电子回旋共振加热(ECRH)系统由于输出的电子回旋波与等离子体耦合效率高、耦合机制简单、能量局域沉积以及天线可远离等离子体等优点在磁约束聚变领域得到了广泛应用。该系统提供电子回旋波的核心器件－回旋管在工作过程中输出模式的杂模所占比例过高时，会对系统产生一系列不良影响，然而目前缺乏有效的对其输出模式进行在线分析的手段。本文基于这一需求依托J-TEXT装置和HL-2M装置的105GHzECRH系统实验平台设计了一套以三端口宽带定向耦合器为主体的电子回旋波模式分析单元。该单元在上述两套ECRH系统实验平台上分别开展了高功率实验，并给出了回旋管输出的电子回旋波的各模式比例及相位信息。本文的研究工作主要包括：
　　简要介绍了托卡马克装置与ECRH系统的紧密联系，引出了对ECRH系统中的回旋管输出电子回旋波模式进行分析的必要性以及目前国内外已有的相应分析手段；
　　介绍了本文研制的模式分析单元的主体－定向耦合器的相关设计理论基础，在确定了定向耦合器的基本类型后，对小孔耦合原理和多孔耦合下的相位叠加原理进行了分析和推导，为后续耦合参数的设计提供了理论指导。
　　着重介绍了本文研制的模式分析单元中的定向耦合器的具体设计过程。建立了单端口定向耦合的设计模型，在此模型的基础上对耦合参数进行了设计及优化并推广至三端口定向耦合器；给出了三端口定向耦合器结构的设计方案，对于该方案实际的加工效果进行了评估。
　　介绍了在J-TEXT装置和HL-2M装置的105GHzECRH系统调试平台上开展的高功率模式分析实验以及结果分析。