高功率微波系统指的是频率在300MHz~300GHz间且峰值功率超过100MW,波长跨越毫米波和厘米波的电磁波产生、传输和辐射系统。军事和工业方面的应用促进了高功率微波相关研究的迅猛发展。近年来微波系统呈现出向高频率、高功率方向发展的趋势。对于功率较高的毫米波系统,传统的在微波传输线路中实现双工的方法已经不再适用,必须应用高功率毫米波天线双工器,在天线内部实现双工。阻燃管,环行器,开关双工器都可以实现双工,但是不能应用于高功率毫米波系统,比较合适的方法是应用金属光栅双工器,其优点是可以克服功率容量的限制。本文研究的是一种金属光栅高功率毫米波天线双工器,其核心器件是一个圆极化器和一个极化分离器。本文首先以自由空间Floquet模理论与平板波导传输理论为基础,推导出单级反射结构的S参数矩阵,编写了相应的数值计算程序。利用该程序对金属光栅结构的高频特性进行分析和验证,进而得到了Ka波段矩形截面的光栅圆极化器和极化分离器的初步设计方案。在此基础上,利用级联模式匹配方法和阶梯近似方法相结合,编制出分析任意截面的反射式周期性光栅的通用程序,对光栅槽的周期、宽度、深度以及入射角度对圆极化器的TE波和TM波的相位差和极化分离器的-1级衍射波束的反射系数的影响进行模拟计算。最后得出抛物线型圆极化器金属光栅在轴比<1.1时,带宽>10%,抛物线型极化分离器TE波的-1级衍射波束的反射参数幅值大于85%。根据所得到的参数用电磁场仿真软件进行仿真,仿真结果比较好的和数值计算的结果相符,证明了数值计算的正确性。优化后的双工器对功率容量和带宽都有了很高的提升。