在毫米波(MMW)和亚毫米波(Sub-MMW)频段,受益于“大气吸收”和“大气窗口”的两个重要传输频谱特性,准光网络系统(QONS)作为天线系统收发器前端的重要设备,通过改变高斯波束(GB)的传播方向和波束半径来分离或者合成不同通道的信号从而实现光路转换。因此,准光系统被广泛应用在遥感成像、射电天文、雷达探测、导弹制导、生物医学、机场安检等众多领域。国外的准光学技术经过长期的发展,已经积累了很多理论及实践方面的成果。相比之下,受限于超精密机械加工条件和测试环境的限制,国内在MMW和Sub-MMW准光技术领域仍有待进一步地提高,尤其是针对QONS中关键器件的设计和测试方面需要进行细致地研究。在此需求背景下,博士期间有幸参与了实验室的部分航天项目,开展了一系列关于QONS理论分析、三种关键器件设计和近远场测试技术的研究工作,论文涉及的五个研究内容和共同成果分别是:首先,完成了一种针对双反射镜面的快速电磁分析和计算方法。基于物理光学方法(PO)和几何光学方法(GO),提出和验证了基于“GB分析方法”实现连续寻迹双反射镜系统的电磁分析技术,包括利用“Gabor展开方法”和“点匹配方法(PMM)”对输入场方向图的GB展开、使用象散高斯波束建立镜面的抛物面反射模型和利用Q矩阵获得反射高斯波束参数、通过GB的连续寻迹技术分析两种不同的双椭圆和双抛物QONS输出场。电磁计算结果表明了 GB连续寻迹技术在分析双镜面QONS中,输出近场分布可以精确到-60dB、远场方向图可以精确到-50dB。其次,利用准光模式转换器实现了高斯模式变换。基于辐照度矩量方法设计双赋形镜面系统组成的准光模式转换器,可以将混合的高阶高斯波束模式转换为基模高斯波束(FGB)模式GB(0,0),并能够同时完成对输出场的幅度和相位矫正,从而解决了多镜面QONS中存在的波束扭曲问题。应用三阶、四阶、五阶矩量方法,从七个方面对比了算法在前十五种混合高阶GB模式中的转换能力,证明了四阶辐照度矩量算法是最高效的,它能够将高斯基模比例最少低至40%的混合GB模式恢复到纯FGB模式。这种电磁分析技术的优点是计算速度快,仅需要6～14次迭代后就可以收敛到10-32。另外,通过线性相位拟合出双赋型镜面之后,镜面系统加工难度降低和具有宽广的工作带宽特性。第三,设计了两种具有高性能高斯辐射特性的喇叭馈源。研究了圆波导内常见TE和TM模式的口径场分布。采用球面波展开方法(SWE)分析了一种超高斯馈源喇叭的口径场分布及其HE1n和EH1n模式的组成成分。利用模式匹配方法(MMM)中的散射矩阵分析了圆波导不连续性结构,设计和优化出了两种具有高斯辐射特性的“波纹喇叭”和“线性圆锥喇叭”。其中,Tanh波纹喇叭在中心频率322GHz的副瓣和交叉极化电平分别达到-40dB和-58dB。另外一种三段式线性圆锥喇叭也获得了优异的高斯辐射特性,它的副瓣电平和交叉极化电平在310GHz～340GHz范围内小于-30dB,能够降低高斯喇叭的加工难度,适合工作在喇叭阵列的形式。第四,优化、加工和测试了具有良好工作性能的波束分离器件即两种网格极化器。设计了两种可仿真工作在1GHz～～500GHz范围内的线网格极化器(WGP),分别是独立式WGP和介质板式WGP。优化结果表明了当极化器的间距比g/2a=[3.1,3.25]范围时,两者可以获得最佳的极化隔离度。通过对不同介质层位置的研究,拥有“后向抗反射层(ARL)形式”的周期性结构可以获得最佳的反射和透射效果。更重要地,根据介质板WGP的最佳仿真结构确定了器件加工参数,完成了极化器的加工和75GHz～325GHz的测试工作。其中,在测试介质板WGP中,将“时域测试技术”应用到了宽频带透射极化隔离度曲线的测试上,消除了测试过程中来自环境的杂散信号和多路径效应的影响。典型的,透射极化隔离度在183GHz和324GHz测试下分别是-25.33dB 和-19.06dB。最后,使用不同天线近远场测试与分析技术开展了评估QONS整体性能的工作。依赖于双通道QONS的设计和近远场测试软件系统的开发,在使用介质板WGP作为波束分离器件后,实现了 183GHz水平极化信号的反射和324GHz垂直极化信号的透射。在输出平面的近场测试中,获得了 183GHz通道的三种不同反射平面场(极化器、铜板、铝板)和324GHz通道的二种不同透射平面场(极化器、空气直通)。进一步地,通过三种不同远场分析方法,分别是近远场转换理论、理想静区积分原理和直接CATR远场测试,对比分析了 QONS中输出近场和远场平面波束的质量,详细分析了双通道输出场在波束能量损失、平面方向图对称性、波束半径、交叉极化隔离度和副瓣电平上的差异性。一系列的测试对比结果表明了在使用介质板WGP后,QONS中反射和透射通道的输出场能够获得圆对称的平面方向图、高的交叉极化隔离度、较低的能量损耗和副瓣电平。综上所述,通过QONS中三种关键器件——高斯模式转换器、高斯馈源、线网格极化器的设计和使用不同天线近远场测试技术的应用分析,可以进一步推动QONS在国内航天科技的发展,为我国相关辐射计及其它准光系统提供技术参考。