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毫米波与亚毫米波在目标识别与探测、精确制导、受控核聚变、通信等领域有着广泛的开发应用前景。毫米波与亚毫米波系统通常包括源、传输系统、发射系统和接收检测系统。传输系统是保障有效发挥系统效能的关键。传输变换功能器件是应用系统的核心关键组件,主要包括输入输出耦合结构、模式变换与无源控制器件等。本文对同轴布拉格反射器、模式变换器、过渡器和准光型滤波器等毫米波亚毫米波传输功能器件进行了理论和实验研究,对解决传输系统关键技术问题提供了有效的途径。本文的主要工作和研究成果如下:1.提出了一种用于相对论绕射辐射振荡器(relativistic diffraction generator,RDG)的锥度型同轴正弦内开槽布拉格反射器结构。基于复功率守恒技术(conservation of complex power technique,CCPT)导出了同轴布拉格反射器的广义散射矩阵,编制了分析和优化同轴布拉格反射器的数值计算程序。数值计算结果表明,反射器对8毫米波段的TM模式具有良好的反射特性和模式选择特性。数值计算结果与模拟结果基本一致,验证了理论方法的正确性。对基于该反射器的8毫米波段RDG进行了三维粒子模拟(particle-in-cell,PIC),分析了阴极位置、反射器位置和磁场强度对器件输出功率和模式的影响。实验研究表明,输出功率达到756 MW,效率超过20%,实验结果与模拟结果基本一致,表明引入反射器可显著提高RDG的性能。2.提出了一种半径和周期双重扰动的非均匀圆波导模式变换器结构。推导了径向扰动和轴向扰动圆波导模式变换器的耦合波方程,编制了基于Nelder-Mead优化算法的模式变换器数值优化计算程序。通过数值计算和分析对0.22 THz TE03-TE01、TE01-TE11和TE01-TM11模式变换器结构进行了优化,数值计算结果表明,相比传统均匀微扰结构,非均匀结构TE03-TE01变换器总长度缩短44.18%,变换效率95%以上的带宽增加了150%。开展了非均匀圆波导模式变换器实验研究,获得了对称性良好的TE02和TE01模式分布,表明变换器具有良好的模式变换效果。3.提出了一种可以根据不同工作条件调整径向变化率的二次多项式正弦型模式过渡器结构。数值计算表明,中心频率0.22 THz的近截止型和过模型TE01模过渡器传输率均高于99.9%,驻波比小于1.02,数值计算结果与仿真结果基本一致。本文提出的过渡器结构在传输率、带宽和紧凑性方面,相比三角函数型和线性过渡器有明显的优势。4.对一种基于频率选择表面(frequency selective surface,FSS)的四裂缝互补结构电感电容谐振(four-split complementary electric-LC,FCELC)带通滤波器提出改进型结构。实验果表明,中心频率0.281 THz宽带滤波器和中心频率0.315 THz窄带滤波器的3d B相对带宽分别为26.7%和7.6%,插损分别为2.6 d B和1.9 d B,带外抑制分别超过30 d B和40 d B,实验研究结果与模拟计算结果基本一致。该改进型滤波器与传统结构相比,在加工难度、插损值、带宽和抑制寄生谐振等方面具有明显优势。