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高功率微波系统在国际上具有广阔的应用前景,如何实现高功率的传输及测量是需要解决的难题。准光模式变换是高效传输微波毫米波源能量的关键,而宽带定向耦合器能够对微波实验环节中低精度测量的缺陷进行弥补。因此,本文结合以回旋管为代表的高功率微波源,分别选取其传输及测量系统中的准光模式变换器和宽带定向耦合器作为研究方向具有重要的理论和实用价值。准光模式变换器部分:首先运用几何光学理论阐述了波导模式在辐射器内的传播形式。对准光Denisov辐射器进行了研究,介绍了准光Denisov辐射器的高斯波束的模式合成方法及结构设计原理,运用耦合波理论对辐射器内各模式耦合规律进行了分析,研究了140GHz、22,6TE模准光Denisov辐射器,给出了在一级扰动、二级扰动及其共同作用时,各模式的功率变化情况和波导壁上辐射场分布,模拟显示波导壁上呈现出良好的高斯模。同时,对三种具有不同切口结构的Vlasov辐射器做了简单介绍,在矢量绕射理论的基础上,通过数值仿真计算,研究了170GHz,输出模式为02TE的Vlasov模式变换器,给出了抛物面反射镜及观察面上辐射场的分布。计算结果表明,在垂直于出射波的观察面上形成了较好的高斯波束。宽带定向耦合器器部分:利用小孔耦合理论,设计了一种应用于Ka波段回旋放大管输出功率和频谱测量的01 10TE-TE??多孔阵列定向耦合器。根据正向叠加和反向相消原则确定圆波导半径及相邻耦合孔间距,用MATLAB编写程序对耦合度及定向性随耦合器尺寸相关参数的变化做了数值分析。数值计算表明:增加耦合孔数目、扩大孔半径及减小孔厚度均可提高耦合度,而耦合孔数目的增加在工作频带内还可提高定向性。给出了16孔定向耦合器尺寸优化设计参数,并利用CST电磁软件对其进行了仿真验证,仿真结果与数值模拟近似一致,其耦合度为-35dB±0.9dB,定向性高于24dB,带宽高达6GHz。冷测实验表明所设计定向耦合器满足设计要求。