件下，双层等离子体限幅器（等离子体—介质—等离子体）由于层间的多重反射，其工作性能优于单层等离子体限幅器（介质—等离子体—介质）。 本文的主要创新点有: 第一，将时域谱元法作为一种高阶有限元方法首次引入并扩展到三维微波击穿问题的数值分析中。与其他时域差分方法相比，谱元法的剖分尺寸可以放大，未知量个数大大减少;同时质量矩阵可直接求逆，计算时间得到明显的降低。 第二，针对微波电子器件的击穿阈值快速预测问题，提出在非自洽流体模型击穿准则中引入脉冲时间因子项，实现了对连续波和脉冲波的微波击穿阈值的预测。数值实验结果证明，波导型微波器件的脉冲微波击穿阈值往往大于连续波击穿阈值，表明波导型微波器件可承受更大入射场强的脉冲。 第三，流体模型首次被引入到等离子体限幅器的仿真分析中，研究了填充气体，等离子体层数、工作压强对等离子体限幅器性能的影响。通过严格的推导，提出并证明了三维流体模型中动量守恒方程和能量守恒方程中的电离率因子项不能忽略。