近年来,随着科学技术的不断发展,毫米波技术在军事和民用领域展现出了广阔的应用前景。周期性结构作为毫米波器件中一种重要设计结构,受到越来越多研究者的关注。基于周期性结构的反射型或透射型器件,如平面反射阵列天线、频率选择表面、耦合器、极化器以及分束器等,具有易加工、成本低、体积小和易于集成等特点,适合于毫米波频段的应用。同时,周期结构器件的分析计算仅需施用于器件中的一个周期单元;通过周期单元的结构设计与反复迭代,快速优化出理想的单元结构,可大幅度提高整体器件的设计效率和工作性能。当前,在毫米波传输系统中常将具有大功率输出特点的回旋管作为毫米波系统源,为了避免系统运行过程中器件被电击穿等问题,需要设计具有大功率容量的传输器件,而周期结构的诸多特性使其成为解决此类问题的一种有效途径。因此,对基于周期性结构的大功率毫米波器件进行研究以及挖掘其潜在的应用具有重要的工程意义。本文主要研究了可应用于大功率毫米波传输系统的基于周期结构的反射式圆极化器、反射式衍射波束功分器以及异常反射器。本论文的主要工作如下:1、对光栅圆极化器的工作原理和光栅的电磁衍射理论进行研究;在此基础上,设计了矩形、椭圆形等多种不同轮廓单元的光栅圆极化器。为了拓宽器件的轴比带宽,论文采用蘑菇形的新型周期结构设计了一款宽频段的反射式光栅圆极化器,该器件具有功率容量大、轴比带宽宽等特点。通过器件的实物加工与测试分析,光栅圆极化器的理论设计结果得以良好验证。2、本文从光栅的矢量衍射理论出发,分别设计了基于U型与双正弦曲线型周期结构的衍射波束二等功分器,并对两项设计的性能进行对比分析。之后,本文在具有更宽工作频带的双正弦型光栅二等功分器的基础上,设计了衍射波束三等功分器,并在FEKO软件中对这两款设计分别进行小尺寸建模与仿真。仿真结果表明,该类器件可以实现不同衍射级次波的等功率辐射且具有良好的工作带宽的特点,验证了设计的有效性。3、本文介绍了一种基于周期结构的metagrating器件,对该器件作为异常反射器的工作原理进行详细阐述。在此基础上设计了一种基于PCB工艺的新型结构metagrating,该器件能够在宽频带内实现高效异常反射。