随着微波技术的迅速发展,折叠波导已成为一类重要行波管慢波线。由于折叠波导输出窗是非标准波导,所以折叠波导能量输入输出耦合需要有匹配的过渡波导,最常见的过渡波导是阶梯渐变波导,因为该结构长度最短,损耗最小,因而应用非常广泛。常见的过渡波导还有双曲圆弧渐变波导、直渐变波导。对这些微波器件的设计,传统一般采用等效电路法。但这种方法设计的微波器件已经不能满足微波技术发展对器件高精度,高性能的需要,因此提出了基于严格场理论的模式匹配法。基于严格场理论的模式匹配法相比传统的方法,该方法考虑了波导不连续性所激发高次模的相互影响,有精度高的优点。此外,基于该方法的优化设计能够获得结构更加合理的微波器件。总而言之,基于严格场理论的模式匹配法可以满足现代微波技术应用对微波器件高性能,小型化的要求。从微分的角度上,我们可以找出三种常用的波导过渡结构共性的结构,我们把这个共性的结构称为基本单元。在做模式匹配分析时把这些基本结构作为分析对象,得到基本单元的S参数矩阵,该矩阵反映了结构中各模式之间的相互影响。接着可以采用矩阵级联技术,计算整个过渡结构的广义散射矩阵。在上面理论分析的基础上,对该理论方法编写程序进行计算。其次我们要在模式匹配法基础上进行优化设计,根据最后得到的微波器件各尺寸参数进行仿真。本文主要目的是研究阻抗变换器件的高精度模式匹配法,结构优化方法,并给出相应的算法,从而实现对此类器件的快速、精确设计。文章从匹配分析方法理论研究出发,系统地研究常用阻抗变换结构中若干通用基本单元的模式匹配分析方法,推导出耦合系数矩阵和广义散射矩阵的通用表达式。接着,根据上面的理论结果讨论算法并给出相应的计算程序,计算每个不连续面上的广义散射矩阵和中断电纳,并采用级联的方法算得整个阻抗变换器的S参数。采用优化程序对器件结构进行优化计算。最后,对优化后的结构进行仿真,并与优化前的结果作比较。比较结果表明,我们的优化设计对器件的性能指标有了一定的改善,该结果也说明本文研究的理论、提出优化方法、以及算法的实现都是正确的。