回旋行波管作为一种理想的大功率微波毫米波功率源,是一种重要的微波毫米波信号放大器,具有输出功率高、增益高、工作频带宽等优点,广泛地应用于雷达系统、通信系统、工农业生产等工程领域中,因此在国内外备受关注与重视。而在回旋行波管设计与应用过程中,输入输出系统传输链路的设计与研究对于回旋行波管稳定的工作与测量具有极其重要的价值。输入输出系统传输链路是指回旋行波管工作时需要的一系列微波元件,包括固态功率放大器、波导耦合器、隔离器、模式变换器、输入输出耦合器以及连接波导等微波元件。在回旋行波管的研制过程中,要提前研究其工作模式和竞争模式在传输链路中相关微波元件的特性并进行冷测实验的验证,比如要测试高频结构中工作模式和竞争模式的衰减以及色散特性,工作模式下的输入输出耦合器的性能、输出窗的传输和反射特性、谐振腔的Q值以及圆波导定向耦合器的耦合度测试等。回旋行波管的工作模式大多为圆波导的TE₀₁模,而竞争模式通常有TE₂₁、TE₀₂、TE₁₁等模会给整管工作带来一定的不稳定性,因此在进行整管的组装和热测前需要设计特定的模式变换器来激励回旋行波管的工作模式和竞争模式。输入耦合器是回旋行波管输入系统传输链路中的核心部件之一,是将输入矩形波导TE₁₀模转化为回旋行波管相应的工作模式,以实现对回旋电子注角向群聚的调制,其工作带宽和输出模式的纯度直接影响着回旋行波管的增益、带宽和互作用效率等,输入耦合器的设计对于提高整管的性能具有重要的意义。波导耦合器的设计是回旋行波管传输链路中较为重要的一环,回旋行波管作为大功率微波毫米波源其工作需要固态功率放大器作为前级驱动,而固态功率放大器的工作状态与测试过程都需要矩形波导耦合器对其传输的微波能量进行时域包络监测、功率测量、频谱测量等,回旋行波管输出功率的测量与检测同样需要波导耦合器,但是其输出一般为圆波导故需要设计圆波导定向耦合器。在传输链路系统中,各个微波元件往往通过连接波导连接,但是由于装配或者设计的问题,会遇到两个矩形波导端口出现转弯、扭转一定角度、偏移等状况,最常见的就是矩形波导端口轴向旋转90度的情况,需要采用特别连接波导改变矩形波导的极化方向,实现元件的连接。为了满足系统整体结构的紧凑,需要设计出宽带紧凑型的连接波导减小系统的体积和重量。因此,本文工作内容包括以下几个方面:1、首先介绍了回旋行波管发展历程与应用,简单阐述了回旋行波管的结构以及工作原理,介绍了输入输出系统传输链路的研究现状与意义。2、着重介绍了回旋行波管冷测实验所需的模式变换器的设计与实验,采用同一拓扑结构分段设计了Ka波段宽带高转化效率TE₁₀-TE₂₁\TE₀₁模式变换器,并对设计的模式变换器进行了近场测试实验以及传输系数测试实验。3、设计和仿真了回旋行波管输入耦合器以及波导耦合器,介绍了应用于输入系统链路中Ku和Ka波段输入耦合器的设计并在此基础上改进输入耦合器截止圆波导段提出一种新颖的双模双频段输入耦合器的设计方法,同时介绍了传输链路中的具有高耦合平坦度的宽带紧凑的矩形波导耦合器以及圆波导定向耦合器的设计。4、提出并设计了一种应用在传输链路中的新型结构的宽带紧凑型扭波导,该扭波导结构简单可显著减小系统体积和重量,具有较强的实用价值。通过对加工的宽带紧凑型扭波导的实验验证了其优越的性能。