高功率微波是随着脉冲功率技术的发展而发展起来的,随着学者们对其日益深入的研究,它被广泛应用于受控热核聚变等离子体的加热,高功率武器,微波干燥等工业,军事领域,而它们的广泛应用又极大的促进了高功率微波技术的发展。高功率微波技术的应用离不开高功率微波系统,高功率微波系统主要由高功率微波源、高功率微波模式转换及传输系统、微波的发射和接收系统等部分组成。其中模式转换及传输系统对于能否设计出高效紧凑的高功率微波系统起着至关重要的作用。模式转换及传输系统一般由模式转换器和过渡器组成,模式转换器能通过物理结构的不规则将一种电磁波模式转换为另一种模式,其输入输出端口一般不会发生变化。过渡器是一种连接微波系统两部分的组件,会引起端口尺寸或方向的改变,不会引起模式的变化。本文对TE_m,n-TE_m,n-1模式转换器进行了细致的研究,并以此理论为基础设计了TE₀₂-TE₀₁模式转换器,直线和新型可调函数结合的TE₁₁-HE₁₁模式转换器,新型可调函数和二次多项式相结合的光滑壁TE₁₁-HE₁₁模式转换器。而环形器是微波发射和接收系统的重要组件,能够改善连续波雷达收发系统中的信号泄露问题。当雷达信号收发共用一副天线时,环形器能作为双工器,实现信号的收发隔离,从而极大提升雷达的探测距离。本文设计了中心频率为4.5GHz的环形器,其隔离度达到了-40dB。本文主要工作内容如下:1、基于麦克斯韦方程组和正交归一化矢量理论,推导了一般情况下TE_m,n-TE_m,n-1模式转换器满足的耦合波方程以及各模式间的耦合系数的具体表达式,并对耦合波方程的数值解法-龙格库塔法进行了介绍。2、基于第二章TE_m,n-TE_m,n-1模式转换器耦合波理论,编写了matlab数值计算优化程序,将以前的研究结果带入进行验证得到了较为一致的结果。以此为基础设计了中心频率为220GHz的TE02-TE01模式转换器,输入端口直径由4mm到10mm渐变。使用matlab优化程序得到的参数进行建模仿真,得到了与数值计算较为一致的结果。3、基于TE_0,n-TE_0,n-1模式转换器耦合波理论编写了TE₁₁-HE₁₁数值优化程序,基于此设计了两种中心频率为94GHz,端口直径由4mm到10mm渐变的模式转换器。第一种模式转换器采用均匀波导和新型可调函数相结合的方式,其输入输出端口平行于轴线,第二钟模式转换器将新型可调函数和二次多项式函数相结合,结构更加紧凑,其形状为喇叭状,可以直接将HE₁₁模式辐射到空间中去。使用仿真软件进行仿真验证,其结果和数值计算结果较为符合。4、对C波段环形器的基本原理进行了详细的研究,并基于此设计了中心频率为4.5GHz的环形器。其隔离度最低达到了-40dB,插损达到了-0.12dB。