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许多高功率微波源输出的是旋转轴对称模式,这些模式若直接激励传统天线,产生的远场辐射方向图轴向为零,会降低高功率微波与目标作用的效果,这样模式转换器成了高功率微波系统中十分重要的器件。同时部分高功率微波源和发射天线对模式转换器提出了一定的带宽要求。而目前既满足共轴发射又满足宽带宽的模式转换器较少,论文采用理论分析与数值模拟相结合方法研究了这类模式转换器并设计了一个紧凑型L波段宽带圆波导TM01-TE11模式转换器。另外,本文还提出了一种新型慢波式圆波导TM01-TE11模式转换器,设计了模型并进行了初步的研究。论文采用分段设计再整体优化的方法,运用FEM程序研究了一个紧凑型L波段宽带圆波导TM01-TE11模式转换器。该模式转换器使用同轴TEM模式和矩形TE10模式作为过渡,且输入输出严格同轴。转换器中引入了圆角波导(类矩形波导)使TE10传输波导与输出圆波导连接更为容易,减小了不连续性,可望降低加工难度。然后我们建立了一个Φ16.0cm×55.2cm的模型,数值计算表明该模式转换器在1.63~2.22 GHz范围内转换效率η>90%,带宽超过30%,最高转换效率ηmax=99.8%。输入端TM01模反射率在1.63~2.22GHz范围内小于-11dB,最低处-26.3dB。输出微波辐射在轴向具有最大值,主模为圆波导TE11模式。在真空条件下模拟得出连续波工作功率容量在1GW水平,并推测高功率脉冲下功率容量超过1GW。论文还提出了一种慢波结构加载的模式转换器——慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器(Slow-wave Structures Mode Converter—SWSMC)。论文理论研究该转换器中扇形波导内各模式的传播常数,并与数值计算结果相比对吻合得很好。论文对180o扇形TE11模式的传播常数在慢波结构参数变化下的情况进行了数值研究,得到了一些有益结论。最后在数值模拟的基础上设计了一个L波段慢波结构式圆波导TM01-TE11模式转换器,器件尺寸为Φ15.4cm×40.8 cm,数值模拟表明此种转换器在1.8GHz转换效率最高为96%,且输入输出同轴。最后对紧凑型L波段宽带圆波导TM01-TE11模式转换器进行了实验设计。绘制了模式转换器装配图,给出了模式转换器冷测初步实验方案。