微波管高频系统的特性直接影响着微波管的工作频率、频带宽度、换能效率和输出功率,以及其它一系列整管性能。因此,研究与分析微波管高频系统的特性,对设计和优化微波管高频结构具有决定性意义,同时也对微波管整管的研制具有非常重要的指导性作用。本论文从时域上,对轴对称变截面波导结构高频系统的特性进行了研究与分析。应用正交函数的展开理论,将变截面波导中的电磁场表示为横电波(TE)和横磁波(TM)本征模式的级数;然后根据耦合波理论,推导了考虑波导金属壁有限电导率的变截面波导时域多模耦合波方程组(或者说广义电报方程组)及各模式间耦合系数的表达式。时域多模耦合波方程组是波导模式振幅的空间一维关联一阶偏微分方程组;因此,电磁场的计算就是求解波导模式振幅的一维关联偏微分方程组,而不用求解Maxwell全微分方程组。针对研究结构中电磁场处于稳定状态时的特殊情况,建立了耦合波方程的稳态模型;并对其进行数值算法分析,编写了稳态模型数值模拟程序——用于数值模拟变截面波导传输系统中的多模传输特性。首先,为了说明在THz波段研究变截面波导中的多模传输特性时,波导壁的有限电导率影响必须考虑,应用该模拟程序对圆波导中的模式衰减问题进行了数值计算分析。然后,介绍了应用该模拟程序对变截面波导传输系统,如波导耦合器和过渡器的多模传输特性进行数值计算分析的实例。接下来,重点分析了时域耦合波方程组——时域模型的数值算法。首先,将时域耦合波方程组的关于轴向z的一阶关联偏微分方程组形式化为二阶偏微分方程组形式;然后采用时域有限差分法“预测-校正”方式对其进行求解。这样避免了直接对一阶关联偏微分方程组采用时域有限差分法求解而导致的截止模指数增长的错误。由于波导模式的复振幅是时间的缓变函数,在一个波周期,它的值变化缓慢;因此,在数值计算中更新电磁场的时间步长不再受Courant条件限制,可以取比波周期大很多的时间步长。最后,编写了时域模型数值模拟程序——用于模拟分析变截面波导高频系统的“冷腔”特性和变截面波导传输系统中的多模传输特性;并介绍了应用该模拟程序对波导耦合器和过渡器等变截面波导传输系统的多模传输特性进行数值计算分析的实例;以及应用该模拟程序,对本实验室设计的一支三段式回旋管振荡器的“冷腔”特性——谐振频率、Q值和纵向分布函数等,分别采用单模和多模两种方式进行数值计算分析的实例。