在磁约束受控聚变研究中,电子回旋共振加热(ECRH)因具有加热局域性强、波与等离子体耦合效率高以及天线可远离等离子体等特点,被广泛的用于等离子体加热、电流驱动、辅助启动、电流剖面控制、MHD不稳定性抑制以及输运研究等方面。本文依托国内大型偏滤器托卡马克装置HL-2M开展电子回旋共振加热系统的研制,对基于过模波纹圆波导的ECRH传输系统关键技术包括传输系统的导波理论、波传输过程中的损耗以及用于毫米波极化器设计的矢量衍射光栅理论等进行了研究；在理论和实验研究的基础上,设计和研制了用于HL-2M装置ECRH真空传输系统(真空度优于10-2Pa)的高功率毫米波部件,包括过模波纹圆波导、一体式换向波导、滑动及抽气波导、隔直器以及可控极化器等。传输部件的功率容量为1MW/3s。本文主要包括三部分。第一部分为第二章和第三章,详细阐述了ECRH传输系统的导波理论,对波传输过程中产生的损耗进行了详细分析,为传输系统中与过模波纹圆波导相关的部件研制打下了基础。该部分首先从过模波纹圆波导的特征方程出发,对波导壁函数、特征值及壁损耗进行了求解；对波导内的两个等价模式集合(混合模集和线极化模集)中各种模式的场分布进行了推导,并给出了两种模式集合中模式间的简并关系；对波导内多模传输条件下的传输特性进行了研究。在此基础上,利用模式匹配方法对ECRH传输系统内模式激励过程中理想和非理想情况下的模式转换损耗进行了详细分析,并对非理想情况下波导内激励起的杂模问题进行了讨论；分析了波导连接过程中可能出现的错位以及ECRH传输系统中间隙引起的模式转换损耗,并讨论了杂模的比例及相位等参数对间隙损耗的影响。最后,利用一套68GHz ECRH系统开展了实验研究,验证了传输系统的高效稳定传输特性。第二部分为第四章,对基于坐标转换方法的矢量衍射光栅理论进行了研究和探讨,为ECRH传输系统可控极化器的设计提供了理论基础。第四章首先从坐标转换方法出发,得到了光栅的特征方程以及关于TE和TM极化波的线性方程组,编写了基于坐标转换方法的衍射光栅数值计算程序,将计算结果与矢量积分方法进行了比较。在此基础上,对衍射光栅的极化特性进行了研究,给出了光栅槽纹周期的选取原则,讨论了光栅参数包括槽纹周期及深度等对极化特性的影响,并给出了线极化及椭圆极化光栅的一组与频率无关的槽纹优化参数。最后,通过在实验室搭建的低功率测试平台验证了理论分析的正确性。第三部分为第五章,在前面两部分研究的基础上完成了ECRH真空传输部件的设计与研制,对部件的损耗进行了分析；并对部件的真空性能进行了测试。除可控极化外,所研制的其它部件均可在140GHz和105GHz两个频率下使用。该章首先对过模波纹圆波导的波纹参数进行了设计,对波导的加工工艺特别是1m波导的加工工艺进行了研究,研制了长度为200mm、300mm、500mm及1000mm的过模波纹圆波导,并对所研制波导在140GHz和105GHz两种不同传输频率下的损耗进行了分析。在过模波纹圆波导设计和研制的基础上,对和波导相关的器件包括一体式换向波导、滑动及抽气波导以及隔直器进行了设计与研制,采用间隙损耗分析模型对一体式换向波导和隔直器的模式转换损耗进行了分析和讨论。采用基于坐标转换方法的矢量光栅理论分别设计和研制了用于140GHz和105GHz系统且远程可控的极化器,并对可控极化器在真空条件下的转动性能进行了测试。最后,根据所研制的部件对传输线进行了布局,并对传输系统的损耗进行了分析。