由于军事、科学研究和工业生产对高功率、高效率并且能稳定工作的高频率毫米波源的不断需求,逐步发展了一门边缘学科---高功率微波技术。经过几代人的奋斗,高功率微波技术得到迅猛发展。除了应用于军用雷达、拒止武器和工业加热等领域外,新的应用也是层出不穷。高功率毫米波系统主要包括高功率毫米波源、高功率毫米波传输系统、微波的发射和接收系统等组成。每个子系统工作性能对整个高功率微波系统是否能有效工作起着非常重要的作用。由于回旋行波管具有高峰值功率、高增益、高效率和相对宽的带宽等优点,非常适合作为新型的毫米波源。传输系统主要有模式变换和过渡器系统组成,为发射系统提供匹配的馈源。发射和接收系统主要由发射天线和接收天线组成,完成毫米波能量的辐射和接收。其中,高功率微波模式变换对于提高整个系统性能占据着不可替代的地位,它使微波源输出的能量充分有效地传输和转换,因此具有非常重要的理论和实际意义。本文是在回旋管863重大项目的资助下,对回旋管外接波导模式变换部分作了系统的研究,设计加工的模式变换器已经成功应用在科研实验中。主要工作如下:1.研究过模圆波导中横截面半径渐变和波导轴线弯曲的模式耦合问题,给出了它们的耦合波微分方程以及相应的耦合系数的一般表达式。2.详细分析了在高功率微波中实现模式转换所需要的条件;讨论了在不同情况下,求解耦合波微分方程的数值计算方法以及采用的优化算法。3.对TE01—TM11模式变换器进行了详细的研究。在波导轴线弯曲的耦合波微分方程的基础上,编制了数值求解方程的程序。在ka波段分别对常曲率弯曲和变曲率弯曲两种情况下圆弧弯曲、指数弯曲和正弦弯曲三种结构进行了大量的数值计算,得出了它们结构的优化几何参量。同时,还对它的临界角进行分析,对研究轴线弯曲圆波导是有一定参考价值。4.详细地研究了TM11-HE11模式变换器。采用电磁仿真软件HFSS和CST微波工作室,在波纹波导的轮廓为线性渐变和抛物线渐变两种情况下,在ka波段分别针对波纹波导的周期、槽宽和模式变换器的长度等变化参量建立相应的模型,进行了大量模拟计算,得出了结构的优化几何参量。5.设计和加工了8mm波段的TM11-HE11模式变换器,并将其投入到具体实验测试当中,将实验测试结果与模拟计算结果进行对比,取得了很好的一致性;同时,还对功率容量进行了分析。