高功率微波在军事和民用方面具有重要的应用前景。近年来,高功率微波的辐射电场越来越接近背景气体的击穿阈值,一旦气体击穿发生,伴随产生的等离子体将严重影响高功率微波的传播。因此,对高功率微波大气传播开展研究具有重要的意义。本文以电子流体模型为基础,并混合其它模型,研究高功率微波与气体等离子体之间的相互作用。电子流体模型由麦克斯韦方程组,电子密度连续性方程,电子流体动量守恒方程以及电子流体能量方程组成。相对于粒子模型,电子流体模型具有简单、快速的特点,且可以模拟高密度的气体等离子体对微波传播的影响。采用时域有限差分方法数值求解一维和二维电子流体模型。值得强调的是,在迭代计算中,电子密度方程与电子能量方程构成二元一次非线性方程组,我们采用埃特金迭代方法对其进行局部迭代求解。在每个时间步上,除更新各个网格上的电磁分量与流体分量外,还通过计算电子流体能量与电子密度的比值(平均电子能量)更新电离率等输运系数,以分析高功率微波大气传播的瞬态特性。为了验证该算法的有效性,将模拟的空气击穿阈值与实验数据进行对比,发现两者基本一致。在电子流体模型中,需预先指定电子能量分布函数,以计算能量依赖的输运系数。先前的研究中通常假设电子能量分布函数服从麦克斯韦分布,而当电子能量分布严重偏离平衡状态时,麦克斯韦分布假设可能给模拟结果引入很大的误差。为了提高电子流体模型的精度,本文通过混合其它模型提出了两种改进电子能量分布函数的方法。第一种方法是引入等效的电子能量分布函数形式,其形状因子与气体成分、微波频率等有关,且可通过对比粒子模拟结果来确定；第二种方法是直接求解电子玻尔兹曼方程,确定电子能量分布函数。分别将上述两种方法得到的电子能量分布函数引入电子流体模型,所预测的击穿时间均与粒子模拟结果符合得很好,这证实了改进的电子能量分布函数的有效性。本文也证实了当电子能量分布严重偏离平衡状态时,采用麦克斯韦分布函数得到的击穿预测与粒子模拟结果的差别很大。采用上述模型与其算法,对高功率微波传播的若干瞬态问题进行了分析。结果发现,六氟化硫与空气的混合气体中,由于饱和电子密度偏低,击穿电场波形未出现脉冲缩短现象,且随着六氟化硫比例的增加,高压下的击穿阈值明显增加。低海拔下平均电子能量偏低,击穿很难发生,随着海拔的增加,平均电子能量逐渐增大,引起空气击穿,伴随产生的高密度等离子体强烈吸收和反射脉冲尾部。基于大量的粒子模拟,我们证实了由玻尔兹曼求解器Bolsig+得到的正弦微波脉冲下的电子能量分布函数可用于近似超宽带脉冲下的情况,在此基础上分析了不同压强下超宽带脉冲击穿的时域演化过程,并讨论了脉冲波形对气体击穿的影响。压强为一个大气压时,不同微波频率下均形成若干个离散的等离子体丝,其逐渐朝波源移动,且随着微波频率的降低,相邻等离子体丝之间的间距与对应波长的比值几乎保持不变(接近四分之一),而形成新的等离子体丝所需要的时间显著增加。在圆柱波导近场区域,空气击穿等离子体的密度在径向和轴向上均是非均匀的,不同气压下传输功率的主导损失机理具有很大的差别,即低压下为等离子体对微波的反射,而随着压强的增加逐渐演化为等离子体对微波的吸收。