诊断技术的发展是聚变等离子体物理实验研究的基础。其中利用等离子体中处于微波范围电子回旋辐射信号，可以诊断电子温度及其相对涨落的一维或二维分布，分别对应于电子回旋辐射(Electron Cyclotron Emission, ECE)诊断和电子回旋辐射成像(ECE Imaging, ECEI)诊断。这类诊断技术具有优良的可近性，较高时空分辨率的特点，在国内外诸多磁约束装置上得到广泛应用。本论文主要围绕作者参与完成的J-TEXT托卡马克ECE诊断和ECEI诊断天线及电子学单元设计研制工作展开，并基于ECE诊断进行了等离子体输运约束相关的物理实验研究。
　　作者前期主要参与完成了J-TEXTECE诊断研制工作。ECE诊断采用了外差式结构，包含24个通道，频率范围覆盖80-125GHz，时间分辨可达0.5μ??，径向空间分辨可达1.25cm。在大多数纵场条件下可以覆盖大半个等离子体区域。利用波导器件频率向上兼容的特点，ECE前端传输线采用的W波段设计，实现了单天线跨波段(W/F波段)测量。基于椭球反射镜的前端光路优化设计，将ECE极向分辨提升至2cm(中心)~5cm(边缘)。经过实验运行检验，J-TEXTECE诊断性能稳定优异，为众多物理实验研究提供了良好的数据支持。
　　为了更好地在J-TEXT上开展磁流体不稳定性和破裂机理的相关研究，作者自2015年起参与了J-TEXTECEI诊断研制工作，并负责总体设计和电子学设计。基于J-TEXT放电区间对应的频率范围，围绕宏观磁流体不稳定性(锯齿，撕裂模等)等研究目标，确定了J-TEXTECEI的双天线阵列设计方案，分别覆盖F波段(90-140GHz)和W波段(75-100GHz)，共计2(阵列)×8(径向)×16(极向)=256道。该方案配合先进准光学系统，既可分开观测同一磁面的高低场侧，又可合并测量一块连续宽带区域，以满足不同实验需求。本论文详细介绍了作者负责参与完成的J-TEXT天线阵列和电子学模块设计。为了满足J-TEXTECEI需求，完成了16个不同频率高通滤波板的仿真设计和加工测试，并针对J-TEXT105GHz电子回旋辐射加热系统，开展了陷波滤波板的设计和测试，其性能均达到了设计目标。
　　为了提高系统运行调节效率，适应大型装置及未来聚变堆的操作要求，J-TEXTECEI电子学模块摒弃了前代方案中器件手动拨片调节的方案，瞄准远程数字控制调节这一目标进行了全新设计。论文详细介绍了远程数控电子学模块各功能单元相关器件选择、数控方案设计的等细节，优化了面板接口设计以满足激增的数控信号通道的需求，最终完成了电子学模块的研制，提供了实现数控ECEI的硬件基础。此外，新的电子学模块设计拓展了系统的测量能力，单模块带宽由前代2-9GHz扩展为2-12GHz，频率选择方案由前代2种扩展为3种，进一步提高径向观测范围调节灵活性。
　　ECEI诊断设计及加工完成后，围绕天线阵列和电子学模块开展了一系列的测试工作，对测试中遇到的关键问题进行了诊断、修复和优化。调试完成的J-TEXTECEI诊断于2019年10月正式投入使用，已经获得了初步结果，远程数字控制功能使用正常，调节效率提升显著，针对宏观不稳定性的观测清晰准确，基本达到了研制目标。
　　在开展ECEI研制工作的同时，作者还基于前期完成的ECE诊断开展了相关物理研究，包括电子热扩散系数测量分析，等离子体约束和冷脉冲实验相关的物理研究。在纯欧姆放电下的线性欧姆约束与饱和欧姆约束模式转换实验研究中，确定了J-TEXT等离子体在固定参数下约束模式转换的临界密度，与经验定标率给出的密度阈值较为接近。在冷脉冲实验研究中，从数据上定量上分析了温度剖面上发生逆极性响应期间不同等离子体参数的演化趋势，同时针对多普勒背向散射诊断测量到的电子密度涨落演化进行了频谱分析，发现其波数尺度与捕获电子模尺度相近的高频成分演化在高低密度下呈现不同趋势。实验分析认为只有在TEM主导电子热输运时，外加扰动使TEM不稳定性发生变化，才能引起温度上的逆极性变化。
　　J-TEXT上ECE和ECEI诊断设计搭建完成后，经等离子体环境运行与物理实验检测，均可提供良好的空间观测能力和优良的信号质量，为J-TEXT托卡马克实验研究打好了诊断基础。