现代军事和科学研究的发展，对于更高功率、更高频率以及更高能量微波源的需求越来越迫切，使得高功率微波技术得以迅猛发展。其被广泛应用于军事装备、科学研究、新材料研制以及医学、生物等多方面领域。回旋行波管是一种重要的新型毫米波器件，由于具有高峰值功率、高平均功率、高增益、高效率等优点，作为通信及电子对抗、毫米波雷达等系统的功率源，受到了广泛的重视。高功率微波系统一般包括以下几个系统：输入耦合耦合器系统、传输系统、输出耦合系统、波模转换系统、天线发射以及接收系统等。各个子系统的性能对整个高功率微波系统都有着至关重要的作用。在微波的传输和发射过程中，模式变换能使高功率微波源的能量有效的传输和辐射，对于高效率传输微波能量起到了至关重要的作用，具有非常重要的研究价值和应用价值。微波冷测技术可以提前了解并验证回旋器件的元件的相应性能，及时发现器件设计中存在的不足，可以缩短整管的设计周期。正是基于模式变换器的重要性，本文对TE01-TE11-HE11模式变换段进行了深入的理论研究和仿真模拟，设计加工的TE01-TE11的模式变换器已经通过了实验验证，并成功地应用于了本教研室的科研试验中。此外，还研究了对回旋器件中的输入耦合器、输出窗以及介质的衰减的测试理论。本论文的主要工作如下：1.对高功率微波技术和回旋行波管的发展、高功率微波传输以及发射系统以及模式转换器技术的发展、研究现状、研究方法及其研究进展进行了系统的论述。2.系统的研究了以TE11为中间转换模式的模式变换链，并由耦合波理论导出了轴线弯曲模式变换器的耦合波方程以及耦合系数，详细地研究了轴线弯曲模式变换器的变换问题，提出了提高转换效率的方法。3.采用四阶龙格库塔法以及相位重匹配技术对轴线弯曲模式变换器进行了数值优化，给出了Q波段和W波段的不同优化结果，得出了模式变换器长度与带宽及转换效率的关系。同时对模式变换器进行了验证及误差分析研究，仿真验证与热测实验验证的结果都与数值优化结果一致性较好，并得出了结构参数和长度的微小变化对转换效率的影响很小，而模式变换器半径的变化对转换效率影响相对较大的结论，为实际工作中误差的控制提供了可靠的数据支持。4.详细论述了TE11-HE11模式变换器的发展，对比了传统波纹波导结构和半径渐变喇叭结构的优缺点，并对两种结构进行了理论研究，为以后的研究提供了理论基础。5.详细论述了回旋器件的冷测实验，论述了输入耦合器、输出窗以及介质在回旋器件高频结构中的作用以及主要性能指标，并给出了相应的测试原理、测试平台及测试结果与仿真结果的对比。